Dossier del Mes
Ejercicio en salud y enfermedad: acerca de las bases teóricas y aplicaciones de la ergoespirometria.
Dr. Juan Carlos Pendino

Durante años se han utilizado los tests de ejercicio que miden los gases espirados durante la actividad física con la finalidad de evaluar la capacidad de un individuo frente a la misma. Este procedimiento se realiza a través de la ergoespirometría. Su aplicación en la clínica tradicional, y especialmente en la medicina cardiovascular, es relativamente nueva y se ha dirigido especialmente al manejo y evaluación del paciente con insuficiencia cardiaca congestiva (ICC).

Durante el ejercicio extremo, el metabolismo del músculo esquelético puede aumentar hasta quince veces por encima de su valor de reposo. Las respuestas cardiorrespiratorias deben ser rápidas y adecuadas para preservar la homeostasis ácido base y la oxigenación celular.

A través de un test de ejercicio realizado con esfuerzo progresivo se pueden obtener datos tales como consumo de oxígeno (VO2), producción de dióxido de carbono (VCO2), volumen corriente respiratorio (VT), ventilación minuto, electrocardiograma (ECG) y oximetría de pulso.

En reposo, a través de la ecuación de Fick, entendemos que el  VO2  es una función del gasto cardiaco (GC) y de la diferencia arteriovenosa de oxígeno (Da-vO2). A su vez el GC está determinado por la frecuencia cardiaca (FC) y el volumen sistólico (VS) mientras que la Da-vO2  es igual al contenido arterial de O2  menos el contenido venoso mixto de O2 (Ca O2  - CvO2), por lo tanto:

VO2 = (FC x VS)  x  (Ca O2  - CvO2)

El VO2 se expresa como ml/kg/min siendo su valor en situación de reposo y en sedestación de 3,5 ml/kg/min y es igual a 1 MET (1 equivalente metabólico).

En situación de ejercicio máximo la ecuación de Fick se expresa del siguiente modo:

VO2 máximo  = (FC max x VS max)   x  (Ca O2 max  - CvO2 max)

Esto refleja la capacidad máxima del individuo para admitir, transportar y consumir O2. El VO2 máximo (VO2 max) es el “patrón oro” de las determinaciones destinadas a evaluar la capacidad funcional durante el ejercicio. Según algunos autores, llegar a una meseta (plateau) de VO2 no siempre es posible y es mejor hablar de pico de VO2.

La respuesta normal frente al ejercicio puede observarse en la figura 1

Etapas del Ejercicio

(carga progresiva)

Ejercicio

VO2  Max

Umbral anaerobico

CO2  no metabólico

CO2 metabólico

Figura 1: Comportamiento del VO2, VCO2 y cociente respiratorio (R) en una prueba de esfuerzo progresiva.

Medir el VO2 implica medir el comburente, ya que el oxígeno (comburente del organismo) participa en la combustión tisular oxidando combustibles, como lípidos e hidratos de carbono, para producir energía en forma de ATP (hecho que no puede medirse).

El VO2 normal puede predecirse por edad, sexo, talla y peso, se incrementa en función del entrenamiento y disminuye con la edad y, en gran porcentaje, los determinantes del VO2 son de tipo genético.

El VO2 max está relacionado con la capacidad de adquirir, difundir, transportar y utilizar el oxígeno. Este tiene una estrecha correlación lineal con el GC y el flujo sanguíneo del músculo esquelético. Este último aumenta en forma lineal al grado de trabajo ejercido por el sujeto normal en aproximadamente 10 ml/min y por watt*. La pendiente refleja la eficiencia de la conversión de la energía química potencial a trabajo mecánico y la eficiencia muscular. Esta se desplaza a la izquierda en el sujeto obeso, aunque no se afecta por edad, sexo ó entrenamiento.

La medición del cociente respiratorio puede indicarnos cuál es el substrato utilizado por el organismo como fuente energética y durante el reposo, las grasas son las utilizadas en forma preferente.

La respuesta de la FC con el ejercicio es lineal hasta llegar a FC máxima (220 latidos/minuto – edad)**, en cambio el VS tiene un comportamiento curvilíneo, incrementándose rápidamente al comienzo del ejercicio con pocos cambios posteriores. En cuanto a la Da-vO2, se amplía a expensas de una caída del componente venoso, reflejando un aumento de la extracción tisular de O2  ya que el componente arterial en general no se modifica, por lo menos en los sujetos normales.

La intolerancia al ejercicio, ó sea el deterioro de la capacidad funcional aeróbica, se define como un VO2 anormalmente bajo. Uno de los factores limitantes más importantes del VO2 en la ICC es la reducción en la respuesta del VS y la imposibilidad de llegar a FC max, observándose  a su vez un comportamiento máximo de la Da-vO2 . Otras anormalidades cardíacas, pulmonares, hematológicas y musculares pueden comprometer al VO2 max.

Con respecto a parámetros anaeróbicos tales como el umbral anaeróbico (UA), también denominado umbral ventilatorio, en general es de uso habitual a la hora de valorar el deterioro funcional en la ICC, si bien su utilidad ha sido cuestionada.

En la fase inicial del ejercicio progresivo, que es de tipo aeróbico,  y dura hasta que se alcanza un 50 a 60% del VO2 max, el volumen espirado (VE) aumenta linealmente con el VO2 y refleja la producción en aerobiosis del CO2 en el tejido muscular. El lactato sanguíneo no se modifica durante esta fase en forma significativa, mientras la producción del mismo no supere la tasa de remoción. Posteriormente, en la mitad final del ejercicio, al no poder ser mantenido el aporte de O2 a medida que las necesidades metabólicas se incrementan, se desencadena el metabolismo anaeróbico. Por lo tanto, el lactato aumenta en músculo y sangre. Algunos autores prefieren utilizar el término “período”, en lugar de UA reflejando de este modo el hecho de que no siempre se puede distinguir claramente dicho umbral o que el músculo  nunca es totalmente anaeróbico. Además el lactato es el principal combustible para las fibras musculares lentas. El valor de VO2 coincidente con el comienzo de la acumulación de lactato en sangre es el UA.

El lactato en su mayoría en sangre periférica es tamponado por el bicarbonato de sodio (CO3HNa) de acuerdo a la siguiente reacción:

Acido láctico + CO3HNa = lactato de Na + CO2 + H2O

El exceso de CO2 se suma al producido en forma aeróbica provocando un aumento del VE que se incrementa en forma abrupta en las últimas etapas del ejercicio y es el momento donde se comienza a percibir disnea (Figura 2)

Ventilación (l/min)

Lactato

(mg%)

Porcentaje de VO2 máximo

Respuesta ventilatoria y del lactato al ejercicio como función del VO2. (AT) = anaerobic threshold (umbral anaeróbico = UA)

Independientemente de cuál sea el mecanismo por el cual se acumula el lactato, los cambios fisiológicos relacionados con este hecho tiene una importancia significativa en el detrimento que sufre el rendimiento cardiopulmonar.

La capacidad del ejercicio es reducida incluso en ICC leve. El GC puede ser normal en reposo, pero incapaz de aumentar adecuadamente en situaciones de ejercicio. Al igual que en un sujeto normal, el VO2  max en ejercicio está directamente relacionado con el pico de GC durante el ejercicio y el flujo sanguíneo muscular. Por lo tanto, la incapacidad de aumentar el flujo sanguíneo al músculo esquelético en ejercicio provocará un temprano metabolismo anaeróbico y fatiga muscular. Es importante recordar que en esa situación, como el individuo no puede llegara a VO2  máximo, se utiliza el término “pico de  VO2”.

Además de la disfunción miocárdica, la respuesta inadecuada frente al ejercicio puede estar relacionada a:

• Reducción de la respuesta inotrópica y cronotrópica a las catecolaminas por una subregulación de los β2 receptores en presencia de niveles de catecolaminas circulantes elevados.
• Disfunción diastólica que impide un aumento del VS por el mecanismo de Starling.
• Aumento de la presión de oclusión de la arteria pulmonar con congestión pulmonar y producción de disnea.
• Anormalidades bioquímicas y funcionales del músculo esquelético que limitan la capacidad metabólica del mismo. El comportamiento del diafragma es similar al de los músculos de los miembros desde el punto de vista metabólico durante el ejercicio, o sea hay una adaptación del diafragma, a través del uso de fibras lentas con incremento de la capacidad oxidativa y disminución de la capacidad glicolítica.
• Deterioro de la capacidad de difusión pulmonar con un aumento de la ventilación minuto desproporcionado al incremento en la producción de CO2  durante el ejercicio.

La hiperventilación se debe inicialmente a la alteración de la relación ventilación/perfusión y esta a su vez tiene estrecha vinculación a la severidad de la ICC. La combinación de ventilación aumentada y el  intercambio normal de gases, implica que durante el ejercicio habitualmente no exista hipoxemia.

En cuanto a la determinación del UA (VO2 al comienzo del metabolismo anaeróbico), se detecta como una elevación desproporcionada en la relación VE/VO2, relativa a la relación  VE/VCO2. La razón es que la producción de CO2 en lugar del VO2, es el que controla la respiración. Un aumento de VE/VO2  sin un cambio en VE/VCO2 es un indicador que la ventilación se está incrementado en paralelo con la producción aumentada de CO2 que ocurre con el metabolismo anaeróbico.

Es preciso recordar en este punto que la relación VE/VO2  es un parámetro de eficiencia respiratoria, la relación VE/VCO2 es un parámetro de eficiencia ventilatoria y que ambos cuanto más bajo sean, indicarían una mejor adecuación al ejercicio. Además estos indicadores están relacionados con los parámetros que evalúan la capacidad funcional como el VO2  máximo. Otros datos utilizados para estimar eficiencia durante el ejercicio son las presiones al final de la espiración de O2  y CO2  (ETO2  y ETCO2  respectivamente). Un parámetro de eficiencia cardiovascular puede ser estimado a través de la relación  VO2/FC y se denomina pulso de O2.  Estos parámetros de eficiencia están relacionados con los de capacidad funcional (VO2  max y UV).

La prueba ergométrica máxima es incrementada hasta el agotamiento, dura aproximadamente 15 minutos y depende del entrenamiento del sujeto. En cambio, la prueba submáxima  se realiza a un valor del 75-80% del VO2  max en una situación de estabilidad con esfuerzo continuo y dura aproximadamente 30 minutos.

Figura 3: VO2  como una función del VCO2. La intersección de las dos líneas de regresión indica el UA

Para evitar problemas inter e intra observadores para la detección visual del UA de datos “respiración a respiración”, se idearon algoritmos computarizados como el de la figura 3.

Las indicaciones habitualmente aceptadas para la realización de una prueba funcional con las características mencionadas son las siguientes:

• Evaluación de la capacidad frente al ejercicio y respuesta a tratamiento en pacientes con ICC quienes son candidatos a transplante cardiaco. Un valor reproducible de VO2 máximo menor de 14 ml/kg/minuto es uno de los requerimientos mínimos para un trasplante cardíaco.
• Establecer un diagnóstico diferencial entre causas de disnea (pulmonar ó cardiacas) ó cuando la causa de la intolerancia al ejercicio no es clara.
• Evaluación de la capacidad frente al ejercicio cuando está indicado por razones médicas en pacientes donde la evaluación subjetiva al ejercicio máximo no es confiable.
• Evaluación de la respuesta del paciente a determinados tratamientos donde la tolerancia al ejercicio constituye un objetivo importante.
• Determinación de la intensidad del ejercicio como parte de un plan de rehabilitación cardíaca.
• Evaluación rutinaria de la tolerancia al ejercicio.

Las mencionadas indicaciones tienen un determinado nivel de evidencia donde las dos primeras tienen indicación de ser realizadas en presencia de las mencionadas situaciones. En cambio, en la última de las indicaciones parece ser que estas pruebas no estarían justificadas.  En la número tres hay evidencia para que este tipo de tests sea realizado, mientras que en las dos restantes las opiniones a su favor están menos establecidas.

Existen otros métodos clásicos para evaluar la severidad de la ICC, pero la determinación del VO2 max durante una prueba de ejercicio tiene ventajas sobre las mismas:

• La clasificación funcional de la NYHA (New York Hearth Association) se basa en síntomas y no en criterios objetivos.

• Las variables hemodinámicas en reposo tales como la determinación del GC, fracción de eyección ventricular y la presión de oclusión de la arteria pulmonar, no siempre se correlacionan con el deterioro funcional medido durante una prueba de esfuerzo.

• La  disnea y la fatiga son síntomas que surgen de una compleja interacción de los determinantes del transporte de O2 (DO2) y pueden no estar relacionados con la enfermedad cardiaca subyacente.

Los parámetros obtenidos durante una prueba funcional tienen valor pronóstico. Por ejemplo, para predecir la mortalidad por ICC, los parámetros ventilatorios fueron mejores que la determinación del VO2 max. Una valor de VE/ VCO2   ≥ 44.7, fue el predictor más potente de muerte durante los 18 meses siguientes a la prueba.

En pacientes con una capacidad de ejercicio preservada, una respuesta ventilatoria aumentada es marcador de inadecuada eficiencia ventilatoria. Por ejemplo, en pacientes con un VO2  max ≥ 18 ml/kg/min, la sobrevida fue menor en aquellos con una relación VE/ VCO2 ≥ 34.

Por otra parte, la determinación del VO2   máximo es un valioso dato para pronosticar muerte de causa cardiaca en pacientes con enfermedad coronaria.

El pico de VO2 puede tener limitaciones. El mismo es confiable solamente cuando la capacidad al ejercicio es limitada por la ICC, por lo que razones diversas como la motivación del paciente, enfermedad arterial periférica, atrofia muscular y otros factores pueden impedir que el paciente llegue a VO2  max. Una correcta interpretación del pico de VO2  requiere que se alcance el UA reflejando de este modo que el nivel de ejercicio realizado excede aquel que puede ser soportado por el sistema cardiovascular en situación de aerobiosis.

En la década del 60, Clowes y Del Guercio, había relacionado la mortalidad operatoria con la incapacidad de incrementar el gasto cardiaco en el postoperatorio (POP). Actualmente está bien establecido que existe una asociación entre la respuesta del paciente al stress cardiovascular, generado en situaciones tales como el ejercicio o la administración de drogas inotrópicas, y el riesgo de complicaciones que pueden aparecer después de una cirugía no cardíaca.

Un debate frecuente se presenta acerca de si es necesario ó no, la realización de algún test prequirúrgico cuando un paciente con sospecha ó certeza de enfermedad coronaria será sometido a una cirugía no cardiaca. Los estudios no invasivos son bastante sensibles para predecir la posibilidad de infartos de miocardio no fatales ó muerte por eventos cardíacos. El problema radica en que la posibilidad de que estos eventos ocurra es baja (no mayor al 10%), por lo tanto el valor predictivo de los estudios no invasivos es pobre.  

Exceptuando a los pacientes con enfermedad coronaria inestable, los pacientes con obstrucción coronaria crónica pueden sufrir infartos si existe un exceso en la demanda de oxígeno en el POP inmediato. Esto se pueder predecir por la presencia de taquicardia sinusal como se ha demostrado en algunos estudios. Por otra parte, la taquicardia sinusal sostenida, relacionada con una mayor necesidad de oxigeno (dolor, stress, aumento de la demanda metabólica etc.), se comportaría “como una prueba de esfuerzo”, capaz de desencadenar isquemia miocárdica.  

Por otra parte, ni la ecocardiografía transtorácica ni los estudios radiosiotópicos destinados a evaluar la fracción de eyección cardiaca, se correlacionan con la capacidad funcional en el ejercicio ó el pico de VO2. Tampoco lo han hecho estudios destinados a provocar stress como ecocardiograma con dobutamina ó ventriculografía radioisotópica con dipiridamol.

Una hipótesis razonable es la de suponer que el paciente debe tener una reserva fisiológica  capaz de sobreponerse  a la demanda provocada por la inflamación provocada a partir de la cirugía. Por lo tanto el paciente en riesgo es aquel quién ya tiene compromiso de su reserva fisiológica ó aquel cuya respuesta inflamatoria es mayor que lo normal.

En consecuencia, la identificación del paciente quirúrgico de alto riesgo constituye una prioridad,  siendo varias las formas en que se ha intentado individualizarlos. Algunos autores han utilizado métodos tradicionalmente reservados para la evaluación del VO2 durante el ejercicio  para detectar una reserva cardiorrespiratoria inadecuada. En algunos trabajos se define a la cirugía mayor como un procedimiento que eventualmente pudiese provocar un incremento en el VO2 significativo. El incremento puede ser hasta de un 50% sobre los valores de reposo en pacientes ancianos. Esto puede ser mantenido por un aumento de la extracción de oxígeno (EO2) y/o por un aumento del gasto cardiaco. La EO2 es limitada en el POP inmediato (35-40%), por lo que el aumento en el VO2 se realizará a expensas del aumento del gasto cardiaco. Estos trabajos demuestran que una adecuada entrega de oxígeno a los tejidos es un determinante importante de la sobrevida. Un interesante estudio evaluó el UA de pacientes mayores de sesenta años ó de menor edad, pero con evidencia de enfermedad cardíaca ó pulmonar previa  que iban a ser sometidos a cirugía. Se demostró una mayor mortalidad en aquellos que tenían un UA menor a 11 ml/kg/minuto, que en los que el valor fue superior al señalado. No hubo diferencias en cuanto al valor del UA entre las distintas edades. Si bien con la edad la capacidad aeróbica disminuye, esta depende más de la enfermedad ó del grado de entrenamiento físico del individuo. Estas pruebas reproducen la situación que ocurrirá en el postoperatorio, ó sea la necesidad de un mayor rendimiento de la función del miocardio para incrementar el transporte de oxígeno. Casi todos los estudios que intentan identificar pacientes de riesgo se basan más en la presencia ó no de isquemia miocárdica que de insuficiencia cardiaca. Hay estudios que sugieren que hay más muertes por insuficiencia cardiaca que por isquemia en estos pacientes. La muerte por insuficiencia cardiaca no es aguda ni dramática y se expresa por un lento deterioro de las funciones de varios órganos y ocurre varios días después del postoperatorio. Los autores suponen que si el grado de actividad metabólica durante la cirugía ó el POP es mayor que el presentado durante el UA existe el riesgo de insuficiencia cardiaca ó de isquemia miocárdica. El UA determinado durante el ejercicio permite discernir sobre la reserva del transporte de oxígeno de los pacientes.

Aproximadamente una cuarta parte de pacientes ancianos presentan cambios electrocardiográficos sugerentes de isquemia durante el ejercicio, independientemente de que tuvieran angina de pecho ó no. En los pacientes ancianos puede disminuir la distensibilidad del ventrículo izquierdo, con la posibilidad de disfunción diastólica e insuficiencia cardiaca diastólica. Puede haber un bajo UA sin signos de isquemia ECG y esto está relacionado con una alta mortalidad. En un grupo de pacientes  ancianos a los cuales se les determinó el UA aquellos con un umbral anaeróbico menor de 11 ml/min/m2 tuvieron  una mortalidad del 18% comparado con 0,8% en los que su UA fue superior a 11 ml/min/m2. Los pacientes que además de un bajo umbral anaeróbico habían presentado cambios en el ECG durante el esfuerzo, tuvieron  una mortalidad del 42%. Curiosamente los pacientes con umbral anaeróbico mayor de 11 ml/min/m2  pero con cambios isquémicos en el ECG durante el ejercicio, presentaron un porcentaje de mortalidad  de sólo el 4%. Esto sugiere que la incapacidad de aportar suficiente oxígeno a los tejidos  es un determinante mayor en cuanto al pronóstico de estos pacientes. Por lo tanto, el eje del problema radicaría no en la presencia de isquemia miocárdica, sino en la posibilidad que tiene esta de limitar la función cardiaca.  

Aquellos pacientes que desarrollan isquemia precozmente en la prueba de esfuerzo, tienen mayor riesgo de desarrollar disfunción ventricular en el POP que aquellos que muestran la isquemia más tardíamente.  

La importancia de estas pruebas preoperatorios, radica en que pueden ayudar a identificar a pacientes de alto riesgo y posiblemente tratados de manera diferente a los pacientes de bajo riesgo y evitar en estos últimos el uso de recursos y terapéuticas innecesarias.

La utilización de pruebas funcionales se remonta a la década de 1980. Incluso Goldman (comunicación personal) comentó en la London Sepsis Conference que “un test de ejercicio usando una bicicleta pudiera identificar pacientes en riesgo que no fueron identificados por el índice cardiaco de riesgo”.

Se propone entonces un estudio que cuantifique la reserva funcional  independientemente de otros factores. Este estudio debería ser objetivo, específico y sensible para detectar falla cardiaca ó isquemia miocárdica a niveles subclínicos, no invasivo, realizado con poca antelación, rápido y barato. Esto define prácticamente al test de ejercicio cardiopulmonar.

Según algunos autores, la medición de la capacidad aeróbica es un sustituto de la medición de la función ventricular.

El UA al que habíamos hecho referencia, es la medida más importante que brinda este tipo de estudios, y es el punto donde el metabolismo aeróbico es insuficiente para mantener la producción de fosfatos de alta energía en los músculos ejercitados. Además, este umbral se determina con bastante exactitud. Por lo tanto, el “UA quirúrgico” es la incapacidad del corazón de satisfacer la demanda del stress postoperatorio.

Una interesante apreciación sobre el UA, es que este puede ser determinado con un esfuerzo submaximo y no está influenciado por la motivación del paciente ó la posibilidad de finalización del estudio por parte del examinador. Esto si puede ocurrir cuando se determina otra variable relacionada como es el pico de VO2 que si puede estar influenciado por los determinantes mencionados.

En consecuencia, sea tanto en situación de normalidad ó de enfermedad, la necesidad de conocer la capacidad funcional de un individuo debe realizarse en la situación adecuada: ejercicio físico.

*Watt: unidad de potencia. Potencia: cantidad de trabajo realizado por unidad de   

 tiempo.

** Está ecuación ha sido cuestionada en razón de que subestima la FC máxima   

    que predice en una población de adultos mayores de 40 años. Se ha sugerido    

    por lo tanto, la siguiente ecuación: 210 – (Edad X 0,65)

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