Respuesta y adaptaciones al sistema cardiorespiratorio
Cuaderno de Cultura Científica
Respuesta de los sistemas respiratorio y cardiovascular al ejercicio físico
ANIMALIA
Cuando el organismo humano pasa de encontrarse en condiciones de reposo a desarrollar una actividad física intensa, sus sistemas respiratorio y cardiovascular modifican sus prestaciones para dar respuesta a las demandas metabólicas elevadas que impone la actividad física. Ya vimos aquí como se regula la respiración, y aquí y aquí, la circulación sanguínea, que son las dos funciones que permiten ajustar el suministro de oxígeno a las necesidades. Veremos a continuación cuáles son las magnitudes propias del funcionamiento del sistema respiratorio y del sistema cardiovascular en condiciones de reposo, primero, y de actividad intensa después.
Reposo
En condiciones de reposo respiramos entre unas catorce y dieciséis veces (ciclos completos de inspiración y espiración) por minuto; o sea, nuestra frecuencia respiratoria (fr) se encuentra entre 14 y 16 min-1. Un hombreinspira en cada ocasión (VC: volumen corriente) alrededor de 0,5-0,6 l y una mujer 0,4-0,5 l; en otras palabras, en cada una de esas inspiraciones introducimos alrededor de medio litro de aire nuevo en los pulmones. Por lo tanto, el volumen de medio respiratorio inspirado y espirado por unidad de tiempo (V: tasa ventilatoria) es de unos 7,5 l min-1.
No obstante, a los 300 millones de alveolos (similares a microburbujas de 0,3 mm de diámetro y cuya superficie total equivale a 100 m2) no llegan los 7,5 l-1, sino 5,4 l min-1, ya que la diferencia corresponde al volumen inspirado que llena los conductos (bronquios y bronquiolos) que no participan en el intercambio respiratorio y son, por lo tanto, espacio muerto.
Por otro lado, en caso de necesidad, pueden introducirse mayores volúmenes de aire en los pulmones (VIR: volumen inspiratorio de reserva): hasta tres litros (VIR = 3 l) los hombres y dos litros (VIR = 2 l) las mujeres. También pueden expulsarse mayores volúmenes en la espiración. Ese volumen adicional que puede ser exhalado (VER: volumen espiratorio de reserva) es de 1,2 l, en los hombres, y 0,8 l, en las mujeres, aproximadamente. Pero hay un volumen residual(VR) que no es posible desalojar: 1,2 l y 1 l en hombres y mujeres, respectivamente. La capacidad pulmonar total (CPT) masculina es de 6 l y la femenina de 4,2, aproximadamente.
El aire inspirado tiene una presión parcial de oxígeno (pO2) de 158,8 mmHg pero la del oxígeno de los alveolos se encuentra entre 100 mmHg y 105 mmHg.
En condiciones de reposo a la sangre pasan 0,3 l min-1 en los hombres. Esa es su tasa de consumo de oxígeno (VO2 = 0,3 l min-1) en reposo.
En esas condiciones, el corazón late setenta veces por minuto (frecuencia cardiaca: fh= 70 min-1) y el volumen impulsado en cada latido (volumen sistólico: VS) es de 71 ml. El gasto cardiaco –volumen de sangre impulsado por el corazón por unidad de tiempo- es de 5 l min-1. Como tienen alrededor de 5 l de sangre, necesitan alrededor de un minuto para hacer pasar toda su sangre por el corazón. Esas cifras corresponden a hombres sin entrenar; si se trata de atletas de resistencia, VS rondaría los 100 ml y fh sería de unos 50 min-1, aunque puede ser incluso inferior.
La tensión parcial de oxígeno en la sangre arterial (tO2A) es de unos 95 mmHg, y la de la que llega procedente de los tejidos (tO2V), de unos 40 mmHg, y la diferencia entre las concentraciones arterial y venosa de oxígeno (CA –CV) es de 0,06 l O2 por litro de sangre.
Actividad intensa
Durante la realización de ejercicio físico intenso la frecuencia respiratoria puede pasar de 16 min-1 a 40-60 min-1, dependiendo del individuo y de la intensidad del esfuerzo.
El volumen inspiratorio puede llegar a valores máximos de 2 l (en reposo era de 0,5 l), y la tasa ventilatoria pasa de los 7,5 l min-1del estado de reposo a valores de entre 90 y 120 l min-1 en condiciones de intensa actividad. En esas condiciones el consumo de oxígeno (VO2)puede llegar a 3 o 4 l min-1 en hombres jóvenes no entrenados, y a 5 l min-1 en jóvenes con entrenamiento de resistencia.
La presión parcial de oxígeno en condiciones de actividad intensa puede aumentar hasta pO2 = 115 mmHg dependiendo del nivel de actividad y, por lo tanto, de demanda metabólica; cuanto mayor es la demanda más alta es la presión parcial alveolar porque, como hemos visto, la frecuencia respiratoria y tasa ventilatoria aumentan, elevándose de esa forma la renovación de aire y, en consecuencia, su presión parcial de oxígeno.
Para poderlo sostener, el corazón puede bombear hasta 20 l min-1(en hombres jóvenes no entrenados) y para ello, ha de latir a frecuencias cardiacas que pueden alcanzar los 190 latidos por minuto (min-1), y el volumen sistólico pasar a unos 105 ml. Los hombres con entrenamiento de resistencia pueden alcanzar valores de gasto cardiaco de 35 l min-1, con frecuencias cardiacas (fh) similares o algo inferiores a las de los hombres no entrenados, pero volúmenes sistólicos (VS) de cerca de 180 ml.
Conforme aumenta la demanda de oxígeno por parte de la musculatura esquelética, la diferencia entre las concentraciones de oxígeno de la sangre arterial y la sangre venosa (CA –CV) aumenta de los 0.06 l por litro de sangre de las condiciones de reposo a máximos de 0,14 l O2por litro de sangre para consumos de oxígeno de 5 l min-1.
Bajo condiciones de reposo los músculos reciben muy poca sangre, pero en condiciones de trabajo máximo, 1 kg de músculo esquelético puede llegar a recibir 2,5 l min-1. Dado que esa cifra representa más de un 10% del gasto cardiaco, no es posible mantener más de 10 kg de músculo (la tercera parte de toda la musculatura) trabajando a máximo nivel, puesto que hay que seguir irrigando e encéfalo y el corazón, en primer lugar, y otros órganos y tejidos aunque estos recibiendo muy poca sangre. Aquípuedes encontrar una descripción detallada de cómo se reorganiza el flujo sanguíneo al pasar de reposo a la actividad intensa.
Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez(@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
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