L’àrea d’histèresi com a marcador no invasiu de la tolerància i estrès a l’exercici és el títol de la recerca de final de grau d’Óscar Abenza Ortega, mereixedor del premi RecEsport de la III Jornada Catalana de Recerca.

El fenomen de la histèresi, característic dels sistemes complexos, és conegut dins de les ciències biològiques com aquella dependència històrica del paràmetre estudiat, és a dir, la tendència que té aquest a tornar al seu estat d’equilibri després que hagi estat desestabilitzat inicialment (Hristovski, Balagué, & Schöllhorn, 2014). Aquest fenomen ja ha estat investigat en diferents camps relacionats amb la salut, com per exemple, la fisiologia, la biomecànica o la medicina.

El fenomen de la histèresi és conegut a les ciències biològiques com la tendència que té un paràmetre a tornar al seu estat d’equilibri després que hagi estat desestabilitzat inicialment

La histèresi pot ser quantificada a través del càlcul de la seva àrea, la qual representa la quantitat d’energia que perd el sistema en la recuperació dels valors inicials un cop desestabilitzat. L’àrea total d’histèresi pot comprendre tant àrees parcials positives com negatives. Les àrees positives es donen quan els valors de recuperació del paràmetre són superiors als valors de desestabilització, i les àrees negatives quan els valors de recuperació són inferiors als de desestabilització (vegeu figura 1). Cal remarcar que en la majoria de variables, les àrees d’histèresi més petites reflecteixen una recuperació més eficient.

L’àrea d’histèresi representa la quantitat d’energia que perd el sistema en la recuperació dels valors inicials

Recentment, el comportament d’histèresi de les variables freqüència cardíaca (FC) i  percepció d’esforç (RPE 6-20) ha estat estudiat en esportistes de diferents nivells competitius en exercicis piramidals de cursa a peu i ciclisme (Montull, Vázquez, Hristovski, & Balagué, 2020). Es va observar com els esportistes de més nivell competitiu presentaven una major eficiència en la recuperació de les variables estudiades (per exemple, àrees menors d’FC i RPE). En conseqüència, tot i la necessitat de més recerca, es proposa l’àrea d’histèresi de variables psicobiològiques com un nou marcador no invasiu de la tolerància a l’estrès provocat per l’exercici. Arran d’aquesta proposta es va considerar adient valorar si el comportament d’histèresi de variables psicobiològiques podia ser sensible a l’acumulació d’esforç en exercicis repetitius màxims. Per això, l’objectiu d’aquest estudi va ser investigar el comportament de les àrees d’histèresi de la FC, RPE i l’oxihemoglobina (O2Hb) muscular en un exercici de cursa a peu repetitiu i màxim.

Es proposa l’àrea d’histèresi de variables psicobiològiques com un nou marcador no invasiu de la tolerància a l’estrès provocat per l’exercici

Mètode

Deu estudiants de Ciències de l’Activitat Física i l’Esport (5 nois i 5 noies: 20,50 ± 2,22 anys) van fer 5 sèries de cursa a peu en cinta rodant de 100 segons al 100% de la Velocitat Aeròbica Màxima (VAM). La VAM va ser obtinguda en un test efectuat una setmana abans. Pel que fa a la recuperació entre sèries, els participants no començaven la següent fins a no reportar una RPE (6-20) d’11 o inferior (corresponent a una percepció d’esforç lleugera). Els estudiants estaven prèviament familiaritzats amb aquesta escala.

Durant l’exercici es va monitoritzar la FC i l’O2Hb muscular de forma contínua; no obstant això, se’n van recollir els valors cada 25 segons; coincidint amb l’obtenció de la RPE. A partir d’aquests valors, que van ser normalitzats del 0 al 10 per tal de relativitzar-los en una mateixa escala, es va calcular l’àrea d’histèresi de cada variable en cadascuna de les sèries. Per fer aquesta anàlisi es va utilitzar Matlab R2020a.

Els Premis RecEsport Jove tenen com a objectiu fomentar vocacions científiques entre el jovent en l’àmbit CAFiE

Un cop obtingudes les àrees d’histèresi de cada variable es van comparar les 5 sèries mitjançant Friedman ANOVA. Posteriorment, es va aplicar el Wilcoxon Test per concretar entre quines sèries hi havia diferències significatives. Les mateixes anàlisis es van computar de nou per comparar els valors inicials de les variables entre sèries, tot considerant que aquests podien variar en funció del temps de recuperació.

Resultats

Pel que fa als resultats, tot i que es va observar com les variables d’FC i RPE tenien una tendència creixent, i l’O2Hb muscular, decreixent (vegeu taula 1), només es van trobar diferències significatives entre totes les sèries en la FC (χ² = 14,16, p < 0,01) i l’O2Hb muscular (χ² = 9,84, p = 0,04). No obstant això, totes les variables van mostrar diferències significatives entre àrees inicials (sèries 1 i 2) i finals de l’exercici (sèries 4 i 5) (vegeu taula 2).

Lògicament, tenint en compte que el temps de recuperació entre sèries depenia de la RPE reportada, a mesura que avançaven les sèries el temps de recuperació s’allargava (vegeu taula 1). Tot i això, els valors inicials de les diferents sèries van mostrar força similitud. De fet, només es van trobar diferències significatives entre les sèries 1 i 2 d’RPE (Z = -2,35, p = 0,19) i O2Hb (Z = -2,80, p < 0,01).

Taula 1. Àrees totals d’histèresi i els valors d’O2Hb, FC i RPE durant les 5 sèries.

Taula 2. Diferències entre les àrees inicials i finals d’FC, RPE i O2Hb muscular.

Discussió

Les àrees d’histèresi d’FC i RPE augmenten amb les sèries successives, és a dir, amb l’esforç acumulat, i passen d’àrees negatives a positives. Al mateix temps, les àrees d’O2Hb muscular decreixen amb l’esforç. Aquest decreixement és causat per la pèrdua d’oxigen de l’hemoglobina (Scholkmann, Klein, Gerber, Wolf, & Wolf, 2014), que tradueix una recuperació incompleta de la desestabilització provocada per l’exercici repetit. L’augment o disminució de les àrees resulta particularment rellevant perquè es manifesta en absència de diferències en els valors inicials d’FC, RPE i O2Hb muscular de les sèries (excepte entre les sèries 1 i 2 d’RPE i O2Hb muscular), malgrat que el temps de recuperació entre aquestes es va anar allargant. Per tant, l’àrea d’histèresi de variables psicobiològiques mostra sensibilitat a l’acumulació d’esforç, i esdevé indicatiu que els participants es recuperaven amb més dificultats.

A més, es reforcen resultats previs indicant que els valors quantitatius de la FC o la RPE, àmpliament utilitzats en el control de l’entrenament, no són indicadors fiables de la càrrega externa i que l’àrea d’histèresi és sensible a les diferències de càrrega interna proporcionades per una mateixa càrrega externa (Garcia-Retortillo, Javierre, Hristovski, Ventura, & Balagué, 2017). En aquest sentit, l’àrea d’histèresi pot reflectir l’adaptabilitat i estat de connectivitat del sistema (Balagué, Hristovski, Almarcha, Garcia-Retortillo, & Ivanov, 2020). Atenent als resultats obtinguts, l’àrea d’histèresi es podria proposar com a marcador no invasiu de la fatiga acumulada per evitar sobrecàrregues, estats de sobreentrenament o altres efectes perjudicials per a la salut de l’esportista.

No obstant això, es requereix futura recerca que investigui aquest fenomen davant d’altres pertorbacions del propi organisme o de l’entorn durant l’exercici (p.e., la hipòxia, les temperatures extremes o patologies) i, alhora, com es comporta a diferents nivells psicobiològics. Amb suport tecnològic pot esdevenir una futura eina de monitorització per ajudar a regular la salut i el rendiment. 

La determinació de l’àrea d’histèresi promet esdevenir una eina de monitorització adequada per ajustar les càrregues d’entrenament

Conclusions

Aquest estudi mostra la sensibilitat de l’àrea d’histèresi de la FC, RPE i O2Hb muscular a l’acumulació d’esforç durant un exercici de cursa a peu repetitiu a la velocitat aeròbica màxima. Malgrat que és necessària més recerca, l’àrea d’histèresi de variables psicobiològiques pot ser un  marcador no invasiu de la tolerància a l’exercici (Montull et al., 2020), i a més, promet esdevenir una eina de monitorització adequada per ajustar les càrregues d’entrenament.

Referències

• Balagué, N., Hristovski, R., Almarcha, M., Garcia-Retortillo, S., & Ivanov, P. C. (2020). Network Physiology of Exercise: Vision and Perspectives. Frontiers in Physiology, 11, 1-18. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.611550
• Garcia-Retortillo, S., Javierre, C., Hristovski, R., Ventura, J. L., & Balagué, N. (2017). Cardiorespiratory Coordination in Repeated Maximal Exercise. Frontiers in Physiology, 8, 387. https://doi.org/10.3389/FPHYS.2017.00387
• Hristovski, R., Balagué, N., & Schöllhorn, W. (2014). Basic notions in the science of complex systems and nonlinear dynamics. In K. Davids, R. Hristovski, D. Araújo, N. Balague, C. Button, & P. Passos (Eds.), Complex Systems in Sport (pp. 3–17). London: Routledge
• Montull, L., Vázquez, P., Hristovski, R., & Balagué, N. (2020). Hysteresis behaviour of psychobiological variables during exercise. Psychology of Sport and Exercise, 48, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2020.101647
• Scholkmann, F., Klein, S. D., Gerber, U., Wolf, M., & Wolf, U. (2014). Cerebral hemodynamic and oxygenation changes induced by inner and heard speech: a study combining functional near-infrared spectroscopy and capnography. Journal of Biomedical Optics, 19(1), 1–10. https://doi.org/10.1117/1.jbo.19.1.017002

Oscat Abenza Ortega (col. 66227), és graduat en CAFiE per l’INEFC Barcelona i actualment segueix el M`aster de Fisiologia Integrativa de la UB

Ha col·laborat en recerca del grup Complex System in Sport (INEFC Barcelona).

I ha participat en esdeveniments de divulgació científica:

• Seminario del grupo Complex Systems in Sport 2021. (Binanced, 12/06/2021)
• Sport Sciences Congress 2021. (Universidade de Lisboa, 13/07/2021)
• I en la seva participació a la III Jornada Catalana de Recerca va merèixer el Premi RecEsport, pel qual va rebre un any de col·legiació gratuïta i 250 euros per a les despeses de presentació d’una comunicació oral o pòster en algun congrés o jornada de caràcter científic