UNIVERSIDAD DE COSTA RICA SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSGRADO
EFECTO DEL ESTADO METABÓLICO INICIAL SOBRE MARCADORES DE INTEGRIDAD INTESTINAL, ESTRUCTURA HEPÁTICA, FUNCIONAMIENTO INMUNOLÓGICO, SÍNTOMAS GASTROINTESTINALES Y RENDIMIENTO FÍSICO DURANTE Y DESPUÉS DE UN EJERCICIO AERÓBICO DE ALTA INTENSIDAD Y LARGA DURACIÓN
Tesis sometida a la consideración de la Comisión del Programa de Doctorado en Ciencias para optar al grado de Doctor en Ciencias
JOSÉ MONCADA JIMÉNEZ
Sede Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica 2009
Dedicatoria Como dijo Lao Tse, “Un largo viaje comienza con un solo paso”. Ahora, incluso al finalizar este proyecto, siento que apenas estoy empezando a dar mis primeros pasos en ese largo viaje de la vida universitaria. Ojalá que Dios, dentro de su infinita sabiduría, me brinde la fuerza y la salud para continuar mi jornada, y que siga ayudándome a encontrar esas personas especiales que hacen que el camino sea formativo, plácido, divertido, y seguro. Dios me ha dado la oportunidad de tener los mejores padres del mundo, sin lugar a dudas. Quienes conocieron a mi papá y quienes conocen a mi mamá lo pueden atestiguar. También me acompañan en esta vida los mejores hermanos y hermanas que se puede tener, Alvaro, Martha, Andrea y Rodrigo. Ellos siempre han sido mi fuente de motivación, inspiración y ejemplo a seguir. Ojalá sigamos caminando juntos durante muchos años más y que podamos inspirar a quienes dependen de nosotros. A ellas y a ellos, con todo mi afecto, les dedico este trabajo. J.M.J.
ii
Agradecimientos Al Ph.D. Luis Fernando Aragón, mi tutor, por asumir el reto titánico de aconsejarme y guiarme durante este largo proceso. Solo él tuvo la paciencia para debatir conceptos, ideas, y análisis conmigo. Su consejo y experiencia siempre fueron valorados y apreciados. A mis lectores, la Ph.D. María Paz León Bratti y el Ph.D. Marco Vinicio Alvarado Aguilar, por someterme a cuestionamientos conceptuales y ser críticos en sus observaciones. A mis compañeras y amigas, Yami, Cinthya, Maureen, Marielos, Andrea y Jessenia. Gracias por su apoyo! Siempre me apoyaron y creyeron en mí. Se agradece de todo corazón a la familia Araya Ramírez, Felipe, Lidia, Felipe Jr. y Daniel, por el apoyo incondicional recibido durante la fase de recolección de datos realizada en Auburn. Sin su apoyo este trabajo hubiera sido aún más difícil de finalizar. Al Ph.D. Peter Grandjean, quien me ofreció material de estudio, su laboratorio, conocimiento, consejo y sobre todo su amistad, para que pudiese completar esta meta académica y personal. Un agradecimiento especial a mis colegas investigadores de Auburn University, Eric, Michael, Lance y Kyle. Al Dr. Brian Crow, a sus hijos Sam y Hannah, y a su estimable familia; personas con las que siempre se puede contar. A la Ph.D. Janet Buckworth, por sus atenciones y sincera amistad cuando realicé mi pasantía en Ohio State University. Siga corriendo, la esperan muchos maratones! Para realizar este estudio se recibió apoyo del Gatorade Sports Science Institute (GSSI), de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) y del Exercise Technology Laboratory de Auburn University, Alabama (USA). iii
“Esta tesis fue aceptada por la Comisión del Programa de Doctorado en Ciencias de la Universidad de Costa Rica, como requisito parcial para optar al grado de Doctor en Ciencias”.
_________________________________________________ Ph.D. Walter Salazar Rojas Representante de la Decana Sistema de Estudios de Posgrado
_________________________________________________ Ph.D. Luis Fernando Aragón Vargas Director de Tesis
_________________________________________________ Ph.D. Marco Vinicio Alvarado Aguilar Asesor
_________________________________________________ Ph.D. María Paz León Bratti Asesora
_________________________________________________ Ph.D. Alice Pérez Sánchez Directora Programa de Doctorado en Ciencias
_________________________________________________ José Moncada Jiménez Candidato
iv
Tabla de contenido Dedicatoria
ii
Agradecimientos
iii
Hoja de aprobación
iv
Resumen
vii
Abstract
viii
Lista de cuadros
ix
Lista de figuras
x
Lista de ilustraciones
xi
Lista de abreviaturas
xii
I.
Introducción
1
II.
Propósito
8
III.
Objetivos
9
IV.
Materiales y métodos
10
a. Diseño del estudio
10
b. Participantes
11
c. Criterios de inclusión y exclusión
11
d. Evaluaciones preliminares
12
e. Intervención nutricional (dieta)
13
f. Intervención de ejercicio físico
14
g. Sesión experimental de ejercicio (duatlón)
15
v
Tabla de contenido (continuación)
V.
VI.
h. Sangrado y análisis de muestras
18
i. Análisis estadístico
19
Resultados
21
a. Características de los participantes
21
b. Características de la dieta
22
c. Rendimiento físico en el duatlón
23
d. Indicadores bioquímicos
29
e. Indicadores hepáticos
32
f. Indicadores inmunológicos y de endotoxemia
33
Discusión
39
VII.
Conclusiones
56
VIII.
Limitaciones
58
IX.
Bibliografía
60
X.
Apéndices
82
a. Apéndice 1: Carta de aprobación del Protocolo del Comité de
83
Ética Institucional de Auburn University b. Apéndice 2: Reproducción de artículos publicados
84
c. Apéndice 3: Revisión de literatura
88
vi
RESUMEN El propósito del estudio fue alterar el estado metabólico inicial de atletas y comparar los marcadores de permeabilidad intestinal, estructura hepática, respuesta inmunológica, síntomas gastrointestinales y el rendimiento físico durante y después de un ejercicio aeróbico de alta intensidad y larga duración. Se utilizó un diseño cruzado aleatorio en el que 11 hombres (36.6 ± 4.9 años, 1.7 ± 0.1 m, 74.5 ± 7.7 kg, 17.2 ± 6.6% grasa corporal, VO2máx 57.4 ± 7.4 ml·kg-1· min-1) consumieron en distintas ocasiones dos dietas isoenergéticas, las cuales estaban diseñadas para reducir (carbohidratos [CHO] = 21.27%, grasas = 67.64%, proteínas = 11.36%) o para mantener (CHO = 63.46%, grasas = 25.36%, proteínas = 11.18%) el contenido de glucógeno hepático y muscular. Estas dietas, junto con sesiones de entrenamiento físico, fueron completadas por cada participante en los días previos a la realización de un duatlón (5 km carrera, 30 km ciclismo, 10 km carrera). Se obtuvieron muestras de sangre antes, durante, inmediatamente finalizado el duatlón y una y dos horas después de la finalización del mismo para el análisis de insulina (IN), glucagon (GL), glucosa y los marcadores proteína reconocedora de lipopolisacáridos (LBP), interleucina 6 (IL-6), aspartato aminotransferasa (AST), y alanina aminotransferasa (ALT). A cada participante se le midió el consumo de oxígeno (VO2), la valoración del esfuerzo percibido (VEP), la tasa de intercambio respiratorio (RER), la temperatura central, y las tasas de oxidación de CHO y grasas. Los síntomas gastrointestinales fueron determinados por medio de una encuesta. Se encontró un cambio en el estado metabólico inicial interpretado por la relación IN/GL (dieta baja CHO = .28 ± .10 vs. dieta alta CHO = .38 ± .21; p < .05). El rendimiento no fue diferente entre los dos tratamientos experimentales. Independientemente de la dieta, la relación AST/ALT posterior al ejercicio y en la fase de recuperación indicó un daño estructural en la parénquima del hepatocito. No se encontraron correlaciones significativas entre AST, ALT y el rendimiento físico cuando los atletas consumieron la dieta alta o baja en CHO. Para la glucosa sanguínea, se encontró una interacción entre el régimen dietético y el tiempo de medición (p = .004), por medio del cual la concentración de glucosa sanguínea fue mayor inmediatamente después de finalizado el duatlón cuando los atletas consumieron una dieta alta en CHO (5.52 ± 1.25 mmol/l) en comparación a cuando consumieron una dieta alta en grasas (4.15 ± .88 mmol/l). Estas diferencias se mantuvieron hasta las dos horas posteriores a la finalización del duatlón e incluso una hora después del mismo los niveles de glucosa en la condición de dieta alta en grasa fueron menores (hipoglicemia) a los valores normales (3.9 – 6.1 mmol/l; p < .05). El ejercicio causó un aumento significativo en la concentración de IL-6 en ambas condiciones de dietas experimentales (p ≤ 0.05). Sin importar el tipo de dieta, se encontró una mayor translocación bacteriana de la condición de reposo a la de ejercicio (p ≤ 0.05); sin embargo, no se encontraron correlaciones significativas entre los niveles de endotoxinas, la temperatura central y los síntomas o molestias gastrointestinales. Se concluye que el rendimiento en el duatlón no fue alterado por cambios modestos en la composición de CHO o grasas en la dieta. Aunque se observó un aumento significativo en los marcadores de endotoxemia y la respuesta inmune cuando los atletas ejecutaron el ejercicio a una alta intensidad, éstos no se relacionaron con marcadores de estructura hepática o síntomas de molestias gastrointestinales. vii
ABSTRACT The aim of the study was to alter the underlying initial energy status of athletes and to compare markers of intestinal permeability, hepatic structure, immune function, gastrointestinal symptoms, and physical performance during and after high-intensity and long-duration aerobic exercise. In a crossover design, 11 males (36.6 ± 4.9 yrs., 1.7 ± 0.1 m, 74.5 ± 7.7 kg, 17.2 ± 6.6% body fat, VO2max 57.4 ± 7.4 ml·kg-1· min-1) underwent two individual isoenergetic diets designed to either deplete (carbohydrates [CHO] = 21.27%, fat = 67.64%, protein = 11.36%) or maintain (CHO = 63.46%, fat = 25.36%, protein = 11.18%) their hepatic and muscular glycogen content. These diets and accompanying exercise sessions were performed by each participant in the days before completing a duathlon (5-km run, 30-km cycling, 10-km run). Blood samples were obtained before, immediately and 1- and 2-h following the duathlon for determination of insulin (IN), glucagon (GL), glucose, lipopolysaccharide binding protein (LBP), interleukin-6 (IL-6), aspartic aminotransferase (AST), and alanine aminotransferase (ALT) markers. Oxygen consumption (VO2), ratings of perceived exertion (RPE), respiratory exchange ratio (RER), body core temperature, and fat and CHO oxidation rates were recorded for each participant. Gastrointestinal symptoms were assessed by survey before and after exercise. A change in metabolic state as demonstrated by the IN/GL ratio (Low-CHO diet = .28 ± .10 vs. HighCHO diet = .38 ± .21; p < .05) was obtained. Performance did not differ between trials. Regardless of the diet, the AST/ALT ratio following exercise and in the recovery phase indicated hepatocyte parenchyma structural damage. No significant correlations between AST, ALT, and performance were found in either the low or the high CHO diets trials. A combined effect between dietary regimen and measurement time (p = .004) was observed for glucose concentration. Blood glucose concentration was higher immediately following duathlon in the HC diet trial (5.52 ± 1.25 mmol/l) than in the HF diet trial (4.15 ± .88 mmol/l), and remained higher 1- and 2-h following duathlon. One-hour following duathlon the blood glucose levels in the HF diet were lower (hypoglycemia) than normal (3.9 – 6.1 mmol/l; p < .05). Exercise caused an increase in IL-6 in both dietary conditions (p ≤ 0.05). Regardless of the dietary trial, exercise allowed a higher bacterial translocation from rest to exercise (p ≤ 0.05); however, no significant correlations between endotoxin levels, body core temperature and gastrointestinal symptoms were found. In conclusion, duathlon performance was not altered by modest changes in dietary CHO or fat composition. Increased markers of endotoxemia and immune function observed with the high-intensity exercise were unrelated to hepatic function and/or gastrointestinal complaints before and after exercise.
viii
Lista de cuadros 1. Estadística descriptiva de los atletas.
21
2. Composición de las dietas de las condiciones experimentales.
22
3. Tiempo parcial, total y velocidad en los segmentos de la prueba del
24
duatlón en dos condiciones experimentales 4. Tasas de CHOX y FOX en los segmentos del duatlón
28
5. Estado de hidratación de los atletas que participaron en un duatlón en
29
dos condiciones experimentales 6. Indicadores bioquímicos e inmunológicos obtenidos en las sesiones
30
experimentales 7. Frecuencia de síntomas gastrointestinales.
37
8. Funciones principales de las células Kupffer.
94
9. Valores normal de marcadores hepáticos.
104
ix
Lista de figuras •
1. Respuestas de la VEP, %FCmáx y el % VO2máx de 11 hombres que
25
completaron un duatlón 2. Temperatura corporal central durante el duatlón.
26
3. Concentraciones promedio de glucosa plasmática de 11 hombres que
31
completaron un duatlón luego de ingerir dos dietas. 4. Relación AST/ALT en 11 hombres que completaron un duatlón.
33
5. Concentraciones en plasma de IL-6 de 11 hombres que completaron un
35
duatlón. 6. Región anatómica donde los participantes sintieron las molestias gastrointestinales cuando consumieron la dieta alta en CHO
x
38
Lista de ilustraciones
1. Modelo de endotoxemia moderada inducida por el ejercicio.
3
2. Protocolo experimental.
10
3. Mecanismo de activación de las células de Kupffer ante endotoxinas.
91
xi
Lista de abreviaturas
ALT:
Alanina aminotransferasa
ANOVA:
Análisis de varianza
AST:
Aspartato aminotransferasa
CHO:
Carbohidratos
CO2:
Dióxido de carbono
DEXA:
Siglas en inglés de absorciometría doble de energía de rayos X
FC:
Frecuencia cardiaca
FOX:
Siglas en inglés para tasa de oxidación de grasas
GL:
Glucagon
Hb:
Hemoglobina
Hct:
Hematocrito
IL-6:
Interleucina 6
IN:
Insulina
LBP:
Siglas en inglés para la proteína reconocedora de lipopolisacáridos
LPS:
Lipopolisacáridos
RER:
Siglas en inglés para tasa de intercambio respiratorio
VCO2:
Consumo de dióxido de carbono
VEP:
Valoración del esfuerzo percibido
VO2:
Consumo de oxígeno
•
VO2máx:
Consumo máximo de oxígeno
xii
1 I.
INTRODUCCIÓN Entre un 20% – 50% de los atletas que participan en deportes de resistencia como el
maratón, el ciclismo y el triatlón presentan síntomas gastrointestinales en reposo, durante y después de la competencia (Gil, Yazaki, y Evans, 1998; Peters, de Vries, VanbergeHenegouwen, y Akkermans, 2001a). A pesar de la alta frecuencia de los trastornos gastrointestinales comunes como la eructación, cólicos, náuseas, o la diarrea, aún no se comprenden completamente los mecanismos fisiológicos específicos que expliquen estas molestias. Se ha propuesto a la endotoxemia como uno de los mecanismos más importantes que podrían explicar el deterioro fisiológico que ocurre en los atletas, y que en casos extremos, los puede llevar a condiciones de atención médica especializada, como por ejemplo, cuando ocurre un golpe por calor (Hales y Sakurada, 1998; Ryan, 1993). La endotoxemia se caracteriza por la presencia de endotoxinas en la sangre, generalmente lipopolisacáridos (LPS) provenientes de bacterias gram negativas (Williams, 2001), que por su efecto pirogénico, inducen una respuesta similar a la febril (Bosenberg, Brock-Utne, Gaffin, Wells, y Blake, 1988; Mackowiak, 1998). La respuesta febril es la respuesta normal de la activación de un componente inmunológico, que responde en un intento por devolver la homeostasis al organismo y que involucra un aumento en la temperatura central mediado por citocinas, la generación de proteínas de fase aguda y la activación de varios sistemas (Mackowiak, 1998). Se ha indicado que la endotoxemia aparece a concentraciones sanguíneas de LPS ≥ 5.0 pg/mL (van Deventer, Büller, ten Cate, Sturk, y Pauw, 1988; Camus, Poortmans, Nys, Deby-Dupont, Duchateau, Deby, y Lamy, 1997).
2 El ejercicio físico ejecutado en condiciones de mediana y larga duración e intensidad moderada y alta también puede estimular una respuesta similar a la febril, ya que los seres humanos son eficientes en un ~20-25% en su capacidad para utilizar la energía metabolizada para realizar trabajo físico y mecánico (Mackowiak, 1998; Wendt, van Loon, y van Marken-Lichtenbelt, 2007). Esta elevación en la temperatura central del organismo es controlada de manera muy precisa por el hipotálamo y es influenciada por la tasa a la que las endotoxinas pueden ser removidas (aclaramiento) de la circulación, la cual es una tarea ejecutada principalmente por las células hepáticas de Kupffer a través de un proceso dependiente de energía. Así, la endotoxemia inducida por el ejercicio puede elevar la temperatura corporal, y esto, unido a la deshidratación normal que ocurre durante una competencia, podrían ser factores limitantes del desempeño físico que podrían producir molestias gastrointestinales y fallas termorregulatorias, tal y como se ha reportado previamente en pacientes con golpe de calor (Hales y Sakurada, 1998; Moore, Holbein, y Knochel, 1995; Ryan, 1993). De esta forma, un modelo de endotoxemia inducida por el ejercicio podría utilizarse para medir el impacto del ejercicio de larga duración y alta intensidad en varios parámetros fisiológicos y metabólicos (Ilustración 1). Primero, el modelo se basa en el hecho de que el ejercicio de alta intensidad y duración prolongada produce elevaciones en la temperatura central. Segundo, durante el ejercicio, las endotoxinas atraviesan la pared intestinal (translocan) a una tasa mayor que en condiciones de reposo debido a un aumento en la redistribución del flujo sanguíneo hacia los músculos que realizan trabajo físico y a una concomitante reducción en el flujo sanguíneo visceral o esplácnico. Tercero, bajo estas
3 circunstancias, el hígado es incapaz de remover las endotoxinas a la misma tasa en que lo hace en reposo y por consiguiente se produce un aumento en la concentración de estas bacterias que causaría disturbios en el funcionamiento cardiovascular y en los procesos termorregulatorios. Por consiguiente, con este modelo, el aumento en la temperatura central podría explicarse por el efecto combinado y aditivo del calor metabólico producido por los músculos que realizan trabajo físico y la respuesta similar a la febril ocasionada por las endotoxinas.
Ilustración 1. Modelo de endotoxemia moderada inducida por el ejercicio (modificada del modelo original de Hales y Sakurada, 1998). En este modelo, la combinación de dieta y ejercicio potencialmente podría afectar la habilidad del hígado para remover endotoxinas (LPS) ya que las células de Kupffer, los macrófagos residentes en el hígado, necesitan energía para desintoxicar bacterias de origen intestinal.
4 Con base en este modelo, se pensaría (hipótesis 1) que la habilidad del hígado para aclarar o remover endotoxinas podría verse perjudicada si su nivel de energía es bajo ya que este proceso metabólico depende de energía. En otras palabras, un bajo nivel de glucógeno hepático se relacionaría inversamente con la habilidad del hígado para remover endotoxinas. A la vez se pensaría (hipótesis 2) que esta incapacidad del hígado para remover endotoxinas produciría molestias gastrointestinales, una respuesta inmunológica elevada y por supuesto, un aumento en la temperatura central, que a su vez, combinada con la deshidratación normal que ocurre durante una competencia, podrían ser los factores limitantes del rendimiento de los atletas (Hales y Sakurada, 1998; Moore, Holbein, y Knochel, 1995). Así, para estudiar estas hipótesis, se diseñó un proyecto mediante el cual se cambiarían las reservas energéticas de atletas que pudieran soportar completar una prueba de rendimiento físico demandante. Para ello, se revisaron investigaciones en las que se utilizaron intervenciones nutricionales para cambiar la concentración de glucógeno muscular y por ende, las hepáticas. Así, se llegó a determinar que una dieta alta en carbohidratos y una dieta baja en carbohidratos habían demostrado consistentemente poder cambiar la concentración de glucógeno muscular y hepático y consecuentemente el estado metabólico inicial. Luego, se requería encontrar una prueba de rendimiento físico que fuera lo suficientemente extenuante, sin llegar a ser considerada una prueba de rendimiento físico extrema (e.g., ultramaratón), que permitiera añadir el componente de “competencia” entre los participantes del estudio y así motivarlos para que dieran su máximo esfuerzo durante
5 un estudio que sería llevado en un ambiente de laboratorio. Se decidió utilizar el modelo de duatlón, que para este estudio en particular consistiría en correr 5 km a pie sobre una banda sin fin, pedalear 30 km en un tipo de bicicleta estacionaria y luego volver a correr 10 km a pie sobre la banda sin fin. Este tipo de prueba resultó haber sido poco estudiada en investigaciones previas en las que se manipulaba la ingesta nutricional tal y como lo evidencia el meta análisis de Erlenbusch, Haub, Munoz, MacConnie y Stillwell (2005), que fue publicado mientras se realizaba este proyecto. A través de este diseño, en el cual se tenía el tratamiento experimental (i.e., las dos dietas) y la prueba de rendimiento físico (i.e., duatlón), se seleccionaron las variables dependientes que apoyarían o rechazarían las hipótesis del estudio. Estas variables fueron indicadores de integridad de la estructura hepática, endotoxemia, temperatura corporal central, grado de deshidratación, respuesta inmune aguda y molestias gastrointestinales. Así, en la primera publicación (Aragón-Vargas, Moncada-Jiménez, Hernández, Barrenechea y Monge-Alvarado, 2009), se estudió la temperatura central de atletas que competían en una alta temperatura ambiental (34.9°C y 35.4% humedad relativa) durante una competencia de campo (i.e., juego de fútbol de la primera división costarricense). En ese estudio, se aprendió a utilizar la tecnología (i.e., cápsulas telemétricas ingeribles) para monitorear la temperatura central en personas mientras realizan ejercicio. Esta tecnología sirvió para estudiar el comportamiento de la temperatura central de los atletas que participarían en el duatlón en el laboratorio sin necesidad de utilizar otros métodos menos válidos y particularmente incómodos (e.g., termómetro rectal).
6 En el segundo estudio publicado (Moncada-Jiménez, Plaisance, Mestek, Ratcliff, Araya-Ramírez, Taylor, Grandjean y AragonVargas, 2009), se llegó a determinar que ninguna de las dos dietas utilizadas para cambiar el estado metabólico inicial, entendido como un aumento o una reducción en la cantidad de glucógeno muscular y hepático, fue capaz de encontrar una diferencia estadísticamente significativa en el rendimiento físico de los atletas en la prueba de duatlón. Un hallazgo importante fue que las concentraciones de glucosa sanguínea fueron siempre más bajas, incluso alcanzando el grado de hipoglicemia una hora después de que los atletas habían finalizado el duatlón, luego de haber consumido la dieta alta en grasas (i.e., baja en carbohidratos) durante 48 h previas a la prueba. En la tercera publicación (Moncada-Jiménez, Plaisance, Mestek, Araya-Ramírez, Ratcliff, Taylor, Grandjean y AragonVargas, 2009), se estudió a fondo la posible asociación entre el estado metabólico inicial, la presencia de endotoxinas inducida por ejercicio intenso y vigoroso, y la aparición de molestias gastrointestinales. Así, se demostró que el ejercicio fue capaz de crear un ambiente metabólico caracterizado por una endotoxemia
moderada
producto
de
la
translocación
bacteriana
intestinal
independientemente de la estrategia nutricional utilizada para cambiar el estado metabólico inicial. Sin embargo, y a pesar del éxito en la manipulación del estado metabólico inicial, no se logró establecer una asociación estadísticamente significativa entre las variables estudiadas. Esto sugiere que el conjunto de otros factores son los responsables de las molestias gastrointestinales reportadas por los atletas durante las competencias. Un hallazgo relevante de este estudio fue que se encontró que los atletas terminaron más
7 deshidratados cuando consumieron la dieta alta en grasas a pesar de la ingesta de agua ad libitum proporcionada. En el cuarto artículo (Moncada-Jiménez, Plaisance, Araya-Ramírez, Taylor, Ratcliff, Mestek, Grandjean y AragonVargas, manuscrito sin publicar), se pretendió reportar la asociación entre indicadores de daño hepático, temperatura corporal central y la IL-6. Los hallazgos principales del estudio indicaron un mayor insulto al hepatocito, expresados como mayores valores en la relación AST/ALT luego de ingerir la dieta alta en grasas y realizar el duatlón, en comparación a cuando consumieron la dieta alta en carbohidratos. Por otra parte, la respuesta de la IL-6 fue similar independientemente de la dieta
consumida.
Finalmente,
no
se
encontraron
asociaciones
estadísticamente
significativas entre los indicadores de daño hepático, temperatura corporal y IL-6. Por lo tanto, al estudiar las hipótesis se concluye que la habilidad del hígado para aclarar o remover endotoxinas no se ve perjudicada significativamente si su nivel de energía es bajo y que tampoco existe una asociación con molestias gastrointestinales ni una respuesta inmunológica de fase aguda exagerada más allá de la esperada por el ejercicio físico intenso y vigoroso. A pesar de existir indicios de un daño estructural del hepatocito, no se deterioran las funciones del mismo ni ocurre un aumento de la temperatura corporal central que pueda explicarse sino por el aumento en la intensidad y duración del ejercicio físico.
8 II.
PROPÓSITO El propósito del proyecto fue alterar el estado metabólico inicial de atletas
masculinos y comparar los marcadores de permeabilidad intestinal, estructura hepática, respuesta inmunológica, síntomas gastrointestinales y el rendimiento físico durante y después de un ejercicio aeróbico de alta intensidad y larga duración.
9 III.
OBJETIVOS
1. Conocer el efecto de dos regímenes de dieta en el rendimiento físico en una prueba de duatlón. 2. Observar si una dieta baja en CHO afecta la estructura hepática durante el ejercicio. 3. Conocer si el estado metabólico inicial reduce la capacidad de aclaramiento hepático de las endotoxinas. •
4. Comprobar que el ejercicio de alta intensidad (i.e., ~ 70% V O2máx) y larga duración (~ 90 min) aumentan la permeabilidad intestinal y producen una endotoxemia moderada en atletas. 5. Conocer si existe una asociación entre la concentración de endotoxinas y la aparición de molestias gastrointestinales. 6. Conocer la relación entre la temperatura corporal central y la concentración de endotoxinas. 7. Conocer si existe una asociación entre la temperatura corporal central, IL-6 y la concentración de endotoxinas.
10 IV.
MATERIALES Y MÉTODOS
a. Diseño del estudio Se utilizó un diseño cruzado y en el que las condiciones experimentales fueron asignadas aleatoriamente a los participantes. De esta forma, de una manera balanceada, cada atleta completó el protocolo en dos oportunidades diferentes, separadas al menos en siete días. El protocolo en general se muestra en el diagrama 2, el cual se explica detalladamente más adelante.
Ilustración 2. Protocolo experimental.
11 b. Participantes En el estudio participaron once atletas masculinos. No se incluyeron mujeres debido a sus características metabólicas relacionadas a la utilización de grasas y síntesis de glucógeno durante el ejercicio (Tarnopolsky, MacDougall, Atkinson, Tarnopolsky y Sutton, 1990). Se realizó a priori un estudio de potencia para determinar el tamaño de la muestra con base en la respuesta de la IL-6 reportada en estudios previos (Camus, Nys, Poortmans, Venneman, Monfils, Deby-Dupont, Juchmes-Ferir, Deby, Lamy y Duchateau, 1998; Febbraio, Ott, Nielsen, Steensberg, Keller, Krustrup, Secher, y Pedersen, 2003). Utilizando el programa estadístico nQuery Advisor®, se estimó que una muestra de 10 atletas daría una potencia (β = .80) para detectar un tamaño del efecto de 0.996 con un nivel de significancia de 0.05 (O’Brien y Muller, 1993). El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética Institucional de Auburn University (AU) (Apéndice 1) y cada participante firmó el consentimiento informado para participar como sujeto en el proyecto de investigación.
c. Criterios de inclusión y exclusión A los voluntarios se les permitió participar en el proyecto de investigación si cumplían con los siguientes requisitos: a) ser atleta masculino; b) tener entre 20 y 44 años •
de edad; c) tener un V O2máx > 50 ml · kg-1 · min-1 , valor considerado adecuado para que un atleta pudiera completar el duatlón en un tiempo aceptablemente competitivo. No se permitió que participaran personas que: a) presentaran anemia definida como valores de Hb < 8.38 mmol/L y Hct < 40%; b) tuvieran desórdenes gastrointestinales, cirugía gastrointestinal o abdominal, algún problema para tragar, felinización del esófago, reflujo,
12 diabetes, enfermedad hepática u otra enfermedad crónica (Kalach, Rocchiccioli, de Boissieu, Benhamou, y Dupont, 2001); c) tuvieran un marcapasos y otro dispositivo electromédico implantado; d) fumaran; e) estuvieran bajo tratamiento con drogas antiinflamatorias no esteroideas (AINES); f) tuvieran una infección aguda o crónica o que tuvieran alergias a los alimentos, o que se hubieran vacunado al menos dos semanas antes del estudio.
d. Evaluaciones preliminares Luego del reclutamiento inicial de posibles participantes, aquellos atletas que aparentemente cumplían con los requisitos de inclusión visitaron el Laboratorio de Tecnología del Ejercicio de la Universidad de Auburn para leer y firmar el documento del consentimiento informado, llenar un formulario de historial de salud y someterse a una valoración médica. Posteriormente, se obtuvo el porcentaje de grasa corporal de los participantes a través del equipo DEXA (General Electric Medical Systems, GEMS •
LUNAR, modelo 7635), y luego el V O2máx a través de una prueba gradual de ejercicio sobre una banda sin fin (Trackmaster®, Newton, KS) en la que se midieron gases espirados (Medgraphics® CPX-Ultima, Minneapolis, MN). Los sensores de O2 y CO2 fueron calibrados con gases de conocida concentración de O2, N2 y CO2 antes de cada prueba. Los sensores de flujo también fueron calibrados antes de cada prueba con una jeringa de 3 •
litros. Los criterios para finalizar la prueba gradual de ejercicio y obtener el V O2 máx fueron: a) el deseo del participante de finalizar la prueba; b) un RER ≥ 1.15, y/ó c) una meseta en la curva del VO2 < 2 ml · kg-1 · min-1 con un aumento en la carga de trabajo.
13
e. Intervención nutricional (dieta) A los participantes se les giraron instrucciones para que anotaran en un diario todos los alimentos consumidos en un periodo de tres días (2 días entre semana y un día de fin de semana) para determinar preferencias y consumo energético habitual. Un profesional en nutrición analizó los diarios con la ayuda de un paquete computacional especializado (NutriCalc Plus, Version 2.1.1, ESHA Research, Salem, OR, 2005). Con base en esta información se estimó el consumo energético y luego se diseñaron dos tipos de dietas individualizadas; una para reducir las reservas de glucógeno muscular y hepático y otra para aumentarlas (Sherman, Costill, Fink, y Miller, 1981). En este proyecto de investigación, se definió como una dieta baja en CHO aquella que tuviera < 30% CHO y una dieta alta en CHO aquella que tuviera > 50% CHO del contenido energético total (Erlenbusch, Haub, Munoz, MacConnie, y Stillwell, 2005). Ambas dietas tenían el mismo contenido calórico o energético, el cual era suficiente para cumplir con las necesidades energéticas diarias del participante tal y como lo reportó en el diario. Los nutrientes de cada dieta fueron distintos. El objetivo primordial era diseñar una dieta que teóricamente pudiera maximizar las reservas de glucógeno muscular y hepático, la cual estaba compuesta de 60% CHO, 25% grasas y 15% proteínas. Por otra parte, se diseño una dieta que permitiera reducir al mínimo las reservas de glucógeno muscular y hepático, la cual estaba compuesta de 20% CHO, 65% grasas y 15% proteínas. Ambas dietas fueron preparadas con alimentos disponibles comercialmente que fueron empacados por los investigadores y entregados a los participantes 72 h antes del
14 duatlón. A los atletas se les pidió que consumieran todos los alimentos provistos en los períodos de desayuno, almuerzo, cena y meriendas. La ingesta calórica fue verificada pidiéndoles a los participantes que devolvieran los empaques vacíos y cualquier porción de alimentos no consumidos cuando regresaban al laboratorio para completar el duatlón. El protocolo descrito anteriormente fue un requisito para conocer el funcionamiento hepático con base en el nivel energético del hígado. A los participantes se les recordó seguir las instrucciones de la mejor manera posible. Además, se le indicó a los atletas descansar (i.e., no hacer ejercicio) el día antes del duatlón y evitar la ingesta de alcohol, tabaco, bebidas con cafeína, o AINES (Lambert, Boylan, Laventure, Bull, y Lanspa, 2007; Van Nieuwenhoven, Brouns, y Brummer, 1999; Febbraio et al., 2003; Ryan, Chang, y Gisolfi, 1996).
f. Intervención de ejercicio físico En el transcurso de las 48 h en que el participante ingirió la dieta diseñada para maximizar o aumentar las reservas de glucógeno muscular y hepático, se le pidió que visitara el laboratorio para correr en la banda sin fin durante 60 min a una intensidad •
submáxima de ~70% V O2 máx dos días antes de realizar el duatlón. Un día antes de realizar el duatlón, se les pidió que se abstuvieran de realizar ejercicio físico o cualquier actividad física extenuante. Durante las 48 h en que los participantes consumían la dieta diseñada para reducir las reservas de glucógeno muscular y hepático, se les pidió ejercitarse cada día como se describe a continuación. Los participantes corrieron en la banda sin fin durante 60 min a
15 •
una intensidad submáxima de ~70% V O2máx 48 h antes de realizar el duatlón. Al día siguiente, regresaban al laboratorio y corrían en la banda sin fin durante 45 min a una •
intensidad submáxima de ~70% V O2máx. Este régimen de ejercicio, combinado con la intervención nutricional, fue la estrategia utilizada para cambiar el estado energético de los participantes antes de competir o completar el duatlón (descrito a continuación).
g. Sesión experimental de ejercicio (duatlón) La noche previa al duatlón, se le pidió a los participantes que tragaran una píldora cubierta de silicón marca CorTemp® (sistema de registro de temperatura, HQ Inc., Palmetto, FL). Esta píldora contiene un sensor electrónico que se usa comúnmente para medir telemétricamente la temperatura corporal central en ambientes de laboratorio y en estudios de campo (Aragón-Vargas et al., 2009; Cooper, 1994; Lee, Williams, y Snider, 2000a,b). Así, la píldora fue utilizada como sensor para medir la temperatura corporal durante las sesiones experimentales del duatlón. El sensor viene calibrado y codificado de fábrica y puede tragarse fácilmente y evacuarse por medio de los movimientos intestinales normales en un periodo de 48 h (Lee et al., 2000a,b). El día del duatlón, los participantes se presentaron al laboratorio, entregaron los empaques vacíos de los alimentos y se les indicó que orinaran antes de medir el peso corporal. Luego, se les pidió que se sentaran en silencio durante 5 min. Durante ese periodo, los atletas completaron un cuestionario de síntomas gastrointestinales. Este es un instrumento modificado que contiene una escala visual utilizada para obtener información acerca de posibles molestias gastrointestinales (Morton y Callister, 2002). La escala
16 muestra la ubicación anatómica donde se puede sentir el síntoma gastrointestinal y ha mostrado tener una “validez aparente” aceptable (Baumgartner y Strong, 1998). Posteriormente se obtuvieron
muestras de
sangre en ayunas (descritas
posteriormente). Luego, cada participante consumió un desayuno estandarizado mientras descansaba cómodamente sentado en la silla para flebotomía durante 60 min. El desayuno fue diseñado por un profesional en nutrición y consistió de agua y un emparedado que contenía 51% CHO (48 g), 19% proteínas (18 g) y 30% grasas (13 g) para un total de 1570.05 kJ (375 kcal), y un índice glicémico moderado de 64.66 (con base en 50 g de glucosa). Luego del periodo de reposo, los participantes tuvieron 10 min para calentar y luego comenzaron el duatlón en el siguiente orden: a) 5 km de carrera en banda sin fin (carrera 1); b) 30 km de ciclismo estacionario (bici); y c) 10 km de carrera en banda sin fin (carrera 2). Los atletas corrieron en una superficie plana (i.e., 0% inclinación) y solamente podían cambiar la velocidad de la banda sin fin. Para el segmento de ciclismo estacionario, los participantes previamente habían colocado su propia bicicleta en un dispositivo denominado CompuTrainer™ (Racer Mate, Inc., Seattle, WA), el cual permite observar en un monitor de computadora el recorrido que realiza el atleta sobre una pista de carreras. La bicicleta se fija sobre un rodillo, el cual ejerce presión sobre la llanta trasera de la bicicleta. Esto permite registrar la distancia recorrida por el atleta en su propia bicicleta. El tiempo parcial de cada segmento del duatlón, así como el tiempo total fueron anotados para los análisis posteriores. El tiempo de transición entre cada segmento del duatlón fue anotado y luego restado del tiempo final de carrera. Durante el duatlón se le dio
17 la oportunidad a cada atleta de beber agua fría ad libitum; sin embargo, no se les permitió ingerir alimentos sólidos. Se anotó el volumen total de líquido para determinar posteriormente el nivel de hidratación de los participantes. A los atletas se les pidió que dieran su máximo esfuerzo durante el duatlón. Durante la prueba se monitoreó al menos dos minutos cada 15 min durante la etapa el VCO2, VO2, FC (latidos • min-1) (monitor de ritmo cardiaco Polar®), temperatura corporal, temperatura corporal (CorTemp®), VEP (Borg, 1998), y síntomas gastrointestinales. Estas mediciones sirvieron para controlar que la intensidad del esfuerzo durante el duatlón fuera ≥ 70% del •
V O2máx. Si el atleta se mantenía por debajo de esa intensidad se le exhortaba para que aumentara su esfuerzo. Se calculó la FOX y CHOX por medio de las siguientes ecuaciones estoquiométricas y los equivalentes energéticos apropiados asumiendo una excreción urinaria de N2 despreciable tal y como lo han descrito otros (Achten y Jeukendrup, 2003; Frayn, 1983): FOX (g • min-1)
=
1.67 x VO2 (L/min) – 1.67 x VCO2 (L/min)
CHOX (g • min-1)
=
4.55 x VCO2 (L/min) – 3.21 x VO2 (L/min)
Las muestras de sangre (descritas a continuación) se obtuvieron inmediatamente finalizado el duatlón y 1 h y 2 h después. Los participantes llenaron el cuestionario de síntomas gastrointestinales y se les midió la temperatura corporal hasta por 2 h luego del duatlón. Una vez que la sesión experimental finalizaba, a los sujetos se les daba líquidos, frutas y una cita para la próxima visita al laboratorio, la cual era en un plazo mínimo de 7 días.
18
h. Sangrado y análisis de muestras Las muestras de sangre venosa de cada participante fueron obtenidas antes del duatlón, inmediatamente finalizado el mismo, y 1 y 2 h posteriores al mismo. Se utilizaron 2 tubos rojos de 7 ml marca BD Vacutainer® (Becton, Dickinson, Franklin Lakes, NJ), en cada muestreo. Las muestras de sangre se obtuvieron luego de que el participante estuviera sentado en la silla para flebotomía en completo reposo durante 5 min. El sangrado y recolección de muestras fue obtenido siguiendo precauciones universales. Solamente las muestras para el análisis de glucagon fueron recolectadas en tubos color violeta previamente enfriados a los que se les añadió 100 µL de aprotinina (Sigma, Aprotinin, Cat# A6279). Inmediatamente después de recolectada la muestra de sangre, se utilizó una pequeña porción de la misma en tres tubos capilares, los cuales se centrifugaron en una microcentrífuga de alta velocidad marca IEC Micro MB (International Equipment Company, Needham Heights, MA) para medir el Hct. Luego, para la medición de la Hb se utilizaba otra porción de sangre fresca (10 µL), la cual se transfirió inmediatamente en un tubo que contenía una solución reactiva de Hb previamente preparada (2.5 mL lauril sulfato de sodio). Esta mezcla se transfirió a una cuveta, la cual se leyó a 540 nm en un espectrofotómetro (Spectronic® Genesys™ 2, Spectronic Instruments, Inc., Rochester, NY). El resto de la muestra de sangre se dejó cuagular y se obtuvo el suero por centrifugación a 1500 g durante 15 min (ARL Labsouth, 7090, ARL Alabama Reference Laboratories Inc., Montgomery, AL).
19 Pequeñas porciones de suero se transfirieron a crioviales, los cuales se guardaron a una temperatura de –80°C para el posterior análisis de glucosa (Glucose Flex® Dimension®, Dade Behring Inc., Deerfield, IL), AST (AST Flex® Dimension®, Dade Behring Inc., Deerfield, IL), y ALT (ALT Flex® Dimension®, Dade Behring Inc., Deerfield, IL). Se utilizó una prueba de ELISA para la determinación de IN y GL (LINCO, St. Charles, MO), LBP como indicador de la concentración de LPS (Cell Sciences, Inc., Canton, MA), y una prueba de alta sensibilidad para la determinación de IL-6 humana (HsIL-6) (Cell Sciences, Inc., Canton, MA). Las concentraciones de IL-6 y LBP fueron ajustadas tomando en cuenta los cambios en el volumen plasmático ocurridos durante el ejercicio tal y como lo describieron previamente Dill y Costill (1974).
i. Análisis estadístico Los datos fueron analizados con el Paquete Estadístico para las Ciencias Sociales (SPSS®), versión 15.0 para Windows®. Los datos se presentan como la media (M) y desviación estándar (± DE), y la significancia estadística se estableció a priori en p ≤ 0.05. Se utilizó la prueba t student pareada para determinar si existían diferencias significativas entre las condiciones experimentales en las variables dependientes de rendimiento físico (tiempo parcial y total en completar el duatlón), la relación IN/GL, la composición de la dieta y en el estado de hidratación. Se calculó un ANOVA factorial de 2 (dietas) x 4 (mediciones) de medidas repetidas para analizar las concentraciones de glucosa, AST, ALT, la relación AST/ALT, LBP y IL6.
20 La temperatura corporal fue analizada por medio de un ANOVA factorial 2 (dietas) •
•
x 7 (mediciones) de medidas repetidas. Las variables metabólicas (i.e., V O2, % V O2, RER, FOX, y CHOX), VEP, y las variables de velocidad fueron analizadas por medio de pruebas ANOVA factoriales 2 (dietas) x 3 (mediciones) de medidas repetidas. Para todas las pruebas de ANOVA, se realizaron los análisis de seguimiento apropiados si las interacciones o los efectos principales eran estadísticamente significativos (e.g., pruebas de Bonferroni con ajuste para comparaciones múltiples). Finalmente, se calcularon pruebas no paramétricas de Chi2 (χ2) para analizar los síntomas gastrointestinales, así como correlaciones producto momento de Pearson para estudiar asociaciones entre indicadores hepáticos, inmunológicos y de rendimiento físico.
21 V.
a.
RESULTADOS
Características de los participantes En el estudio participaron 11 atletas sanos. Los participantes entrenaban para
eventos de mediana y larga distancia como maratón y triatlón. En promedio, entrenaban 11 h
•
semana, incluyendo carreras pedestres de 13 km • semana y 24 a 40 km
•
semana de
ciclismo de ruta. Los valores de Hb y Hct estuvieron en el rango normal para hombres adultos (Pagana y Pagana, 2003). Las características descriptivas de los participantes se presentan en el cuadro 1. Cuadro 1. Estadística descriptiva de los atletas (n = 11) Variable
M
± DE
Edad (años)
36.64
4.95
Estatura (m)
1.74
0.06
Peso (kg)
74.47
7.66
Grasa corporal (%)
17.22
6.63
Masa magra (kg)
61.42
5.85
57.36
7.41
V O2máx (L • min-1)
4.27
0.55
Hb (mmol • L)
9.91
0.69
47.53
2.48
•
V O2máx (ml • kg-1 • min-1) •
Hct (%)
22 b.
Características de la dieta El promedio en la relación IN/GL en la dieta baja en CHO (M = 0.27 ± 0.10) fue
significativamente menor (t(7) = -2.77, p ≤ 0.05) que en la dieta alta en CHO (M = 0.39 ± 0.20), lo cual indica que los atletas siguieron las instrucciones de las dietas que debían consumir. La composición final del régimen nutricional (i.e., dietas) se presenta en el cuadro 2.
Cuadro 2. Composición de las dietas de las condiciones experimentales (n = 11) Dieta baja en CHO (M ± DE)
Energía (kJ)†
11 586.73 ± 1582.86
11 501.27 ± 1481.03
CHO (%)*
21.27 ± 1.01
63.46 ± 13.89
Grasa (%)**
67.64 ± 1.12
25.36 ± 14.29
Proteína (%)††
11.36 ± 0.67
11.18 ± 0.75
Nota: †
t(10) = 1.09, p = 0.299 entre dietas
†† t(10) = 0.83, p = 0.441 entre dietas *
Dieta alta en CHO (M ± DE)
t(10) = -9.63, p < 0.001 entre dietas
** t(10) = 9.42, p < 0.001 entre dietas
23 En la dieta baja en CHO los atletas consumieron 2.8, 1.9 y 1.0 g
•
kg-1 de peso
corporal de grasa, CHO y proteínas, respectivamente. Por otra parte, en la dieta alta en CHO las cantidades de grasa, CHO y proteínas ingeridas fue de 0.8, 6.3 y 1.0 g • kg de peso corporal, respectivamente. El contenido de fibra de cada dieta fue 31.63 ± 16.41 g • d-1 para la dieta baja en CHO y 42.02 ± 15.93 g • d-1 para la dieta alta en CHO (p = 0.292).
c.
Rendimiento físico en el duatlón Como se puede apreciar en el cuadro 3, no se encontraron diferencias
estadísticamente significativas en el rendimiento físico en el duatlón en función de las dietas ingeridas (t(10) = .257, p = .803), tanto en los segmentos independientes como en el tiempo total de la prueba. Independientemente del tipo de dieta consumida, los atletas hicieron un esfuerzo en •
el duatlón equivalente al 71.07 ± 1.97% de su V O2máx; en donde alcanzaron mayores % •
V O2máx en la carrera 1 (M = 79.10 ± 2.59%) que en el segmento de ciclismo (M = 64.20 ± 2.19%) y la carrera 2 (M = 69.90 ± 2.49%) (F(2,18) = 18.68, p ≤ 0.001). La intensidad se verificó con la VEP, las cuales fueron mayores en la carrera 2 (M = 16 ± 1) al compararlas con la carrera 1 (M = 14 ± 1) y el segmento de ciclismo (M = 15 ± 1) (F(2,20) = 4.19, p = 0.030). La respuesta de la FC estimada como un porcentaje de la FC máxima (220-edad) fue mayor en la carrera 1 (M = 88 ± 2%) al compararla con el segmento de ciclismo (M = 84 ± 2%) y la carrera 2 (M = 86 ± 2%) (F(2,20) = 5.65, p = 0.011) (Figura 1).
24 Cuadro 3. Tiempo parcial, total y velocidad en los segmentos de la prueba del duatlón en dos condiciones experimentales (n = 11) Dieta baja en CHO (M ± DE)
Dieta alta en CHO (M ± DE)
136.38 ± 20.09
134.88 ± 20.89
Carera 1
23.49 ± 3.88
23.20 ± 3.76
Ciclismo
58.94 ± 10.18
59.04 ± 10.43
Carrera 2
53.95 ± 10.30
52.65 ± 11.04
Media total (km/h)
18.62 ± 2.35
18.79 ± 2.50
Carrera 1
13.08 ± 2.12
13.22 ± 1.97
Ciclismo
31.28 ± 4.76
31.28 ± 4.97
Carrera 2
11.50 ± 2.20
11.86 ± 2.46
Tiempo (min) Total
Velocidad (km/h)
25 •
Figura 1. Respuestas de la VEP, %FCmáx y el % V O2máx de 11 hombres que completaron un duatlón (M ± SEM)
26 El análisis de la temperatura corporal no indicó una interacción o efecto combinado entre la dieta y el momento en que se realizó la medición (F(6,42) = 0.73, p = 0.626). En general, la temperatura corporal aumentó desde el reposo (M = 37.15 ± 0.08°C) hasta los diferentes segmentos del duatlón y se mantuvieron así luego del mismo (F(6,42) = 20.59, p < 0.001) independientemente de la dieta ingerida (Figura 2).
Figura 2. Temperatura corporal central durante un duatlón. Los valores se colapsaron en columnas simples ya que no hubo un efecto diferenciado entre las dietas ingeridas. Las líneas punteadas representan los valores normales de temperatura corporal inferior y superior en reposo para adultos (Mackowiak, Wasserman, y Levine, 1992). Los valores representan la media ± SEM.
27 Independientemente del tiempo de medición, la tasa promedio CHOX fue mayor durante la dieta alta en CHO que durante la dieta baja en CHO (F(1,16) = 9.61, p = 0.006) (Cuadro 4). También, independientemente del tipo de dieta, la tasa de CHOX fue similar entre la carrera 2 (M = 2.9 ± 0.9 g
•
min-1) y el segmento de ciclismo (M = 2.6 ± 0.8 g
•
min-1; p > 0.05), y menor que en la carrera 1 (M = 4.2 ± 1.4 g • min-1 ; p ≤ 0.01). Por otra parte, independientemente del momento de medición, la tasa de FOX fue mayor en la dieta baja en CHO (M = 0.5 ± 0.2 g • min-1) que en la dieta alta en CHO (M = 0.2 ± 0.2 g • min-1) (F(1,8) = 22.46, p = 0.001) (Cuadro 4). El análisis de seguimiento con ajuste de Bonferroni para comparaciones múltiples no permitió encontrar diferencias en la tasa de FOX en los diferentes segmentos del duatlón. De manera similar, independientemente del segmento del duatlón, los valores de RER fueron menores cuando los atletas consumieron la dieta baja en CHO (M = 0.90 ± 0.01) que cuando ingirieron la dieta alta en CHO (M = 0.96 ± 0.01) (F(1,9) = 23.07, p = 0.001). Además, independientemente de la dieta ingerida, los valores de RER fueron mayores durante el segmento de carrera 1 (M = 0.96 ± 0.02) que durante el segmento de carrera 2 (M = 0.92 ± 0.01) y ciclismo (M = 0.91 ± 0.01) (F(2,18) = 7.39, p = 0.005).
28 Cuadro 4. Tasas de CHOX y FOX en los segmentos del duatlón (n = 9) Oxidación de sustratos
Dieta baja en CHO (M ± DE)
Dieta alta en CHO (M ± DE)
2.8 ± 0.9
3.7 ± 1.1
Carrera 1
3.7 ± 0.6
4.7 ± 1.4
Ciclismo 1
2.3 ± 1.0
2.8 ± 1.4
Carrera 2
2.4 ± 0.8
3.4 ± 1.3
0.5 ± 0.2
0.2 ± 0.2
Carrera 1
0.3 ± 0.4
0.0 ± 0.4
Ciclismo
0.5 ± 0.2
0.3 ± 0.2
0.5 ± 0.2
0.2 ± 0.2
CHOX (g • min-1)*
FOX (g • min-1)**
Carrera 2 Nota: *
F(1,16) = 9.61, p = 0.006
** F(1,8) = 22.46, p = 0.001
29 El análisis del estado de hidratación indicó una mayor pérdida de fluidos y deshidratación (como % del peso corporal) cuando los atletas ingirieron la dieta baja en CHO comparada con la dieta alta en CHO (Cuadro 5).
Cuadro 5. Estado de hidratación de los atletas que participaron en un duatlón en dos condiciones experimentales (n = 11) Dieta baja en CHO (M ± DE)
Dieta alta en CHO (M ± DE)
Peso inicial (kg)
74.68 ± 7.39
74.26 ± 7.86
Peso final (kg)
73.48 ± 7.12
73.51 ± 7.68
398 ± 122
334 ± 124
2 781.00 ± 946.02
2 596.95 ± 974.48
-1.58 ± 1.19
-0.98 ± 1.37
Pérdida de fluidos (mL)* Ingesta de líquido (mL) Deshidratación (%)** Nota: *
t(10) = 4.66, p = 0.001
** t(10) = -3.41, p = 0.007
d.
Indicadores bioquímicos Los marcadores bioquímicos e inmunológicos medidos en este estudio se presentan
en el cuadro 6. Se observó una interacción o efecto combinado entre el momento de medición y la dieta en el efecto sobre las concentraciones de glucosa plasmática (F(3,30) = 5.53, p = 0.004). El análisis de seguimiento indicó concentraciones de glucosa plasmática
30 menores cuando los atletas consumieron la dieta baja en CHO inmediatamente finalizado el duatlón y luego de 1 y 2 h después de finalizado el mismo (Figura 3).
Cuadro 6. Indicadores bioquímicos e inmunológicos obtenidos en las sesiones experimentales (M ± DE) Dieta alta en CHO
Dieta baja en CHO R
I
+1h
+2h
R
I
+1 h
+2 h
4.58
4.15
3.68
4.04
4.74
5.51
4.39
4.56
(mmol/L)
± 0.62
± 0.87
± 0.36
± 0.28
± 0.55 ± 1.25 ± 0.50
± 0.44
ALT
35.68
37.05
34.09
34.05
32.09
32.77
33.61
(U/L)
± 5.54
± 7.28
± 6.37
± 7.85
± 5.36 ± 7.02 ± 7.06
± 6.27
AST
31.82
40.81
39.97
40.54
24.41
29.97
31.79
(U/L)
± 9.90
± 11.56
± 11.72
± 12.50
± 4.90 ± 6.37 ± 6.34
± 6.33
LBP
4.59
5.91
4.92
4.05
± 1.72
± 4.03
± 3.14
± 1.91
0.82
9.23
5.84
3.99
± 0.53
± 7.38
± 4.40
± 3.52
Glucosa
(pg/mL) IL-6 (pg/mL)
3.84
34.50
30.80
4.43
3.67
± 1.66 ± 2.10 ± 1.77 0.73
8.05
5.77
± 0.56 ± 5.19 ± 3.25
4.07 ± 0.85 3.58 ± 1.78
Nota: R = reposo; I = inmediatamente finalizado el duatlón; + 1h = 1 h después de finalizado el duatlón; +2 h = 2 h después de finalizado el duatlón.
31 Figura 3. Concentraciones promedio de glucosa plasmática de 11 hombres que completaron un duatlón luego de ingerir dos dietas (M ± SEM). Las líneas discontinuas representan los valores normales de glucosa para un adulto (3.9-6.1 mmol/L).
32 e.
Indicadores hepáticos. No se encontró una interacción significativa entre el tipo de dieta y el momento de
medición en los indicadores de estructura hepática AST, ALT y la relación AST/ALT. Independientemente del momento de medición, las concentraciones de AST fueron mayores cuando los atletas consumieron la dieta baja en CHO en comparación a cuando ingirieron la dieta alta en CHO (M = 39.23 ± 3.54 U/L vs. M = 29.40 ± 1.75 U/L) (F(1,9) = 12.07, p = 0.007). Independientemente de la dieta, las concentraciones de AST aumentaron desde el reposo (M = 28.53 ± 2.03 U/L), a inmediatamente finalizado el duatlón (M = 36.58 ± 2.52 U/L), y permanecieron elevados 1 y 2 h después de haber finalizado el mismo (M = 35.42 ± 2.50 U/L y M = 36.72 ± 2.81 U/L, respectivamente) (F(3,27) = 30.39, p < 0.001). También, independientemente del tipo de dieta, las concentraciones de ALT aumentaron desde el reposo (M = 34.15 ± 1.74 U/L) a inmediatamente finalizado el duatlón (M = 35.83 ± 2.05 U/L) (F(3,27) = 4.59, p = 0.010). Independientemente del momento de medición, la relación AST/ALT fue mayor cuando los atletas consumieron la dieta baja en CHO comparado a cuando consumieron la dieta alta en CHO (M = 1.15 ± 0.12 vs. M = 0.89 ± 0.04) (F(1,9) = 5.63, p = 0.042). Independientemente de la dieta consumida, los valores de la relación AST/ALT aumentaron desde el reposo (M = 0.84 ± 0.05) a inmediatamente finalizado el duatlón (M = 1.03 ± 0.06), y permanecieron elevados 1 y 2 h después de haber finalizado el mismo (M = 1.08 ± 0.07 y M = 1.14 ± 0.11, respectivamente) (F(3,27) = 11.15, p < 0.001) (Figura 4).
33 Figura 4. Relación AST/ALT en 11 hombres que completaron un duatlón. Los valores se colapsaron en columnas simples ya que no hubo un efecto diferenciado entre las dietas ingeridas. Los valores representan M ± SEM.
f.
Indicadores inmunológicos y de endotoxemia La permeabilidad intestinal y la translocación bacteriana se determinaron con el
indicador LBP, el cual aumentó desde la condición de reposo independientemente de la manipulación del régimen nutricional (F(3,27) = 2.80, p ≤ 0.05). Las concentraciones de LBP aumentaron desde la condición de reposo a inmediatamente finalizado el duatlón (∆ =
34 16.34%) y se redujeron desde la condición de reposo a 1 h (∆ = - 0.79%) y 2 h (∆ = 4.10%) después de haber finalizado el ejercicio. Se encontró niveles de endotoxemia en reposo, definida anteriormente (Van Deventer et al., 1988; Camus et al., 1997), en 27% de los participantes (n = 3) que consumieron la dieta baja en CHO en comparación con 9% (n = 1) de los atletas que siguieron la dieta alta en CHO. Estas cifras aumentaron a 55% (n = 6) inmediatamente finalizado el duatlón en la dieta baja en CHO, comparado con 45% (n = 5) cuando consumieron la dieta alta en CHO. Una hora después de haber finalizado el duatlón, 26% (n = 4) y 30% (n = 3) de los atletas que habían ingerido la dieta baja y alta en CHO, respectivamente, mostraban endotoxemia. Finalmente, se encontró endotoxemia en un participante que había seguido la dieta baja y otro que había seguido la dieta alta en CHO a las 2 h posteriores al duatlón. El valor más elevado de endotoxemia fue de 16.7 pg/mL inmediatamente finalizado el duatlón en un participante que había seguido la dieta baja en CHO. No se encontró un efecto combinado entre el tipo de dieta y el momento de medición en la variable IL-6 (F(3,27) = 1.20, p = 0.327). Independientemente de la dieta, las concentraciones de IL-6 aumentaron desde la condición de reposo (M = 0.83 ± 0.17 pg/mL) a inmediatamente finalizado el duatlón (M = 9.06 ± 2.00 pg/mL), y se mantuvieron elevadas 1 y 2 h después del mismo (M = 5.95 ± 1.11 pg/mL y M = 3.89 ± 0.83 pg/mL, respectivamente) (F(3,27) = 16.71, p ≤ 0.001) (Figura 5).
35 Figura 5. Concentraciones de IL-6 plasmática de 11 hombres que completaron un duatlón. Los valores se colapsaron en columnas simples ya que no hubo un efecto diferenciado entre las dietas ingeridas. Los valores son M ± SEM.
36 Las correlaciones producto momento de Pearson 2 h luego de haber finalizado el duatlón cuando los atletas ingirieron la dieta baja en CHO, indicaron una asociación entre la masa libre de grasa y las concentraciones de IL-6 (r = - 0.645; p = 0.032). La misma situación ocurrió cuando los atletas consumieron la dieta alta en CHO (r = -0.653; p = 0.041). Cuando los atletas consumieron la dieta baja en CHO, inmediatamente después de finalizar el duatlón, se encontró una r = - 0.509 (p = 0.110) entre las concentraciones de AST y el tiempo general de competencia, y una r = - 0.179 (p = 0.598) entre las concentraciones de ALT y el tiempo general de competencia. Por otro lado, cuando los atletas consumieron las dieta alta en CHO, inmediatamente después de finalizar el duatlón, se encontró una r = - 0.690 (p = 0.019) entre las concentraciones de AST y el tiempo general de competencia y una r = - 0.515 (p = 0.105) entre las concentraciones de ALT y el tiempo general de competencia. El estudio de los reportes de síntomas gastrointestinales indicó que durante la condición de dieta baja en CHO, dos atletas (18%) indicaron tener una molestia, un atleta (9%) dos molestias, otro atleta (9%) tres molestias y hubo un atleta (9%) que reportó 8 molestias gastrointestinales. Por otra parte, en la condición de dieta alta en CHO, dos atletas (18%) reportaron tener una molestia, otros dos atletas (18%) presentaron dos molestias y un atleta (9%) presentó 5 molestias gastrointestinales. A pesar de que se encontró una mayor cantidad de síntomas gastrointestinales en la condición de dieta baja en CHO comparada con la condición de dieta alta en CHO (Cuadro
37 7); el análisis estadístico no demostró que las diferencias fueran significativas (χ2(1) = 2.48; p = 0.116). Cuadro 7. Frecuencia de síntomas gastrointestinales Dieta baja en CHO Síntoma gastrointestinal
R
Eructación
1
Mareo
I
+1-h
Dieta alta en CHO +2-h
R
+1-h
+2-h
1 1
1
1
Flatulencia/gases
1
Dolor de cabeza
1
2
Calambre intestinal
1
Calambre muscular
1
Náuseas
1
Cólico
1 1
Molestia estomacal
1
Ganas de vomitar
1
Vómito
1
Estreñimiento
I
1
Nota: R = reposo; I = inmediatamente finalizado el duatlón; + 1h = 1 h después de finalizado el duatlón; +2 h = 2 h después de finalizado el duatlón.
38 Algunos de los síntomas gastrointestinales incluidos en el cuestionario y que no fueron reportados por los participantes incluían: llenura estomacal, ardor de estómago (agruras), diarrea, calambres estomacales, ganas de defecar y ganas de orinar. La región anatómica donde los participantes sintieron los síntomas gastrointestinales cuando siguieron la dieta alta en CHO se muestran en la figura 6.
Figura 6. Región anatómica donde los participantes sintieron las molestias gastrointestinales cuando consumieron la dieta alta en CHO.
Nota: R = Reposo; I = Inmediatamente finalizado el duatlón
39 VI.
DISCUSIÓN En este estudio se intentaron cambiar las reservas de glucógeno hepático y
muscular, y por consiguiente el estado metabólico inicial, por medio de dieta y ejercicio previo a una exigente prueba de duatlón. Este tipo de dietas de corta duración han demostrado ser capaces de cambiar las reservas energéticas cuando se han hecho biopsias musculares (Sherman et al., 1981), y en esta investigación, aunque no se realizaron biopsias musculares o hepáticas debido a lo invasivo y costoso que significaría realizar el procedimiento, la relación de IN/GL demostró bioquímicamente que en la dieta baja en CHO se había alcanzado el objetivo de reducir las reservas energéticas. De esta manera, al cambiar las reservas energéticas por medio del régimen de dieta y ejercicio, se intentó conocer el rendimiento físico en un duatlón ya que se ha establecido una asociación entre los niveles de glucógeno muscular y el rendimiento físico (Ahlborg, Bergstrom, Ekelund, y Hultman, 1967; Bergstrom, Hermansen, Hultman, y Saltin, 1967). En este estudio, a cada atleta se le proporcionaron dos dietas isoenergéticas; sin embargo, el contenido nutricional de ambas era distinto. La dieta baja en CHO (i.e., alta en grasas), les proporcionaba 67% grasas, 21% CHO y 11% proteínas de la energía total. Por otra parte, la dieta alta en CHO (i.e., baja en grasas), les proporcionaba 25% grasas, 63% CHO y 11% proteína de la energía total (Cuadro 2). Investigaciones previas han indicado que las dietas bajas en CHO (i.e., definidas como dietas con un contenido de grasa > 30% del total energético) reducen significativamente el contenido de glucógeno antes de realizar ejercicio (Lambert, Speechly, Dennis, y Noakes, 1994).
40 Las investigaciones publicadas desde 1939 (Christensen y Hansen, 1939), así como estudios más recientes (Bergstrom, Hermansen, Hultman, y Saltin, 1967; Hawley, Palmer, y Noakes, 1997; Pitsiladis y Maughan, 1999; Starling, Trappe, Parcell, Kerr, Fink, y Costill, 1997), generalmente demuestran un perfil fisiológico más positivo (e.g., mayor cantidad de glucógeno muscular, una menor tasa de RER durante el ejercicio) y una mejoría en el rendimiento durante el ejercicio (i.e., mayor cantidad de tiempo para realizar trabajo antes de que aparezca la fatiga) cuando los sujetos consumieron una dieta de corta duración (≤ 3 d) alta en CHO en contraposición a una dieta baja en CHO (i.e., alta en grasas) antes de realizar ejercicio. Estos resultados han sido más evidentes en personas desentrenadas que en personas entrenadas y el estado fisiológico positivo no siempre coincide con una mejoría en el rendimiento físico. Así, recientemente se publicó un meta análisis (Erlenbusch et al., 2005) para aclarar si las dietas con un alto contenido de CHO permiten mejorar el rendimiento físico. En ese estudio se encontraron resultados heterogéneos, los cuales indicaban que no se puede llegar a una conclusión contundente que indique que estas dietas consistentemente mejoren el rendimiento en pruebas cuyo protocolo de rendimiento físico sea ejercitarse hasta el agotamiento. El tamaño del efecto (T.E. = - 0.60), un indicador de la magnitud del efecto de la variable independiente sobre la variable dependiente, sugirió que a pesar de un perfil fisiológico favorable para el atleta, el tiempo de aparición de la fatiga tuvo un efecto moderado por la dieta alta en CHO. Sin embargo, los resultados no son tan claros para protocolos “contra cronómetro”, en donde los atletas deben completar una distancia en el
41 menor tiempo posible (e.g., duatlón, triatlón, maratón), ya que solamente se analizaron pocos estudios (n = 5) y no se pudieron calcular T.E. (Erlensbush et al., 2005). En el presente estudio no se encontraron diferencias significativas en los tiempos de competencia del duatlón cuando los atletas consumieron durante dos días una dieta alta o una dieta baja en CHO. Este hallazgo concuerda con reportes anteriores en donde tampoco se encontraron cambios significativos en el rendimiento cuando se ingerían dietas altas o bajas en CHO (Okano, Sato, Takumi, y Sugawara, 1996). A pesar de esto, en este estudio se encontraron menores valores en la tasa de RER durante el duatlón cuando los atletas ingirieron la dieta baja en CHO comparado a cuando ingirieron la dieta alta en CHO, lo cual indica una mayor utilización de la grasa como combustible energético, y como lo han descrito otros, un ahorro de las reservas de glucógeno que podría permitir realizar mayores esfuerzos musculares hacia el final de las competencias, lo que podría traducirse en un mayor rendimiento deportivo (Burke y Hawley, 2002; Cook y Haub, 2007; Hargreaves, Hawley, y Jeukendrup, 2004; Helge, Watt, Richter, Rennie, y Kiens, 2001). Hallazgos similares han sido descritos en atletas que consumen dietas altas en grasas y que posteriormente realizan ejercicio (Coyle, Jeukendrup, Oseto, Hodgkinson, y Zderic, 2001; Jeukendrup, 2003; Weltan, Bosch, Dennis, y Noakes, 1998; Fleming, Sharman, Avery, Love, Gomez, Scheett, Kraemer, y Volek, 2003). En el presente estudio la tasa de CHOX endógeno durante el duatlón fue mayor en la dieta alta en CHO que en la dieta baja en CHO, alcanzando ~3.7 g • min-1. Hargreaves, Hawley y Jeukendrup (2004) han indicado que durante ejercicios intensos de larga duración
42 las tasas de CHOX pueden alcanzar valores tan altos como ~3.0-4.0 g
•
min-1. Aún así, el
rendimiento físico en el duatlón no fue diferente entre ambos tipos de dietas. Con base en el concepto de que la integridad o estructura define el funcionamiento (Brooks, Fahey, White y Baldwin, 2000), se intentó estudiar la integridad del hepatocito bajo dos condiciones metabólicas manipuladas por medio de dieta y ejercicio. Se sabe que el hígado posee una alta tasa metabólica y se ha sugerido que trabaja bajo condiciones altamente aeróbicas para llevar a cabo los procesos principales dependientes de energía como lo son la ureagénesis, el reciclaje de substratos, gluconeogénesis, síntesis de proteínas y cetogénesis, que en conjunto pueden llegar a representar del 20-25% del gasto energético en reposo de un adulto (Müller, 1995). Nosotros asumimos que siguiendo una dieta baja en CHO se reducirían las reservas de glucógeno hepático y consecuentemente la energía disponible para llevar a cabo eficientemente los procesos metabólicos como el aclaramiento de endotoxinas, del cual son responsables los macrófagos residentes en los hepatocitos, las células de Kupffer. Este supuesto se basa en investigaciones en modelo animal en donde se ha encontrado que la captación y remoción de endotoxinas es un proceso dependiente de energía (Ryan, 1993), y en estudios en donde se encontró una disminución en el tamaño de los hepatocitos en ratas sometidas a ayuno o ayuno parcial (Latour, Brault, Huet, y Lavoie, 1999; Su, 2002; Sankary, Chong, Foster, Brown, Shen, Kimura, Rayudu, y Williams, 1995; Ghanbari-Niaki, Bergeron, Latour, y Lavoie, 1999). La evidencia encontrada en modelos animales indica una posible adaptación crónica del hígado en su capacidad para desintoxicar sustancias como LPS (Daggan, Zafeiridis, Dipla, Puglia, Gratz, Catalano, y Kendrick, 2000). Esto sugiere que las personas entrenadas podrían tener una mayor
43 capacidad para remover LPS que personas no entrenadas; sin embargo, esta hipótesis necesita confirmarse. Por lo tanto, en la dieta baja en CHO se esperaba encontrar un mayor daño estructural del hepatocito posterior al ejercicio en comparación a cuando ingerían la dieta alta en CHO. Ya que LBP es producido por los hepatocitos (Su, 2002), se esperaba que los indicadores de estructura hepática AST y ALT en la dieta baja en CHO mostraran una asociación directa con LBP como indicador de la concentración de LPS. En dicha condición dietética las concentraciones de LBP fueron mayores que en la dieta alta en CHO en virtualmente todas las mediciones realizadas desde el reposo hasta las 2 h posteriores al duatlón. En la medición de reposo en la condición de dieta baja en CHO, aún cuando se alcanzó un estado metabólico potencialmente negativo indicado por la relación IN/GL (i.e., estado post absortivo), no se encontraron asociaciones significativas entre LBP y los indicadores hepáticos AST y ALT posteriores al ejercicio. Incluso, no se encontraron asociaciones entre AST, ALT, IL-6 y el tiempo de rendimiento en la prueba en ninguna de las condiciones de dieta. Estos hallazgos son similares a los reportados cuando se ha estudiado el funcionamiento de los hepatocitos en ratas en ayuno total o parcial (Latour et al., 1999). En la dieta alta en CHO inmediatamente finalizado el duatlón se encontró una asociación estadísticamente significativa entre AST y el tiempo de rendimiento en el duatlón. Este hallazgo confirma lo reportado anteriormente en ciclistas altamente entrenados (Mena et al., 1996), maratonistas, (Smith, Garbutt, Lopes, y Pedoe, 2004), y
44 otros atletas que ejecutaron diferentes tipos de actividades físicas intensas (Schlang y Kirkpatrick, 1961; Fojt, Ekelund, y Hultman, 1976). Existen varios determinantes de la selección del combustible hepático que hacen la interpretación de un solo indicador difícil de explicar; en donde por ejemplo, se conoce que la selección del combustible está determinada por la integridad celular, el abastecimiento de O2 y otros substratos, mediadores locales, hormonas, y citocinas (e.g., IL-1, IL-6) (Müller, 1995). Estas complejas redes de procesos metabólicos están íntimamente relacionadas y la contribución exacta de cada una de ellas no se ha determinado aún. En este estudio, la relación AST/ALT fue > 1.0 inmediatamente finalizado el duatlón y en la fase de recuperación de 2 h posteriores al ejercicio, lo cual indica un daño estructural del parénquima hepático y del hepatocito (Pagana y Pagana, 2003). El ALT, un indicador más específico de daño hepático (Sherlock y Dooley, 2001), aumentó desde el reposo hasta inmediatamente finalizado el duatlón, lo cual sugiere daño hepático posiblemente explicado por el efecto combinado de la intensidad y duración del ejercicio. Las aminotransferasas AST y ALT han sido ampliamente utilizadas en el contexto clínico (e.g., hepatitis) como indicadores de daño hepático; sin embargo, su significado en condiciones posteriores a la realización de ejercicio intenso y prolongado podrían considerarse clínicamente inválidos (Anderson, Zeng, Rock, y Yoshida, 2000). A pesar de lo anterior y aún en presencia de una reducción en el flujo sanguíneo hepático debida al ejercicio y de un aparente daño del hepatocito, el hígado es capaz de mantener sus funciones metabólicas, por lo que el concepto planteado por Brooks et al. (2000) de “estructura define función” no sería válido en este caso (Nielsen, Clemmensen, Skak, Ott, y
45 Secher, 2002). Por ejemplo, Nielsen et al. (2002), encontraron una reducción >50% en el flujo sanguíneo hepático desde reposo en sujetos que se ejercitaban en una bicicleta •
estacionaria a una intensidad ~75% V O2máx. Se encontró que en esta condición de ejercicio las funciones metabólicas como el VO2 hepatoesplácnico, la remoción de lactato y la producción de glucosa no se alteraron. Los resultados obtenidos en la actividad enzimática en este estudio también se pueden discutir a la luz del modelo animal utilizado por Kinoshita, Yano y Tsuji (2003). En el protocolo de ese estudio, se tenían cuatro grupos de ratas, las cuales hicieron ejercicio •
durante 2 h a una intensidad del 60% y otras al 80% del V O2máx. Para estudiar el funcionamiento hepático, un grupo de ratas fue sacrificado inmediatamente finalizado el ejercicio y otro grupo 6 h después de finalizado el mismo. Los investigadores encontraron que una reducción en el flujo sanguíneo esplácnico al hígado debido al ejercicio pudo haber causado una hipoxia y consecuentemente un daño celular en todos los grupos de ratas. Sin embargo, el daño hepático más significativo se encontró en las ratas sacrificadas 6 h •
después de haber finalizado el ejercicio al 80% del V O2máx (Kinoshita et al., 2003). Este hallazgo permite plantear la hipótesis de que durante el periodo de recuperación las ratas recobraron su flujo sanguíneo normal, lo cual lleva a pensar que al recobrar el mecanismo de perfusión aumentada al hígado pudo haber causado un daño estructural adicional al causado por el ejercicio. Por consiguiente, cabe hacerse la pregunta: ¿qué es más perjudicial para la integridad del hepatocito, la redistribución causada por el efecto combinado de la duración e intensidad del ejercicio o la recuperación de la perfusión
46 causada por el reposo luego del ejercicio? Estos mismos investigadores se cuestionan si los niveles de energía pudieron causar daño hepático, pues el hígado de ratas alimentadas es más resistente al daño hipóxico que el hígado de ratas en ayunas (Kinoshita et al., 2003). En el presente estudio se pensó que la combinación de una alta intensidad de ejercicio y una larga duración del mismo reducirían el flujo sanguíneo esplácnico y permitiría a las bacterias intestinales traslocarse desde los intestinos hacia la circulación portal para que finalmente llegaran al hígado. Este supuesto se apoya en investigaciones previas en poblaciones sedentarias y en deportistas en donde se han encontrado reducciones importantes en el flujo sanguíneo esplácnico luego de 40 min de ejercicio aeróbico •
realizado a intensidades entre el 70% y 80% del V O2máx (Pals, Chang, Ryan, y Gisolfi, 1997; Gil, Yazaki, y Evans, 1998; Hales y Sakurada, 1998; Otte, Oostveen, Geelkerken, Groeneveld, y Kolkman, 2001; Peters, Akkermans, y de Vries, 2001). También se han observado reducciones en el flujo sanguíneo hepático que van desde el 50% al 62% durante ejercicio (de Boer, Kluft, Kroon, Kasper, Schoemaker, Pruis, Breimer, Soons, Emeis, y Cohen, 1992; Nielsen, Clemmensen, Skak, Ott, y Secher, 2002); aunque en otros estudios no se han reportado cambios (Ahlborg, Felig, Hagenfeldt, Hendler, y Wahren, 1974; Febbraio et al., 2003). En el presente estudio la intensidad promedio alcanzada por los atletas durante el duatlón en ambas intervenciones nutricionales fue lo suficientemente alta como para causar una mayor permeabilidad intestinal y una mayor translocación bacterial desde la condición de reposo, tal y como lo demostró el aumento en la concentración de LBP (Cuadro 6). La magnitud de la isquemia intestinal estuvo entre los rangos fisiológicos normales para la
47 intensidad de ejercicio que los atletas estaban acostumbrados a realizar – aunque fue una intensidad suficientemente alta para causar isquemia –, pero pudo no haber sido lo suficientemente alta para inducir un cambio más dramático. Además, no existió un incentivo por “ganar” el duatlón (aparte del interés en mejorar su récord individual) y tampoco hubo una motivación externa para que los atletas se esforzaran tal y como lo harían en un duatlón fuera del laboratorio en condiciones de competencia “reales”. Por consiguiente, independientemente de la dieta ingerida, los atletas •
“compitieron” a una intensidad ~70% V O2 máx y esto provocó una translocación bacterial inmediatamente posterior al duatlón. Hallazgos similares han sido reportados luego del ejercicio en eventos de maratón o ultra maratón (Brock-Utne, Gaffin, Wells, Gathiram, Sohar, James, Morrell, y Norman, 1988; Bosenberg, Brock-Utne, Gaffin, Wells, y Blake, 1988; Camus, Nys, Poortmans, Venneman, Monfils, Deby-Dupont, Juchmes-Ferir, Deby, Lamy, y Duchateau, 1998; Camus, Poortmans, Nys, Deby-Dupont, Duchateau, Deby, y Lamy, 1997; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 2000; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 1999; Øktedalen, Lunde, Opstad, Aabakken, y Kvernebo, 1992). En este estudio las concentraciones de endotoxinas se redujeron desde el reposo hasta las 2 h posteriores al duatlón. Este hallazgo es algo difícil de explicar. En el estudio de Jeukendrup et al. (1999, 2000), la concentración de endotoxinas fue medida por medio de tres diferentes indicadores; un ensayo de LPS, un ensayo glucano sensible, y un ensayo anti LPS. Los investigadores reportaron resultados inconsistentes en las concentraciones de endotoxinas posteriores al ejercicio en función del ensayo utilizado. Cuando utilizaron el
48 ensayo de LPS, se encontraron aumentos significativos en las concentraciones de LPS desde la condición de reposo hasta 1 y 16 h después de finalizado el ejercicio; sin embargo, no se encontraron cambios significativos inmediatamente ni 2 h luego de finalizado el ejercicio. Por otra parte, cuando utilizaron el ensayo glucano sensible encontraron aumentos significativos en las concentraciones de endotoxina desde la condición de reposo hasta inmediatamente y 1 h posterior al ejercicio. Con ese mismo ensayo no encontraron aumentos significativos desde el reposo hasta 2 y 16 h posteriores al ejercicio. Finalmente, cuando usaron un ensayo anti LPS para medir las concentraciones de endotoxinas, los investigadores solamente reportaron cambios desde el reposo hasta las 16 h posteriores al ejercicio. Es más, esta diferencia fue reportada como un cambio bajo los niveles de reposo. En el presente estudio se utilizó una prueba de ELISA para determinar la concentración de LBP. Se ha demostrado que LPS se une a LBP (para formar el complejo LPS-LBP) y por consiguiente LBP proporciona una estimación válida de la concentración de LPS (Su, 2002; Herzum y Renz, 2008). Se encontró una endotoxemia en reposo cuando los atletas ingirieron una dieta baja (27%) y alta (9%) en CHO. Una hora después del duatlón 10% de los atletas que siguieron la dieta baja en CHO tenían niveles de endotoxinas > 5 pg/mL comparados a aquellos que consumieron la dieta alta en CHO. Luego, dos horas después del duatlón, solamente un atleta en cada régimen nutricional presentó endotoxemia. Por lo tanto, parece que el tipo de ensayo utilizado para determinar endotoxemia o un indicador de endotoxemia podría interferir y complicar la interpretación y comparación de los resultados entre los diferentes estudios.
49 Debido a que se ha sugerido la endotoxemia como un potencial mecanismo para explicar la aparición de síntomas gastrointestinales en los atletas, se esperaba encontrar una asociación significativa entre LBP y síntomas gastrointestinales como náuseas, vómito y diarrea (Brock-Utne, Gaffin, Wells, Gathiram, Sohar, James, Morrell, y Norman, 1988; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 1999; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 2000; van Deventer, Büller, ten Cate, Aarden, Hack, y Sturk, 1990); sin embargo no fue así. Más bien los síntomas gastrointestinales severos estuvieron virtualmente ausentes los participantes en este estudio. Solamente se documentó un caso de un atleta con eructaciones, mareo, dolor de cabeza, molestias gastrointestinales, náuseas y vómito una hora después del duatlón en la condición de dieta baja en CHO. El participante permaneció en el laboratorio para observación y su estado de salud volvió a la normalidad una hora después de haber vomitado. Otro participante se quejó de rigidez en el área abdominal superior; sin embargo, esta molestia no se relacionaba con el tratamiento experimental (i.e., dieta, ejercicio). Finalmente, dos participantes reportaron un cólico en el área abdominal baja durante el ejercicio que duró menos de 10 min y que no interfirió con su rendimiento físico. Se realizó un cálculo para obtener un indicador de síntomas gastrointestinales tomando la cantidad de síntomas reportados y dividiéndolo entre el tiempo acumulado en el que los sujetos realizaron ejercicio. Así, en general, se obtuvo una estimación de 0.35 episodios • h-1 independientemente de la dieta ingerida; 0.51 episodios • h-1 en la dieta baja en CHO y 0.20 episodios • h-1 en la dieta alta en CHO.
50 Se esperaba encontrar una asociación entre la endotoxemia y la temperatura corporal central ya que las endotoxinas son agentes pirógenos capaces de inducir una respuesta similar a la febril (Williams, 2001; Bosenberg, Brock-Utne, Gaffin, Wells, y Blake, 1988). En este estudio no se midieron las concentraciones de endotoxinas durante el ejercicio, y no se encontraron correlaciones significativas entre la temperatura corporal en los diferentes segmentos del duatlón en los dos regímenes nutricionales y las concentraciones de LBP medidas inmediatamente y 1 y 2 h después del ejercicio. Hay dos razones principales que pueden explicar estos hallazgos. Primero, el efecto pirogénico de la endotoxemia no fue significativamente superior al efecto del aumento en la temperatura corporal esperado durante el ejercicio (temperatura corporal > 37.8°C). La mayor temperatura corporal encontrada en los atletas de este estudio fue de 40.69°C en la condición de dieta alta en CHO, mismo atleta que completó el segmento de carrera 2 del duatlón (10 km) en más de 60 min. Esta cifra fue ligeramente inferior a la temperatura de 41.0°C y 42.0°C que puede dañar las funciones fisiológicas en los seres humanos (Mackowiak, 1998). Segundo, los atletas de este estudio, que estaban bien entrenados, completaron los duatlones en lo que se llamaría una “zona de comodidad”, en la que no hubo estrés ambiental (e.g., radiación solar, viento), se les proporcionó agua fría para que •
bebieran cuando quisieran (i.e., ad libitum), y a un paso cómodo (~70% de su V O2máx). En este estudio los atletas se deshidrataron moderadamente
(1.58% del peso
corporal) en la dieta baja en CHO comparado con la dieta alta en CHO (0.98%). En otros estudios se han encontrado reducciones en el rendimiento físico cuando los atletas han alcanzado niveles de deshidratación ≥ 2% (Cheuvront, Carter III, y Sawka, 2003). Sin
51 embargo, actualmente existe un debate en el cual se cuestiona ese umbral del 2% de deshidratación como un indicador para una reducción en el rendimiento físico (Sawka y Noakes, 2007). Con protocolos de endotoxemia inducida experimentalmente en humanos se han reportado aumentos de 1.7 °C en reposo cuando se ha inyectado una dosis de 2 ng • kg-1 de peso corporal de endotoxina a 6 hombres saludables (van Deventer, Büller, ten Cate, Aarden, Hack, y Sturk, 1990). El diseño utilizado en el presente estudio únicamente permite realizar conclusiones acerca del efecto combinado de la dieta, el ejercicio y el aumento de endotoxemia en el cambio en la temperatura corporal de los atletas. También se esperaba observar un aumento en las concentraciones de IL-6 desde la condición de reposo luego del ejercicio en ambas condiciones nutricionales, tal y como previamente se ha reportado cuando se han llevado a cabo mediciones luego de ejercicio suave, moderado y de alta intensidad ejecutados en periodos de tiempo cortos y prolongados (Camus, Poortmans, Nys, Deby-Dupont, Duchateau, Deby, y Lamy, 1997; Drenth, Van Uum, Van Deuren, Pesman, Van der Ven-Jongekrijg, y Van der Meer, 1995; Goebel, Mills, Irwin, y Ziegler, 2000; Rhind, Castellani, Brenner, Shephard, Zamecnik, Montain, Young, y Shek, 2001; Baum, Klöpping-Menke, Müller-Steinhardt, Liesen, y Kirchner, 1999; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 1999; Jeukendrup, Vet-Joop, Sturk, Stegen, Senden, Saris, y Wagenmakers, 2000; Margeli, Skenderi, Tsironi, Hantzi, Matalas, Vrettou, Kanavakis, Chrousos, y Papassotiriou, 2005; Nieman, Henson, Smith, Utter, Vinci, Davis, Kaminsky, y Shute, 2001). Así, en este estudio, independientemente de la dieta, las concentraciones de IL-6 aumentaron
52 significativamente desde la condición de reposo a inmediatamente finalizado el ejercicio y permanecieron así durante 2 h en el periodo de recuperación. Este hallazgo concuerda con lo encontrado anteriormente en corredores de maratón y en atletas que corrieron en una banda sin fin durante 2.5 h
(Nieman et al., 2001; Ostrowski, Hermann, Bangash,
Schjerling, Nielsen, y Pedersen, 1998). Ostrowski et al. (1998), reclutaron sujetos y les pidieron correr en una banda sin fin •
durante 2.5 h a una intensidad aproximada al 75% de su V O2máx. Se recolectaron muestras de sangre antes de comenzar a correr, y luego cada 30 min durante la carrera, y posteriormente al ejercicio cada hora durante un periodo de 6 h. En el estudio, los sujetos podían beber agua ad libitum pero no se les permitía consumir CHO durante la carrera, aunque si lo podían hacer luego de la carrera. Los investigadores encontraron que las concentraciones de IL-6 aumentaron 25 veces en comparación con la condición de reposo y que éstas disminuyeron paulatinamente durante el periodo de reposo de 6 h. Nieman et al. (2001), midieron IL-6 antes, inmediatamente y 1.5 h luego de un maratón en corredores que ingirieron una bebida placebo o una bebida que contenía CHO. En ambos grupos de atletas, independientemente del tipo de bebida ingerida, se encontró un aumento significativo en las concentraciones de IL-6 inmediatamente y 1.5 h después de la competencia en comparación con la concentración de reposo. Las células del sistema inmunológico como las IL-6 poseen una alta tasa metabólica (Calder, 1995), y por consiguiente la disponibilidad de combustible antes, durante y después del ejercicio puede ser importante para un atleta. Gleeson y Bishop (2000) encontraron que en comparación con las dietas altas en CHO, las dietas bajas en CHO
53 perjudicaban significativamente la respuesta inmunológica (e.g., mayor liberación de cortisol, neutrofilia, leucocitosis, relación netrófilos:linfocitos y IL-6; menor nivel de glutamina plasmática), luego de realizar 1 h de ejercicio en un cicloergómetro a una •
intensidad del 70% de su V O2máx. Se definió como dietas bajas y altas en CHO aquellas que contenían 6% y 75% de CHO de la energía total, respectivamente (Gleeson y Bishop, 2000). Desde un punto de vista nutritivo y práctico, estos valores representan estrategias nutricionales poco reales que podrían consumir los atletas (al menos en la dieta baja en CHO). Una dieta muy baja en CHO significa una dieta muy alta en contenido de grasa, lo que ha demostrado ser negativo para el funcionamiento del sistema inmunológico. Pedersen, Helge, Richter, Rhode y Kiens (2000) prepararon una dieta que consistía de 62%, 21% y 17% de grasa, CHO y proteína, respectivamente. Los sujetos ingirieron la dieta mientras entrenaban durante 7 semanas y se encontró una reducción en la respuesta inmune, indicada por la actividad de las células asesinas naturales (NK), en comparación a cuando ingirieron una dieta alta en CHO (65%, 20% y 15% de CHO, grasa y proteína, respetivamente) (Pedersen et al., 2000). En otro estudio donde los atletas realizaron •
ejercicio durante 1 h al 75% de su V O2 máx en un estado de depleción de las reservas de glucógeno (inducido por ejercicio y 2 días de una dieta baja en CHO), se encontró una reducción en la respuesta inmune indicada por una disminución en el conteo de linfocitos a las 2 h de haber finalizado el ejercicio en comparación con el mismo ejercicio realizado luego de 2 días de ingerir una dieta alta en CHO (Mitchell, Pizza, Paquet, Davis, Forrest, y Braun, 1998).
54 Además, las dietas altas en grasas generalmente no son bien toleradas por los atletas y han mostrado consecuencias negativas como un menor vaciamiento gástrico, mayor percepción del esfuerzo durante el ejercicio, mayor densidad energética y reducciones en el rendimiento físico (Hargreaves, Hawley, y Jeukendrup, 2004; Hawley, Dennis, Lindsey, y Noakes, 1995). En el presente estudio, los atletas corrieron aproximadamente a una intensidad del •
70% del V O2 máx y se les permitió beber agua ad libitum hasta que la última muestra de sangre fuera recolectada 2 h después de haber finalizado el duatlón. Se encontró un aumento en la concentración de IL-6 11 veces mayor que en la condición de reposo, que también se redujo paulatinamente en 7 y 5 veces mayor luego de 1 y 2 h de finalizado el ejercicio, respectivamente (Figura 5). Se esperaba encontrar una asociación entre la masa libre de grasa y la concentración de IL-6 tomando como referencia los estudios de Febbraio y Pedersen (2005) (también Pedersen y Fischer, 2007), quienes proponen que el músculo esquelético funciona como un órgano endocrino. De acuerdo con Febbraio et al. (2003), el músculo esquelético es responsable por la mayoría del aumento en la concentración plasmática del IL-6 inducido por el ejercicio. En el presente estudio, ya que una de las condiciones experimentales incluía una dieta de depleción de las reservas de glucógeno, se esperaba un aumento dramático en las concentraciones de IL-6 en dicha condición experimental. Se encontró una relación inversa entre la masa libre de grasa y las concentraciones de IL-6 solamente a las 2 h posteriores a la finalización del ejercicio, tanto en la dieta baja (r = – 0.645, p = 0.032) como en la dieta alta (r = – 0.653, p = 0.041) en CHO. Estos hallazgos refutan la noción de
55 que el músculo actúa como un órgano endocrino durante el ejercicio tal y como lo proponen Febbraio y Pedersen (2005), y se sugiere que el tejido adiposo es el responsable del aumento de IL-6 inducido por el ejercicio. Este resultado debe interpretarse con cautela ya que se sabe que IL-6 no es secretado exclusivamente por el tejido muscular, sino también por otra gama de células y tejidos (e.g., fibroblastos, células endoteliales, linfocitos, macrófagos, y tejido adiposo durante el ejercicio). Sin embargo, durante el ejercicio solamente se ha reportado una pequeña contribución de IL-6 del cerebro y del peritendón (Langberg, Olsen, Gemmer, y Kjær, 2002; Febbraio y Pedersen, 2005; Fischer, 2006; Ghazizadeh, 2007; Nybo, Nielsen, Pedersen, Møller, y Secher, 2002), y por consiguiente, se esperaba una mayor contribución de IL-6 plasmática proveniente del músculo esquelético posterior al ejercicio. Febbraio et al. (2003) encontraron que la víscera hepatoesplácnica aclara (remueve) la IL-6 durante el ejercicio, por lo que se procedió a calcular una correlación entre IL-6 y los marcadores hepáticos AST y ALT para determinar si existía alguna asociación entre la estructura hepática y la remoción de IL-6. Se encontró una asociación significativa entre ALT y IL-6 a las 2 h posteriores al ejercicio en la dieta alta en CHO (r = - 0.78; p = 0.01). Este hallazgo sugiere que se redujo el “aclaramiento” o remoción de IL-6 por parte de los hepatocitos, el cual pudo haber sido explicado por un daño estructural de los mismos (daño no patológico ni crónico). No se encontró esta asociación en la dieta baja en CHO, donde se asumía que las reservas de glucógeno muscular y hepático estaban reducidas.
56 VII.
CONCLUSIONES Las conclusiones de este estudio apoyadas en el análisis de datos y que responden a
los objetivos planteados inicialmente son las siguientes: 1. Dos regímenes dietéticos de corta duración y de diferente composición nutricional no afectan el rendimiento físico en una prueba de duatlón. 2. El tipo de dieta no afectó diferencialmente la estructura hepática durante el ejercicio. 3. El estado metabólico inicial no redujo la capacidad de aclaramiento hepático de las endotoxinas. •
4. El ejercicio de alta intensidad (i.e., ~70% V O2máx) y larga duración (i.e., ~130 min) aumentó la permeabilidad intestinal y produjo endotoxemia moderada. 5. No se encontró una asociación entre las concentraciones de endotoxinas posteriores al ejercicio y la aparición de molestias gastrointestinales. 6. No se encontró una asociación entre la temperatura corporal y la concentración de endotoxinas. 7. No se encontraron asociaciones entre la temperatura corporal, IL-6 y las concentraciones de endotoxinas. Adicionalmente, las conclusiones anteriores se complementan y apoyan con los siguientes hallazgos: 1. La oxidación de CHO para la producción de energía durante el ejercicio fue mayor en la dieta alta en CHO que en la dieta baja en CHO. 2. La oxidación de grasas para la producción de energía durante el ejercicio fue mayor en la dieta baja en CHO que la dieta alta en CHO.
57 3. Cuando los atletas ingirieron una dieta baja en CHO finalizaron más deshidratados luego del duatlón que cuando ingirieron una dieta alta en CHO. 4. Cuando los atletas ingirieron una dieta alta en CHO finalizaron el duatlón con mayores concentraciones de glucosa sanguínea que cuando ingirieron una dieta baja en CHO y además pudieron mantener esos niveles durante todo el periodo de recuperación de 2 h. En contraste, cuando ingirieron la dieta baja en CHO estaban hipoglicémicos 1 h posterior al ejercicio.
58 VIII. LIMITACIONES En un afán por mejorar futuras investigaciones y de proporcionar recomendaciones prácticas a quienes investiguen en temas similares al presentado aquí, reconocemos que este proyecto presenta las siguientes limitaciones: a. El tamaño de la muestra se calculó con la variable IL-6; la cual cambia dramáticamente con el ejercicio físico. Para futuras investigaciones se debe realizar el cálculo con cada una de las variables dependientes que se desean medir, para así utilizar el tamaño de la muestra de la variable dependiente que posea la menor variabilidad. b. Por razones éticas, se utilizó un régimen dietético corto y una intervención de ejercicio y/ó reposo para tratar de cambiar las reservas de glucógeno hepático y muscular. c. Se utilizó la relación IN/GL como indicador del cambio en el estado metabólico inicial. Se reconoce que este indicador puede ser cuestionado en presencia de otras técnicas indirectas o directas (e.g., resonancia magnética nuclear, biopsia hepática) invasivas y/o de mucho mayor costo económico. d. Para futuros estudios se debería considerar medir la permeabilidad gastrointestinal con indicadores no digeribles total o parcialmente como la sucrosa, lactulosa y ramnosa (Lambert, Lang, Bull, Pfeifer, Eckerson, Moore, Lanspa, y O'Brien, 2008) y no solamente utilizar un indicador de translocación bacteriana (e.g., LPS, LBPLPS).
59 e. Se hicieron intentos para que los participantes siguieran el régimen dietético de la mejor manera y se les pidió que dieran el máximo esfuerzo durante cada duatlón. f. La temperatura corporal central se midió por medio de la técnica de telemetría. Aunque esta técnica es válida y no representa molestias para los participantes, se debe tener cuidados especiales con atletas debido a su rápido tránsito intestinal. g. Para futuras investigaciones se puede considerar estudiar la respuesta aguda en deportes de alta intensidad y corta duración como el baloncesto y otros. h. Se reconoce que pudo haber ocurrido una regresión hacia la media debido a factores como el desayuno estandarizado, la hidratación voluntaria, la temperatura ambiental o el grado de acondicionamiento físico de los participantes. Esto habría reducido las posibles diferencias entre las condiciones experimentales, si las hubiere.
60 IX.
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82 APÉNDICE 1 Carta de Aprobación del Protocolo del Comité de Ética Institucional de la Universidad de Auburn
83
84 APÉNDICE 2 Reproducción de los artículos publicados
85 Aragón-Vargas, L. F., Moncada-Jiménez, J., Hernández, J., Barrenechea, A., y Monge-Alvarado, M. (2009). Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance during professional soccer competition. European Journal of Sport Sciences, 9(5), 269-276. Reproducido con permiso de Taylor y Francis únicamente para uso de esta disertación doctoral.
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Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance during professional soccer competition in the heat Luis Fernando Aragón-Vargas a; José Moncada-Jiménez a; Jessenia Hernández-Elizondo ab; Alvaro Barrenechea ac; María Monge-Alvarado a a School of Physical Education and Sports, University of Costa Rica, San José, Costa Rica b University of Granada, Granada, Spain c University of Medical Sciences Andrés Vesalio Guzmán, San José, Costa Rica Online Publication Date: 01 September 2009
To cite this Article Aragón-Vargas, Luis Fernando, Moncada-Jiménez, José, Hernández-Elizondo, Jessenia, Barrenechea, Alvaro and
Monge-Alvarado, María(2009)'Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance during professional soccer competition in the heat',European Journal of Sport Science,9:5,269 — 276 To link to this Article: DOI: 10.1080/17461390902829242 URL: http://dx.doi.org/10.1080/17461390902829242
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European Journal of Sport Science, September 2009; 9(5): 269276
ORIGINAL ARTICLE
Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance during professional soccer competition in the heat
´ N-VARGAS1, JOSE ´ MONCADA-JIME ´ NEZ1, LUIS FERNANDO ARAGO ´ NDEZ-ELIZONDO1,2, ALVARO BARRENECHEA1,3, & JESSENIA HERNA MARI´A MONGE-ALVARADO1 School of Physical Education and Sports, University of Costa Rica, San Jose´, Costa Rica, 2University of Granada, Granada, Spain, and 3University of Medical Sciences Andre´s Vesalio Guzma´n, San Jose´, Costa Rica Downloaded By: [Jiménez, José Moncada] At: 15:12 4 September 2009
1
Abstract In this study, we assessed initial hydration status (stadium arrival urine specific gravity), fluid balance (pre- and post-game nude body weight, fluid intake, urine collection), and core temperature changes (pre-game, half-time, post-game) during a professional soccer game. We monitored 17 male players (including goalkeepers) between arrival at the stadium and the end of the game (3 h), playing at 34.98C and 35.4% relative humidity, for an average wet bulb globe temperature (WBGT) heat stress index of 31.98C. Data are reported as mean9standard deviation (range). Initial urine specific gravity was 1.0189 0.008 (1.0031.036); seven players showed urine specific gravity ]1.020. Over the 3 h, body mass loss was 2.5890.88 kg (1.084.17 kg), a dehydration of 3.3891.11% body mass (1.685.34% body mass). Sweat loss was 444891216 ml (2950 6224 ml) versus a fluid intake of 19489954 ml (6554288 ml). Despite methodological problems with many players, core temperatures ]39.08C were registered in four players by half-time, and in nine players by the end of the game. Many of these players incurred significant dehydration during the game, compounded by initial hypohydration; thermoregulation may have been impaired to an extent we were unable to measure accurately. We suggest some new recommendations for soccer players training and competing in the heat to help them avoid substantial dehydration.
Keywords: Nutrition, football, dehydration, thermoregulation
Introduction Several recent studies performed during team practices have shown that professional soccer players from some of the best teams in the world can incur dehydration levels similar to those observed in endurance athletes. This can happen in the presence of good fluid availability and regular hydration breaks (Maughan, Merson, Broad, & Shirreffs, 2004; Maughan, Shirreffs, Merson, & Horswill, 2005; Shirreffs et al., 2005). Therefore, dehydration may also be an issue in this stop-and-go team sport. Sweat rates and dehydration levels may be influenced by the environmental conditions, but many other variables come into play, such as training intensity and clothing. Variations from player to player may be larger than those recorded under varying conditions. For instance, elite players training at 32.3938C ambient temperature and 2095%
relative humidity showed an average sweat rate of 1.4690.24 litres × h 1 (mean9s; range 1.122.09 litres × h 1), and reached dehydration of 1.599 0.61% body mass (range 0.713.16%) (Shirreffs et al., 2005); another group of elite players training at 5.190.78C and 8196% relative humidity showed an average sweat rate of 1.1390.30 litres × h 1 (range 0.711.77 litres × h 1), with unexpected dehydration of 1.6290.55% (range 0.872.55%) (Maughan et al., 2005). Although mild dehydration may not be particularly crucial when playing or training in cooler environments (Coyle, 2004), it is widely accepted that greater dehydration can impair physical performance and may even threaten the well-being of athletes when training or competing in the heat (Armstrong et al., 2007; Casa et al., 2000; Coyle, 2004; Sawka & Pandolf, 1990; Sawka et al., 2007).
Correspondence: L. F. Arago´n-Vargas, Apartado 686, 2350 San Jose´, Costa Rica. E-mail:
[email protected] ISSN 1746-1391 print/ISSN 1536-7290 online # 2009 European College of Sport Science DOI: 10.1080/17461390902829242
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L. F. Arago´ n-Vargas et al.
Little information is available on dehydration and thermoregulation during match-play, especially in hot environments (Broad, Burke, Cox, Heeley, & Riley, 1996; Rico-Sanz et al., 1996). Compared with training, dehydration would be expected to be markedly different during a soccer match because of the limited opportunities for drinking during the game. The situation can be made worse when home teams from hot and humid locations in the tropics schedule their games around noon (when solar radiation and general environmental heat stress tend to be highest) in an attempt to take advantage of their heat acclimatization. This practice has been criticized because it subjects the public in the stadium to long, often unprotected exposure to ultraviolet rays (Moncada, 2003); however, the environmental heat stress may have a negative impact on the players’ performance as well. Although assessment of the impact of environmental heat stress on performance during actual soccer competition is not possible, it is possible to measure some physiological responses during the game. It is also possible to compare the actual environmental conditions and challenges faced by the players with widely adopted recommendations for safe competition in the heat (Armstrong et al., 2007; Binkley, Beckett, Casa, Kleiner, & Plummer, 2002; Sawka et al., 2007). The purpose of this descriptive study was to evaluate how professional soccer players cope with the demands of competition during heat stress and to compare players’ responses and challenges with some existing recommendations for hydration and heat illness prevention during soccer games. More specifically, we wished to assess initial hydration status and changes in hydration, as well as monitor core temperature changes, during a professional soccer game in the Costa Rica national league held near the Pacific coast.
Methods Participants The 22 starting players of a regular game of the professional first division soccer league in Costa Rica were identified the night before the game and selected for the study. The study was approved by the Human Subjects Research Committee of the University of Costa Rica. The purpose and procedures of the study were explained to the teams’ technical and medical staff and to all players, and informed consent was obtained in advance from the players of both teams.
Procedures Three hours before kick-off, during breakfast, participating players ingested a CorTempTM disposable temperature sensor (HQ Inc., Palmetto, FL, USA). Upon arrival in the stadium, approximately one hour before the game, players were requested to empty their bladders and collect the urine in plastic containers. Players were then weighed nude to the nearest 20 g using a portable digital scale. From this point on, and until the post-game body weight measurement, they were instructed to drink at will but only from their own, individually labelled bottles. These bottles were weighed to the nearest gram using digital food scales and labelled before being provided to the players. They were kept cold in portable coolers and handled by each team’s staff under the supervision of a researcher. Both teams started their warm-up approximately 30 min before the game. At the end of the game or when substituted, players were weighed nude after emptying their bladders. All the urine produced in between body weight measurements was collected and measured for volume. Once a participant finished playing, he was not allowed to drink anything else until he weighed out. At the end of the game, all bottles were collected and weighed as well. Environmental conditions were monitored every 15 min with a QuesTemp 36 thermal environment monitor (Quest Technologies, Oconomowoc, WI, USA). The monitor was placed on the playing field behind one of the goals, 1 m above the ground. The wet bulb globe temperature (WBGT) heat stress index was calculated as 0.7 Twb0.2 Tg0.1 Tdb, where Twb is the wet bulb temperature, Tg is the black globe temperature, and Tdb is the dry bulb temperature, according to the equation recommended by the American College of Sports Medicine (Armstrong et al., 2007), modified from Yaglou and Minard (1957). Initial hydration status of each player was assessed from his urine sample, using an Atago† urine specific gravity refractometer (Atago, Tokyo, Japan). A urine specific gravity ] 1.020 was defined as an indicator of hypohydration, as recommended by Bartok and colleagues (Bartok, Schoeller, Sullivan, Clark, & Landry, 2004). Each individual’s core temperature was registered in triplicate before the warm-up, at half-time, and at the end of the game. Four researchers manually recorded the body temperatures using a CorTempTM CT-2000 recorder. Fluid intake was calculated by subtracting the final bottle weight from the initial bottle weight; an estimation of fluid intake by counting the number of gulps and multiplying by 30 ml was also made
Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance with a few players, as one of the teams decided to use unlabelled bottles at some instants during the game. Individual dehydration incurred during the game was calculated as a percentage of the pre-game body mass using the difference between initial and final body mass. In these calculations and sweat loss calculations, mass changes due to metabolism and respiratory water loss were considered negligible (Maughan et al., 2004). Sweat losses were calculated from body mass changes, corrected by fluid intake and urinary loss during the time interval between weighing in and weighing out (about 3 h in total).
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Statistical analysis Statistical analyses were performed using SPSS version 10.1. Descriptive statistics included means, standard deviations (s), and minimum and maximum values (range). Variables were checked for normality. Teams were compared on each variable of interest using Student’s t-test for independent samples, verifying equality of variances by Levene’s test. A 95% confidence interval (95%CI) was calculated for the difference in the means for each variable. Finally, simple regression analyses were performed with fluid intake as the dependent variable and sweat loss or initial hydration status as predictors. Results Environmental conditions in or near the home city of each team for the 30 days preceding match day, as registered by the Costa Rican National Weather Service, are presented in Table I, as a gross indication of the level of acclimatization of the teams; typical practice time was 09.00 h four to five times a week. Most players do not dwell in air-conditioned homes; the visiting team arrived one day before the game and stayed in an air-conditioned hotel. The teams arrived at the stadium approximately 75 min before kick-off, which was scheduled at 11.00 h. Game time was close to 95 min. The average time between weighing in and weighing out was almost 3 h (see below). Match day was sunny and hot as confirmed by the environmental conditions reported in Table II. With only a few games left in the year’s tournament, the teams arrived tied for
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third place. The first half finished 22; final score was 72, a win for the visitors. Two players from each team declined to participate in the study at the last minute. In addition, one player declined to swallow the temperature sensor, although he participated in the rest of the measurements. Finally, one player was injured early in the first half of the game, bringing the total sample down to 16 players (17 for all analyses not including core temperatures). Descriptive statistics for the entire group of 17 players are presented in Table III. Team comparisons showed that the home team had a higher initial urine specific gravity than the visitors (1.022 and 1.014, respectively; P 0.026). Sweat rates were not significantly different between teams (1.5890.36 vs. 1.3990.36 litres × h 1; P 0.295), even though the home team had a higher total sweat loss (5.0991.19 vs. 3.8890.97 litres; P 0.036) because their heat exposure time and hence time between measurements was higher (192.597.1 vs. 167.599.6 min; P B0.0005). There were no significant differences between the teams in terms of initial body mass (weight), total fluid intake, total urine output, or dehydration (P 0.19). Both teams of players replaced less than half of their sweat losses (40.6919.9 vs. 47.0913.1%; P 0.45) (Figure 1). The difference in total fluid intake approached significance; the home team players drank 2.4090.98 litres compared with 1.5590.77 litres for the visitors (P 0.065, 95%CI: 0.06 to 1.76 litres). The two goalkeepers had sweat rates of 1.72 and 1.10 litres × h 1 respectively, resulting in game dehydration of 2.7 and 2.9%, respectively. Body core temperatures shortly before the game were not different between teams (P 0.37), with an average value of 37.390.68C (range 35.437.88C; only one player had a value below 37.08C). At halftime and at the end of the game, core temperatures for several individuals were clearly wrong, with values as low as 31.48C. It was clear that the ingestion of large volumes of cold fluids interfered with the core temperature readings; the temperature values were therefore discarded. There was a significant positive correlation between the volume of sweat lost in and around the
Table I. Environmental conditions in the 30 days before match day, as an indicator of acclimatization potential (mean9s) Ambient temperature (8C) Time of day Home Visitors
Relative humidity (%)
09.00 h
12.00 h
15.00 h
29.390.7* 25.990.9
32.590.9* 28.691.2
33.091.2* 27.891.7
Note: Ambient temperature is dry bulb temperature. *PB0.05 between home team and visitors.
09.00 h 50.794.4 51.497.7
12.00 h
15.00 h
40.494.3* 43.595.3
39.394.9* 47.0910.7
272
L. F. Arago´ n-Vargas et al.
Table II. Environmental conditions on match day registered between 10.30 and 12.45 h (10 readings) Dry bulb temperature (8C)
Wet bulb temperature (8C)
Globe temperature (8C)
Relative humidity (%)
Wet bulb globe temperature (8C)
34.9 1.2 32.636.1
26.6 0.7 25.527.5
48.8 2.8 43.851.6
35.4 4.2 30.042.0
31.9 1.2 30.033.2
Mean s Range
game and the volume of fluid consumed during the same period (R2 0.44, P 0.004) (Figure 2). There was also a positive correlation between initial hydration status as assessed by urine specific gravity and total volume of fluid consumed during the measurement period (R2 0.29, P 0.025 (Figure 3).
The most important finding of this field study was the high level of dehydration (higher, to the best of our knowledge, than any value reported for soccer competition or training), despite very high fluid intake. This experience also shows that it is possible to monitor sweat loss and fluid intake during a professional soccer game played in the heat. Measuring body temperature proved to be a more difficult challenge. However, we were able to detect a few important differences between teams even in a single game, with data collected on the field, such as initial hydration status and the consequences of time of exposure to environmental heat. The average fluid intake and sweat rate of the present study are very similar to those reported for professional European soccer players. Shirreffs et al. (2005) reported an average sweat rate of 1460 ml × h 1 and a fluid intake of 650 ml × h 1 over 90 min of training in moderate heat (WBGT 22.28C). However, their players reached a much lower average dehydration of 1.59% body mass. It is important to keep in mind that our monitoring time was close to 3 h, including about an hour of no exercise. While it would be interesting to measure sweat loss and fluid intake during match-play only,
6000
Sweat loss
Fluid intake
5000 Table III. Overall descriptive statistics for variables of interest on match day (n 17) Variable Body mass (kg) Initial urine specific gravity Sweat loss (ml) Sweat rate (ml × h 1) Total fluid intake (ml) Total urine output (ml) Dehydration (% body mass) Percent of sweat loss replaced
Mean 76.2 1.018 4448 1483 1948 82 3.4 43.7
s 7.7 0.008 1216 362 954 119 1.1 16.8
Range 64.396.5 1.0031.036 29506224 10342008 6554288 0512 1.75.3 19.880.9
4000 Volume (ml)
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Discussion
this is not feasible during professional soccer competition. The measurements we made represent the real-life situation and suggest that, when planning fluid intake for a soccer game to be played in a hot environment, it would be incorrect to simply apply individual typical sweat rates obtained during practice to the approximate 90-min duration of the game, as sweat losses before the game and during half-time may contribute significantly to dehydration. Accuracy of the estimation of hydration status from body mass loss has been questioned because, in some exercise contexts, a significant body mass loss may occur without an effective net negative fluid balance (Maughan, Shirreffs, & Leiper, 2007). While the limitations of the method are real, the same authors accept body mass loss is the only realistic proxy measure of hypohydration for athletes and field studies. Most studies and available guidelines are based on numbers obtained with this method. Soccer studies reported and discussed in this paper have used the same methodology, and therefore our comparisons are valid. How close our measured body mass losses come to the effective water losses is beyond the scope of this paper. Measurements were taken during a professional tournament game, played under high WBGT values not common and yet possible in soccer competition or even training. No specific WBGT guidelines exist for football competition, but as a reference, the National Athletic Trainers Association position
3000 2000 1000 0
Home team
Visitors
Figure 1. Fluid balance in professional soccer players (mean9s; n 17).
Total game fluid intake (ml)
Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance 5000 4000 3000 2000 1000 0 0
2000 4000 Game sweat loss (ml)
6000
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Figure 2. Correlation between sweat loss and total fluid intake for the match (R2 0.44, P 0.004; n 17).
statement on exertional heat illnesses (Binkley et al., 2002) considers WBGT values higher than 288C to be extremely risky, and recommends rescheduling or delaying the event until safer conditions prevail, or being on high alert if the event must take place. Similarly, the American College of Sports Medicine position stand on exertional heat illness (Armstrong et al., 2007) recommends cancelling continuous activity and competition when WBGT is ] 27.98C, but states that at WBGT ] 32.38C even training and non-continuous activity should be cancelled because uncompensatable heat stress is a problem for all athletes. The WBGT was 32.48C when this game started, and reached a high of 33.28C at the end of the game. While chronically acclimatized players would be expected to have better tolerance to high WBGT values, there are no evidence-based recommendations for WBGT limits for safe sports practice or competition in tropical climates. There was a clear difference between teams regarding initial hydration status; five of eight players tested from the home team arrived at the stadium with a urine specific gravity ] 1.020, compared with only two out of nine players tested from the visitors. As mentioned above, this was associated with a
Figure 3. Correlation between initial hydration status and total fluid intake for the match (r2 0.29, P 0.025; n 17). Dashed line is the regression line resulting from discarding the outlying player, indicated by the arrow (n 16).
273
significantly higher team average urine specific gravity for the locals (P B0.05). Starting exercise already dehydrated can have clear negative consequences on performance, as shown by Armstrong and colleagues (Armstrong, Costill, & Fink, 1985). Recent studies have emphasized the desirability of starting soccer games euhydrated, because the opportunities for fluid intake during matches are limited, and also because gastric emptying and intestinal absorption of the ingested fluid may be compromised during the game (Maughan et al., 2004). Too many individuals in the present study (41% of the sample) did not meet the euhydration goal upon arrival, and possibly should have been ingesting more fluid. What happens in the time between arrival at the stadium and kick-off is also crucial. When competing or training in the heat, athletes are advised to stay in the shade or in cool areas as long as they can, to minimize sweat losses and heat gain when not actively engaged in the game or practice. In many hot locations, locker rooms and most of the facilities in the stadium are not air-conditioned. Match dehydration is aggravated by considerable sweating during the warm-up before the game and even standing still or sitting in a hot locker room before the game or at half-time. Time of heat exposure can make an important difference, as shown by the results of the present study: sweat rates were similar between teams, but a longer time of exposure for the home team resulted in losing about an extra litre of sweat between the time they walked into the locker room and the end of the game. In this particular case, the visitors reduced heat exposure by staying at their air-conditioned hotel as long as possible, and travelling to the stadium in an air-conditioned bus, while the home team arrived earlier at the stadium, mostly from homes with no air conditioning. Athletes have been advised to avoid dehydration during training and competition, by ingesting fluids to match individual sweat losses (Arago´ n-Vargas, 2004; Arago´n-Vargas et al., 1999). It has been recognized that this is sometimes not possible due to high sweat rates (Coyle, 2004), which may exceed by far the individual’s maximum capacity for gastric emptying. A more recent guideline is to avoid excessive dehydration (greater than 2% body mass; Sawka et al., 2007), but even this might be a challenge when sweat rates are high and exposure to heat is long. The intermittent effort typical of soccer competition, combining periods of low intensity with short bursts of high intensity, has been shown to slow gastric emptying, placing an even lower limit on fluid intake capacity (Leiper, Broad, & Maughan, 2001; Leiper, Prentice, Wrightson, & Maughan, 2001). How close can soccer players come to matching their sweat losses in the heat?
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It has been argued that during soccer competition, due to limited opportunities for drinking, fluid intake is naturally low relative to sweat loss. But even during training in the heat, without the limitations of game rules, average fluid intake has been reported to be about 970 ml in 90 min, or about 647 ml × h 1, replacing on average only 47% of sweat loss (Maughan et al., 2004; Shirreffs et al., 2005). The soccer players in the present game were much better drinkers than expected. Little fluid can be ingested during match-play, leaving about 85 min for drinking most of the volume (1948 ml), a significant amount that is in truth much higher than the rate of about 650 ml × h 1 if calculated conservatively over the 3 h of monitoring. Given the environmental conditions of the game, it was not possible for the players to come close to their sweat losses (only 44% of sweat loss was replaced), resulting in undesirably high dehydration. According to Coyle (2004), average dehydration at the end of the game may have been high enough (3.38% body mass) to have a negative impact on performance. The fact that many players were already hypohydrated upon arrival and weigh-in, when baseline body weight was obtained, means that their actual dehydration at the end of the game was greater than reported here. The combination of dehydration and exercise resulted in a small average urine collection, despite substantial fluid intake: many players could not produce any urine at all, and the average value was only 82.3 ml in about 3 h, which is considerably less than the average obligatory urine loss of 1 ml × min 1 (Valtin & Schafer, 1995). It is not realistic, however, to recommend that these players should drink more, unless they are given more opportunities to drink during the game. Several recent studies have highlighted the importance of individual differences in both sweat losses and fluid intake, and recommend an individualized hydration strategy (Maughan et al., 2004; Shirreffs et al., 2005). This is especially important in soccer competition, where some players may perform a lower amount of work than others, generating smaller amounts of heat during the game because of their position, game strategy, or playing style. Our data show that goalkeepers can perspire considerably, and therefore also need to pay attention to their hydration status. We highlighted important differences in sweat rates and even higher differences in fluid intake during this game. We also identified five players who replaced less than 30% of their sweat loss, together with four players (not necessarily the same ones) who drank about a litre or less of fluid during the 3 h of monitoring. These players could clearly improve their drinking. At the other extreme, none of the players we monitored drank too much, and they were all short of matching their sweat losses
by at least 20%. This is different from long-distance events such as marathon running, where slow runners competing in cooler conditions may drink in excess of their sweat loss and be at risk of dilutional hyponatraemia (Montain, Sawka, & Wenger, 2001). The best advice remains to assess individual sweat rates by monitoring weight changes during training and competition, so as to plan an individualized hydration strategy for each player to prevent excessive dehydration (Sawka et al., 2007). Core temperatures obtained in this study were not correct. The technology we used has been validated (Lee, Williams, & Fortney Schneider, 2000). All the sensors used were factory-calibrated and provided reasonable values until the players started ingesting large amounts of cold fluids. During pilot testing, we successfully measured the core temperatures of 22 players during a friendly game in somewhat milder conditions (average WBGT 24.38C), but fluid intake was lower (average of 1096 ml in 2 h of monitoring). In both studies, temperature pills were ingested 3 h before kick-off. According to the manufacturers, it may be necessary to allow 46 h for the sensor to pass into the small intestine, avoiding an effect of ingested fluid on temperature readings (HQ Inc., undated). In their technical report to NASA, Lee and colleagues (Lee, Williams, & Schneider, 2005), recommend a 6-h wait from time of ingestion for stable measurements. Our postgame measurements, almost 5 h after pill ingestion, were still incorrect. Wilkinson and colleagues (Wilkinson, Carter, Richmond, Blacker, & Rayson, 2008) reported that in some individuals, ingestion of 250 ml of cold water can lower the temperature reading using these capsules by as much as 68C, as long as 8 h after ingesting the capsule, apparently due to the position of the capsule near the stomach, even if far along the small or even the large intestine. Under these real-life conditions of soccer competition, there was no control over either the timing or volume of fluid ingestion. Accurate body temperature monitoring of soccer players during competition in the heat remains a challenge. Unlike the studies of Maughan et al. (2004, 2005) during soccer training, there was a significant correlation between individual sweat loss and fluid intake during this game. While a causal relationship cannot be established from the present study, we suggest that these players may have had a clearer perception of their fluid replacement needs; it is also possible that a higher fluid intake in some individuals enabled higher sweat rates than those of individuals who drank less. We also found a significant correlation between initial urine specific gravity and fluid intake during the game: the tendency was for those who were more hypohydrated upon arrival to drink more during the game. This is in line with previously reported data on
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Evaluation of pre-game hydration status, heat stress, and fluid balance players training in the cold (Maughan et al., 2005). In our study, the relationship was markedly influenced by an outlier; without that individual, the correlation becomes non-significant (r2 0.07, P 0.31). We feel that the player should be included as there is no reason to believe his data are incorrect. These results warrant further investigation. In summary, these professional soccer players suffered considerable dehydration, sweating profusely not only during the game, but also during the warm-up, at half-time, and other non-playing times. Drinking fluids intently was not enough to avoid an average 3.38% body mass dehydration, an undesirable amount when competing at an average WBGT of 31.98C; unfortunately, we were unable to accurately measure the associated body core temperatures. The fluid balance problem was compounded by the fact that several players were already likely hypohydrated upon arrival at the stadium. To cope with these challenges, players should pay attention to proper hydration before matches. They should avoid heat exposure as much as possible in the hours before a game, and have an individualized hydration protocol that considers all sweat losses, not only those during match-play. Finally, when environmental heat stress is high, referees could facilitate more drinking opportunities during the game.
Acknowledgements The authors wish to thank the players and staff from Liga Deportiva Alajuelense and Asociacio´ n Deportiva Guanacasteca, game officials, and UNAFUT for their cooperation. Special thanks to Andrea Solera and Jessica Quesada for their valuable input, to Juan Campos for assistance with logistics and data collection, and to coaches Vladimir Quesada and Pier Luigi Morera for support with pilot testing. This study was supported by the Gatorade Sports Science Institute† and UCR-VI-245-A4-303.
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86 Moncada-Jiménez, J., Plaisance, E. P., Mestek, M. L., Ratcliff, L., Araya-Ramírez, F., Taylor, J. K., Grandjean, P. W., y AragonVargas, L. F. (2009). Duathlon performance unaltered by short-term changes in dietary fat and carbohydrates. International Journal of Sport Nutrition y Exercise Metabolism, 19(1), 47-60. Reproducido con permiso de Human Kinetics, del International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2009, 19(1):47-60. ©
International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2009, 19, 47-60 © 2009 Human Kinetics, Inc.
Duathlon Performance Unaltered by Short-Term Changes in Dietary Fat and Carbohydrates José Moncada-Jiménez, Eric P. Plaisance, Michael L. Mestek, Lance Ratcliff, Felipe Araya-Ramírez, James K. Taylor, Peter W. Grandjean, and Luis F. AragónVargas Purpose: This study investigated the effects of short-term dietary changes on metabolism and duathlon performance. Methods: Eleven men underwent a high-fat (HF; >65% fat from energy) or a high-carbohydrate (CHO; HC) diet (>60% CHO from energy). Energy intake was individualized, and commercially available foods were prepared and packaged for each participant 48 hr before they completed a laboratory-based duathlon (5-km run, 30 km cycling, and 10-km run). Blood samples were obtained before, immediately after, and 1 and 2 hr after the duathlon for determination of glucose, insulin, and glucagon. Oxygen consumption, ratings of perceived exertion (RPE), and respiratoryexchange ratio were assessed, and fat and CHO oxidation were estimated before, during, and after the duathlon. Results: Dietary records indicated a significant difference in fat content ingested before the duathlons (p < .05). Time to complete the duathlon did not differ between the HC- and the HF-diet trials. CHO-oxidation rate was higher during the HC-diet trial than during the HF-diet trial (p = .006). Fat-oxidation rates were higher in the HF-diet trial than in the HC-diet trial (p = .001). No differences in RPE were found between dietary trials. Blood glucose concentration was higher immediately after the duathlon in the HC-diet trial than in the HF-diet trial and remained higher 1 and 2 hr after the duathlon (p < .05). Conclusion: Duathlon performance was not altered by short-term changes in dietary fat or CHO composition despite higher blood glucose concentrations under the HC condition.
Keywords: dietary manipulation, endurance exercise, metabolism, glycogen loading, fat loading
Dietary manipulation is a common ergogenic strategy used in an attempt to improve performance. Athletes from different sports have followed short- and
Moncada-Jiménez and AragónVargas are with the School of Physical Education and Sports, University of Costa Rica. Plaisance, Mestek, Araya-Ramírez, and Grandjean are with the Dept. of Kinesiology; Ratcliff, the Dept. of Nutrition and Food Sciences; and Taylor, the Div. of Clinical Laboratory Science, Auburn University, Montgomery, AL.
47
48 Moncada-Jiménez et al.
long-term dietary regimens in which macro- and micronutrients and hydration widely varied. No single strategy has been shown to be perfect or ideal for a particular sport; however, recent evidence (Erlenbusch, Haub, Munoz, MacConnie, & Stillwell, 2005) supports the contention that most athletes might improve their physiological profile before a race by following some type of moderate- to highcarbohydrate (CHO) diet. Research published as early as 1939 (Christensen & Hansen, 1939) and recent studies (Bergstrom, Hermansen, Hultman, & Saltin, 1967; Erlenbusch et al., 2005; Hawley, Palmer, & Noakes, 1997; Pitsiladis & Maughan, 1999; Starling, Trappe, Parcell, Kerr, Fink, & Costill, 1997) generally demonstrate a positive physiological profile (e.g., higher muscle glycogen stores, lower respiratory-exchange ratio [RER] during exercise) and improved exercise performance (i.e., delayed time to exhaustion) when participants consumed a short-term diet (≤3 days) higher in CHO as opposed to a diet high in fat (i.e., low-CHO diet) before exercise. These results are more apparent in untrained than trained participants, and positive metabolic and physiological responses observed during exercise do not always extrapolate to improved performance. Contrary to high-CHO diets, high-fat diets are not usually well accepted and tolerated by athletes during the first days of such a dietary regimen (Helge, Watt, Richter, Rennie, & Kiens, 2001). It has been reported that high-fat diets have negative consequences such as slower gastric emptying, higher ratings of perceived exertion (RPE) during exercise, higher energy content, and impairments in exercise performance resulting in part from the inability to sustain high-intensity exercise (Hargreaves, Hawley, & Jeukendrup, 2004; Hawley, Dennis, Lindsey, & Noakes, 1995). Others (Starling et al., 1997; Pitsiladis & Maughan, 1999) have reported high fat-oxidation rates during exercise after a low-CHO or a high-fat diet without a concomitant improvement in exercise performance. Attempting to clarify whether high-fat and high-CHO diets improved performance, a recent meta-analysis (Erlenbusch et al., 2005) showed heterogeneous results, indicating that high-CHO diets do not consistently improve “time-toexhaustion-type” trials compared with high-fat diets. The effect size (ES) obtained (–.60), a standardized magnitude of the effect of the independent variable on the dependent variable, suggested that in spite of favorable changes in physiological and metabolic profile during exercise, time to exhaustion was only moderately mediated by a diet high in CHO (Erlenbusch et al.). These results are not clearly apparent for combined sports (e.g., duathlon, triathlon, and time-trial studies), however, where only a few studies were analyzed (n = 5) and no ES obtained (Erlenbusch et al.). The growth of endurance enthusiasts and competitions and the ongoing search for diet strategies in the days before an event are being given more attention than in the past. Therefore, the aim of the study was to directly compare the effects of a short-term high-fat (HF) and a high-CHO (HC) diet on metabolism and duathlon performance in trained, competitive, young-adult endurance athletes. We hypothesized that performance and metabolic responses in a duathlon would be different after two short-term dietary regimens.
Duathlon Performance 49
Methods Participants Eleven male athletes participated in the study. The institutional review board at Auburn University approved the study, and written informed consent was obtained from each participant. Volunteers were asked to participate if they were 20–44 years of age, had a maximum oxygen consumption (VO2max) ≥50 ml · kg−1 · min−1, and were currently trained for competition. Volunteers were not allowed to participate if they reported or exhibited anemia (defined as hemoglobin 5 LPS-LBP < 5 Symptoms pg·ml-1 pg·ml-1 2 3 Yes High-fat diet 4 2 No 2 3 Yes High-CHO diet 3 3 No High-fat χ2 = 0.711; p = 0.399, High-CHO χ2 = 0.100; p = 0.752.
We estimated a GIS/time indicator by taking the number of reported GIS and dividing them by the cumulative time subjects performed exercise. Thus, in general, there were 0.35 episodes/h-1 regardless of the diet, 0.51 episodes/h-1 in the high-fat diet, and 0.20 episodes/h-1 in the high-CHO diet. GIS reported were belching, flatulence, intestinal cramps, nausea, side-pain/stitch, stomach upset, urge to vomit, vomiting, and constipation. The anatomical region where participants felt a GIS following duathlon in the high-CHO diet is depicted in Figure 2. No specific anatomical regions for GIS were reported during the high-fat diet.
Figure 2. Anatomical region where participants felt GIS in the high-CHO diet trial. B= Resting; I= Immediately after duathlon.
256
Discussion The aim of the study was to investigate the effect of the initial metabolic state and exercise-induced endotoxaemia on the appearance of GIS during high-intensity endurance exercise in males. In this study, we tried to modify the initial metabolic state by short-term diet and exercise. We did not measure hepatic or muscular glycogen stores directly to determine metabolic state. Sherman et al. (1981), combined training runs (~60-min, 73% VO2max) and diet (104 g CHO/d-1 for 48-h), then directly measured muscle glycogen by biopsies, and found a dramatic reduction in glycogen levels. Similarly, Widrick et al. (1993), combined exercise (60-min, 70% VO2max) and diet (181 g CHO/d-1 for 48-h), and also found significant reductions in muscle glycogen content. In this study we followed an intermediate protocol; we provided athletes with ~141 g CHO/d-1 for 48-h and supervised treadmill training runs (60-min, 70% VO2max). Therefore we expected reduced muscle (i.e., diet + training) and liver (i.e., diet + training + overnight fast) glycogen stores. Both, the combination of a reduced CHO diet, treadmill exercise, and fasting allowed us to confidently assume that both, muscle and liver reserves, were low. We also support the energy status change with the information provided by glucoregulatory hormones IN and GL. A subject in the absorptive state is expected to show higher IN concentrations than during postabsorptive state; while a subject in the post-absorptive state or fasting is expected to show higher GL than IN levels (Vander et al., 1998). Therefore, an elevated IN/GL ratio would indicate an absorptive state and a hypoglycemic state mediated by IN (i.e., high glycogen stores and high energy status). A reduced IN/GL ratio would indicate a post-absorptive state, meaning a higher glycogenolysis rate and gluconeogenesis in order to maintain normal blood glucose levels (i.e., low glycogen stores and low energy status) (Brooks et al., 2000). In addition, total liver glycogen content is dramatically reduced following a 12-h fasting and/or a low carbohydrate diet (Houston, 1995). We observed significant differences in the IN/GL ratio between dietary conditions, indicating a change in the initial energy status mediated by a combined effect of the diet and exercise regimen. Even though a potential low energy level was achieved at baseline in the high-fat diet trial, as shown by a reduced IN/GL ratio, we did not find a significant association between LPS-LBP complex and hepatic markers AST and ALT following exercise. Our findings are similar to those reported when studying hepatocyte function in fasted and semifasted rats (Latour et al., 1999). In this study, the AST/ALT ratio was > 1.0 immediately following exercise and in the recovery phase (i.e., 1- and 2-h post-exercise), indicating hepatocyte and liver parenchyma structural damage. Indeed, ALT, a more specific marker of liver damage (Sherlock and Dooley, 2001), increased from baseline to immediately following exercise, suggesting hepatocyte damage (i.e., structure) possibly explained by the combined effect of exercise intensity and duration. Nevertheless, liver function did not appear
Metabolic state and exercise-induced endotoxaemia
to be jeopardized in our participants. Changes of liver structure observed in this study were similar to findings reported in highly trained competitive cyclists (Mena et al., 1996), marathoners (Smith et al., 2004), and other athletes performing a series of physical activities (Fojt et al., 1976; Schlang and Kirkpatrick, 1961). Since endotoxaemia has been proposed as a potential mechanism explaining the appearance of GIS in athletes, we expected to find a significant correlation between endotoxaemia and GIS such as nausea, vomiting, and diarrhea (Brock-Utne et al., 1988; van Deventer et al., 1990). However, similar to Jeukendrup et al. (2000); we did not find a correlation between endotoxaemia and GIS. Indeed, GIS were virtually absent in the subjects participating in our study. We documented only one case of belching, dizziness, headache, stomach upset, nausea and vomiting 1-h after the duathlon in the high-fat diet. The participant remained in the laboratory for observation and symptoms resolved one hour after vomiting. Another subject complained of tightness in the upper abdominal area. However, this complaint was unrelated to our experimental intervention (i.e., diet, exercise). Finally, two participants reported having a transient side-stitch in the lower abdominal area during exercise that lasted less than 10-min and did not interfere with their performance. We hypothesized that the combination of both, a high intensity and long duration exercise, would reduce splanchnic blood flow allowing bacteria to translocate from the intestines to the portal circulation to finally reach the liver (Gil et al., 1998; Pals et al., 1997; Otte et al., 2001; Nielsen et al., 2002). In the present study, the mean exercise intensity elicited by the subjects during the duathlon in both dietary conditions was high enough to cause intestinal permeability and bacterial translocation from baseline as demonstrated by the increased LPS-LBP complex values. Regardless of the dietary trial, the subjects performed the duathlon at approximately 70% of their individual VO2max and this exercise intensity caused bacterial translocation as measured after exercise. Similar results immediately after exercise have been previously reported in marathon and ultraendurance events (Jeukendrup et al., 2000; Øktedalen et al., 1992). Although there were no direct correlations between endotoxaemia and GIS, we cannot rule out the endotoxaemia model for explaining at least some of the gastrointestinal distress felt by athletes. Several individual characteristics may explain the variation in how an athlete responds to exercise, especially as it relates to gastrointestinal distress and/or exercise-induced endotoxaemia. A list of psychological (e.g., pre-competitive anxiety), preexercise presentation (e.g., diet, rest, fitness), physiological function (e.g., buffering capacity, endotoxin clearance, blood flow redistribution to vital organs), and environment conditions (e.g., heat, cold, humidity), and variables that might explain gastrointestinal distress still deserve further investigation. Other factors might include, for instance, the fiber content of the diet before the trials might impact the orocecal transit time producing gastrointestinal distress. In addition, the fat and CHO content of the diet, as well as hydration status during the race might impact the gastrointestinal system. In this study, the fiber
Moncada-Jiménez et al.
content was similar between diets (combined mean ~36.8 g·d-1), slightly above than the 20-35 g·d-1 recommended range for healthy adults (Marlett et al., 2002). Since it has been reported that physically-active people have rapid orocecal transit time (i.e., higher gastrointestinal system motility) (Harris et al., 1991), we assumed that the impact of the fiber content of the diets on the gastrointestinal system would be negligible. Thus, we did not find an association between fiber content and GIS before, during or after exercise even in the presence of higher dehydration levels in the high-fat diet. In addition, in spite of a having two significantly different diet composition (i.e., high-fat vs. high-CHO), the fat content did not influence the gastrointestinal system during the trials. We did not find evidence to support that fat content might have played a role in the few GIS reported during exercise. Finally, further studies need to be conducted to determine the influence of different levels of dehydration on the appearance of GIS.
Conclusion In conclusion, hepatic structural damage after a duathlon was similar between athletes consuming a high-fat and a high-CHO diet. High-intensity (i.e., ~70% VO2max) and prolonged (i.e., ~ 130 min) exercise increased intestinal permeability to produce mild endotoxaemia; however, post-exercise endotoxin levels were unrelated to frequency of gastrointestinal symptoms and liver structural markers. Acknowledgments The Gatorade Sports Science Institute (GSSI), the United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization (UNESCO), and the Exercise Technology Laboratory at Auburn University supported this study. All the experiments performed in this study comply with the current laws of the United States of America.
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AUTHORS BIOGRAPHY José MONCADA-JIMÉNEZ Employment Doctoral student, director of the Laboratory of Human Movement Sciences at the School of Physical Education and Sports at the University of Costa Rica, Costa Rica Degree MSc Research interest The effects of exercise on gastrointestinal and immune responses E-mail:
[email protected] Eric P. PLAISANCE Employment Postdoctoral fellow at the Boshell Diabetes and Metabolic Diseases Research Program at Auburn University, Alabama, USA Degree PhD Research interest The study of physiological and metabolic changes elicited by exercise and medications E-mail:
[email protected] Michael L. MESTEK Employment Research associate at the Integrative Vascular Biology Laboratory at University of Colorado, Colorado, USA Degree PhD Research interest Effects of aging, cardiometabolic risk factors, HIV-1, and physical activity on vascular endothelial function E-mail:
[email protected] Felipe ARAYA-RAMIREZ Employment Doctoral student and graduate assistant at the Exercise Technology Laboratory at Auburn University, Alabama, USA Degree MSc Research interest Effects of exercise training in cardiovascular risk reduction in obesity E-mail:
[email protected]
Lance RATCLIFF Employment Department of Nutrition and Food Sciences, Auburn University, Alabama, USA Degree PhD Research interest Effects of nutrition interventions on exercise performance E-mail:
[email protected] James K. TAYLOR Employment Division of Clinical Laboratory Science, Auburn UniversityMontgomery, Alabama, USA Degree MSc Research interest Effects of exercise on metabolic syndrome E-mail:
[email protected] Peter W. GRANDJEAN Employment Associate professor at the Department of Kinesiology, Auburn University, Alabama, USA Degree PhD Research interest Effects of exercise on lipid metabolism E-mail:
[email protected] Luis F. ARAGONVARGAS Employment Professor at the School of Physical Education and Sports at the University of Costa Rica, Costa Rica Degree PhD Research interest Sports nutrition, fasting, dehydration and rehydration in sports E-mail:
[email protected]
Prof. José Moncada-Jiménez P.O. Box 239-1200, San José, Costa Rica.
Key points • Gastrointestinal symptoms before, during, and after a competition are reported by approximately 20%– 50% of the athletes participating in endurance events such as marathon, cycling and triathlon. • Energy status, exercise-induced endotoxaemia and liver structural damage might be related to gastrointestinal symptoms. • In this study, gastrointestinal symptoms observed before and after endurance exercise were unrelated to endotoxin levels or hepatic structural damage.
Original Acute hepatic Paper response to diet modification
Biol. Sport 2010;27:111-118
ACUTE HEPATIC RESPONSE TO DIET MODIFICATION AND EXERCISE-INDUCED ENDOTOXEMIA DURING A LABORATORYBASED DUATHLON AUTHORS: Moncada-Jiménez J.1, Plaisance E.P.2, Araya-Ramírez F.3, Taylor J. K.4, Ratcliff L.5,
Mestek M.L.6, Grandjean P.W.7, AragonVargas L.F.1,8 1
School of Physical Education and Sports, University of Costa Rica, Costa Rica Department of Anatomy, Physiology & Pharmacology, Auburn University, AL 3 Department of Kinesiology, Auburn University, AL 4 Division of Clinical Laboratory Science, Auburn University-Montgomery, AL 5 Department of Health and Human Performance, University of Central Missouri, MO 6 Integrative Vascular Biology Laboratory, University of Colorado at Boulder, CO 7 Department of Kinesiology, Auburn University, AL 8 The Gatorade Sports Science Institute, Barrington, IL 2
Accepted for publication 3.02.2010
Reprint request to: José Moncada-Jiménez, P.O.Box 239-1200 (Pavas) San Jose, Costa Rica Tel. +506 8857-5738 Fax. +506 2225-0749 E-mail:
[email protected]
ABSTRACT: The purpose of the study was to compare the acute hepatic response to diet modification and exercise-induced endotoxemia, and to determine if associations exist between liver damage markers, body core temperature, and IL-6 responses to a laboratory-based duathlon. Eleven moderately-trained healthy males followed a low-carbohydrate (CHO) and a high CHO diet to change their glycogen stores two-days before completing a duathlon. Blood samples were obtained at rest, immediately after and 1- and 2-h following the duathlon for determination of endotoxin-lipopolysaccharide binding protein (LPS-LBP) complex, IL-6, and liver integrity markers AST, ALT, and AST/ALT ratio. Hydration status and body core temperature were assessed at rest, during, and after the duathlon. Athletes were more dehydrated and had higher AST/ALT ratios in the lowcompared to the high-CHO diet trial regardless of the measurement time (p0.05).
between experimental conditions in the dependent variables IN/GL
For AST, the main effect diet showed significant mean differences in
ratio, performance time in the duathlon, diet composition, and
the low- compared to the high-CHO diet (39.23±3.52 vs.
hydration status. Factorial 2 x 4 (diets x time points) repeated
29.40±1.75 U/L; p=0.007), whereas the main effect measurement
measures analyses of variance (ANOVA) were computed to analyze AST, ALT, the AST/ALT ratio, LPS-LBP complex, and IL-6. Body core temperature was analyzed by a 2 x 7 (diets x time points) factorial, repeated-measures ANOVA. Percentage VO2max was analyzed by a 2 x 3 factorial, repeated-measures ANOVA. For all ANOVA tests, appropriate follow-up analyses were computed if significant interactions and/or main effects were found. Finally, a Pearson product-moment correlation was calculated between body composition and IL-6. RESULTS Diet and endogenous hepatic energy change. The two diets had similar energy content (~11 MJ); however, the low-CHO diet provided significantly more fat (67%) and less CHO (21%) than the high-CHO diet (25% fat, 63% CHO) (p0.05). The mean (SD) fasting
p 0.05, for interaction effects (diet condition X measurement time). Significant main effects are presented in the results section.
Biology
of
Sport, Vol. 27 No2, 2010
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Moncada-Jiménez J. et al.
A
* - p 16 años: 8-42 U/L
5-40 U/L
ALT (GPT) (SGPT)
Adultos: 3-30 U/L
5-35 U/L
Albúmina sérica
3.5-5.0 g/dL
3.5-5.5 g/dL
Proteínas totales
5.5-9.0 g/dL
6.5-8.4 g/dL
Amonio
30-70 µg/dL
Se ha mencionado que el ejercicio muscular exhaustivo y sostenido puede provocar que los valores de los parámetros que miden la integridad y el funcionamiento hepático se asemejen a los que ocurren cuando hay una patología (Balcells, 1997). Esta afirmación se apoya en hallazgos consistentes que se han publicado en varios estudios realizados en corredores de maratón, ultra-maratón, y ciclistas profesionales (Riley, Pyke, Roberts, y England, 1975; Soeder, Golf, Graef, Temme, Brustle, Roka, Bertschat, e Ibe, 1989; Nuviala, Roda, Lapieza, Boned, y Giner, 1992; De Paz, Villa, Lopez, y Gonzalez-Gallego, 1995; Mena, Maynar y Campillo, 1996; Fallon, Sivyer, Sivyer, y Dare, 1999).
105 Por ejemplo, en un estudio realizado en ciclistas profesionales por Mena et al. (1996), se encontró que los valores de las enzimas AST, ALT y LDH aumentaron significativamente después de que los ciclistas competían, con una correlación directa entre la duración de la carrera y los niveles de AST y ALT; lo cual indica la sensibilidad de estas enzimas al estímulo del ejercicio. Los investigadores concluyeron que la presencia de esas enzimas en la sangre se debía principalmente al daño de las células musculares producido por el efecto mecánico del ejercicio. Si bien es cierto que hubo daño muscular, queda la interrogante acerca del funcionamiento del hígado. ¿Cuál fue la magnitud del cambio en la integridad hepática ocasionada con el ejercicio? Por medio de modelos animales se ha estudiado el efecto crónico del entrenamiento en la capacidad desintoxicante del hígado (Daggan, Zafeiridis, Dipla, Puglia, Gratz, Catalano, y Kendrick, 2000). Daggan et al. (2000), estudiaron a un grupo de ratas sedentarias, y a otro grupo de ratas que fueron sometidas a un régimen de entrenamiento de 5 días por semana durante 10 semanas. Los animales corrían en una banda sin fin, y al completar el período de entrenamiento se les inducía hepatotoxicidad por medio de una droga. Posteriormente se les sacrificaba para medir histopatológicamente el tejido hepático. En este estudio se puso en evidencia que las ratas que se habían ejercitado mostraban puntajes histopatológicos significativamente más bajos que las ratas que no se habían ejercitado. Este hallazgo preliminar indica que hay una adaptación del hígado en su capacidad desintoxicante debidas al ejercicio crónico, es decir, al entrenamiento. Ahora, las preguntas que surgen son: ¿se pueden extrapolar los resultados obtenidos en las ratas a los humanos?, ¿cuál es la influencia de variables como la temperatura o estrés ambiental, y la
106 deshidratación sobre la capacidad desintoxicante o de aclaramiento de endotoxinas del hígado? A pesar de que existe evidencia que indica que la capacidad del hígado para metabolizar y eliminar varios tipos de drogas se reduce en presencia de la endotoxemia (Takamura, Minamiyama, Imaoka, Funae, Hirohashi, Inoue, y Kinoshita, 1999), aún no se sabe cuáles podrían ser los mecanismos involucrados. Tampoco se han llevado a cabo estudios con atletas que permitan determinar si en efecto, la endotoxemia reduce la capacidad de aclaramiento (i.e., desintoxicante) del hígado. Ryan (1993), describió la farmacocinética de las endotoxinas, indicando que los LPS pueden viajar libremente en el torrente sanguíneo, o unidos a lipoproteínas de alta densidad (HDL, por sus siglas en inglés), inmunoglobulinas, o a proteínas (transportadoras de LPS). Ryan indica que la vida media de los LPS en la sangre oscila entre 2 minutos a 12 horas. Este proceso de remoción, en el cual las células de Kupffer del hígado son las que trabajan primordialmente, requiere de energía, por lo que hipotéticamente, un atleta que comience una competencia de larga duración y alta intensidad con niveles bajos de energía (i.e., bajas reservas de glucógeno hepático) podría afectar negativamente la capacidad de las células de Kupffer para desintoxicar la sangre, y por ende, reducir su rendimiento físico. Los resultados del modelo animal en que se ha estudiado el problema mencionado anteriormente indican que ocurre una reducción en los niveles de ATP hepático en un grupo de ratas escindidas de su medula adrenal, que a la vez permanecían en condición de ayuno, en comparación con un grupo de ratas a las que sí se les alimentaba (Ghanbari-Niaki, Bergeron, Latour, y Lavoie, 1999). Anteriormente se había reportado que en ratas en ayuno
107 se reducía o “desactivaba” temporalmente la actividad de las células Kupffer (Sankary, Chong, Foster, Brown, Shen, Kimura, Rayudu, y Williams, 1995). Sin embargo, estos estudios se referían a ayuno en ratas donadoras de órgano y no a atletas sanos realizando ejercicio, por lo que obviamente se requiere de mucha más investigación en humanos. Así, un modelo en humanos en el que se pretenda cambiar las reservas energéticas hepáticas y se someta a ejercicio intenso y prolongado podría brindar información valiosa acerca del funcionamiento del sistema de aclaramiento de endotoxinas y su posible impacto en la respuesta inmune de fase aguda.
