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La hipoxia como método de entrenamiento adquirió mayor importancia tras las olimpiadas celebradas en la ciudad de México (2.300 m) en 1968. Numerosas investigaciones han evidenciado los beneficios de ‘entrenar arriba y vivir abajo’, con el fin de aprovechar mejor los efectos del entrenamiento en altitud 1. El entrenamiento en altitud y el entrenamiento en hipoxia simulada producen distintas adaptaciones fisiológicas y bioquímicas en el músculo esquelético 2,3.
Además, el ejercicio de fuerza y resistencia produce por sí mismo una serie de adaptaciones morfológicas en el tejido muscular esquelético 4, especialmente cambios en la hipertrofia, la fuerza, el diámetro de la fibra, la síntesis de miofibrillas y un aumento de la capacidad anaerobia. Otras adaptaciones menos notorias observadas en el músculo esquelético son la síntesis mitocondrial y la tolerancia al lactato, así como el mejoramiento de la función oxidativa y de la capacidad de resistencia 4.
El propósito de la presente revisión fue describir las adaptaciones hipertróficas del músculo esquelético en respuesta a la exposición temporal a situaciones de hipoxia combinada con ejercicios de fuerza y resistencia.
Metodología
Se hizo una búsqueda bibliográfica entre marzo y julio de 2017 en la base de datos Pubmed de la U.S. National Library of Medicine, sin restricción de fechas de publicación o idioma,
La búsqueda se centró en tres tipos de estudios (cuadro 1):
Cuadro 1 Relación de términos de búsqueda y publicaciones encontradas
| Término de búsqueda | Número de publicaciones | |
|---|---|---|
| Inglés | Español | |
| Hypoxia AND muscle performance | Hipoxia AND rendimiento muscular | 82 |
| Hypoxia training AND muscle | Entrenamiento en hipoxia AND músculo | 112 |
| Intermittent hipoxia AND muscle | Hipoxia intermitente AND músculo | 47 |
estudios sobre el uso de la hipoxia y el rendimiento muscular con la combinación de los términos “hipoxia and performance” de los Medical Subject Headings(MeSH);
estudios sobre el entrenamiento en hipoxia y el músculo esquelético, con la combinación detérminos MeSH “hipoxia training and skeletal muscle”, y
estudios sobre la hipoxia intermitente y el músculo combinando los términos MeSH “intermittent hypoxia and muscle”.
Además, se emplearon dos tesis doctorales, una dirigida por uno de los autores de la revisión, que contenía como información relevante el empleo de la hipoxia intermitente en atletas de élite 3, y una segunda tesis con información actualizada sobre enfermedades crónicas 5. Se incluyó, asimismo, un libro que explicaba las claves fisiológicas del entrenamiento en altitud6.
Resultados
A partir del número total de publicaciones encontradas con los términos de búsqueda (cuadro 2), se seleccionaron 37 tras la aplicación de los criterios de inclusión: artículos relacionados con el entrenamiento en hipoxia, estudios específicos sobre el músculo esquelético y sobre la actividad física o deportiva, y de los criterios de exclusión: artículos relacionados con enfermedades que no fueran musculares y estudios que no se referían al músculo. Estos criterios se emplearon para analizar los documentos más relevantes por su pertinencia temática dada la abundancia de manuscritos que incluyen los términos hipoxia y músculo.
Cuadro 2 Efectos del entrenamiento físico
| Cardiacos | Contra la arritmia, de regulación de la presión sanguínea |
|---|---|
| Hematológicos | Mejoras hemodinámicas, antitrombóticos |
| Metabólicos | Perfil lipídico: LDL y HDL Perfil glucémico: sensibilidad insulina y aprovechamiento de la glucosa |
| Inmunológicos | Regulación de las citocinas inflamatorias |
LDL: lipoproteinas de baja densidad (low-density lipoprotein); HDL: lipoproteinas de alta densidad (high- density lipoproteins)
Hipoxia
La hipoxia se define como la reducción del contenido o de la presión parcial de oxígeno (O2) a nivel celular. Se conocen varios tipos de hipoxia que responden a las causas que la provocan y al tiempo de exposición. Desde el punto de vista de las causas, se han descrito la hipoxia anémica, la hipoxia por estancamiento, la citotóxica y la hipoxémica. Esta última es la más relevante para el mejoramiento del rendimiento muscular 7 e incluye dos subtipos: la hipoxia hipobárica con presión atmosférica menor a 760 mm Hg y una concentración de O2 en el aire (FiO2) de 20,9 %, y la hipoxia normobárica, con una presión barométrica de 760 mm Hg y una FiO2 menor de 20,9 %. Se pueden generar condiciones de hipoxia artificial hipobárica o normobárica mediante dispositivos como las máscaras con mezclas de gases, las cámaras normobáricas, las tiendas o habitaciones de hipoxia y los dispositivos respiratorios empobrecidos en oxígeno 8.
En cuanto al tiempo de exposición, la hipoxia se clasifica en aguda, crónica o intermitente. La aguda corresponde a una exposición breve; la crónica, a periodos prolongados, incluso años, y, generalmente, compromete a las personas nacidas en altitud o que residen permanentemente en lugares altos, en tanto que la intermitente es aquella en que los sujetos se someten a ciclos alternados de hipoxia y ‘normoxia’; actualmente esta es la más empleada para mejorar el rendimiento deportivo9.
Para el control de la hipoxia, la medida de la saturación arterial de oxígeno (SaO2) como parámetro para regular la intensidad el estímulo hipóxico sobre el organismo es más efectiva, estable e individualizada que la utilización de la FiO2 o el nivel de hipoxia 10. Para producir una respuesta de estrés significativa, la SaO2 debe ser inferior al 90 % 11.
Efectos fisiológicos del entrenamiento
Cardiometabólicos. Un estilo de vida saludable exige la práctica de la actividad física y del ejercicio como aspecto fundamental para la prevención, el manejo y el tratamiento de muchas enfermedades crónicas, entre ellas las cardiometabólicas 12. Algunas de estas enfermedades, como la hipertensión, las cardiopatías, la obesidad y la diabetes mellitus tipo 2, son las principales causas de mortalidad a nivel mundial 5. Son múltiples los efectos protectores del ejercicio contra la arritmia (aumento de tono vagal, disminución de la actividad adrenérgica, regulación del ritmo cardiaco) y contra la trombosis (aumento de la fibrinólisis, disminución de la agregación plaquetaria, menor viscosidad de la sangre), así como de mejoría hemodinámica (aumento del flujo coronario, remodelación del músculo cardiaco, mejora de la función del endotelio vascular, aumento de la producción de óxido nítrico con efecto vasodilatador, y un eficiente aprovechamiento del oxígeno por parte del miocardio).
Por otra parte, las adaptaciones metabólicas como el aumento de la sensibilidad a la insulina se traducen en un mejor aprovechamiento de la glucosa 12, en la disminución de las lipoproteínas de alta densidad (high- density lipoprotein, HDL), el aumento de las de baja densidad (low-density lipoprotein, LDL), la disminución de los triglicéridos y la adiposidad, la regulación de las citocinas responsables de los procesos inflamatorios, y la regulación de los mecanismos de la presión sanguínea, fenómenos que contribuyen a la homeostasis y, por lo tanto, a un mejor funcionamiento de otros órganos y sistemas.
Musculares (hipertrofia muscular). La práctica habitual de ejercicio físico produce aumentos en la masa del músculo esquelético debidos a la hipertrofia inducida por los mecanismos que se presentan en la figura 1. El proceso de hipertrofia de la fibra del músculo esquelético surge como resultado de la confluencia del equilibrio de las proteínas musculares y la adición de células satélites a las fibras musculares esqueléticas. El equilibrio positivo de la proteína muscular se logra cuando la tasa de la nueva síntesis de proteínas musculares supera el de su descomposición 13 y de la actuación de las células satélites musculares encargadas de la remodelación y la hipertrofia del tejido muscular 14.
Figura 1 Factores metabólicos involucrados en la hipertrofia muscular IGF-1: factor de crecimiento insulínico tipo 1; GH: hormona del crecimiento
Condicionantes fisiopatológicos de la hipoxia
Es necesario conocer y considerar los riesgos de las condiciones de hipoxia. En dos de los estudios consultados 2,15, se describen algunas de las repercusiones nocivas, como la fatiga con alteraciones neuromusculares, el aumento del estrés oxidativo, las alteraciones inmunológicas e inflamatorias, los efectos sobre el árbol vascular (vasoconstricción), la excesiva policitemia, los trastornos del ritmo ventricular y supraventicular, las perturbaciones psicológicas, la ansiedad, la depresión, las lagunas cognitivas y la dificultad para expresar emociones.
El conocimiento de tales efectos permite adecuar más fácilmente las condiciones de la hipoxia y de su empleo conjunto con la actividad física en el entrenamiento deportivo para conseguir las adaptaciones musculares deseadas.
Adaptaciones y respuestas musculares inducidas por el entrenamiento en hipoxia
El uso adecuado de la hipoxia normobárica o hipobárica durante el ejercicio incrementa las funciones metabólicas del tejido muscular esquelético 16. El músculo posee gran plasticidad, lo que le confiere la capacidad de efectuar su función en todo tipo de circunstancias de la manera más eficiente. Las adaptaciones a la hipoxia modifican cualidades bioquímicas, como la capacidad oxidativa y la actividad mitocondrial, y producen cambios en el metabolismo aerobio y en el contenido de mioglobina 11 en la célula muscular esquelética.
Las condiciones hipóxicas en el tejido muscular inducen eventos de señalización específicos que provocan cambios en el fenotipo muscular por la activación de los llamados factores inducibles por hipoxia (hipoxiainducible factor, HIF) y la señalización mediada por estos afecta la expresión de un gran número de genes 17, muchos de los cuales tienen un significado funcional en el tejido del músculo esquelético18. Además, los HIF son la clave para la expresión de los genes relacionados con la eritropoyesis y la angiogénesis, y de aquellos relacionados con la regulación del pH y lag lucólisis19.
Por otra parte, se ha reportado que las adaptaciones estructurales musculares son similares en la hipoxia y en la ‘normoxia’, con excepción de un aumento en el volumen muscular y en el área de la sección transversal de la fibra muscular, lo que se consigue con el entrenamiento en hipoxia 20. Los mecanismos responsables de estas trasformaciones se deben también a la acción de los HIF, la cual estimula los genes reguladores de la hipertrofia muscular y, además, promueve un incremento de los niveles de respuesta hormonal anabólica, como el del factor de crecimiento insulinoide de tipo 1 (Insulin-Like Growth Factor-1, IGF-1), de la testosterona y de la hormona del crecimiento 21-26. Por lo tanto, el entrenamiento en hipoxia, comparado con el entrenamiento en ‘normoxia’, tiene efectos sinérgicos y diferenciales sobre el tejido muscular esquelético 27.
La hipertrofia muscular por el entrenamiento en hipoxia
Feriche, et al., evidenciaron en su estudio los cambios hipertróficos musculares debidos a la acumulación de metabolitos 28 (figura 1 ) mediante entrenamientos con seis a 12 repeticiones,e intensidades mayores al 65% de una repetición máxima. Otro tipo de entrenamiento con el cual se consiguieron los mismos cambios fenotípicos consistió en la realización de cinco bloques de 15 repeticiones de ejercicios de baja resistencia (≤30 % de una repetición máxima), con una recuperación de 90 segundos, lo que favoreció el aumento de repeticiones con menores periodos de descanso, rutina que se prolongó durante cinco semanas. Según estos autores 28, se consiguen mayores cambios hipertróficos musculares mediante el empleo de dispositivos que consigan crear unas condiciones de hipoxia normobárica, con altitudes simuladas de 2.500 a 3.000 m, en las cuales la FiO2 es 13 a 16 % mayor que en condiciones de‘normoxia’.
Por su parte, Nishimura, et al., sugieren en su estudio que el entrenamiento de resistencia bajo condiciones de hipoxia mejora la fuerza muscular e induce la hipertrofia muscular de manera significativa y con mayor rapidez que bajo condiciones de ‘normoxia’ 26. Los autores lo consiguieron con períodos de entrenamiento de seis semanas al 70 % de una repetición máxima en series de diez repeticiones y en condiciones de hipoxia normobárica (16 % de FiO2) en comparación con las condiciones de ‘normoxia’ 26. El resultado fue un aumento entre 1,3 y 1,9 % en el área de la sección transversal de la fibra muscular.
En un estudio del 2015, Kurobe,et al . (23) dividieron a los participantes en dos grupos. Uno de ellos se ejercitó en condiciones de ‘normoxia’ y el otro en hipoxia normobárica (12,7 % de FiO2) durante 95 minutos. El protocolo de entrenamiento de los dos grupos consistió en repeticiones de extensión de hombro con 10 repeticion es máximas en intervalos de máximo un minuto, tres veces a la semana durante un periodo total de ocho semanas. Se comprobó un aumento mayor de los niveles de la hormona del crecimiento en el grupo entrenado en hipoxia en comparación con el entrenado en ‘normoxia’. A pesar de este aumento de la hormona, no hubo ningún cambio estructural en el músculo esquelético, pero sí en la funcionalidad muscular, debido a que los sujetos estimulados con hipoxia fueron capaces de un mayor número de repeticiones. Estos resultados concuerdan con los del estudio de Schroeder, et al. 29, quienes señalaron que la elevación de los niveles de las hormonas anabólicas, como la del crecimiento, no serían necesarias para estimular la síntesis de proteínas musculares o la hipertrofia de pequeñas masas musculares, aunque son ideales para optimizar el rendimiento funcional de la masa muscular entrenada.
Bajo condiciones simuladas de hipoxia normobárica hasta conseguir una SaO2 del 80 % con el empleo de máscaras hipóxicas, Manimmanakorn, et al., observaron un incremento del 3,2 % del área de la sección transversal de la fibra muscular tras un entrenamiento de cinco semanas con cargas de baja resistencia (20 % de una repetición máxima), consistentes en tres repeticiones como máximo y una recuperación de 30 segundos 24,25.
Por su parte, Brocherie, et al., combinaron el ejercicio físico en condiciones de hipoxia normobárica con la circunstancia de vivir en la altitud, lo cual significó un doble estímulo hipóxico 30. El protocolo seguido por los deportistas consistió en vivir durante 14 días en hipoxia normobárica (másde 14 h al día con una FiO2 entre 14,5 y 14,2 %). Cada una de las seis sesiones realizadas incluía cinco bloques de cinco segundos de un ejercicio de esprint de máxima intensidad con una recuperación pasiva de 25 segundos entre cada ejercicio y cinco minutos entre bloques bajo una hipoxia normobárica correspondiente a la de una altitud simulada de 3.000 m y una FiO2 de 15 a 12%. En el estudio se reportó una umento de los niveles de HIF-1α, lo que se tradujo en un aumento del factor de crecimiento vascular (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF) y de los niveles de mioglobina. Además, se observó una proliferación de células musculares, muy probablemente debida al incremento del factor de crecimiento insulinoi de 2 (IGF-2) estimulado por el HIF-1α7.
Por otra parte, Friedmann, et al., observaron un aumento de la resistencia muscular en individuos que realizaron durante cuatro semanas una rutina de ejercicios bajo condiciones de hipoxia normobárica con una FiO2 del 12 % comparado con los sujetos entrenados en ‘normoxia’ 21. El entrenamiento consistió en extensiones de rodilla (6 x 25) para trabajar los cuádriceps con 30 % de repetición máxima y periodos de recuperación de 25 segundos. El aumento de la resistencia muscular se tradujo en un aumento del área de la sección transversal de la fibra muscular y del número de fibras musculares en el grupo de hipoxia normobárica comparado con el grupo de control.
En su estudio, Kon, et al., emplearon ejercicios de los músculos pectorales y prensa de piernas con 70% de una repetición máxima en un ambiente de hipoxia normobárica y una FiO2 del 14 % y observaron que los efectos con respecto al grupo de control entrenado en ‘normoxia’ se tradujeron en un aumento del área de la sección transversal de la fibra muscular, un incremento significativo de la resistencia muscular, una mayor concentración plasmática del VEGF y una relación entre capilar y fibra del músculo esquelético significativamente mayor 22. En resumen, los autores registraron un aumento del tamaño, la fuerza y la resistencia musculares, así como de la angiogénesis del músculo esquelético.
Rutinas del entrenamiento en hipoxia
Otro punto clave para mejorar el rendimiento y conseguir la hipertrofia muscular es la rutina de ejercicios que se prescriba. Surge la pregunta de cómo el estímulo hipóxico puede desencadenar fenómenos de adaptaciones beneficiosas, como la hipertrofia del músculo esquelético, cuando también puede producir su degeneración y atrofia en condiciones de hipoxia extrema 31,32.
En nuestra opinión, el estímulo hipóxico para maximizar los efectos positivos debe darse únicamente durante la sesión de entrenamiento, es decir, durante la contracción muscular, lo que permitiría al sujeto la recuperación muscular en ‘normoxia’. Por lo tanto, la aplicación del paradigma de ‘vivir abajo y entrenar arriba’ supondría la inducción de adaptaciones musculares que mejoran el rendimiento del tejido muscular mediante un único estímulo hipóxico durante el entrenamiento.
Las sesiones de ejercicio en hipoxia suponen para el organismo un mayor desgaste, fatiga, inmunosopresión y estrés orgánico que las realizadas en ‘normoxia’ 32 y, por ende, los periodos de recuperación también deberían ser mayores 33. En consecuencia, en el entrenamiento en hipoxia deben considerarse las premisas anteriores para evitar los efectos negativos sobre el tejido muscular.
Importancia de la dieta en el entrenamiento en hipoxia
Cabe resaltar que en los estudios analizados no se consideraron los detalles de la dieta y los complementos alimentarios ingeridos por los participantes durante el periodo de estudio. Bajo condiciones de hipoxia, las demandas energéticas aumentan debido al mayor incremento de las hormonas simpático-adrenales 2,3,27, por lo tanto, es necesario consumir una dieta adecuada durante las sesiones de entrenamiento en hipoxia32.
Estos suplementos alimentarios deben garantizar la síntesis de proteínas musculares, ya que la adaptación muscular que se busca es la hipertrofia. Para que dicha síntesis sea adecuada, se necesita una dieta rica en proteínas que contengan aminoácidos esenciales, arginina y glutamina, así como el consumo de carbohidratos13. Con estos sustratos se asegura la efectividad de la síntesis y la ganancia de masa del músculo esquelético 34. Por lo tanto, aunque en los individuos en hipoxia se desencadenen de manera más potente los mecanismos de incremento del tejido muscular, en ausencia de los sustratos necesarios, las ganancias de músculo se ven limitadas y podrían no ser significativas en comparación con la de los grupos en ‘normoxia’ e, incluso, supondrían un equilibrio negativo entre la síntesis y el catabolismo y, en consecuencia, crearían el efecto contrario (atrofia) del que se pretende (hipertrofia).
Otras recomendaciones nutricionales que no se mencionan en los artículos señalados y que deben tenerse en cuenta son la hidratación 35 y los suplementos minerales en la alimentación 36. En este sentido, Córdova, et al., demostraron que bajo condiciones hipóxicas se produce un descenso del magnesio en el corazón, el hígado, el riñón y, más importante incluso, en la musculatura esquelética 37, lo cual sugiere que los suplementos con magnesio cuando se hacen ejercicios en hipoxia pueden ser un elemento clave.
Conclusiones
Esta revisión permitió concluir que la sinergia del entrenamiento y la hipoxia normobárica produce mejores y mayores adaptaciones, ganancias y cambios fisiológicos beneficiosos en el tejido muscular, lo cual trae consigo transformaciones fenotípicas favorables como la hipertrofia del músculo esquelético cuando se garantizan condiciones óptimas de entrenamiento e hipoxia.
Para ello deben considerarse la dosis de hipoxia, la duración de las sesiones, la intensidad del ejercicio, la frecuencia semanal, las semanas de tratamiento y el número de sesiones. Además, deben contemplarse los aspectos dietéticos y nutricionales, así como la administración de los nutrientes necesarios.
