¿Es el pulmón adaptable con el entrenamiento?

La hipótesis de casi cuatro décadas sugirió una adaptación nula o mínima al entrenamiento de resistencia aeróbica en el pulmón sano, dejando el pulmón “atrasado” mientras las adaptaciones cardiovasculares, hematológicas y metabólicas musculares impulsaban el VO₂máx y el rendimiento de resistencia a niveles más altos.

¿Qué nos ha enseñado el período subsiguiente sobre esta hipótesis en relación con los pulmones jóvenes, envejecidos, en riesgo y enfermos?

Mecanismos potenciales para el crecimiento pulmonar.

En los seres humanos, los bronquiolos respiratorios en las ramificaciones más distales de las vías respiratorias contienen una población única de células secretoras que actúan como progenitoras de las células tipo 2 alveolares. Estas células muestran una plasticidad fenotípica notable para mantener y reparar el epitelio traqueobronquial y promover la angiogénesis en la vasculatura pulmonar (3–5). In vitro, estas células también estimulan el crecimiento alveolar en un modelo de lesión pulmonar en ratones (6). Se cree que el “agotamiento” de las células progenitoras en el pulmón ocurre secundariamente a la inflamación crónica en respuesta a la contaminación del aire excesiva, el humo de cigarrillo o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), lo que hace que estas células se vuelvan “senescentes” o no respondan a los estímulos de crecimiento (7,8). El crecimiento de la superficie y el volumen alveolocapilar del pulmón ocurre en respuesta a estiramientos repetidos y excesivos del parénquima pulmonar y la vasculatura y a la hipoxia a largo plazo, el efecto hipóxico mediado por la activación de la transcripción de HIF-1α. Por lo tanto, la capacidad difusiva del pulmón aumenta marcadamente en los residentes nativos y a largo plazo de alta altitud humanos y caninos, lo que permite un intercambio de gases altamente efectivo durante el ejercicio (9). Además, después de la resección de porciones sustanciales de un pulmón, el tejido pulmonar restante aumenta significativamente su volumen debido a su estiramiento excesivo dentro de la cavidad torácica (10,11). De manera similar, la alimentación después de una restricción calórica a largo plazo provoca el crecimiento pulmonar en roedores (12). El entrenamiento con ejercicio podría estimular el crecimiento pulmonar a través de la influencia de las miocinas liberadas por el músculo esquelético en contracción. Hasta la fecha, miocinas prototipo como IL-6, IL-15 e irisin se han demostrado secretadas por el músculo en contracción y promueven efectos antiinflamatorios en órganos tan diversos como el páncreas, la piel, el hígado y el cerebro (Fig. 2) (7,13,14). Como se discutirá más adelante, el pulmón como posible objetivo para estas miocinas inducidas por el ejercicio apenas ha comenzado a recibir atención.

Adaptación pulmonar al entrenamiento físico en la salud.

Estudios poblacionales extensos en adultos jóvenes y mayores muestran correlaciones significativas del volumen espiratorio forzado en 1 segundo (FEV1.0), capacidad vital forzada (FVC) y/o capacidad de difusión pulmonar para monóxido de carbono (DLco), y volumen vascular pulmonar con el VO₂max (15–17). Estos datos puramente correlacionales se interpretan para demostrar que la función pulmonar es un “determinante” importante del VO₂max (16). Sin embargo, los hallazgos experimentales muestran que esta afirmación es improbable en la población de adultos jóvenes no entrenados y sanos, quienes muestran poca evidencia de limitaciones ventilatorias, de intercambio gaseoso o musculares respiratorias significativas durante el ejercicio (18). ¿Podría ser alternativamente la interpretación de causa:efecto de esta asociación que el VO₂max, como un sustituto de la duración e intensidad de la actividad física habitual, determine la función pulmonar durante largos períodos de tiempo? Ahora abordamos esta pregunta a lo largo del resto de esta sección relacionada con la adaptación pulmonar.

Entrenamiento físico a corto plazo.

Semanas o meses de entrenamiento de resistencia aeróbica en humanos o animales sanos no produce cambios o solo cambios menores en la función pulmonar. La evidencia más notable incluye lo siguiente: a) estudios en roedores que utilizan entrenamiento intenso desde muy temprana edad no muestran efecto en el área superficial alveolar o la morfología pulmonar para acompañar mejoras considerables en la capacidad aeróbica (19,20); b) varias semanas de reposo en cama en adultos jóvenes causaron una marcada reducción del 28% en el VO₂max seguida de entrenamiento diario, que aumentó el VO₂max en un 33%. Ninguno de estos cambios estuvo acompañado de variaciones en DLco (o sus componentes: volumen sanguíneo capilar pulmonar y la tasa de difusión a través de la membrana del tejido y la barrera plasmática) en reposo o durante el ejercicio, ni por alteraciones en las tasas de flujo máximas o los volúmenes pulmonares (21); y c) el entrenamiento aeróbico suficiente para aumentar significativamente el VO₂max en hombres y mujeres durante varias semanas a nivel del mar y altitud elevada ha mostrado poco o ningún efecto coincidente en DLco o sus componentes en reposo o con un gasto cardíaco equivalente durante el ejercicio (22,23). Por otro lado, el entrenamiento de natación y/o entrenamiento de los músculos respiratorios produce aumentos modestos pero significativos en los volúmenes pulmonares y la FVC (24–26).

¿Coincide la función pulmonar con el VO₂max en el atleta entrenado en resistencia aeróbica?

El ejemplo ideal de “simorfosis” entre los eslabones en el transporte de oxígeno sería el antílope cornudo, en el cual un VO₂max  varias veces superior —en comparación con sus contrapartes sedentarias— se equipara con aumentos proporcionales en la capacidad de todos los eslabones en la cascada de transporte de O₂ desde la superficie pulmonar hasta las mitocondrias musculares (27). En contraste con este modelo de adaptaciones equitativas en el sistema de órganos, en roedores seleccionados por su resistencia a correr, el VO₂max aumentó considerablemente durante siete generaciones de selección sin mejorar la función pulmonar (20). En atletas humanos, comparaciones transversales con la población general informan que las curvas de flujo/volumen de la máxima espiración se incrementan comúnmente en un 10%–20% en nadadores y remeros altamente en forma, pero no de manera tan consistente en otros atletas altamente entrenados en tierra (28,29). DLco en reposo tiende a ser más alto en muchos atletas de resistencia, en la mayoría de los casos debido al aumento del volumen pulmonar (30). Hallazgos limitados también sugieren que la presión vascular pulmonar puede reducirse significativamente durante el ejercicio con un gasto cardíaco dado en los atletas altamente entrenados. En ausencia de alguna diferencia conocida en la estructura vascular pulmonar per se, es probable que esta presión arterial pulmonar más baja se deba a efectos secundarios de la mayor compliance ventricular izquierda y la reducción de la presión auricular izquierda durante el ejercicio en los atletas altamente entrenados (31,32).

Hay varios ejemplos en humanos altamente entrenados de aumentos desproporcionados en el VO₂max en relación con la capacidad de la función pulmonar para satisfacer estas demandas extraordinarias.

• Elevaciones marcadas en las presiones de la arteria pulmonar ocurren secundarias a combinaciones de alto gasto cardíaco, aumento de la presión auricular izquierda y reserva limitada de vasodilatadores en la vasculatura pulmonar. Estas altas presiones provocan un aumento del estrés y trabajo en la pared ventricular derecha. A su vez, esto conduce agudamente a la fatigabilidad del corazón derecho y posiblemente a la limitación máxima del volumen sistólico y crónicamente a una remodelación inadecuada del corazón derecho (33,34).
• La demanda ventilatoria excede la capacidad de flujo y volumen de las vías respiratorias, provocando limitación del flujo espiratorio con presiones intratorácicas excesivas. Las consecuencias de la limitación del flujo incluyen una restricción del volumen sistólico ventricular izquierdo y lesiones inducidas por altas tasas de flujo en el epitelio de las vías respiratorias con el desarrollo a largo plazo de hiperreactividad bronquial.
• El trabajo excesivo de la respiración (Wb) en demanda ventilatoria alta provoca acumulación de metabolitos y fatiga en los músculos inspiratorios y espiratorios, lo que precipita reducciones inducidas por el sistema nervioso simpático en la conductancia vascular y flujo sanguíneo de los músculos locomotores (18,35,36).
• Intercambio gaseoso deteriorado y hipoxemia arterial inducida por el ejercicio a veces ocurren mediante no uniformidad en la distribución de la ventilación–perfusión (˙VA/Q̇) y/o expansión limitada del volumen sanguíneo capilar pulmonar en relación con el alto gasto cardíaco (18).

En estos ejemplos, el sistema respiratorio “subadaptado” presenta limitaciones significativas para el transporte máximo de gas a los músculos locomotores y para el rendimiento en muchos humanos altamente entrenados. En el caballo purasangre, el pulmón subadaptado es la principal limitación para el rendimiento (37,38). Sin embargo, en atletas humanos, las limitaciones del ejercicio inducidas por la respiración, incluidos los efectos de la hipoxemia arterial, el trabajo respiratorio excesivo y la hipertensión pulmonar, son menos consistentes y de menor magnitud en su impacto en la limitación del rendimiento que las presentadas por el sistema cardiovascular o los músculos locomotores (18).

Demanda versus capacidad en el pulmón envejecido: efectos del entrenamiento.

Comenzando tan temprano como en la segunda década de la vida y acelerándose en la sexta década, el pulmón humano sano pierde la elasticidad debido a reducciones en la compliance de la pared torácica y vascular pulmonar, y en el área superficial alveolar–capilar. ¿Cómo se compara este declive en la capacidad del sistema pulmonar con la demanda máxima a medida que las limitaciones cardiovasculares y metabólicas inducidas por el envejecimiento reducen el VO₂max aproximadamente en un 10% por década? ¿Un estilo de vida activo habitual mitigará este desequilibrio potencial? El envejecimiento sedentario se asocia con una reducción del 40% en el VO₂max a los 70 años (en comparación con los 30 años), por lo que incluso la función pulmonar reducida sigue siendo capaz de satisfacer la caída en la demanda de ventilación e intercambio gaseoso; hallazgos limitados informan una presión arterial pulmonar elevada incluso durante aumentos moderados en el gasto cardíaco durante el ejercicio (18,39) en estos individuos. Sin embargo, en personas de edad avanzada altamente en forma (VO₂max de 40–55 mL/kg/min a los 70 años), muchos experimentan limitación del flujo, alto Wb, disnea, presiones arteriales pulmonares excesivas e incluso hipoxemia, limitaciones que no están presentes en pulmones de 30 años en los mismos niveles de trabajo de alta intensidad (40). Estos sujetos mayores altamente entrenados tenían valores de función pulmonar que excedían a la población general; sin embargo, experimentaron reducciones en los volúmenes pulmonares y las tasas de flujo máximas cuando fueron seguidos longitudinalmente desde los 67 hasta los 73 años, equivalentes a las de la población general (41).

Dos grandes estudios de envejecimiento longitudinal evaluaron los niveles de actividad física habitual autoreportados en relación con las reducciones en las medidas estándar de la función pulmonar en reposo durante un período de 10 a 25 años: a) una población rural finlandesa mostró una reducción promedio del 30% menos en FEV1.0 y FVC en no fumadores y un 20% menos en fumadores que eran habitualmente activos versus inactivos (42), y b) una población de Copenhague mostró un 25% menos de disminución en FEV1.0 y FVC en fumadores activos pero no en no fumadores activos (43). Por lo tanto, los datos limitados de envejecimiento longitudinal muestran resultados mixtos, incluso en el no fumador o atleta de resistencia altamente entrenado, sobre si un estilo de vida activo habitual es protector contra los decrementos inducidos por la edad en la función pulmonar.

El entrenamiento físico en enfermedades pulmonares crónicas.

El rendimiento en el ejercicio está notablemente afectado en enfermedades pulmonares obstructivas e intersticiales debido a limitaciones en el flujo, hiperinflación, disnea, hipoxemia arterial y flujo sanguíneo alterado y capacidad aeróbica de los músculos locomotores (7,44). El entrenamiento físico como parte integral de la rehabilitación pulmonar generalmente resulta en una mejor tolerancia al ejercicio, menos disnea y una mejor calidad de vida. Las medidas detalladas del intercambio gaseoso y la vasculatura pulmonar son poco comunes, y los volúmenes pulmonares medidos solo en reposo comúnmente muestran poco o ningún cambio (7,45,46). Por lo tanto, las mejoras en la disnea y la tolerancia al ejercicio se atribuyen principalmente a una mejor capacidad aeróbica de los músculos locomotores, lo que aliviaría la acumulación de metabolitos y la fatiga muscular, con las siguientes consecuencias: a) una retroalimentación inhibitoria reducida sobre la señal central a los músculos locomotores (es decir, menos “fatiga central”) (47,48), b) una disminución en la señal aferente para respirar proveniente de los aferentes musculares (45), y c) la necesidad de menos aumento del comando central para reclutar unidades motoras para mantener la producción de fuerza muscular, reduciendo así también la señal respiratoria central a la hipernea del ejercicio.

¿Estos hallazgos implican que las influencias de retroalimentación desde el músculo en contracción sobre la inflamación pulmonar y las células progenitoras bronquiolares senescentes no son probables con el entrenamiento físico? Recientemente, Nymand et al. (7) argumentan lo contrario, afirmando que la pérdida progresiva de tejido en el pulmón con EPOC depende de un estado de senescencia celular dentro del mesénquima. Los sustratos celulares con capacidad para la formación de tejido de novo pueden ser activados por las fuerzas mecánicas y las miocinas antiinflamatorias asociadas al entrenamiento físico. Los siguientes ejemplos ofrecen cierta promesa en apoyo de esta afirmación.

• Los ratones expuestos al humo del cigarrillo durante varias semanas mostraron considerablemente menos destrucción de alveolos y vasculatura pulmonar cuando se ejercitaron (49,50). De manera similar, en fumadores humanos, los niveles altos de actividad habitual protegieron contra la disminución de la FVC durante 10 años (43).
• Tanto en ratones sanos como en aquellos expuestos al humo del cigarrillo, el entrenamiento físico indujo cambios transcripcionales en el tejido pulmonar, reduciendo marcadamente la inflamación y aumentando la biogénesis mitocondrial y la capacidad antioxidante pulmonar. Aparecieron niveles aumentados de miocinas como IL-6, IL-10 e Irisina en el tejido pulmonar y en el lavado broncoalveolar (50–52). Los pacientes con EPOC mostraron un estrés oxidativo sistémico significativamente reducido y una capacidad antioxidante muscular locomotora aumentada mediante el entrenamiento físico (53,54).
• En dos estudios observacionales de pacientes con EPOC, un programa de rehabilitación de 3 a 8 semanas que incluyó entrenamiento de resistencia y ejercicio de resistencia informó una mejora mensurable en la capacidad de difusión del monóxido de carbono (DLco) en reposo en una proporción significativa de pacientes, especialmente en aquellos con DLco notablemente deprimida al inicio (55,56).
• En lesiones pulmonares experimentales en ratones, se demostró que el entrenamiento físico previo previene la disfunción mitocondrial y la formación de ROS en el parénquima pulmonar y reduce la formación de edema pulmonar y la resistencia aérea alta (57).
• El entrenamiento físico de intensidad moderada en modelos murinos de asma humana previno la remodelación epitelial, redujo la resistencia de las vías respiratorias y aumentó la expresión epitelial de citocinas antiinflamatorias. Estos cambios inducidos por el entrenamiento en las vías respiratorias redujeron la expresión epitelial de proteínas primarias involucradas en la respuesta inflamatoria del asma (58,59).

En resumen:

• En adultos jóvenes y sanos, el entrenamiento físico a corto plazo tiene un efecto limitado o nulo en las vías respiratorias y volúmenes pulmonares, la vasculatura pulmonar o el área superficial alveolar–capilar del pulmón.
• En muchos atletas entrenados en resistencia aeróbica, especialmente en deportes acuáticos, algunos aspectos de la función pulmonar se mejoran significativamente en comparación con sus contrapartes sedentarias. Aunque algunos de estos cambios en la función pulmonar pueden ser el resultado de un entrenamiento físico prolongado, es igualmente probable que los pulmones más grandes y las capacidades de difusión sean características inherentes de estos atletas. Sin embargo, la capacidad de flujo-volumen de las vías respiratorias, la reactividad del epitelio de las vías respiratorias y la capacidad vasodilatadora de la vasculatura pulmonar a menudo permanecen “poco adaptadas” en relación con las demandas extraordinarias impuestas durante el ejercicio máximo por el sistema cardiovascular entrenado y los músculos locomotores.
• Las influencias del envejecimiento en el pulmón sano no fumador son sustanciales en humanos sedentarios y habitualmente activos. No existen datos longitudinales suficientes para determinar si el entrenamiento físico habitual protege contra el deterioro inducido por el envejecimiento en la función pulmonar en reposo y durante el ejercicio. Con suerte, algunos de los estudios poblacionales completos, que incluyen evaluaciones detalladas y técnicas de imagen del intercambio gaseoso pulmonar, continuarán monitoreando a sus sujetos durante el proceso de envejecimiento, tal vez incluso intentando una intervención prolongada de entrenamiento físico en un subgrupo.
• Hallazgos recientes, principalmente en modelos de roedores pero incluso en algunos humanos, apuntan a influencias positivas sustanciales del entrenamiento físico, especialmente a través de influencias antiinflamatorias cruzadas en el pulmón de adultos comprometidos (es decir, EPOC, asma y fumadores crónicos).

Acceso libre al artículo original en: https://www.fisiologiadelejercicio.com/wp-content/uploads/2024/03/Is-the-Lung-Built-for-Exercise-Advances-and.pdf

Referencia completa:

Peters CM, Dempsey JA, Hopkins SR, Sheel AW. Is the Lung Built for Exercise? Advances and Unresolved Questions. Med Sci Sports Exerc. 2023 Dec 1;55(12):2143-2159. doi: 10.1249/MSS.0000000000003255..