El artículo propone un nuevo marco de fisiología de sistemas para analizar los umbrales de frecuencia cardíaca (HR) como biomarcadores integradores del control cardiovascular durante el ejercicio. La frecuencia cardíaca refleja la interacción dinámica entre sistemas metabólicos, autonómicos y hemodinámicos, por lo que limitar su análisis a parámetros tradicionales como la frecuencia cardíaca máxima o la reserva cardíaca resulta insuficiente. El modelo presentado plantea una regulación bifásica: en la Fase 1, la respuesta de la frecuencia cardíaca está mediada por reflejos aferentes (metaborreflejo, barorreflejo, etc.), generando un incremento exponencial identificado como el punto de inflexión de la frecuencia cardíaca (HRIP). En la Fase 2, la respuesta está dominada por la sensibilidad y saturación de los receptores β₁-adrenérgicos, que conducen a una meseta o deflexión, conocida como el punto de deflexión de la frecuencia cardíaca (HRDP). El modelo sugiere que estos umbrales podrían reflejar activaciones del reflejo presor del ejercicio y transiciones simpáticas, ofreciendo aplicaciones prácticas en la prescripción de ejercicio y el diagnóstico clínico.
Regulación de la frecuencia cardíaca durante el ejercicio aeróbico
Durante un test incremental, la frecuencia cardíaca sigue típicamente una curva sigmoide, con una fase inicial de incremento progresivo, una aceleración más pronunciada y finalmente una meseta o deflexión. Este patrón, presente en el 92% de individuos sanos, se explica por una compleja integración entre mecanismos aferentes y eferentes. En menor medida se observan respuestas lineales o curvilíneas, moduladas por factores como edad, sexo o nivel de condición física.
Fase 1: regulación aferente de la frecuencia cardíaca
La primera fase está regulada por reflejos aferentes englobados en el reflejo presor del ejercicio, responsables del aumento inicial de la frecuencia cardíaca para satisfacer la demanda de oxígeno muscular. Entre los más relevantes se incluyen:
- Mecanorreflejo y metaborreflejo musculares: activados por fibras aferentes de los grupos III y IV que responden al estiramiento y cambios químicos en el músculo. La activación de canales sensibles a ácido promueve la descarga simpática y la elevación de la frecuencia cardíaca.
- Barorreflejo arterial: reajusta su punto de sensibilidad para permitir aumentos de la presión arterial sin inhibir la respuesta cardíaca.
- Quimiorreflejo arterial: responde a hipoxia o acidosis, incrementando la actividad simpática.
- Mecanorreflejo vagal cardíaco: regula la respuesta ante el aumento del retorno venoso, modulando transitoriamente la frecuencia cardíaca.
- Reflejo aferente simpático cardíaco: responde a estímulos químicos y mecánicos dentro del corazón, reforzando la activación simpática a medida que aumenta la intensidad del ejercicio.
En conjunto, estos mecanismos impulsan la inflexión de la curva de frecuencia cardíaca (HRIP) y la transición del predominio parasimpático al simpático.
Fase 2: sensibilidad y saturación de los receptores β₁-adrenérgicos
En intensidades elevadas, la regulación de la frecuencia cardíaca depende principalmente de los receptores β₁-adrenérgicos. La estimulación por catecolaminas incrementa la descarga del nodo sinoauricular y la contractilidad miocárdica mediante la fosforilación de proteínas del retículo sarcoplásmico. Sin embargo, una vez saturados estos receptores, la capacidad de aumentar la frecuencia cardíaca se limita, produciendo el HRDP. Este punto refleja el máximo de eficiencia cardiovascular y un patrón curvilíneo del gasto cardíaco.
Análisis de los umbrales de frecuencia cardíaca
Los autores describen tres tipos de umbrales:
- HRIP (Heart Rate Inflection Point): marca la ruptura de la linealidad entre frecuencia cardíaca e intensidad, indicando el inicio del dominio simpático. Se calcula mediante el método de distancia máxima (Dmax), que identifica el punto de mayor desviación entre la curva polinómica y la regresión lineal.
- HRDP (Heart Rate Deflection Point): representa la meseta o deflexión en la relación entre frecuencia cardíaca e intensidad. Aunque puede identificarse visualmente, el ajuste polinómico y el método Dmax ofrecen mayor objetividad.
- Umbrales de variabilidad de frecuencia cardíaca (HRVT): detectan los cambios en el control autonómico mediante la reducción de la variabilidad latido a latido. El HRVT1 (SD1 < 3 ms) refleja la retirada vagal, mientras que el HRVT2 (<1 ms de variación) representa un dominio simpático pleno.
Interpretación integradora: sincronización fisiológica
El modelo sugiere que los umbrales de frecuencia cardíaca se alinean con los umbrales ventilatorios y metabólicos, reflejando la sincronización entre sistemas. No obstante, los estudios muestran discrepancias. Por ejemplo, la correlación entre el HRVT1 y el primer umbral de lactato (LT1) presenta una pequeña diferencia media (2,7 lat/min) pero amplios límites de concordancia, lo que sugiere que el HRIP puede preceder al LT1 debido a la activación temprana del sistema simpático antes de que el lactato alcance la sangre.
Del mismo modo, el HRDP se asocia con la saturación de los receptores β₁ y la reducción de la reserva de volumen sistólico, limitando el gasto cardíaco y marcando el inicio del dominio glucolítico (LT2).
Además, el HRIP y HRVT1 se correlacionan estrechamente con el FATmax, intensidad a la que se produce la máxima oxidación de grasas, lo que indica que estos umbrales reflejan la transición metabólica entre el uso de lípidos y carbohidratos descrita en el concepto de “crossover”.
Relación con umbrales ventilatorios y desoxigenación muscular
Los umbrales de frecuencia cardíaca coinciden con los ventilatorios (VT) y con puntos de ruptura en la desoxigenación muscular. Investigaciones recientes han mostrado correlaciones significativas entre el HRVT1 y el VT, evidenciando una estrecha sincronía entre el control cardíaco y respiratorio mediada por el reflejo presor del ejercicio.
Durante esfuerzos elevados, la competencia por el oxígeno entre los músculos respiratorios, cardíacos y de las extremidades aumenta, lo que puede alterar la oxigenación muscular. De hecho, estudios con espectroscopía infrarroja han mostrado que los umbrales HRVT2 y los puntos de desoxigenación muscular coinciden con el punto de compensación respiratoria (RCP). Estos hallazgos sustentan la hipótesis de una interacción dinámica entre el control autonómico, la ventilación y la perfusión muscular, aunque su orden exacto de aparición aún no se ha esclarecido.
Exploración de la dinámica de la frecuencia cardíaca
Los autores proponen un algoritmo integrador para analizar la sincronización de los umbrales de frecuencia cardíaca con los ventilatorios y metabólicos.
Primero, los datos de frecuencia cardíaca se modelan mediante regresiones lineales o polinómicas para identificar el mejor ajuste. Según el patrón obtenido (sigmoide o curvilíneo), se aplican métodos Dmax para calcular los HRIP y HRDP.
Posteriormente, se comparan los umbrales con los ventilatorios y metabólicos, considerando márgenes temporales de ±60 segundos o ±100 mL/min de VO₂ para definir sincronía. Retrasos mayores indicarían desincronización de los sistemas, posiblemente por alteraciones en los mecanismos aferentes o en su procesamiento central (como el núcleo del tracto solitario). La representación gráfica en paneles o diagramas radar facilita la comparación entre individuos y la detección de diferencias en la alineación fisiológica.
Conclusión
El artículo presenta un enfoque integrador que redefine la interpretación de la frecuencia cardíaca durante el ejercicio. Los puntos de inflexión y deflexión de la curva cardíaca representan fenómenos fisiológicos vinculados a la activación aferente y a la saturación β₁-adrenérgica, respectivamente. Más allá de ver la frecuencia cardíaca como un indicador aislado, se propone utilizarla como biomarcador sistémico que refleja la coordinación entre los sistemas cardiovascular, respiratorio y metabólico.
La aplicación práctica de este modelo podría mejorar la personalización del entrenamiento, la detección de disfunciones autonómicas o circulatorias y la monitorización clínica del rendimiento y la recuperación. Finalmente, los autores subrayan que comprender las desincronizaciones entre sistemas podría revelar limitaciones fisiológicas subyacentes y abrir nuevas vías para la fisiología del ejercicio basada en sistemas.
Acceso libre al artículo original en: https://www.fisiologiadelejercicio.com/wp-content/uploads/2025/10/Heart-rate-thresholds-as-integrative-biomarkers.pdf
Referencia completa:
Chavez-Guevara IA, Ferri-Marini C, Carrilho-Candeias S, Helge JW, Amaro-Gahete FJ. Heart rate thresholds as integrative biomarkers: a systems approach to exercise physiology and cardiovascular regulation. Eur J Appl Physiol. 2025 Sep 29. doi: 10.1007/s00421-025-05905-z.
