A pesar del enorme impacto periodístico sobre los temas de ecología y medio ambiente4,5,9, es poca la investigación que hay en relación al efecto de la contaminación ambiental referente a los niveles de oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2)9,10,31,32,33 y de las grandes, medias y pequeñas partículas contaminantes en humanos1,2,6,7, aunque sí en animales3,8,11. Tampoco en la vertiente de la identificación química de las mismas, así como de los compuestos volátiles12. Hoy conocemos las modificaciones en la composición del aire que de manera discreta pero constante se ha evidenciado gracias a los registros sistemáticos sobre su composición gaseosa que se llevan a cabo desde la quinta década del siglo xx en la isla oceánica de Mauna Loa5.

En la década de los años 50 del siglo pasado los niveles ambientales eran de 300ppmv ambientales de CO2 en Mauna Loa (Hawai) pero hoy están próximos a 400ppmv (parte por millón de volumen) en el mismo laboratorio4. También se han establecido a nivel internacional los niveles de oxígeno y dióxido de carbono aceptables a nivel laboral15,17,18,19,28,29,30.

Por otra parte, las investigaciones fundacionales de la moderna ergometría fechan en hace más de 50 años, cuando Per Olof Astrand (P.O.Astrand) definió las bases y los parámetros de las pruebas de esfuerzo con análisis de gases espirados. En las pruebas de esfuerzo con análisis de gases se calibran los analizadores (oxígeno y CO2), suponiendo que los parámetros ambientales son de 20,9% de oxígeno y 0,03% de CO2 (300ppmv de CO2).

En Cataluña no se dispone de datos ambientales referentes al CO2 por parte de la administración8, pero según nuestras propias observaciones se encuentran cerca de 450–650ppmv de CO2 (tabla 1) en los ambientes más favorables en el aire libre. Dentro de los edificios son habituales cifras de 750–900ppmv de CO2 y más cuando hay personas respirando. Lo mismo sucede en ambientes confinados naturales13,24,25 y artificiales18. Nos estamos refiriendo a problemas médicos deferentes a los que plantea la adaptación en altitud14,23 y a los efectos del entrenamiento26,27,28 o el propio consumo de tabaco21,22.

Tabla 1. Valores de CO2 registrados en el aire libre, exterior del laboratorio en el que se realizó el estudio

Las casas que venden analizadores de gases para ergometría recomiendan una única calibración de los aparatos al inicio de la sesión de trabajo. Según nuestras observaciones después de la primera prueba, el nivel ambiental de CO2 fácilmente llega a 1.500–2.000ppmv de CO2, por lo que una desviación en los parámetros de todas las pruebas de esfuerzo es una posibilidad a considerar. Eso podría tener relación con la observación hecha por diversos profesionales a los que no les encajan los resultados con las formulaciones hechas por los pioneros del ergometría. (por ejemplo en el valor del cociente respiratorio).

Reciéntemente se ha publicado el impacto de la contaminación por metales, en pequeños mamíferos en el área de Barcelona (con incrementos de Pb, Cd, Mg, Zn, Cu y Cr) y también un aumento de los efectos genotóxicos en los mismos animales8,11.

Publicaciones recientes evaluan la influencia de las partículas PM 2.5 (pequeñas partículas) sobre el aumento de la longevidad de las personas que viven en tres ciudades en las que ha disminuido la contaminación12. También en la zona de Barcelona (NE de España) se ha evaluado que hay un impacto negativo, estimado en 14 meses sobre la esperanza de vida, debido a la exposición a las partículas contaminantes en suspensión atmosférica20.

En el presente estudio evaluamos el impacto en las pruebas ergométricas en aire libre de partículas y con niveles de oxígeno y de CO2 ambientales exteriores en comparación con el atmósfera disponible en el ambiente confinado del laboratorio de fisiología del esfuerzo.

Hipercapnia exógena: hipercapnia generada por exceso de CO2 aportado desde el exterior del organismo.

Se seleccionó un grupo de 15 voluntarios, estudiantes de Formación profesional en Educación Física, de los que 13 consiguieron completar las pruebas.

Todos los voluntarios firmaron el consentimiento informado. El estudio fue sometido a la aprobación del Comité de Ética de Investigaciones Clínicas de la Administración Deportiva de Cataluña. Se procedió en una revisión médica previa, para evaluar su aptitud para el ejercicio.

Se descartó que los sujetos estubieran afectados por enfermedades crónicas, cardíacas o pulmonares o que pudieran afectar al rendimiento físico. Se distribuyeron en dos grupos según el orden de realización de las pruebas.

El perfil fisiológico de los sujetos se muestra en la tabla 2.

Tabla 2. Perfil fisiológico de los sujetos sometidos a estudio

Para la realización de las pruebas ergométricas de tipo máximas se utilizó la ergociclo marca Ergoselec200 de la casa Ergoline GmbH. La recogida de observaciones se hizo sometiendo a los voluntarios a dos pruebas de esfuerzo, idénticas, una en el laboratorio en condiciones invernales (HC) (ventanas cerradas y puerta disponible a la libre circulación de quién entraba y salía del laboratorio) y la otra prueba dentro de una burbuja (BC) con sistema de filtrado de partículas y con presión levemente positiva (+92−93,5hPa) que garantiza, junto al diseño de la burbuja, el lavado permanente del aire en la misma con aire ambiental exterior (BurbujaO2 de la casa Trilanz S.L., Barcelona, España). Durante las pruebas ergométricas se hizo análisis metabólico de los gases respirados (analizador MS-CPX/SBx/CPx, Jaeger Cardinal Healt, Alemania). Se monitorizó de forma permanente la frecuencia y trazado cardíaco de 12 derivaciones (MS Medcard, Sorinnes, Bélgica) durante la prueba ergomética y la recuperación. A los 3minutos de finalizar la prueba se recogió una muestra de sangre arterial capilarizada para determinar el nivel de ácido L 2-hidroxipropanoico (La++) (Lactate Pro, ARKRAY Inc., Kioto, Japón) y la glicemia (GlucocardGmeter, ARKRAY Inc., Kioto, Japón).

Cinco sujetos realizaron la prueba HC una semana antes de la prueba BC y 9 sujetos al revés.

También se comparó la composición de oxígeno y gas carbónico del aire respirado a 80cm de distancia de la boquilla del ergoespirómetro en las 2 situaciones de experimentación (Multipleno Gas detector: MultiRAE-IR. Rae systems Inc., San José, EE.UU.). Finalmente se comparó la composición de la diferencia del aire a 80 y 130cm de distancia de la vía respiratoria en condiciones invernales (HC).

Estudio estadístico: se determinaron las medias y desviaciones estándar de los diferentes parámetros de las dos situaciones de experimentación y se cuantificó las diferencias. En diferentes casos se procedió al análisis de regresión entre datos aparejados. Se procedió mediante el t-test, a rechazar o no la Ho (hipótesis nula) entre los datos obtenidos entre las dos situaciones contrastadas, determinándose el grado de significación de las diferencias. El tratamiento de los datos se hizo con el programa EXCEL de Microsoft.

El aire respirado por los voluntarios estaba modificado de manera significativa en lo que hace a su composición de gas carbónico (CO2), cuando comparamos el nivel inicial (basal) con el final de las pruebas de esfuerzo en las dos situaciones estudiadas (tabla 3, tabla 4).

Tabla 3. Niveles de gas carbónico (CO2) antes y después de las pruebas en las dos situaciones estudiadas. n=13

Basal: en el momento de comenzar la prueba de esfuerzo.

Final: en el momento de esfuerzo máximo.

Unidades en ppmv de CO2.

Tabla 3b. Significación de las diferencias en las diferentes situaciones comparadas

Los niveles iniciales de gas carbónico dentro del ambiente de la burbuja (de plástico inerte, con lavado de aire exterior, filtrado y a presión levemente positiva) y a 80cm de la vía respiratoria se mantienen aceptables de acuerdo con la zona industrial y viaria en la que se encuentra el laboratorio. No así en el ambiente del laboratorio en condiciones invernales, en la que se multiplican por 2, por término medio, los valores tanto al inicio de la prueba como en el momento culminante del esfuerzo máximo (655±60ppmv de CO2 vs 1.326±269ppmv de CO2; p≤6,0e−8) como también al final de las pruebas de esfuerzo, cuando comparamos la situación dentro y fuera de la burbuja (1.423±253ppmv de CO2 vs 2.162±636ppmv de CO2; p≤0,00047).

Respecto al oxígeno ambiental, la situación que constatamos fue: tabla 5, tabla 6.

Tabla 4. Niveles de oxígeno antes y después de las pruebas, en las dos situaciones estudiadas. n=13

Basal: en el momento de iniciar la prueba de esfuerzo.

Final: en el momento del esfuerzo máximo.

Unidades en % de O2.

Tabla 4b. Significación de las diferencias en las diferentes situaciones

Los niveles iniciales de oxígeno dentro del ambiente de la burbuja y a 80cm de la vía respiratoria permanecen aceptables de acuerdo con la zona industrial y viaria en que se encuentra el laboratorio (20,86±0,09% de O2). En el ambiente del laboratorio en condiciones invernales, los niveles iniciales de oxígeno están afectados de manera leve, pero significativa en comparación con la burbuja (20,75±0,19% de O2; p≤0,03). También los niveles de oxígeno ambiental al finalizar la prueba de esfuerzo presentan diferencias estadísticamente significativas (laboratorio: 20,47±0,15% de O2 vs dentro de la burbuja: 20,78±0,18% de O2; p≤5.82e−05).

Se constató diferente composición del aire a las distancias de 80 y 130cm de la boquilla del neumotacógrafo. En el caso del oxígeno detectamos a 80cm: 20,52±0,04% y a 130cm: 20,87±0,09% con una p≤1,4e−6 que nos indica que las diferencias son estadísticamente significativas. En el caso del CO2 detectamos a 80cm: 2.662±186ppmv y a 130cm: 1.206±264ppmv con una p 6,5e−6 que nos indica que las diferencias son estadísticamente significativas (figura 1).

Figura 1. Valores al final de la prueba de esfuerzo.

La ventilación, medida con el pneumotacógrafo, muestra que no hay diferencias entre la ventilación máxima al final de la prueba de esfuerzo en las dos situaciones comparadas. Mientras que en condiciones habituales del laboratorio los sujetos dan una media de 116,5 19,2l/min, dentro de la burbuja la media es de 117,4 18,9l/min; no significativa.

El consumo máximo de oxígeno medido con el analizador de gases respiratorios muestra que no hay diferencias entre la captación de O2 al final de la prueba de esfuerzo en las dos situaciones comparadas. Así, en condiciones habituales del laboratorio los sujetos dan una media de 3.342,7±521ml/min, y en comparación, dentro de la burbuja, la media es de 3.427,8±664ml/min; sin significación estadística.

La producción de CO2 medida, muestra que no hay diferencias entre la producción máxima, al final de la prueba de esfuerzo, en las dos situaciones comparadas. Así lo mostró el hecho que, en condiciones habituales del laboratorio, los sujetos produjeran una media de 3.964±656 de CO2, y dentro de la burbuja el valor medio fue de 3.924±692; sin significación estadística.

Tampoco se constataron diferencias de los valores a las curvas de recuperación del O2 y del CO2 al primer, segundo y tercer minuto de recuperación.

Se valoró si había diferencias a nivel del cociente respiratorio igual a 1 (QR=1,00) y no se encontraron diferencias estadísticas significativas referidas a la solicitación en vatios de potencia durante la prueba de esfuerzo correspondiente a este nivel.

Los parámetros cardíacos no mostraron diferencia que permitiera rechazar a la hipótesis nula, ni durante el esfuerzo ni en la recuperación al finalizar el mismo.

Tampoco los relativos a la potencia mecánica alcanzada en el cicloergómetro, cuando comparamos las dos situaciones estudiadas no mostraron diferencias apreciables.

…los sujetos mostraron un mayor nivel de lactato arterial capilarizado (+117%) a los 3minutos de finalizar la prueba en situación indoor en comparación con la burbuja (7,55±1,81 vs 6,44±1,76mMol/dl; p<0,016; n=13).

Idéntico comportamiento observamos en los niveles de glucosa en sangre capilar que mostraron un incremento del 112% en la situación habitual (indoor) en comparación con los de la burbuja de aire purificado y exterior (glicemia: 90,0±12,2mg/dl vs 82,15±6,94mg/dl; p>0,054 no significativo, n=13).

A pesar de las diferencias en la composición y contaminación del aire en las dos situaciones estudiadas, el analizador de gases, con su sistema de autocalibración informó sin diferencias destacables, los parámetros ergoespirométricos: consumo máximo de oxígeno (VO2max), producción máxima de CO2, tal y como mostraron los resultados obtenidos. A pesar de los niveles de contaminación y el aire enrarecido, en las condiciones de laboratorio (indoor), la metabolimetría por análisis de gases espirados continuó siendo útil y fiable.

El nivel de enrarecimiento del aire confinado del laboratorio provocó un aumento inferior al 1% de la ventilación máxima (VE en l/min), sin significación estadística. Eso encajó con la falta de sintomatología detectable en sujetos sanos, sometidos al nivel de enrarecimiento del aire como el que se estudió. Este hecho contrasta con la sintomatología y sensaciones subjetivas mostradas en ambientes confinados naturales (simas y cuevas) de la misma zona geográfica13 (NE Barcelona-Spam) en la que el aire está mucho más enrarecido (15–19% de oxígeno y 2.000–40.000ppmv de CO2).

Se detectó de forma clara y estadísticamente significativa que los sujetos sometidos a exposición subaguda al aire confinado del laboratorio de fisiología tuvieron respuestas diferentes a la esperada, tomando como referencia la glicemia y los lactatos en sangre arterial capilarizada. Así, a pesar de no ser una diferencia estadísticamente significativa, el nivel de contaminación y enrarecimiento en el laboratorio ocasionó un incremento del 12% en los niveles de glicemia en sangre capilarizada al finalizar la prueba ergométrica en el ambiente (normal) que había en el laboratorio, en contraposición a los niveles de glicemia medidos la finalización de la prueba ergométrica dentro del ambiente de aire purificado de la burbuja (figura 2).

Figura 2. Glicemia al final de la prueba de esfuerzo en las dos situaciones estudiadas.

El nivel de ácido L-2-hidroxipropanoico (La++) presentó un aumento del 17% en los niveles en sangre capilarizada al finalizar la prueba ergométrica en el ambiente (normal) que había en el laboratorio, si lo comparamos con el aire purificado del interior de la burbuja. Las diferencias fueron estadísticamente significativas. El nivel de La++ continúa considerándose un buen marcador del metabolismo anaeróbico16, lo que indica una mayor penosidad a nivel metabólico cuando los voluntarios trabajaron en condiciones indoor (figura 3).

Figura 3. Lactato al final de la prueba de esfuerzo en las dos situaciones estudiadas.

Las adaptaciones metabólicas fueron suficientes para compensar las diferencias atmosféricas comparadas y permitieron un nivel similar de prestaciones físicas expresadas en la prueba de esfuerzo y también un similar comportamiento cardíaco durante la misma.

Cuando estaban dentro de la burbuja (de plástico inerte, con lavado de aire exterior, filtrado y a presión positiva), el aire respirado por los voluntarios con respecto a su composición de gas carbónico (CO2) era próximo a los habituales de la zona geográfica (Barcelona, NE Spam) y por contra, presentaba niveles entre 2–3 veces superiores de los valores exteriores, cuando se trabajaba en las condiciones habituales del laboratorio.

El aire respirado por los voluntarios desde el punto de vista de su composición en oxígeno era próximo a 20,9% cuando el trabajo se realizaba dentro de la burbuja (de plástico inerte, con lavado de aire exterior filtrado y a presión positiva) y por contra presentaba niveles entre 20,4 y 20,6% cuando se trabajaba en las condiciones habituales del laboratorio (figura 4).

Figura 4. CO2: comparación de las atmósferas basal y final: laboratorio vs burbuja de aire purificado. Promedio.

Los niveles de ácido L 2-hidroxipropanoico (La++) detectado en sangre arterial capilarizada fue significadamente más bajo cuando los voluntarios realizaron la prueba de esfuerzo dentro de la burbuja (de plástico inerte, con lavado de aire exterior, filtrado y a presión positiva).

• 1. La utilización de la burbuja (BurbujaO2 Zonair3D) permitió modificar positivamente las condiciones ambientales adversas que se daban en el laboratorio de fisiología del esfuerzo, generadas tanto por el cambio climático, como por la propia biomasa presente en el laboratorio.

• 2. El estudio posibilitó cuantificar el impacto ambiental en las dos situaciones estudiadas (fuera y dentro de la burbuja) ofreciendo datos novedosos a nivel metabólico que obligan a la reflexión a los profesionales de la medicina y biología del esfuerzo.

• 3. Los voluntarios humanos sometidos a las dos situaciones estudiadas fueron capaces de adaptarse y obtuvieron niveles muy parecidos en los diferentes parámetros de condición física y de grado de preparación física. A pesar de eso, se detectaron diferencias estadísticas significativas en un parámetro, el lactato arterial capilarizado, que es un buen marcador indirecto de las vías metabólicas utilizadas.

• 4. Las diferencias del lactato arterial capilarizado, en las dos situaciones estudiadas, indica que hubo un mayor uso de la vía anaeróbica cuando las pruebas ergométricas se realizaron en las condiciones habituales, invernales, con las ventanas cerradas.

• 5. La burbuja de plástico inerte, con lavado de aire exterior filtrado y a presión positiva fue un recurso útil y práctico para la realización de las pruebas ergométricas habituales en el laboratorio de fisiología del esfuerzo.

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Recibido 16 Diciembre 2009

Aceptado 30 Abril 2010

Autor para correspondencia. 14521iym@comb.es