Los efectos de las mascarillas de tela sobre las respuestas cardiorrespiratorias y el VO2 durante el protocolo de carrera incremental máxima entre hombres aparentemente sanos

Jun 01, 2023

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 22292 (2022) Citar este artículo

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El objetivo fue determinar los efectos del uso de una mascarilla de tela sobre la respuesta cardiorrespiratoria, el consumo máximo de oxígeno (Vo2), el esfuerzo de los músculos respiratorios y la tolerancia al ejercicio durante el ejercicio incremental. El estudio tuvo un diseño cruzado aleatorio: 11 hombres jóvenes aparentemente sanos realizaron la prueba del protocolo de Bruce en cinta rodante en dos condiciones, usando una mascarilla de tela (CFM) y sin CFM (CON), en orden aleatorio. La ventilación minuto y el consumo de oxígeno se midieron utilizando un analizador metabólico de espectrometría de masas; el gasto cardíaco (CO) se midió utilizando un monitor de impedancia de CO; y la presión bucal (Pm) se midió y calculó como una Pm integral para evaluar el esfuerzo de los músculos respiratorios. La ventilación minuto máxima fue 13,4 ± 10,7% menor en la condición CFM que en la condición CON (P <0,001). El Vo2 máximo (52,4 ± 5,6 y 55,0 ± 5,1 ml/kg/min en CFM y CON, respectivamente) y el CO no fueron significativamente diferentes entre las dos condiciones. Sin embargo, el valor integral de Pm fue significativamente mayor (P = 0,02) y el tiempo de carrera hasta el agotamiento fue 2,6 ± 3,2% menor (P = 0,02) en la condición CFM que en la condición CON. Nuestros resultados sugieren que el uso de una mascarilla de tela aumentó el esfuerzo de los músculos respiratorios y disminuyó el volumen ventilatorio en hombres jóvenes sanos; sin embargo, el Vo2 se mantuvo sin cambios. La tolerancia al ejercicio también disminuyó ligeramente.

La nueva enfermedad por coronavirus (COVID-19) se propaga principalmente a través de la exposición a gotitas al respirar, toser y estornudar; por ello, la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha recomendado el uso de mascarilla que cubra nariz y boca para prevenir la transmisión de la infección por COVID-191,2. La dispersión de las gotas es mayor durante el ejercicio debido a la respiración vigorosa que implica3,4. Así, la OMS recomendó el distanciamiento social (> 1 m) en reposo y ejercicio. Sin embargo, no se recomienda el uso de mascarilla durante la actividad física intensa1.

Varios estudios han examinado el impacto de los respiradores N95 y las mascarillas quirúrgicas5,6,7,8,9,10,11,12. Se ha observado que el uso de una mascarilla quirúrgica o un respirador N95 durante el ejercicio puede aumentar el malestar y disminuir la tolerancia al ejercicio7,8,9. Por el contrario, algunos estudios informaron que el uso de una mascarilla quirúrgica no tuvo ningún efecto sobre la disnea, el intercambio de gases pulmonar o el rendimiento del ejercicio10,11,12. Los efectos principales del uso de una mascarilla sobre las respuestas fisiológicas durante el ejercicio incluyen un aumento de la resistencia respiratoria y del espacio muerto, lo que resulta en un intercambio de gases deteriorado debido a la hipoxia y la reinhalación de dióxido de carbono13,14. Una mayor resistencia al flujo de aire cuando se usa una mascarilla facial da como resultado una menor ventilación pulmonar5,6. La hiperventilación inadecuada durante el ejercicio intensivo puede provocar una disminución de la saturación arterial de oxihemoglobina (SaO2)15. Dos estudios han informado una disminución en el consumo máximo de oxígeno (Vo2max) con el uso de mascarillas quirúrgicas, disminuyendo así la tolerancia al ejercicio6,8.

Además, la ventilación minuto (VE) más alta durante el ejercicio de alta intensidad aumenta el trabajo respiratorio (Wb), lo que resulta en una preferencia por el flujo sanguíneo a los músculos respiratorios, lo que en consecuencia puede comprometer el flujo sanguíneo a los músculos activos16,17 y posteriormente limitar. tolerancia al ejercicio18. Se cree que como la resistencia al flujo del filtro aumenta ligeramente con un flujo de aire constante de una mascarilla, el Wb resistivo no aumentaría incluso durante el ejercicio de alta intensidad14. Sin embargo, los humanos no respiramos a un ritmo constante; por lo tanto, Wb durante el ejercicio intensivo podría ser mayor cuando se usa una mascarilla. Por lo tanto, es intrigante y discutible si el uso de una mascarilla durante el ejercicio tiene desventajas fisiológicas o riesgos para la salud.

Los profesionales médicos suelen utilizar respiradores N95 en el lugar de trabajo y es poco probable que se utilicen en actividades deportivas. Ocasionalmente se utilizan mascarillas quirúrgicas durante las actividades deportivas1; sin embargo, recientemente se han puesto a disposición mascarillas de tela diseñadas para usarse durante el ejercicio. Se espera que una mascarilla de tela tenga una menor resistencia al flujo de aire que una mascarilla quirúrgica o N9514. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que el uso de una mascarilla de tela no tendría ningún efecto sustancial sobre la respuesta cardiorrespiratoria y la actividad de los músculos respiratorios durante el ejercicio; sin embargo, su efecto sobre el consumo de oxígeno (Vo2) y, por tanto, la tolerancia al ejercicio, aún no está claro. Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio fue examinar el efecto del uso de una mascarilla de tela durante el ejercicio sobre la respuesta cardiorrespiratoria durante la carrera incremental, y el objetivo secundario fue examinar la presión bucal y el Vo2 durante el ejercicio.

Este estudio se realizó de acuerdo con la Declaración de Helsinki y los experimentos se realizaron teniendo en cuenta la ética, los derechos humanos y la protección de la información personal. Este estudio fue aprobado por el comité de ética de la Universidad Osaka Kyoiku (Número de aprobación: 21051). Todos los participantes firmaron un consentimiento informado por escrito antes de participar en este estudio.

Los participantes del estudio incluyeron estudiantes universitarios de educación física en el campus. Por tanto, eran físicamente activos. Los criterios de inclusión fueron los siguientes: los participantes tenían 18 años o más, entendían completamente el experimento y dieron su consentimiento por escrito para participar. Reclutamos participantes mediante sondeos dentro de la universidad y, como resultado, eran jóvenes. Los criterios de exclusión fueron antecedentes de enfermedad cardíaca, arritmia actual, dolor en el pecho, dolor durante el ejercicio y antecedentes de enfermedad respiratoria. Cuarenta personas participaron en una sesión informativa. Antes de comenzar el estudio, se explicaron cuidadosamente el propósito y los riesgos potenciales. Posteriormente, 16 participantes que se ofrecieron voluntariamente para participar respondieron preguntas sobre su historial de enfermedades respiratorias y cardiovasculares utilizando el Cuestionario de preparación para la actividad física19. Todos los participantes eran no fumadores y no tenían antecedentes de enfermedades médicas. El tamaño de la muestra se calculó utilizando G*power 3.1, con base en un estudio previo, asumiendo que el VO2pico correspondió a 32,2 ± 9,0 y 43,9 ± 8,1 mL/kg/min con y sin mascarilla de tela20, con un nivel de significancia del 5% y 90 % fuerza. Por lo tanto, se estimó que se necesitarían ocho participantes.

Con este objetivo, 11 hombres jóvenes sanos se sometieron a una prueba de carrera en cinta con carga incremental hasta el agotamiento con y sin mascarillas de tela. En este estudio, se empleó un diseño cruzado aleatorio. Todos los participantes se sometieron a una prueba de carrera con carga incremental en cinta rodante hasta el agotamiento en dos condiciones: con una mascarilla de tela (CFM) y sin mascarilla (CON) en orden aleatorio. Cada prueba se realizó en un día distinto, en orden aleatorio y con al menos 48 h de diferencia. Para minimizar las variaciones diarias, ambas condiciones de prueba se realizaron a la misma hora del día para cada participante dentro de una diferencia horaria de 2 h. Los participantes fueron informados sobre los procedimientos experimentales y practicaron el protocolo de prueba una semana antes del estudio para familiarizarse con el equipo y el protocolo de ejercicio. Después de familiarizarse, los participantes fueron distribuidos aleatoriamente en dos grupos y se sometieron a la primera prueba de carrera. La segunda prueba se realizó en condiciones diferentes a las de la primera prueba (Fig. 1). Se indicó a los participantes que no consumieran cafeína ni alcohol y que no hicieran ejercicio intenso durante las 24 horas previas a la prueba. A los participantes se les midió la altura y el peso y realizaron ejercicios de estiramiento voluntarios el día de la prueba. Luego se realizó un calentamiento de 3 minutos caminando en una cinta rodante (3,0 km/h con 0% de inclinación). Después del calentamiento, los participantes colocaron una máscara espiratoria unidireccional (601M, ARCO, Chiba, Japón) conectada a un sensor de espectrómetro de masas a través de un tubo para el análisis de gases espiratorios. Se conectaron seis electrodos de ECG (Vitorode M-150, Nihon Kohden, Tokio, Japón) para medir el gasto cardíaco (CO). Para evitar caídas, a los participantes se les colocó un arnés en la parte superior del cuerpo. Luego se inició la prueba y los participantes debieron descansar durante 3 minutos antes de comenzar el ejercicio para medir los valores en reposo. El experimento se llevó a cabo en octubre. La temperatura ambiente se controló utilizando un aire acondicionado; no obstante, las ventanas de las habitaciones debían abrirse de acuerdo con las pautas de prevención COVID-19 de la universidad. La temperatura ambiente fue de 25,0 ± 0,5 °C para todas las pruebas.

Diagrama de flujo de CONSORT. El diagrama indica cuántos individuos fueron evaluados y completados en dos ensayos condicionales.

En la condición CFM, se utilizó una mascarilla de tela (DESCENTE Athletic Mask, DESCENTE, Osaka, Japón) (forro exterior: 100% poliéster, forro interior: 98% poliéster, 2% poliuretano). Rizki y Kurniawan21 informaron que las mascarillas de tela pueden filtrar el aire hasta cierto punto, y las mascarillas de tela de poliéster proporcionan la filtración más eficiente. Por lo tanto, se esperaba que la mascarilla de tela utilizada en este estudio previniera la dispersión de gotas hasta cierto punto. Después de colocar la mascarilla, se colocó encima una mascarilla espiratoria para análisis de gases y se aseguró con correas para evitar fugas de gas. Antes de comenzar la prueba, los participantes realizaron esfuerzos espiratorios hasta que se detectó una presión bucal positiva de 50 cmH2O para verificar cualquier fuga de gas. Se generó presión positiva cerrando con las manos la salida del tubo de gas conectado a la máscara espiratoria (601M, ARCO, Chiba, Japón). Se comprobó cuidadosamente si había fugas mediante inspecciones sonoras, sensoriales y visuales (por ejemplo, si se levantó la máscara y si el aire fluía desde el costado).

Para la prueba de ejercicio con carga gradual se utilizó el protocolo de cinta rodante de Bruce22. Adoptamos el protocolo de Bruce porque varios estudios previos6,8,20,23 lo emplearon en sus pruebas de ejercicio en cinta rodante. La velocidad y la inclinación de la cinta se incrementaron cada 3 minutos después del inicio del ejercicio hasta alcanzar el agotamiento (Tabla 1). El criterio de agotamiento fue el punto en el que el participante no pudo mantener la velocidad de carrera y cayó > 0,8 m. El participante recibió estímulo verbal durante el ejercicio.

Las respuestas respiratorias y metabólicas se midieron continuamente durante el ejercicio mediante el análisis de los gases espiratorios utilizando un espectrómetro de masas (ARCO-2000N, ARCO, Chiba, Japón) conectado a una máscara espiratoria a través de un tubo de silicona. Consumo máximo de oxígeno (Vo2), eliminación de dióxido de carbono (Vco2), volumen corriente (VT), frecuencia respiratoria (fR), ventilación minuto (VE), ventilación alveolar (VA), VE/Vo2, VE/Vco2 y final de la espiración. Se midió la presión parcial de Co2 (PETCO2). El espectrómetro de masas se calibró utilizando dos gases (equivalente en aire ambiente O2, 20,93%; CO2, 0,05%; N2, equilibrio y gas espirado equivalente O2, 13,0%; CO2, 5,01%; N2, equilibrio). Para garantizar que el Vo2 alcanzara el máximo, los participantes cumplieron al menos tres de los siguientes criterios: (1) un índice de intercambio respiratorio ≥ 1,10 (43 % de los ensayos), (2) frecuencia cardíaca (FC) que alcanzó el 90 % del frecuencia cardíaca máxima prevista para la edad (220 − edad) (100 % de los ensayos), (3) tasa de esfuerzo percibido (RPE) de > 16 (100 % de los ensayos) y (4) el participante no pudo continuar el ejercicio (100% de los ensayos). (5) El Vo2 se estabilizó: una meseta de Vo2 fue la desviación de la regresión lineal extrapolada del tiempo de Vo2 utilizando datos de 30 s (el valor real fue < 400 ml/min del valor extrapolado)24 (50 % de las pruebas). Todos los parámetros se promediaron cada 60 s para su análisis.

La respuesta cardíaca se midió utilizando un monitor de impedancia de CO (PhysioFlow Q-Link, Manatec Biomedical, París, Francia). La FC, el volumen sistólico (SV) y el CO se calcularon para cada latido y se promediaron cada 60 s para el análisis.

La presión bucal se midió fijando un transductor de presión en la punta del catéter (MicroSensor Basic Kit, Codman & Shurtleff, Inc., MA, EE. UU.). El catéter se cubrió con un tubo de plástico (diámetro: 4 mm, longitud: 250 mm) y se fijó con cinta quirúrgica desde el dorso nasal hasta el ápice nasal para evitar que la máscara entre en contacto con la porción del sensor en la punta del catéter. Al usar la mascarilla facial y la mascarilla espiratoria, se confirmó que la punta no tocaba la piel ni la mascarilla. El transductor de presión de la punta del catéter se calibró sumergiendo el catéter en un tubo protector de luz lleno de agua tibia (37 °C) a una profundidad de 0 a 60 cm antes del experimento para obtener una señal de calibración. La presión bucal se registró en una computadora portátil (Dynabook EX/55, TOSHIBA, Tokio, Japón) a una frecuencia de muestreo de 200 Hz mediante un convertidor AD (PowerLab 8a/d, AD Instruments, Sydney, Australia) y se analizó utilizando un software de análisis de forma de onda. (Lab Chart ver. 7, instrumento AD, Sydney, Australia). Los valores absolutos se integraron a partir de los datos de presión bucal obtenidos y se utilizaron como ∫Pm.

La SaO2 se midió utilizando un oxímetro de pulso (SpO2) (N-560, Covidien Med, Dublín, Irlanda) colocado en la frente, que se registró cada minuto.

El RPE se midió mediante la escala de Borg25 y la disnea se midió mediante la escala de Borg modificada26 preguntando al participante cada minuto.

Todas las variables obtenidas en este estudio se presentan como media ± desviación estándar. Todos los análisis estadísticos se realizaron utilizando SPSS 28 para Mac (IBM, NY, EE. UU.). La normalidad se comprobó mediante la prueba de Shapiro-Wilk. Se utilizó una prueba t pareada para comparar las variables CFM y CON a la intensidad máxima del ejercicio (Vo2pico, Vco2pico, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV, HR, CO, ∫Pm, y SpO2) y tiempo hasta el agotamiento. Se utilizó la d (d) de Cohen para el tamaño del efecto en las pruebas por pares, y el tamaño del efecto se determinó como pequeño, mediano o grande para tamaños del efecto superiores a 0,2, 0,5 y 0,8, respectivamente. Se utilizaron mediciones repetidas del análisis de varianza de dos vías (Etapa × Máscara) para los valores medios de último minuto de cada etapa para Vo2, Vco2, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV. , FC, CO, ∫Pm, SpO2, EPR y disnea. Se utilizó el método de Bonferroni para ajustar comparaciones múltiples. Para el tamaño del efecto, se utilizó ηp2 para analizar la varianza y se determinó que el tamaño del efecto era pequeño, mediano y grande para tamaños del efecto de 0,01, 0,06 y valores superiores a 0,14, respectivamente. El nivel de significancia se fijó en el 5%.

Este estudio se realizó de acuerdo con la Declaración de Helsinki y los experimentos se realizaron teniendo en cuenta la ética, los derechos humanos y la protección de la información personal. Este estudio fue aprobado por el comité de ética de la Universidad Osaka Kyoiku (Número de aprobación: 21051). Los participantes firmaron un consentimiento informado por escrito antes de participar en este estudio.

Después de comenzar el período experimental, tres participantes sufrieron lesiones en su vida diaria y dos no pudieron dedicar tiempo a los experimentos por razones inesperadas. Finalmente, 11 participantes completaron las pruebas [edad media: 21,3 ± 2,0 años, talla media: 175,3 ± 5,9 cm y peso medio: 68,4 ± 3,4 kg].

Dos de los once participantes que completaron el experimento y no midieron la presión bucal fueron excluidos del análisis del valor absoluto integrado de la presión bucal (∫Pm).

La Tabla 2 presenta variables para los valores máximos de la prueba incremental de carrera en cinta rodante. No se observaron diferencias significativas en el VO2pico entre las condiciones CFM y CON (52,4 ± 5,8 y 55,0 ± 5,1 ml/kg/min en las condiciones CFM y CON, respectivamente, P = 0,21); sin embargo, el grado de disminución del VO2pico fue de 4,4 ± 11,4% en la condición CFM. VEpeak fue 13,4 ± 10,7% menor en CFM que en la condición CON (P = 0,002, d = 1,24). El volumen corriente (VT) no fue significativamente diferente entre las condiciones CFM y CON; no obstante, la frecuencia respiratoria (fR) fue 6,9 ​​± 11,2% menor en la condición CFM que en la condición CON (P = 0,04, d = 0,61). La ventilación alveolar (VA) también fue 13,4 ± 11,0% menor en la condición CFM que en la condición CON (P <0,003, d = 1,19). VE/VO2 y VE/VCO2 fueron significativamente menores en la condición CFM que en la condición CON (P <0,001, d = 1,69; P <0,001, d = 1,86, respectivamente). La presión parcial al final de la espiración de dióxido de carbono (PETco2) fue significativamente mayor en la condición CFM que en la condición CON (P <0,004, d = 1,13). Sin embargo, la SpO2 no fue significativamente diferente entre las condiciones CFM y CON. No hubo diferencias significativas en las variables cardíacas entre las condiciones CFM y CON. ∫Pm fue 20,7 ± 22,6% mayor en la condición CFM que en la condición CON (P = 0,02, d = 0,95). Además, el tiempo hasta el agotamiento disminuyó en un 2,6 ± 3,2 % en la condición CFM en comparación con la condición CON (P = 0,02, d = 0,40).

La Tabla 3 presenta variables para cada etapa durante la prueba incremental en cinta rodante. No hubo interacción significativa para el Vo2 (P = 0,14, ηp2 = 0,20) y la emisión de dióxido de carbono (Vco2) (P = 0,09, ηp2 = 0,25). Sin embargo, hubo un efecto principal significativo del factor de máscara en el Vco2 (P = 0,04, ηp2 = 0,24). Se observó una interacción significativa en VE (P = 0,01, ηp2 = 0,47) (Fig. 2). Con respecto al patrón respiratorio, mientras que el VT no mostró un efecto principal significativo en la condición CFM (P = 0,32, ηp2 = 0,09), la fR mostró un efecto principal significativo en la condición CFM (P < 0,001, ηp2 = 0,67). VA también mostró una interacción significativa (P = 0,01, ηp2 = 0,01). Hubo una interacción significativamente mayor en ∫Pm (P = 0,01, ηp2 = 0,51) en la condición CFM que en la condición CON, hasta la tercera etapa (Fig. 2). Sin embargo, no hubo interacción significativa tanto para la presión bucal inspiratoria máxima (PIpico) como para la presión bucal espiratoria máxima (PEpico) (P = 0,19, ηp2 = 0,20 y P = 0,05, ηp2 = 0,41). Con respecto a la SpO2, hubo un efecto principal significativo para el factor etapa, que disminuyó gradualmente de forma dependiente de la intensidad (P < 0,001, ηp2 = 0,81); sin embargo, no hubo ningún efecto significativo para el factor máscara. Además, no hubo ningún efecto en las respuestas cardíacas para el factor de máscara.

Ventilación minuto y esfuerzo respiratorio durante la prueba de carrera incremental. Los datos muestran la ventilación minuto (VE, panel superior) y la integral minuto de la presión bucal (∫pm, panel inferior). Los círculos negros representan la condición de mascarilla de tela (CFM). Los círculos blancos indican la condición de control desenmascarado (CON). Hubo una interacción significativa (máscara × etapa) tanto para VE (P = 0,01, pη2 = 0,47) como para ∫pm (P = 0,01, pη2 = 0,51). *, P < 0,05, entre las condiciones FM y CON en la prueba post hoc.

El RPE y la disnea no fueron significativamente diferentes entre las dos condiciones (P = 0,14, ηp2 = 0,19 y P = 0,06, ηp2 = 0,30, respectivamente) (Fig. 3).

RPE y disnea durante la prueba de carrera incremental. Los datos muestran RPE [escala 6-20] (panel superior) y disnea [escala 1-10] (panel inferior). Los círculos negros representan la condición de mascarilla de tela (CFM). Los círculos blancos indican la condición de control desenmascarado (CON). No hubo efectos principales significativos del factor máscara ni en el RPE (P = 0,09, ηp2 = 0,25) ni en la disnea (P = 0,20, ηp2 = 0,15). El RPE y la disnea tendieron a ser mayores en la condición FM que en la condición Desenmascarar, pero las diferencias no fueron significativas (P = 0,14, ηp2 = 0,19, P = 0,06, ηp2 = 0,30).

Una mayor resistencia al flujo de aire al usar una mascarilla podría considerarse un factor importante que influye en las respuestas fisiológicas durante el ejercicio. Las mascarillas de tela tienen menor resistencia al flujo de aire que las mascarillas quirúrgicas14. Por lo tanto, el objetivo del presente estudio fue examinar las respuestas cardiorrespiratorias y el esfuerzo respiratorio durante el ejercicio mientras se usan mascarillas de tela, como las que se usan en los deportes. Nuestros nuevos hallazgos fueron que la ventilación pulmonar de ejercicio se redujo con una mascarilla de tela, mientras que se incrementó el trabajo de resistencia de los músculos respiratorios. Además, el sistema circulatorio central no se vio afectado. SpO2 y VO2pico tampoco disminuyeron con la condición CFM en comparación con la condición CON. Además, la mascarilla de tela tuvo un efecto negativo ligeramente significativo sobre la tolerancia al ejercicio. Por lo tanto, podemos concluir que una mascarilla de tela más delgada en hombres jóvenes sanos afecta las respuestas respiratorias pero no induce una disminución de SpO2 o Vo2, a pesar de la ligera disminución en la tolerancia al ejercicio.

Estudios anteriores han informado de una disminución significativa de la VE durante las pruebas de carrera incrementales utilizando mascarillas quirúrgicas5,6,8,23. Nuestros resultados de VE son consistentes con los de estudios previos. Entre nuestros participantes, la VE inferior con mascarilla de tela fue más pronunciada por encima de la tercera etapa. Durante un flujo de aire elevado con una VE alta, la turbulencia en las vías respiratorias y la boca es más frecuente, lo que a su vez aumenta la resistencia al flujo, lo que es un factor limitante para la VE27. En este estudio, el PIpico y el PEpico durante ejercicios de intensidad superior a moderada fueron 2–3 cmH2O mayores en la condición CFM que en la condición CON; sin embargo, no fue significativo (P = 0,19 en PIpico y P = 0,05 en PEpico). Además, el ∫Pm fue significativamente mayor a partir de la tercera etapa. Una PETco2 más alta en la condición CFM, incluso una elevación leve, debería producir una demanda de hiperventilación por quimiorreflejo28. Por lo tanto, predecimos que el uso de una mascarilla de tela suprime la VE debido al aumento de la resistencia al flujo de aire, a pesar de la alta demanda ventilatoria por la reinhalación de dióxido de carbono.

Estudios anteriores no observaron disminución de la SpO2, incluso con el uso de mascarillas quirúrgicas11,13,29. La hiperventilación pulmonar inadecuada altera el intercambio de gases alveolares y potencialmente contribuye a la disminución de la SaO215,30,31. Sin embargo, este no es el caso de todos los participantes. Por ejemplo, en individuos no entrenados, la SaO2 se mantiene durante el ejercicio intensivo incluso sin mascarilla, y la cantidad de ventilación pulmonar no afecta el intercambio de gases en los pulmones normales30. Por el contrario, entre las personas que experimentan hipoxemia arterial inducida por el ejercicio (EIAH), el nivel de VE puede afectar la SaO215. Además, estos individuos tienen una mayor disminución de SpO2 y Vo2max con la respiración de gas hipóxico32. Estos indican que la importancia de la respuesta hiperventiladora a la presión parcial de oxígeno es más notable en individuos con HAIE15,31,32. Nuestros participantes mostraron una SpO2 del 93% en el ejercicio máximo, inferior a la de la primera etapa (99%). Se supuso que esta disminución del 6% en la SpO2 había provocado una HAIE leve. Por lo tanto, podríamos haber esperado que el efecto del uso de una mascarilla fuera considerable entre las personas con HAIE. La VE se redujo en un 20% y la VA también se redujo significativamente. Sin embargo, el uso de una mascarilla de tela no indujo ninguna reducción adicional de la SpO2. La disminución de la VE al usar una mascarilla de tela se asoció con una disminución de la fR, mientras que la VT se mantuvo. Este estudio no midió el volumen pulmonar durante el ejercicio; sin embargo, se especuló que mantener el VT con una mascarilla de tela no alteraría la relación entre el espacio muerto y el VT y el volumen pulmonar al final de la espiración y, por lo tanto, afectaría menos el intercambio de gases33.

Nuestro objetivo era revelar los efectos del uso de una mascarilla de tela en la respuesta circulatoria central. El flujo sanguíneo de todo el cuerpo y, a su vez, el CO no cambió a pesar de que la resistencia respiratoria aumentó y la carga de trabajo en los músculos respiratorios aumentó aproximadamente 1,5 veces17. En este estudio, aunque el trabajo estimado de los músculos respiratorios aumentó aproximadamente un 20 %, el CO no difirió entre las condiciones CFM y CON, lo que coincide con un estudio previo que comparó la mascarilla quirúrgica y el respirador N957. Una mascarilla quirúrgica aumenta la FC durante el ejercicio submáximo5, mientras que no se han informado diferencias en la FC durante el ejercicio de alta intensidad. Sin embargo, en nuestro estudio, no hubo diferencias en FC, SV y CO durante el ejercicio incremental en ambas condiciones. Se sugirió que la carga de circulación central no era mayor al usar la máscara y que la intensidad fisiológica relativa no se veía afectada.

Deriver et al.20 informaron una disminución del Vo2pico al hacer ejercicio con una mascarilla de tela; Umutlu et al.6 también informaron una disminución del Vo2pico al hacer ejercicio con mascarilla quirúrgica. La disminución del Vo2pico en el estudio anterior no se asoció con una disminución de la SpO2. Además, en nuestros participantes, la SpO2 se mantuvo y el CO no se vio afectado en la carrera máxima, incluso cuando usaban la mascarilla de tela. Esto implica que se mantuvo el suministro de oxígeno y, en consecuencia, el Vo2peak no fue significativamente diferente con y sin mascarilla de tela. Sin embargo, el tamaño del efecto estadístico fue grande y el grado de disminución del Vo2pico en la condición CFM fue del 4,4%. Las características de los participantes pueden explicar la inconsistencia entre nuestros resultados y los de estudios previos6,20. Los participantes en estudios anteriores incluyeron pacientes sedentarios, mujeres y pacientes mayores, y su Vo2max fue menor que el de nuestros participantes. Además, el sexo y la edad afectan el impacto del uso de mascarillas23. Nuestros resultados implicaron que los hombres jóvenes aparentemente sanos con mayor condición física podrían ser menos susceptibles a los efectos negativos del uso de mascarillas de tela.

De acuerdo con estudios previos6,20,23, nuestros resultados demostraron que el uso de una mascarilla afectaba levemente la tolerancia al ejercicio, lo que sugiere que el rendimiento en el ejercicio se vio afectado incluso con mascarillas de tela de baja resistencia. No observamos una disminución significativa en el Vo2pico en la condición CFM. Sin embargo, la disminución del Vo2pico en la condición CFM fue del 4,4%. Por tanto, la disminución del Vo2pico puede deberse a una menor tolerancia al ejercicio. Driver et al.20 informaron que la tolerancia al ejercicio se vio afectada con una disminución sustancial en el Vo2pico y la FC máxima. Por lo tanto, según el protocolo de ejercicio empleado por Driver et al.20 y nuestro estudio, el Vo2pico y la FC máxima pueden resultar de una disminución en la tolerancia al ejercicio debido a otros factores y no a un factor que disminuya la tolerancia al ejercicio34.

Los posibles mecanismos subyacentes a la disminución de la tolerancia al ejercicio se pueden atribuir al efecto de la resistencia al flujo respiratorio debido al filtro de la mascarilla. Además, aumentar el espacio muerto o usar una máscara de entrenamiento resistiva durante el ejercicio aumenta el esfuerzo respiratorio, lo que lleva a un aumento de la disnea y una disminución de la tolerancia al ejercicio35,36. Sin embargo, en el presente estudio, la disnea tendió a ser mayor en la condición CFM, pero la diferencia no fue estadísticamente significativa. Se evaluó el esfuerzo respiratorio resistido durante el ejercicio mediante presión en la cavidad bucal; No se observó una mayor actividad de los músculos respiratorios con una mascarilla de tela en las primeras etapas, pero se volvió significativa en las etapas posteriores. Esto puede estar relacionado con el aumento de la turbulencia en las vías respiratorias facilitada por el aumento del flujo de aire. Se puede suponer que nuestros participantes tuvieron un alto esfuerzo ventilatorio en la condición CFM, aunque la resistencia al flujo fue menor que la de una mascarilla quirúrgica y un respirador N9514. Durante el ejercicio máximo, el Vo2 para la actividad de los músculos respiratorios representa una proporción significativa del Vo2 de todo el cuerpo, incluso sin usar una mascarilla37, lo que provoca una competencia en el flujo sanguíneo entre los músculos respiratorios y los músculos activos16,17. El aumento de la actividad de los músculos respiratorios o la fatiga durante el ejercicio provoca un metaborreflejo inducido por los músculos respiratorios, lo que provoca vasoconstricción de las extremidades38 y restricción del flujo sanguíneo39. Se postula que este es un factor que limita el rendimiento del ejercicio debido al trabajo de los músculos respiratorios18.

Hubo algunas limitaciones en este estudio. Primero, los participantes eran hombres jóvenes sanos. Sería apresurado concluir a partir de nuestros resultados que una mascarilla de tela reduce el rendimiento en el ejercicio pero no afecta el consumo de oxígeno en todas las poblaciones. Es probable que se obtengan resultados diferentes para diferentes poblaciones de pacientes y para aquellos con diversas afecciones respiratorias, como niños, pacientes mayores y pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica.

En segundo lugar, en este estudio, los participantes realizaron una prueba de ejercicio con una máscara recolectora de gases para análisis de gases conectada a la máscara facial. Por lo tanto, aunque la máscara de muestreo de gas proporciona una menor resistencia al flujo, todavía impone una carga respiratoria mayor que la de un entrenamiento regular. Por tanto, los resultados obtenidos en este estudio podrían haber sobreestimado el efecto de las mascarillas de tela.

En tercer lugar, para garantizar la confiabilidad de las variables del cardiograma de impedancia, presentamos valores promediados durante 60 segundos e hicimos lo mismo para las variables del análisis de gases. Por lo tanto, los datos pueden ser menos sensibles que los obtenidos durante un período más corto40. Sin embargo, no se confirmaron diferencias significativas entre los datos promediados de 30 y 60 s.

Finalmente, el protocolo de ejercicio empleado incluyó un aumento simultáneo de la velocidad y la inclinación, lo que podría haber resultado en una fatiga muscular prematura y terminar el ejercicio antes de que el Vo2 alcanzara su máximo; por lo tanto, es posible que el Vo2peak en este estudio no haya evaluado la capacidad aeróbica. Además, no realizamos una prueba de fase de verificación41; por lo tanto, no pudimos detectar el Vo2max. A pesar de estas limitaciones, podemos concluir que en nuestra prueba incremental de carrera en cinta rodante, alterar la hiperventilación con CFM afecta menos el Vo2.

Debido a las recomendaciones del comité de ética, los datos de respaldo no están completamente disponibles. Sin embargo, algunos datos calculados que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

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Deseamos agradecer a todos los participantes voluntarios en este estudio. Este estudio fue apoyado por una subvención para la investigación científica (C; 20K11334), JSPS KAKENHI y la Fundación Conmemorativa Descente e Ishimoto para la Promoción de las Ciencias del Deporte. Agradecemos a Editage (www.editage.com) por la edición en inglés.

División de Arte, Música y Educación Física, Universidad Osaka Kyoiku, Osaka, 582-8582, Japón

Takeshi Ogawa

Departamento de Educación, Universidad Osaka Kyoiku, Osaka, 582-8582, Japón

Jun Koike y Yuka Hirano

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TO y YH concibieron y diseñaron los experimentos. Todos los autores contribuyeron a la recopilación de datos, el análisis de datos y la interpretación de los resultados experimentales. TO y YH redactaron el manuscrito. Todos los autores editaron y revisaron el manuscrito y aprobaron su versión final. Todos los autores aceptaron ser responsables de todos los aspectos del trabajo para garantizar que las preguntas relacionadas con la exactitud o integridad de cualquier parte del trabajo fueran investigadas y resueltas adecuadamente.

Correspondencia a Takeshi Ogawa.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Ogawa, T., Koike, J. & Hirano, Y. Los efectos de las mascarillas de tela sobre las respuestas cardiorrespiratorias y el VO2 durante el protocolo de carrera incremental máxima entre hombres aparentemente sanos. Informe científico 12, 22292 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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Recibido: 03 de junio de 2022

Aceptado: 21 de diciembre de 2022

Publicado: 24 de diciembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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