ORIGINAL ARTICLE

Methods to identify the anaerobic threshold for type-2 diabetic and non-diabetic subjects

Herbert G. Simões^I; Sérgio R. Moreira^I; Robert J. Moffatt^II; Carmen S. G. Campbell^I

^IUniversidade Católica de Brasília (UCB), Brasília DF - Brazil

^IIFlorida State University (FSU), Tallahassee FL - EUA

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ABSTRACT

BACKGROUND: In spite of Anaerobic Threshold (AT) to be widely used on exercise evaluation for different populations, there are few studies comparing methods to identify AT for individuals with type-2 diabetes.

OBJECTIVE: To compare methods of AT determination on type-2 diabetics (T2D) and non-diabetic (ND) subjects and verify the acid-base balance as related to AT intensity.

METHODS: T2D (n=10; 54.5±9.5 yr; 30.1±5.0 kg/m²) and younger ND (n=10; 36.6±12.8 yr; 23.9±5.0 kg/m²) performed an incremental test (IT) on a cycle ergometer. The over-proportional increase in VE/VO₂ and blood lactate ([lac]) identified the ventilatory (VT) and lactate thresholds (LT) respectively. The workload corresponding to the lower blood glucose ([gluc]) during test identified the individual glucose threshold (IGT). The AT was also determined by polynomial adjustment of the VE/Workload and [lac]/Workload responses to identify exercise intensities above which an over-proportional increase in VE and [lac] did occur and were named VT_VE/W and LT[_lac]/W.

RESULTS: The workload (Watts-W) corresponding to LT, VT, IGT, LT_Lac/W and VT_VE/W of diabetics (85.0±32.1; 88.0±31.7; 86.0±33.8; 82.0±20.9 and 90.2±22.2W) and non-diabetics (139.0±39.0; 133.0±42.7; 140.8±36.4; 122.7±44.3 and 133.0±39.1W) differed between groups (p<0.001), but not within groups. Thus it was evidenced an agreement among the studied methods. The pH and pCO₂ were significantly decreased in parallel to the increase in [lac], pO₂ and VE at supra AT intensities.

CONCLUSION: The AT intensities, as determined by different methods both for diabetics and non-diabetic individuals, were in agreement to each other and identified exercise intensities above which the acid-basic balance is disrupted.

Key-words: Anaerobic threshold; clinical protocols; blood glucose; acid-basic equilibrium.

Introduction

The anaerobic threshold (AT) reflects an exercise intensity above which an over-proportional increase in glycolysis rate, blood lactate ([lac]) and ventilation (VE) is observed paralleled to the pH diminution^1,2.

The invasive determination of AT from [lac] responses (lactate threshold - LT) has been considered a gold standard to evaluate aerobic capacity^3-5, while the AT identification from VE responses (ventilatory threshold - VT) has advantages due its noninvasive nature and has been recommended for exercise prescription for special populations^5-8 including diabetics^7,9-14. However, the VT determination requires expensive equipment and measurements are quite dependent on calibration methods before testing. Moreover, usually two or more experienced physicians are often needed to identify the intensity at which AT occurs^15,16. On the other hand, the mathematical modeling of VE responses to incremental tests through polynomial function would increase the accuracy of AT identification.

Additionally, during the incremental test (IT), the blood glucose ([gluc]) was shown to decrease until AT was reached and the exercise intensity above which the [gluc] recommences to increase was named Individual Glucose Threshold (IGT)¹⁷. The IGT seems to demarcate an exercise intensity above which blood glucose output overcomes its uptake and it is not different from the VT and LT identified in young health individuals². Type 2 diabetes has been associated to skeletal muscle lipid accumulation, which inhibits insulin signaling and thus decreases GLUT-4 translocation, resulting in hyperglycemia¹⁸. So, a more practical method for AT identification (e.g. IGT) and/or a non-invasive and less expensive procedure (e.g. VT identified through VE/Workload ratio) would be useful for exercise prescription to prevent skeletal muscle lipid accumulation and to control blood glucose in type 2 diabetics and non-diabetic individuals. However, the AT identification through blood glucose responses, as well as the utilization of a non-invasive and simple AT determination through the modeling of the VE/Workload responses, have not yet been investigated in diabetics.

The present study compared and established associations between the AT identified through [gluc] and the AT identified by other methods (e.g. LT and VT) on type 2 diabetics and younger non-diabetic counterparts. Moreover, the possibility to determine the VT and LT by applying a second-order polynomial function on the responses of VE/workload and [lac]/workload ratio during incremental test on a cycle ergometer was analyzed. The results were compared to other methods of AT determination and the pH, pO₂ and pCO₂ responses in relation to the identified AT intensities were analyzed to clarify the significance of AT identified through [gluc], VE/Workload and [lac]/Workload ratio.

Methods

Subjects

The University Ethics Committee for Human Research approved the methods used in this study. After completing the written informed consent procedure, 12 sedentary type 2 diabetics and 10 physically-active non-diabetic individuals volunteered for this investigation. Data from 10 of the 12 diabetics are presented, as it was not possible to identify all parameters of interest in 2 of them. Descriptive characteristics of the participants are presented in Table 1. The non-diabetic subjects have been involved in recreational training programs for the last 2 years (e.g. cycling and resistance training), consisting of at least 20 minutes of exercise 3 times/week on a regular basis, while the diabetic participants were sedentary. Additionally, the diabetics kept their oral hypoglycemic treatment (e.g. sulphonylureas, biguanides, alpha-glucosidase inhibitors) during the study.

Procedures

Data collection was performed at the Exercise Physiology Laboratory of the Catholic University of Brasília and at Florida State University. Participants were previously submitted to a cardiovascular examination, including resting electrocardiogram and blood pressure measurements (Microlife, England). Participants with cardiovascular, neurological or orthopedic complications were excluded. The selected subjects performed an incremental exercise test on an electromagnetic cycle ergometer (Lode Excalibur, Netherland) in an overnight fasting state between 8:30 and 9:30 am at a room with a temperature of 22-23° C, 665 mmHg of barometric pressure and 50% of humidity.

Incremental exercise test (IT)

An IT was applied to identify the LT, the VT, the IGT and the VO₂max. A 1-min warm-up while pedaling at 0 Watts was performed before starting with a workload of 15 to 50 Watts. Then the workload was increased every 3-mins by 15-25 Watts according to the participant's life style and physical fitness. For most participants (including all diabetics) the test initiated at 15 Watts with increments of 15 Watts at each 3-min stage. Work was terminated due to voluntary exhaustion or if any electrocardiographic abnormality was observed. Also, criteria for stopping the test included reaching an over-proportional increase in systolic blood pressure (SBP) and/or a diastolic blood pressure (DBP) over 115 mmHg, a failure to increase the oxygen pulse paralleled to the increase in the workload and/or a respiratory exchange ratio over 1.15^7,19.

Ventilatory measurement

Respiratory gas was measured continuously using either a Parvomedics MMS-2400 system (Florida State University) or the Cortex Metalyzer 3B system (Catholic University of Brasilia). Both the gas calibration and a flow meter calibration took place before every test. The results obtained from the last 20 seconds of each stage were considered for the identification of the minute ventilation (VE), oxygen consumption (VO₂), carbon dioxide production (VCO₂), respiratory exchange ratio (RER) and VT. The highest VO₂ obtained at the voluntary exhaustion was considered VO_2peak.

Blood collection and laboratory analyses

During the last 10-sec of each stage, a 25-μl sample was collected from the ear lobe using heparinized and calibrated microcapillaries for [lac] and [gluc] measurements for all participants. A 75-μl sample of blood was also collected from 5 non-diabetics at rest, in the middle of the incremental test (usually at the end of stages 3 to 5; around the AT) and immediately at the conclusion of the test.

The 25ul were transferred into Eppendorf tubes containing 50μl of Sodium Fluoride (NaF) 1%. The [lac] and [gluc] were determined from each sample in duplicate by using a blood lactate and glucose analyzer (Yellow Springs 2700S). The [lac] and [gluc] results were corrected by the volume of the blood sampled within the Eppendorf tubes and are presented in mM. The pO₂ and pCO₂ (mmHg), the Base Excess - BE (mM) and pH were measured at the 75-μl sample using the AVL system (Blood Gas Analyzer - OMNI 3 Modular Analyzer, AVL Scientific Corporation, Roswell, GA).

Anaerobic threshold identification

The LT was identified by the [lac] breakpoint, while the IGT was determined by [gluc] kinetics and was defined as the exercise intensity at which the [gluc] began to increase during the IT¹⁷. The VT was identified by two independent researchers, considering an increase in the VE/VO₂ without a parallel increase in the VE/VCO₂^1,20. If the VT could not be identified by VE/VO₂ and VE/VCO₂ responses, the VT was identified considering the breakpoint in the VCO₂-VO₂ relationship (Figure 1).

In addition, the VE/workload and the [lac]/workload ratios were plotted against the workload for each participant during IT. The results were modeled through a second-order polynomial function and the originated equation was derived in order to determine an exercise intensity above which an over-proportional increase in both VE and [lac] in relation to workload did occur. The AT identification though these mathematical approaches were named respectively VT_VE/W and LT_[lac]/W. The identification of the VT_VE/W and LT_[lac]/W for a single diabetic participant is presented in Figure 2 (a-b).

Statistical treatment and procedures for comparison

Data are presented as mean and standard deviation (SD). The mean results of IT for all participants are presented at the "1^st stage" (first stage of incremental test - "Beg"), "Mid1" (midpoint between 1^st stage and AT), "TRANS" (either the VT, IGT or LT workloads), "Mid2" (midpoint between the AT and the last stage/exhaustion) and the "End" (last stage/exhaustion moment). Comparison between AT identified by different methods was performed by one-way ANOVA with the Tukey-Kramer as a post hoc. A unpaired t-tes was applied for comparisons between groups for correspondent variables .The associations among variables were determined by Pearson's moment correlation. Also, the agreement between AT intensity identified by blood lactate, which was set as the gold standard, and the AT identified by other methods in the present study were assessed by the Bland and Altman technique²¹. The level of significance was set at P<0.05.

Results

The AT by ventilatory, [lac] and [gluc] responses as well as through the VE/Workload and [lac]/Workload ratios was identified for both groups, but the IGT could not be identified in two diabetic participants. In general, five to eight stages were necessary to conclude the IT for most of the subjects. The mean (+SD) VE, [lac], [gluc], VE/Workload and [lac]/Workload at the same relative intensities are presented for non-diabetic and diabetic participants (Figure 3 A-E). Also, the mean blood lactate and glucose, pH, BE, pO₂ and pCO₂ at rest and during the incremental test are presented in Figure 4 (A-D). After reaching the AT, the [gluc] and pO₂ responses were similar to [lac] responses, while the pH, BE and pCO₂ responded inversely to the [lac], VE, VE/Workload and [lac]/Workload ratios (Figures 3 and 4). In spite of the differences between groups as presented in Tables 1 and 2, no differences were observed within groups for the workload, oxygen consumption and heart rate as related to the LT, VT, IGT, VT_VE/W, LTv_[lac]/W (p>0.05). Also, variables were highly correlated with each other (Table 3) and the Bland and Altman technique evidenced an agreement between LT and the AT identified by other methods (Figure 5).

Discussion

This study compared methods to identify the AT on type-2 diabetics and younger non-diabetic subjects. This choice of comparison between type-2 diabetics and younger health and physically active subjects was that, as expected, these groups were different in terms of body composition and physical fitness as related to the VO₂peak and AT results. Even so, the studied protocols were consistent within groups regardless of their characteristics. So, our main findings were that the IGT was identified in diabetics similarly to non-diabetic subjects (Figures 2a-b and Figure 3), in spite of the differences between groups regarding their physical characteristics and health status. It was demonstrated for both groups that AT may be successfully identified during an incremental test on a cycle ergometer by modeling the responses of VE/workload and [lac]/workload ratios through a second-order polynomial function with no differences when compared to other methods (Table 2). Also, different methods used to identify the AT in the present study showed high correlation to each other and the Bland and Altman technique showed an agreement between the LT and other methods to identify the AT, both for diabetics and non-diabetic subjects (Table 3; Figure 5). In support of our earlier studies with young physical active subjects² the present study showed that the acid-base balance was disrupted during incremental exercise at intensities above the identified thresholds (Figure 4), suggesting that the studied protocols are robust to identify intensities at which the acid-base balance may be kept during exercise. In spite of the lower aerobic fitness of diabetics in the present study, the thresholds of VO₂peak were observed at around 68-70% for both groups (Table 1). Taken together, our findings reinforce the validity of the present methods to identify AT as an exercise intensity above which both metabolic acidosis and [gluc] elevation occur.

We speculate that the IGT demarcates a transition from the predominance of [gluc] uptake to [gluc] output, stimulated by catecholamines and glucagon during high intensity exercises²². The IGT was determined in 83.3% (10 of the 12) of the diabetic participants, while all non-diabetics had their IGT identified in the present study. The reason for the non-identification of IGT in some diabetics would be due to secondary metabolic/hormonal disturbances or the effect of hypoglycemic agents on [gluc]. However, our results indicated that the exercise intensity that may elicits a [gluc] increase was similarly identified by either blood lactate and ventilatory responses (Table 2), which in turn may have clinical applications in blood glucose control and type-2 diabetes management. Since diabetic subjects may have problems both with blood coagulation and recovery from tissue damage, VT utilization seems to be attractive due its non-invasive nature.

Our data demonstrated that by modeling the VE/workload relationship through polynomial function, the resulting second-order equation may be derived and applied in order to identify at which intensity an over-proportional increase of the VE and thus VT occurs (Figure 2). The polynomial function modeling of the VE/workload results in a U-shaped curve that was similar to [lac]/workload ratio in both groups. This method enables AT identification with no O₂ or CO₂ analyses or interpretation by two or more physicians. Also, in addition to being non-invasive, it is independent from any specific value of ventilation, but dependent on its behavior, instead.

The insulin resistance has been associated to muscle lipid accumulation¹⁸. The AT identification from blood glucose and from VE/Workload responses are simple methods that may identify optimal exercise intensities for the management of type 2 diabetes. While acute exercise at IGT intensity would improve the blood glucose profile, chronically it would prevent muscle lipid accumulation and thus, improve the insulin sensitivity of such patients. However, future studies should investigate both the acute and chronic effects of exercise performed at intensities related to AT on type 2 diabetics.

In summary, we concluded that similarly to non-diabetic subjects, the AT may be accurately identified in type 2 diabetics during incremental test on a cycle ergometer through blood glucose responses, as well as by applying a second-order polynomial function to the VE/workload relationship. Also, the proposed methods to identify the AT did not differ from each other and seem to point out an exercise intensity above which the blood glucose is increased and an acid-base disruption occurs.

Acknowledgements

The authors are grateful to CNPq (proc. 475575/2004-0) and SIGEP/UCB for the financial support. Also, we would like to thank Dr. Ricardo Jaco de Oliveira for the collaboration and LAFIT-UCB for the technical assistance.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Sources of Funding

This study was funded by CAPES.

Study Association

This article is part of the thesis of master and doctoral submitted by Sérgio R. Moreira, Gabrielle do Valle e Herbert G. Simões, from Universidade Católica de Brasília, Universidade Estadual da Flórida e Universidade Federal de São Carlos.

References

ARTÍCULO ORIGINAL

Métodos para identificar el umbral anaeróbico en individuos con diabetes tipo 2 y en individuos no diabéticos

Herbert G. Simões^I; Sérgio R. Moreira^I; Robert J. Moffatt^II; Carmen S. G. Campbell^I

^IUniversidade Católica de Brasília (UCB), Brasília, DF - Brasil

^IIFlorida State University (FSU), Tallahassee FL - EUA

Correspondencia

RESUMEN

FUNDAMENTO: A pesar de que el umbral anaeróbico (UAn) se utiliza en la evaluación funcional de diferentes poblaciones, pocos estudios que comparen métodos para su identificación en diabéticos tipo 2 están siendo realizados.

OBJETIVO: Comparar protocolos de identificación del UAn en individuos diabéticos tipo 2 y en no diabéticos, y analizar respuestas relacionadas al equilibrio ácido-base en intensidades relativas al UAn.

MÉTODOS: Diabéticos tipo 2 (n=10; 54,5±9,5 años; 30,1±5,0 kg/m²) y jóvenes no diabéticos (n=10; 36,6±12,8 años; 23,9±5,0 kg/m²) realizaron un test incremental (TI) en ciclo ergómetro. El aumento desproporcionado en el equivalente ventilatorio de oxígeno (VE/VO₂) y lactatemia ([lac]) identificó intensidades (Watts-W) correspondientes a los umbrales ventilatorio (UV) y de lactato (UL), respectivamente. La intensidad correspondiente a la menor glucemia ([gluc]) se consideró umbral glucémico individual (UGI). El UAn también fue determinado por ajuste polinomial de las razones VE/Watts (UV_VE/W) y [lac]/Watts (UL_[lac]/W), las que identificaron intensidades por encima de las cuales ocurriera un aumento desproporcionado en la VE y [lac].

RESULTADOS: No se observaron diferencias entre UL, UV, UG, UL_[lac]/W y UV_VE/W en diabéticos (85,0±32,1; 88,0±31,7; 86,0±33,8; 82,0±20,9 y 90,2±22,2W) y no diabéticos (139,0±39,0; 133,0±42,7; 140,8±36,4; 122,7±44,3 y 133,0±39,1W). Sin embargo, los valores de UAn difirieron significativamente entre los grupos (p<0.001). La técnica de Bland-Altman confirmó una concordancia entre los protocolos. En las intensidades sobre los umbrales se observaron reducciones significativas en el pH y pCO₂ paralelamente a un aumento en la [lac], pO₂ y VE.

CONCLUSIÓN: Los protocolos presentaron, para ambos grupos estudiados, concordancia en la identificación del UAn, que se mostró como una intensidad de ejercicio, por encima de la cual ocurre pérdida de equilibrio ácido-base. (Arq Bras Cardiol 2010; 94(1) : 67-74)

Palabras clave: Umbral anaeróbico, protocolos clínicos, glucemia, equilibrio ácido base.

Introducción

El umbral anaeróbico (UAn) refleja una intensidad de ejercicio por encima de la cual se observa un aumento desproporcionado en la glucemia, lactato sanguíneo ([lac]) y ventilación (VE), paralelamente a la disminución del pH^1,2.

La determinación invasiva del UAn a partir de las respuestas de [lac] (umbral de lactato - UL) está siendo considerada como el patrón oro para evaluar la capacidad aerobia^3-5, mientras que la identificación del UAn a partir de las respuestas de VE (umbral ventilatorio - UV) presenta ventajas debido a su naturaleza no invasiva y se viene recomendando a la prescripción de ejercicios para poblaciones especiales^5-8, incluyendo diabéticos^7,9-14. Sin embargo, la determinación del UV requiere equipamientos caros y las mediciones son muy dependientes de los métodos de calibración antes del test. Además, para identificar la intensidad a la cual ocurre el UAn se necesitan generalmente dos o más especialistas experimentados en fisiología del ejercicio^15,16. Por otro lado, el modelo matemático de las respuestas de la VE a los test incrementales a través de función polinomial aumentan la exactitud de la identificación del UAn.

Adicionalmente, se viene evidenciando que durante el test incremental (TI), la glucemia ([gluc]) disminuye hasta alcanzar el UAn, y la intensidad de ejercicio por encima de la cual la [gluc] comienza a aumentar se define como Umbral Glucémico Individual (UGI)¹⁷. El UGI parece demarcar una intensidad de ejercicio, por encima de la cual la producción de glucosa supera su captación, y que no difiere del UV y del UL identificados en individuos jóvenes saludables². La diabetes tipo 2 está siendo asociado a la acumulación de grasa en el músculo esquelético, lo que inhibe la señal de insulina y de esta forma disminuye la translocación del GLUT-4, lo cual resulta en hiperglucemia¹⁸. Así, un método más práctico de identificación del UAn (por ejemplo UGI) y/o un procedimiento no invasivo y menos dispendioso (por ej., UV identificado a través de la relación VE/carga de trabajo (VE/W)) seria útil para la prescripción de ejercicios a fin de evitar la acumulación de grasa en el músculo esquelético y controlar la glucemia en individuos con diabetes tipo 2 y en individuos no diabéticos.

Entretanto, la identificación del UAn a partir de las respuestas de la glucemia, así como la utilización de una determinación no invasiva y simple, mediante el análisis de las respuestas de la relación VE/carga de trabajo, aún no fueron investigadas en portadores de diabetes tipo 2.

El presente estudio comparó las relaciones entre el UAn identificado a través de la [gluc] y el UAn, identificado por otros métodos (por ej., UL y UV) en individuos con diabetes tipo 2 y en individuos más jóvenes no diabéticos. Adicionalmente, se analizó la posibilidad de determinar el UV y el UL al aplicar una función polinomial de segundo grado en las respuestas de las razones VE/carga de trabajo y [lac]/carga de trabajo ([lac]/W) durante el test incremental en la bicicleta ergométrica. Los resultados se compararon con otros métodos de determinación del UAn, y se analizaron las respuestas del pH, presión parcial de oxígeno (pO₂) y de dióxido de carbono (pCO₂) en relación a las intensidades de UAn registradas, para esclarecer el significado del UAn identificado a través de la [gluc] y de las razones (VE/W) y ([lac]/W).

Métodos

Individuos

El Comité de Ética para Investigación en Seres Humanos de la Universidad aprobó los métodos utilizados en esta investigación. Tras firmar el Formulario de Consentimiento Informado, 12 individuos sedentarios con diabetes tipo 2 y 10 individuos no diabéticos físicamente activos se constituyeron en voluntarios del presente estudio. Se presentan sólo los datos de 10 de los 12 individuos diabéticos, pues en 2 de ellos no fue posible identificar todos los parámetros de interés. Las características descriptivas de los participantes se presentan en la Tabla 1. Los individuos no diabéticos participaban de programas de entrenamiento de carácter recreativo hacía por lo menos dos años (por ej., ciclismo y entrenamiento de resistencia), que consistían en por lo menos 20 minutos de ejercicios 3 veces por semana regularmente, mientras que los participantes diabéticos eran sedentarios. Además, los diabéticos mantuvieron el tratamiento hipoglucemiante oral (por ej. sulfonilureas, biguanidas, inhibidores de la alfa-glucosidasa) durante el estudio.

Procedimientos

La recolección de datos se realizó en el Laboratorio de Fisiología del Ejercicio de la Universidad Católica de Brasilia y en la Florida State University. Los participantes fueron sometidos previamente a un examen cardiovascular, que incluía un electrocardiograma de reposo y mediciones de la presión arterial (Microlife, Inglaterra). Los individuos con complicaciones cardiovasculares, neurológicas y ortopédicas fueron excluidos del estudio. Los individuos seleccionados realizaron un test incremental en bicicleta ergométrica electromagnética (Lode Excalibur, Países Bajos) luego de una noche de ayuno, entre las 8:30 y las 9:30 de la mañana, en una sala a una temperatura de 22-23° C, 665 mmHg de presión barométrica y 50% de humedad.

Test Incremental (TI)

Para identificar el UL, el UV, el UGI y el VO_2max se aplicó un TI. Para ello, antes del inicio del TI se realizaba un precalentamiento de un minuto pedaleando a 0 Watts (W) con una carga entre 15 y 50 W, e incrementos de 15-25 W a cada 3-min, dependiendo de las características del participante (si diabético o saludable, físicamente activo o sedentario, etc). Para la mayoría de los participantes (incluyendo todos los diabéticos) se inició el test con 15 W e incrementos de 15 W en cada etapa de 3 minutos. Se interrumpió el test en los casos de agotamiento o de cualquier anormalidad electrocardiográfica. Adicionalmente, los criterios para interrupción del test incluyeron un aumento exagerado en la presión arterial sistólica (PAS), presión arterial diastólica (PAD) superior a 115 mmHg, además de la incapacidad de aumentar el pulso de oxígeno paralelamente al aumento en la carga de trabajo y/o un cociente de intercambio respiratorio (RER) superior a 1,15^7,19.

Análisis ventilatorio

Se midieron los gases expirados en forma continua utilizando un sistema Parvomedics MMS-2400 (Florida State University) o el sistema Cortex Metalyzer 3B (Universidad Católica de Brasilia). Antes de cada test se llevaba a cabo la calibración de los equipamientos de análisis gaseoso. Para la identificación de la ventilación minuto (VE), consumo de oxígeno (VO₂), producción de dióxido de carbono (VCO₂), cociente de intercambio respiratorio (RER) y UV se consideraron los resultados obtenidos en los últimos 20 segundos de cada etapa. El mayor VO₂ obtenido en el agotamiento voluntario era considerado el VO_2pico.

Recolección de sangre y análisis de laboratorio

Durante los últimos 10 segundos de cada etapa, se tomó una muestra de 25μl de sangre del lóbulo de la oreja, utilizando microcapilares heparinizados y calibrados para mediciones de [lac] y [gluc] de todos los participantes. Una muestra de 75 μl de sangre se extrajo también en 5 individuos no diabéticos en reposo, en medio del test incremental (generalmente al final de las etapas 3 a 5; aproximadamente en el UAn) e inmediatamente a la finalización del test.

Los 25μl fueron transferidos a tubos de Eppendorf con 50μl de fluoruro de sodio (NaF) al 1%. El [lac] y la [gluc] se determinaron por duplicado en cada muestra, utilizando un analizador de lactato y glucosa sanguíneos (YeULow Springs 2700S). Los resultados de [lac] y [gluc] fueron corregidos para el volumen de la muestra de sangre dentro del tubo de Eppendorf y se presentaron en mM. La pO₂ y la pCO₂ (mmHg), el Exceso de Base - EB (mM) y el pH fueron medidos en la muestra de 75μl utilizando el sistema AVL (Blood Gas Analyser - OMNI 3 Modular Analyzer, AVL Scientific Corporation, RosweUL, GA).

Identificación del umbral anaeróbico

El UL fue considerado como el punto de inflexión de la curva de [lac], mientras que el UGI fue determinado por la cinética de la [gluc], y definido como la intensidad de ejercicio en que la [gluc] comenzaba a aumentar durante el TI¹⁷. El UV fue identificado por dos investigadores independientes, considerándose un aumento en el cociente VE/VO₂ sin un aumento paralelo en la relación VE/VCO_2.^1,20 (Figura 1), y en la imposibilidad de identificar el UV mediante esta técnica, se lo identificaba considerando el punto de quiebra en la relación VCO₂-VO₂.

Además, fueron trazados los cocientes VE/W y [lac]/W versus la carga de trabajo para cada participante durante el TI. Sobre los resultados se aplicó una función polinomial de segundo grado y la ecuación originada fue derivada a fin de determinar una intensidad de ejercicio por encima de la cual ocurría un aumento desproporcionado de la VE y del [lac] en relación a la carga de trabajo. La identificación del UAn a través de esos abordajes matemáticos fue llamada respectivamente UV_VE/W y UL_[lac]/W. La Figura 2 (A-B) muestra la identificación del UV_VE/W y UL_[lac]/W para un único participante diabético.

Tratamiento estadístico y procedimientos para comparación

Los datos se presentan como promedios y desviaciones estándar (DE). Los resultados promedio del TI para todos los participantes se presentan en el "Inicio" (primera etapa del test incremental), M1 (punto medio entre la primera etapa y el UAn), UAn (cargas de trabajo del UV, UGI y UL), M2 (punto medio entre el UAn y la última etapa/agotamiento) y el "final" (última etapa/momento de agotamiento). Se realizaron comparaciones entre las intensidades de UAn identificado por diferentes métodos, a través del Análisis de Varianza, con post-hoc de Tuckey-Kraemer. El test t-student para muestras no apareadas se aplicó para comparaciones entre variables correspondientes de ambos grupos. Las relaciones entre las variables fueron determinadas a través de la correlación de Pearson. Adicionalmente, la concordancia entre la intensidad del UAn identificada por el lactato sanguíneo, que fue establecida como el patrón oro, y el UAn identificado a través de otros métodos en el presente estudio fue evaluada mediante la técnica de BUAnd y Altman²¹. El nivel de significancia establecido fue p<0,05.

Resultados

El UAn establecido por las respuestas ventilatoria, [lac] y [gluc], así como a través de los cocientes UV_VE/W y UL_[lac]/W, fue identificado para ambos grupos, pero en dos participantes diabéticos no pudo ser identificado el UGI. En general, para concluir el TI fueron necesarias 5 a 8 etapas para la mayoría de los individuos. Los promedios (±DE) de la VE, [lac], [gluc], cocientes UV_VE/W y UL_[lac]/W se presentan para los participantes diabéticos y los no diabéticos en las mismas intensidades relativas (Figura 3 A-E). En la Figura 4 (A-D) se presentan adicionalmente las concentraciones promedio de [lac] y [gluc] sanguíneos, pH, EB, pO₂ y pCO₂ en reposo y durante el test incremental. Tras alcanzar el UAn, las respuestas de la [gluc] y pO₂ fueron similares a las respuestas del [lac], mientras que el pH, EB y pCO₂ respondieron inversamente al [lac], VE y a los cocientes UV_VE/W y UL_[lac]/W (Figuras 3 y 4). A pesar de las diferencias entre los grupos presentadas en las Tablas 1 y 2, no se observó ninguna diferencia dentro de los grupos para carga de trabajo, consumo de oxígeno y frecuencia cardiaca con relación al UL, UV, UGI, UV_VE/W, UL_[lac]/W (p>0,05). Adicionalmente, las variables presentaron una alta correlación entre sí (Tabla 3) y la técnica de Bland y Altman evidenció una concordancia entre UL y el UAn identificado por otros métodos (Figura 5).

Discusión

El presente estudio comparó métodos para identificar el UAn en individuos con diabetes tipo 2 e individuos más jóvenes, no diabéticos. Esta elección de comparar a individuos con diabetes tipo 2 e individuos más jóvenes saludables y físicamente activos se debió al hecho de que, como se esperaba, estos grupos difieren en términos de composición corporal y aptitud física con relación a los resultados del VO₂pico y UAn. Aún así, los protocolos estudiados fueron consistentes dentro de los grupos, independientemente de sus características. Por lo tanto, nuestros principales hallazgos fueron que el UGI fue identificado en individuos con diabetes tipo 2 de forma similar a los individuos no diabéticos (Figuras 2 a-b y Figura 3), a pesar de las diferencias entre grupos en relación con sus características físicas y estado de salud. Se demostró en ambos grupos que el UAn puede ser identificado con éxito durante un test incremental en ciclo ergómetro empleando las respuestas de los cocientes VE/carga de trabajo y [lac]/carga de trabajo por medio de una función polinomial de segundo grado sin diferencias si se compara con otros métodos (Tabla 2). Además, los diferentes métodos para identificar el UAn en el presente estudio mostraron alta correlación entre sí y la técnica de Bland y Altman demostró una concordancia entre el UL y otros métodos para identificar el UAn en individuos diabéticos y no diabéticos (Tabla 3; Figura 5). En concordancia con nuestros estudios anteriores que comprendían individuos jóvenes y físicamente activos², el presente estudio mostró que no hay equilibrio ácido-base en intensidades por encima de los umbrales identificados durante el test incremental (Figura 4), lo cual sugiere que los protocolos estudiados son válidos para la identificación de intensidades en las que el equilibrio ácido-base puede ser mantenido durante el ejercicio. A pesar de la menor aptitud física de los individuos diabéticos en el presente estudio, los umbrales fueron observados entre el 60 y el 71%VO_{2 max} para ambos grupos (Tabla 1 y 2). Considerados juntos, nuestros hallazgos refuerzan la validez de los presentes métodos para identificar el UAn como una intensidad de ejercicio por encima de la cual aparece tanto la acidosis metabólica como la elevación de la [gluc].

Sugerimos que el UGI pueda demarcar una transición del predominio de la captación de la [gluc] para la producción de la [gluc] estimulada por las catecolaminas y el glucagon durante ejercicios de alta intensidad²². El UGI fue determinado en un 83,3% (10/12) de los participantes diabéticos, mientras que todos los participantes no diabéticos tuvieron su UGI identificado en el presente estudio. La no identificación del UGI en algunos participantes diabéticos fue causada por trastornos metabólico-hormonales o por efecto de agentes hipoglucemiantes, cuya utilización no fue interrumpida durante el estudio. Sin embargo, nuestros resultados indican que la intensidad del ejercicio que puede causar un aumento de la [gluc] fue identificada en forma similar por las respuestas del lactato sanguíneo o ventilatoria (Tabla 2), lo que, a su vez puede tener aplicaciones clínicas en el control de la glucemia y de la diabetes tipo 2. Considerando que los individuos con diabetes tipo 2 pueden tener problemas con la coagulación sanguínea y recuperación de daño tisular, la utilización del UV parece ser atrayente debido a su naturaleza no invasiva, aunque su costo es elevado. Nuestros datos demostraron que la relación VE/carga de trabajo a través de una función polinomial resulta en una ecuación de segundo grado que puede ser derivada y aplicada a fin de identificar en qué intensidad ocurre un aumento desproporcional de la VE y por lo tanto ocurre el UV (Figura 2). El modelo de la función polinomial de la razón VE/carga de trabajo resulta en una curva en U similar a la relación [lac]/carga de trabajo en ambos grupos. Este método permite la identificación del UAn sin análisis de O₂ y CO₂ o interpretación de dos o más especialistas. Además, por ser no invasiva, ella es independiente de cualquier valor específico de ventilación, pero por el contrario, dependiente de su comportamiento.

La resistencia a la insulina se viene asociando a la acumulación de grasa en el músculo¹⁸. La identificación del UAn a partir de la glucemia y de las respuestas VE/carga de trabajo son métodos simples que pueden identificar las intensidades ideales de ejercicio para el control de la glucemia en portadores de diabetes tipo 2. Mientras que el ejercicio agudo en la intensidad del UGI puede mejorar el perfil de la glucemia, crónicamente evitaría la acumulación de grasa en el músculo y así, mejoraría la sensibilidad a la insulina de tales pacientes. Sin embargo, estudios futuros deben investigar ambos efectos, agudo y crónico, del ejercicio realizado en intensidades relacionadas al UAn en individuos portadores de diabetes tipo 2.

Concluimos que, en forma similar a individuos no diabéticos, el UAn puede ser identificado de forma precisa en individuos con diabetes tipo 2 durante el test incremental en ciclo ergómetro, a través de las respuestas de glucemia, así como a través de la aplicación de una función polinomial de segundo grado en la relación VE/carga de trabajo. Además, los resultados obtenidos por la aplicación de los métodos propuestos para identificar el UAn no difirieron unos de otros y parecen indicar una intensidad de ejercicio por encima de la cual la glucemia está aumentada y se pierde el equilibrio ácido-base.

Agradecimientos

Los autores agradecen al CNPq (proc. 475575/2004-0) y SIGEP/UCB por el apoyo financiero. Además, nuestros agradecimientos al Dr. Ricardo Jacó de Oliveira por su colaboración y al LAFIT-UCB por la asistencia técnica.

Potencial Conflicto de Intereses

Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.

Fuentes de Financiación

El presente estudio fue financiado por el Cnpq.

Vinculación Académica

Este artículo forma parte de la tesis de Mestría y Doctorado de Sérgio R. Moreira, Gabrielle do Valle y Herbert G. Simões, por la Universidad Católica de Brasilia, Universidad Estadual de Florida y Universidad Federal de São Carlos.

Referencias