accedacris.ulpgc.es€¦ · a francisco josé vera garcía por abrirme las puertas de su...

187

Upload: others

Post on 30-Apr-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 2: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 3: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 4: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Anexo I

D/Dª...............................................................SECRETARIO/A DEL DEPARTAMENTO DE....................................................................... DE LA UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA,

CERTIFICA,

Que el Consejo de Doctores del Departamento en su sesión de fecha.............................tomó el acuerdo de dar el consentimiento para su tramitación, a la tesis doctoral titulada “Oxigenación Cerebral y Fatiga Durante el Ejercicio en Hipoxia Aguda” presentada por el/la doctorando/a D/Dª Rafael Sánchez de Torres-Peralta y dirigida por el/la Doctor/a Jose Antonio López Calbet Y para que así conste, y a efectos de lo previsto en el Artº 6 del Reglamento para la elaboración, defensa, tribunal y evaluación de tesis doctorales de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, firmo la presente en Las Palmas de Gran Canaria, a...de.............................................de dos mil............

Page 5: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 6: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Anexo II

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

Departamento/Instituto/Facultad___ Educación Física__________ Programa de doctorado___ Avances en Traumatología, Medicina del Deporte y Cuidado de Heridas_______________________________________________

Título de la Tesis Oxigenación Cerebral y Fatiga Durante Ejercicio en Hipoxia Aguda

Tesis Doctoral presentada por D/Dª ____ Rafael Sánchez de Torres-Peralta___ Dirigida por el Dr/a. D/Dª. __________José Antonio López Calbet___________ Codirigida por el Dr/a. D/Dª. ________________________________________ El/la Director/a, El/la Codirector/a El/la Doctorando/a, (firma) (firma) (firma) Las Palmas de Gran Canaria, a 4 de noviembre de 2015

Page 7: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 8: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 9: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Contenidos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  9  

CONTENIDOS

Agradecimientos ……………………………………………………………… 11

Lista de publicaciones originales ……………………………………………………………… 13

Fuentes de financiación ……………………………………………………………… 15

Abreviaturas ……………………………………………………………… 17

Resumen general ……………………………………………………………… 21

Summary ……………………………………………………………… 23

1. Introducción ……………………………………………………………… 25

1.1. Aparato músculo-esquelético……………………………………………………………. 25

1.2. Aspectos cardiovasculares y de flujo sanguíneo...................................................... 27

1.2.1 Respuesta cardiovascular al sprint……………… 31

1.3. Aspectos neuromusculares........................……...................................................... 32

1.4. Cambios que se mantienen tras el ejercicio .............…………………..................... 33

1.5. Fatiga . ……………………………………………………………. 35

1.6. Fatiga e hipoxia …………………………………………………………..... 37

1.7 Consideraciones metodológicas.............................................................................. 40

2. Objetivos ……………………………………………………………… 43

3. Hipótesis ……………………………………………………………… 45

4. Metodología ……………………………………………………………… 47

5. Resultados ……………………………………………………………… 63

6. Discusión ……………………………………………………………… 69

7. Conclusiones ……………………………………………………………… 81

8. Conclussions ……………………………………………………………… 83

9. Bibliografía ……………………………………………………………… 85

10. Apéndices-estudios I-III ………………………………………………………………

Page 10: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Contenidos    

Página  10    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 11: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                    Agradecimientos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  11  

AGRADECIMIENTOS

A José Antonio López Calbet por haberme descubierto el mundo de la investigación y haberme aceptado en el grupo Rendimiento Humano y Salud. No es fácil reducir en un párrafo la influencia de un maestro sobre un alumno. Y es toda influencia, como en el camino de cualquier proyectil, más visible al final del camino. Por eso ha sido tan importante recibirla ahora, al principio de este camino. Gracias por regalarme el más preciado tesoro que un ser humano puede regalar a otro: su tiempo. Mucho más de lo que pueda haber aprendido de fisiología y de otras ciencias, que es sin duda lo que buscaba y he conseguido, valoro lo que he aprendido de actitudes hacia la investigación y hacia el trabajo que he visto a diario.

A Cecilia Dorado García por permitirme participar en sus estudios. Pero sobre todo por siempre estar dispuesta a ayudarnos con una sonrisa. A José Ricardo Navarro del Tuero por haber sido un ejemplo de integridad y bondad durante todos estos años. Por el consejo adecuado, el mantenimiento idóneo y la ayuda en el momento preciso, por todo ese trabajo silencioso e invisible sin el que no podríamos hacer ni aprender a hacer. Pero, sobre todo, por preocuparse por los alumnos como si fuéramos su familia.

A Amelia Guadalupe Grau, gracias por haberme dado la oportunidad de mi primer poster en un congreso internacional, por haber valorado mi trabajo y por las técnicas que me has enseñado. Pero también por haber compartido momentos estupendos.

Para Jesús Ponce González gracias por haber liderado como post-doc el equipo que formamos

en algunos de los experimentos vitales en mi tesis y haberme enseñado durante ese tiempo, con tu ejemplo, otra forma de hacer las cosas. Pero sobre todo por enseñarme la importancia del carisma en el equipo, a disfrutar de mi tiempo de estrés y por la capacidad de sonreír en los tiempos difíciles.

Para David Morales Álamo por las largas conversaciones en el despacho y por haber

compartido la entrega y la dedicación, la docencia y el aprendizaje. Debatir contigo ha sido enriquecedor. A José Losa Reyna gracias por aguantar el esfuerzo y abrir camino. Por estar convencido de que

puedes lograrlo. Eres la personificación de que el laboratorio mejora con los años. A María Carmen García Chicano gracias por siempre estar dispuesta a ayudar a todos. Gracias

también por compartir con nosotros todos tus conocimientos sobre las técnicas de laboratorio. A los que ya no están o apenas estuvieron cuando llegué, a Teresa Fuentes, Lorena García,

Hugo Olmedillas, Borja Guerra, Ignacio Ara, Jorge Pérez y Germán Vicente, gracias porque todavía encuentro protocolos con vuestros nombres y sobre todo gracias por haber estado ahí cada vez que he tenido una duda con algo, demostrando que uno nunca debe olvidar de donde viene.

A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de

investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández de Elche noche y día para que pudiera aprender las técnicas de biomecánica que atesoraba. Por siempre tener tiempo para reunirse conmigo y aportarme todo su conocimiento. Guardo muy buenos recuerdos de mi estancia en su grupo y su ayuda.

To the personnel of the Sportswischanschaft at Salzburg Universtät. Thank you very much for

allowing me in your laboratories. It was a pleasure to work with your team. Thanks for having time for our meetings, and for your dedication. It was a honor to make my stay in your university.

Gracias a Javier Chavarren, Rafael Arteaga, José Antonio Serrano, Joaquín Sanchís Moysi,

Juan José Gonzalez Henriquez, por toda la ayuda recibida.

Page 12: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                               Agradecimientos    

Página  12    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

He de agradecer a la Universidad de Las Palmas de G.C. al servicio de Tercer Ciclo y

especialmente al Departamento de Educación Física las facilidades que me ha brindado.

Gracias al personal de la Facultad, Jose Luis, Mila, Anselmo, Julio, Yolanda, Macu y Maribel.

A todos los sujetos de ese estudio que tanto me ha dado “OXY”, y que han hecho posible todo

éste trabajo. A mi madre, porque crecí con la dedicación constante de una profesional muy reputada en el

campo del conocimiento que sin embargo sacrificó gran parte de su tiempo para imbuirnos la necesidad de educarnos, el respeto por el conocimiento y por enseñarnos el camino hacia la excelencia académica desde la niñez más temprana. Gracias por haberme enseñado a estudiar.

A mi padre, por ser una de las personas capaces de ver las cosas dando prioridad al sentido

común, pero desde el conocimiento y la reflexión. Gracias por enseñarme a tomar distancia, a centrarme en lo verdaderamente importante, a saber renunciar. Pero sobre todo gracias por haberme enseñado a pensar.

A Susana Jato-Sánchez O´Shane por ser la primera persona en haberme acercado a la ciencia desde dentro. En resumen el niño que te conoció y tuvo el honor de aprender de ti no sería el adulto que soy de no haber compartido una parte del camino. Has sido un ejemplo para mí en todos los aspectos de mi vida.

A Fernando Carrillo Cremades por haber sido un modelo para todas las personas que le rodeaban durante la formación que tuve el honor de recibir de usted. En ella aprendí junto a otras cosas los verdaderos límites de mi cuerpo y de mi mente. Pero especialmente por haberme enseñado la diferencia entre poder hacer algo y estar dispuesto a hacerlo. Y porque haciéndolo puso mi propia vida en mis manos y me dio la oportunidad de reeducarme a mí mismo

A Daniela Penz, sin quien nada de lo que hago o he hecho sería posible. Un proyecto de vida en

común no es lo único que nos une. Gracias por ser un ejemplo en organización, rigor, dedicación y constancia y por estar siempre a mi lado. Gracias por haberme enseñado a crecer.

A Leonardo, mi hijo, que con su valentía, tesón, y grandeza pero, sobre todo, con su insaciable

curiosidad, me ha enseñado a saber qué hacemos y cuáles son los límites de lo que hacemos, pero sobre todo por qué hacemos lo que hacemos. Y mi máxima motivación para seguir estudiando es algún día llegar a ser un modelo para ti que te ayude a ser la mejor versión de ti mismo que puedas llegar a ser.

Page 13: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                    Agradecimientos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  13  

LISTADO DE PUBLICACIONES ORGINALES

La presente tesis se basa en las siguientes publicaciones:

1º/ Muscle activation during exercise in severe acute hypoxia: role of absolute and relative intensity. Torres-Peralta Rafael, Losa-Reyna José, González-Izal Miriam, Perez-Suarez Ismael, Calle-Herrero Jaime, Izquierdo Mikel, and Calbet José A.L. High Altitude Medicine & Biology. December 2014, 15(4): 472-482. 2º/ Task failure during exercise to exhaustion in normoxia and hypoxia is due to reduced muscle activation caused by central mechanisms while muscle metaboreflex does limit performance. Rafael Torres-Peralta, David Morales-Alamo, Miriam Gonzalez-Izal, Jose Losa Reyna, Ismael Perez-Suarez, Mikel Izquierdo, Jose Antonio L Calbet. (Under review). 3º/ Oxygenation at fatigue in hypoxia increases muscle activation and relieves fatigue: influence of PIO2. Rafael Torres-Peralta, Jose Losa Reyna, David Morales-Alamo, Miriam Gonzalez-Izal, Ismael Perez Suarez, Mikel Izquierdo, Jose Antonio L Calbet. (Submitted).

Page 14: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                               Fuentes  de  financiación    

Página  14    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 15: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                               Fuentes  de  financiación      

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  15  

Fuentes de financiación:

Los estudios que componen esta tesis doctoral han sido cofinanciados por el Ministerio

de Educación y Ciencia (DEP2009-11638; DEP2010-21866, and FEDER) y VII Convocatoria de

Ayudas a la Investigación Cátedra Real Madrid- Universidad Europea de Madrid (2015/04RM).

Rafael Sánchez de Torres-Peralta ha recibido financiación como becario de pregrado

para la realización de Tesis de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria dentro del

programa de Formación de Profesorado Universitario.

Page 16: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                               Listado  de  Abreviaturas    

Página  16    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 17: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                  Listado  de  Abreviaturas    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  17  

LISTADO DE ABREVIATURAS

ADP: Adenosín difosfato.

ATP: Adenosín trifosfato.

AMP: Adenosín monofosfato.

BF: (Biceps femoris), bíceps femoral.

BMC: (Bone mineral content), contenido mineral óseo.

Ca: Calcio.

CNS: (Central Nervous System), sistema nervioso central.

d.w.: (Dry weight), peso seco.

diff a-vO2: (arteriovenous oxygen difference), diferencia arteriovenosa de oxígeno.

DXA: (Dual -energy X-ray absorptiometry), absorciometría fotónica dual de rayos X.

ECG: (Electrocardiogram), electrocardiograma.

EMG: (Surface electromyogram), electromiograma de superficie.

EMGRMS: (Root mean square of EMG), raíz cuadrada de la media de los cuadrados del EMG.

FIO2: (Inspired oxygen fraction), fracción inspiratoria de oxígeno.

H+: (Hydrogen ion) hidrón.

Hb: (Hemoglobine), hemoglobina.

HR: (Heart Rate), frecuencia cardiaca.

HRmax: (Maximal heart rate), frecuencia cardiaca máxima.

Hyp: (Hypoxia), hipoxia.

Hypb: (Session in hypoxia with biopsies taken), sesión en hipoxia con obtención de biopsias.

IE: (Incremental exercise to exhaustion) ejercicio incremental hasta el agotamiento

Lac: (Lactate), lactato.

MAP: (Median arterial pressure), presión arterial media.

MdPF: (Median power frequency), frecuencia mediana de la densidad espectral de potencia.

MPF: (Mean power frequency), frecuencia media de la densidad espectral de potencia.

MPO: (Wingate Mean Power Output), potencia media en el test de Wingate.

Page 18: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                               Listado  de  Abreviaturas    

Página  18    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

MVC: (Maximal voluntary contraction), contracción máxima voluntaria (fuerza isométrica

máxima).

NO: (Nitric Oxide), óxido nítrico.

Nx: Normoxia

Nxb: (Session in normoxia with biopsies taken), sesión en normoxia con obtención de biopsias.

ODC: (Oxygen dissociation curve), curva de disociación del oxígeno.

PaO2: (Arterial oxygen pressure), presión arterial de oxígeno.

PCr: (Phosphocreatine), fosfocreatina.

PETCO2:(End tidal Carbon Dioxide Pressure), presión de CO2 al final de la espiración.

PETO2: (End tidal Oxygen Pressure), presión de O2 al final de la espiración.

Pi: (inorganic phosphate), fosfato inorgánico.

PIO2: (Inspiratory O2 pressure), presión inspiratoria de oxígeno.

PO2: Presión de oxígeno en vena femoral

PPO: (Peak Power Output), pico de potencia en el test de Wingate.

Q: (Cardiac output) , gasto cardíaco.

RER: (Respiratory Exchange Ratio), cociente respiratorio.

RF: (Rectus femoris), recto femoral del cuadriceps.

RMS: (Root mean square), raíz cuadrada de la media de los cuadrados.

RMSNz: (Normalized root mean square), RMS normalizado.

RPM: (Revolutions per minute), revoluciones por minuto.

RR: (Respiratory Ratio), frecuencia respiratoria.

CNS: (Central Nervous System), sistema nervioso central.

SaO2: (oxygen arterial saturation), saturación arterial de oxígeno.

SD: (standard deviation), desviación standard.

SV: (Systolic Volume), volumen sistólico

TAI: (Total activation index), índice de activación total.

TPR: (Total peripheral resistance), resistencia periférica total.

VE: (Minute ventilation), ventilación por minuto.

Page 19: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                  Listado  de  Abreviaturas    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  19  

VM: (Vastus medialis), vasto medial del cuádriceps.

VL: (Vastus lateralis), vasto lateral del cuádriceps.

VO2: (Oxygen consumption), consumo de oxígeno.

VO2max: consumo de oxígeno máximo

VO2peak: (Peak oxygen uptake), pico de consumo de oxígeno.

Wingate: (30s all out test on cycloergometer), sprint máximo de 30s en cicloergómetro.

Wmax: (Peak power output at exhaustion during the incremental exercise test), vatios máximos

en el test incremental realizado para determinar el VO2max.

Wmean: (Mean power output during the 10s sprint test), potencia media durante sprints de 10s.

Wpeak-i: (Instantaneous peak power output), potencia instantánea máxima en el test de sprint.

w.w.: (wet weight), peso húmedo.

Page 20: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                       Resumen    

Página  20    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 21: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                 Resumen    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  21  

RESUMEN GENERAL

La fatiga humana es la incapacidad para mantener el nivel de potencia o generar

máxima potencia durante el esfuerzo, que puede ser causada por mecanismos neurales, de

transmisión o musculares. Las diferencias entre el rendimiento en condiciones de hipoxia

aguda o normoxia han sugerido un posible papel de la oxigenación cerebral en estos procesos.

Para comprobar si la oxigenación cerebral es el factor determinante en el cese del esfuerzo en

una prueba incremental hasta el agotamiento reclutamos a 11 sujetos sanos que realizaron 8

ejercicios incrementales hasta la fatiga, muchos de ellos con sprints previos y posteriores, en

distintas condiciones de oxigenación. Estos experimentos combinaron hipoxia severa aguda,

distintos cambios en fatiga a distintas oxigenaciones relativas, normoxia y oclusión de los

miembros inferiores durante distintas recuperaciones. En el estudio I demostramos que los

durante el ejercicio incremental hasta el agotamiento la activación muscular es mayor en

hipoxia que en normoxia a la misma intensidad absoluta, pero menor en hipoxia que en

normoxia a la misma intensidad relativa..En el estudio II la recuperación del muscular fue

bloqueada ocluyendo la circulación con un compresor rápido durante los descansos entre el

test incremental y el sprint subsiguiente. Como consecuencia se produjo un aumento del 20%

de la concentración muscular de lactato tras un minuto de isquemia, sin que ello produjera

deterioro alguno de la capacidad de sprint, a pesar de un descenso de la actividad registrada

en el electromiograma. En el estudio II demostramos que el fallo en la tarea o imposibilidad de

continuar el ejercicio incremental hasta el agotamiento se debe a mecanismos centrales y no a

incapacidad del músculo para responder a las órdenes del sistema nervioso. La suma de

resultados muestran que la decisión de detener un esfuerzo incremental radica

fundamentalmente en el sistema nervioso y que la oxigenación del mismo juega un papel

importante en la percepción del esfuerzo y la capacidad de activación de los sistemas

cardiorespiratorio y músculo-esquelético durante el ejercicio incremental. En el estudio III de la

presente tesis se demostró que la hipoxia severa equivalente a una altitud superior a los 4300

Page 22: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                       Resumen    

Página  22    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

m sobre el nivel del mar, pero no la hipoxia moderada, genera una disminución en la activación

muscular durante el ejercicio.

Page 23: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                 Summary    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  23  

SUMMARY

Human fatigue is the inability to maintain the intensity of exercise or generate maximum power,

which may be caused by neural mechanisms or muscular mechanism. The differences in

performance between exercise in acute hypoxia and normoxia have suggested a possible role

of cerebral oxygenation in these processes. To test whether brain oxygenation is the main

determining factor in the cessation of effort during an incremental test to exhaustion, we

recruited 11 healthy subjects who performed eight incremental exercise test to fatigue, many

with pre- and post sprints at different oxygenation levels. These experiments combined

incremental exercise to exhaustion in severe acute hypoxia, with transitions to different levels of

oxygenation, and incremental exercise followed by vascular occlusion of the lower extremities of

different durations and sprint exercise. In the study I, it has been shown that muscle activation is

higher in hypoxia than in normoxia at the same absolute intensity, but lower in hypoxia than in

normoxia at the same relative intensity, during incremental exercise to exhaustion. In the study

II, we showed that the task failure or inability to continue the incremental exercise to exhaustion

is due to central mechanisms rather than inability of the muscle to respond to the orders of the

central nervous system. In study II, muscle recovery was blocked by occluding circulation with a

fast compressor during the breaks between the incremental test and subsequent sprint. As a

result there was a 20% increase in muscle lactate concentration after 60 s of ischemia.

However, performance was increased with ischemic recovery despite lower root mean square

electromyogram values. In the study III of this thesis, it has been shown that severe hypoxia

equivalent to an altitude above 4300 m, but not moderate hypoxia, causes a decrease in muscle

maximal activation during incremental exercise to exhaustion. Overall, this thesis shows that the

decision to stop an incremental exercise to exhaustion relies primarily on the central nervous

system, with brain oxygenation playing a critical role in the perception of effort and the ability to

activate the cardiorespiratory and musculoskeletal systems during exercise incremental.

Page 24: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  24    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 25: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  25  

1.INTRODUCCIÓN

El ejercicio incremental hasta el agotamiento (IE) probablemente sea el test más usado

para examinar la condición física y las capacidades cardiorespiratorias. Este tipo de test es

considerado el “gold standard” para determinar el consumo de oxígeno máximo (VO2max)

(Mitchell et al., 1958; Tipton, 2003). Pero paradójicamente los mecanismos que determinan el

agotamiento o fallo en la tarea, es decir, la incapacidad para continuar el esfuerzo no son

suficientemente conocidos todavía.

1.1 Aparato músculo-esquelético

El movimiento como herramienta fundamental para la supervivencia es imprescindible

para los humanos desde el momento en que los movimientos cardiacos y respiratorios son

inevitables. Pero más allá de estos pequeños movimientos inevitables, los que nos permiten

mover nuestro esqueleto son también cruciales para la conducta de relación con el medio y,

por ello, para la supervivencia.

Para lograrlo tenemos células responsables de generar fuerza, la fibra muscular. Estas

fibras son capaces de contraerse para transformar energía metabólica en fuerza física de

tracción. No obstante tienen límites. Algunos de ellos en cuanto a la capacidad de generación

de potencia son fundamentalmente conocidos y tienen que ver con la estructura o la función de

la célula. Pero existen otros que aún desconocemos.

La activación muscular se ha representado frecuentemente utilizando la amplitud de la

señal electromiográfica (EMG). Esta señal va aumentando a medida que se aumenta la

intensidad de un ejercicio incremental hasta el agotamiento (Taylor & Bronks, 1996; Osawa et

al., 2011) debido a la combinación de reclutamiento adicional de unidades motoras junto al

aumento en las frecuencias de descarga de las motoneuronas aumentando la intensidad de la

contracción y aumentando la potenia generada (Gottlieb & Agarwal, 1971; Ericson, 1986; Weir

et al., 1992; Gonzalez-Izal et al., 2012). Pero también aumenta cuando realizamos

contracciones repetidas submáximas (Viitasalo & Komi, 1977), estáticas o dinámicas, aun sin

Page 26: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  26    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

aumentar la potencia a realizar durante el ejercicio (Bigland-Ritchie et al., 1986; Hausswirth et

al., 2000; Sarre & Lepers, 2005), posiblemente a través de reclutamiento de unidades motoras

adicionales a medida que se van fatigando (Fulco et al., 1996). Puede estar acompañado de

aumentos o disminuciones en frecuencia media (Xie & Hampf) o mediana (Xie & Hampf)

dependiendo de las intensidades (Arendt-Nielsen et al., 1989) o tipo de contracciones, número

de repeticiones realizadas y momento en el que se efectúa el registro de en relación al grado

de fatiga muscular y comportamiento de la potencia (Tesch et al., 1990; Pincivero et al., 2001;

Sarre & Lepers, 2005; Izquierdo et al., 2011). No obstante, existe cierto consenso al considerar

que durante contracciones repetidas a alta intensidad un descenso de MPF reflejaría fatiga

muscular (Amann et al., 2006) especialmente si la potencia está disminuyendo aunque en

ocasiones es difícil separar un factor del otro. De acuerdo con esta idea a intensidades

constantes también se ha descrito una reducción de MPF al quedar exhausto (Hausswirth et

al., 2000).

A cualquier intensidad absoluta, el esferzo percibido es mayor si se está realizando en

hipoxia severa (e.g. FIO2<0.115) y se considera una intensidad relativa mayor debido a que

durante el ejercicio incremental llegará a un menor VO2max (Calbet et al., 2003a) y se espera

por tanto que el uso de masa muscular será mayor y la amplitud de EMG también será mayor.

Incrementar la intensidad de ejercicio sobre el umbral de producción sostenible de lactato

genera un reclutamiento de unidades motoras que ha sido demostrado con resonancia

magnética (Endo et al., 2007). La hipoxia reduce la activación de origen central (Millet et al.,

2012) debido a menor oxigenación del cerebro (Goodall et al., 2012) aunque los datos han sido

contradictorios por la existencia de estudios que no mostraron este efecto de la hipoxia durante

ejercicio estático (Millet et al., 2012) o dinámico (Taylor & Bronks, 1996; Donnelly & Green,

2013) o incluso el efecto contrario (Fulco et al., 1996). Discrepancias probablemente debidas a

los distintos músculos medidos, los tipos de activación registrados y la marcada

heterogeneidad inter e intra-músculo en cuanto a los patrones de activación (Hug et al., 2004;

Cannon et al., 2013). Probablemente por este motivo la relación entre activación motora de

Page 27: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  27  

origen central, la activación voluntaria y los parámetros de EMG ha sido bastante controvertida

(Verges et al., 2012).

La fibra muscular no trabaja sola. La contracción muscular genera eventos eléctricos,

iónicos, mecánicos, metabólicos y oxidativos. Campos electrostáticos asociados con la

descarga de la motoneurona, liberación de calcio en el músculo, tensión mecánica en el hueso,

disminución de disponibilidad de energía en la célula y producción de radicales libres. Cada

uno de estos fenómenos influencia la actividad enzimática y la expresión génica en cada uno

de los órganos afectados por el ejercicio de manera independiente, pero además se influencian

entre sí y actúan en conjunción con la estimulación hormonal y con las propiedades específicas

de cada órgano de generar sus propias vías de señalización, de manera redundante y

alternativa a los mecanismos del sistema nervioso y el endocrino (Borer). así que haremos un

corto repaso de aspectos sistémicos que colaboran sinérgicamente para el movimiento y que

puedan ser considerados relevantes a efectos de esta tesis.

1.2. Aspectos cardiovasculares y de flujo sanguíneo

La presión aórtica aumenta durante el ejercicio mientras que la presión en la aurícula

derecha se mantiene cercana a 0 para aumentar el flujo sanguíneo, mientras que la resistencia

periférica total (TPR) desciende debido, en parte, a sustancias vasodilatadoras excretadas

desde los músculos activos y vasoconstrictoras por parte de los vasos que los rodean para

mantener la presión arterial media (MAP) a pesar de la vasodilatación muscular (Smith &

Fernhall, 2011).

La respuesta vasoconstrictora es imprescindible para evitar hipotensión durante el

ejercicio con grandes masas musculares y es provocada por activación simpática desde los

centros de control cardiovascular en el cerebro que causan una vasoconstricción sistémica a la

que se oponen las fibras musculares activas a través de la liberación de sustancias

vasodilatadoras que impiden el efecto vasoconstrictor de la noradrenalina (ATP y tal vez óxido

nitrítico) en un proceso de recibe el nombre de "simpatolisis funcional".

Page 28: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  28    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Esta activación simpática está mediada por receptores adrenérgicos alfa1 y alfa2

(Rosenmeier et al., 2003). Los factores liberados desde las células endoteliales (óxido nítrico

(NO) y prostaciclinas) tienen también una función en la hiperemia al causar la relajación de la

musculatura lisa, lo que produce dilatación de los vasos ante un aumento en el flujo que ya se

está produciendo. La presión genera no sólo un aumento de la liberación de NO sino también

un aumento de la producción. Para que se produzcan estos cambios han debido darse

aumentos en flujo probablemente causados por un aumento en la concentración de adrenalina

y/o valores intersticiales de potasio que produciría la hiperpolarización de la fibra de músculo

liso y con ello a su vasodilatación. Además el descenso de pH y de valores intramusculares de

oxígeno bien por la hipoxia que causaría un descenso en el aporte o por el incremento de su

consumo durante el ejercicio puede también inducir una vasodilatación concurrente (Clifford &

Hellsten, 2004). Dado que las células endoteliales se comunican con las siguientes (Bartlett &

Segal, 2000) y sortean los saltos con conexiones para transmitir la señal vasodilatadora a

través de la microcirculación (Little et al., 1995) se puede producir una respuesta altamente

integrada que permite la perfusión suficiende de los músculos activos, evitando la perfusión de

zonas no activas.

La vasodilatación mediada por el flujo se llama así por necesitar ejercer presión sobre

las células epiteliales y, como tal no, parece que sea de importancia al inicio del ejercicio pero

resulta de importancia para mantener la hiperemia. Tenemos dos mecanismos mecánicos que

trabajan sinérgicamente, la vasodilatación mediada por el flujo y el bombeo muscular, que

contribuyen a la hiperemia durante el ejercicio al forzar la presión la dilatación de las venas y

simultáneamente exprimirlas.

Para controlar los cambios rápidos de presión de perfusión que crearían desviaciones

de la presión de flujo existen cambios compensatorios del tono vascular llamados regulación

miogénica (Walker et al., 2007).

La combinación de un sistema de vasoconstricción con uno vasodilatador local permite

redistribuir el aporte de sangre durante el ejercicio en flujos diferentes para tejidos distintos de

Page 29: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  29  

manera regulada por la necesidad, mientras que se mantiene la presión arterial media dentro

de los límites de seguridad tanto superior como inferior.

Podría pensarse que, si un aumento en la actividad aumenta el flujo a través de la

liberación de sustancias, en gran medida es la fibra muscular la que regula su propio flujo, pero

está lejos de ser tan sencillo.

A pesar de estos datos hay cierta discusión sobre los papeles de la vasodilatación y el

bombeo muscular al inico y mantenimiento del esfuerzo. Se ha sugerido que la acumulación de

metabolitos podría ser demasiado lenta para causar el aumento de flujo de los primeros

segundos, por lo que el bombeo podría ser lo más importante en esta fase (Tschakovsky et al.,

1996). En este sentido también se ha visto que la frecuencia de contracción puede ser más

importante que la fuerza con la que se contrae para este aspecto (Sheriff & Hakeman, 2001).

Pero por otro lado algunos estudios han mostrado que puede aumentar la hiperemia aunque el

bombeo esté minimizado (Shoemaker et al., 1998; Tschakovsky et al., 2004). En este sentido

también se ha visto que si se causa vasodilatación farmacológicamente antes del ejercicio no

se causa más dilatación durante el esfuerzo (Hamann et al., 2003). Lo que se ha confirmado

con músculo animal es una vasodilatación rápida a 2s del inicio del ejercicio y una pérdida de la

hiperemia inicial si se inhibe la vasodlatación bloqueando la hiperpolarización de la musculatura

lisa (Hamann et al., 2004).

Una unidad microvascular perfundida durante el ejercicio depende de la intesidad a la

que las fibras adjaventes liberan sustancias vasoactivas, pero no existe una relación de

igualdad entre número de fibras y de unidades microvasculares. La inervación es un diseño

tipo mosaico con cierta tendencia a perfundir fibras inactivas. De modo que el músculo en su

conjunto sería la unidad responsable de su propia regulación del flujo a recibir, pero esto sería

así de no existir competencia entre áreas vasculares por el aporte sanguíneo.

El flujo sanguíneo al músculo durante el ejercicio aumenta en función de la intensidad

pero hasta alcanzar el límite de las posibilidades de suministro que ofrece la bomba cardiaca

(Calbet et al., 2004). Existe una cantidad límite de flujo (Q) lo que fuerza una competición entre

lechos vasculares y la redistribución del flujo desde músculos que se ejercitan hacia otras

Page 30: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  30    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

áreas limitando el aporte que reciben. Se trata de un mecanismo que ha sido demostrado con

resistencia aplicada a los músculos respiratorios durante el esfuerzo. Esta limitación hace

necesarios algunos mecanismos que produzcan un cierto nivel de vasoconstricción incluso

durante el ejercicio para mantener la presión sanguínea mientras la noradrenalina ayuda a

contractuar contra los vasodilatadores locales en otras áreas (Rowell, 1997).

Durante el ejercicio una proporción creciente del flujo (Q) se dirige a la circulación

cutánea para disminuir la temperatura central compitiendo con las necesidades de otras zonas.

Aunque inicialmente se constriñen los vasos cutáneos al iniciar el esfuerzo debido al impulso

simpático y baja el flujo sanguíneo inicial (Kellogg et al., 1991) favoreciendo su envío al

músculo que se ejercita, cuando el centro corporal alcanza su umbral de temperatura el

hipotálamo causa una vasodilatación cutánea (Johnson & Park, 1981). Este aumento de flujo

correlaciona con el aumento de temperatura hasta un límite superior alrededor de los 38ºC

cuando se atenúa la señal vasodilatadora a la circulación de la piel (Kenney et al., 1991). En

cualquier caso se ha propuesto que el flujo sanguíneo correlacionaría con el consumo de

oxígeno independientemente del tipo de fibras que compongan el músculo (Marsh & Ellerby,

2006). Aparentemente el flujo a la musculatura estaría más relacionado con la intensidad del

metabolismo de la actividad contráctil que con el trabajo que se realiza (Clifford et al., 2005)

El volumen sistólico (SV) en un incremental va aumentando hasta alcanzar un plateau

salvo en individuos muy entrenados que podrían seguir aumentándolo hasta sus cargas

máximas (Zhou et al., 2001).

Es importante recordar que existe una diferencia importante en la respuesta del cuerpo

a un ejercicio de larga duración como un IE que fundamentalmente utiliza vías aeróbicas para

la obtención de energía y la que da a un ejercicio de fuerza o potencia de duración corta como

un test de sprint en cicloergómetro (Wingate). La respuesta cardiovascular responde de

manera coordinada e integrada para asegurar que se le aporta suficiente sangre a los

músculos activos en función de la proporción de energía que se obtiene por vía aeróbica,

fundamentalmente relacionada con la intensidad, y la duración. Al recibir una proporción

importante de la energía a través de vías anaeróbicas en algunos ejercicios la respuesta es

Page 31: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  31  

diferente, pero recordemos que siempre existe una proporción de energía que será producida

aeróbicamente. Para los sprints la respuesta es muy parecida a la que se produce en ejercicio

de fuerza, pero es generalmente difícil de estudiar por problemas metodológicos. A pesar de

ello sabemos que se producen altos aumentos de presión sanguínea y modestos incrementos

en gasto cardiaco.

1.2.1 Respuesta cardiovascular en sprint

El aumento de frecuencia cardiaca (HR) está probablemente relacionada a la retirada

de impulso vagal mientras que el sistema nervioso simpático estimula el corazón utilizando

comando central y la información proporcionada por los mecanoreceptores y quimioreceptores

musculares. Aún en ejercicios de grandes grupos musculares dinámicos de corta duración

cercanos a los dos minutos la HR ya aumenta hasta un 40% descendiendo el volumen sistólico

(SV) solamente en un 5% (Elstad et al., 2009). La ausencia de cambios en SV pueden deberse

a una disminución de la precarga, aumento de la postcarga y una contractilidad aumentada.

La precarga puede haber disminuido al disminuir el tiempo de llenado por la mayor HR

además de un decreso en retorno venoso por oclusión mecánica mientras el músculo esté

contraído y en el caso de ejercicios de fuerza por la maniobra Vasalva. El aumento de presión

arterial aumenta la postcarga con lo que disminuye el SV a pesar de que se aumente la

contractilidad del corazón.

Durante los ejercicios de fuerza de doce repeticiones hasta la fatiga en duraciones

cercanas al minuto y medio, la HR aumenta 50 latidos por minuto pero el SV cae un 20% (Miles

et al., 1987), apenas aumentando 1L el gasto cardiaco. Incluso aumentando la intensidad en

prensa de piernas hasta el fallo al 95% de la fuerza máxima dinámica los autores vieron que el

gasto cardiaco aumentó sólo modestamente y dependiente de la HR (Lentini et al., 1993). Pero

además cuando se llega a la fatiga con cargas submáximas se alcanzan cantidades de trabajo

y HR superiores que las que se alcanzan con una repetición máxima (Fleck & Dean, 1987)

aunque en algunos ejerciciods de fuerza de alta intensidad sobre el 80% del máximo se

Page 32: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  32    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

detectan HR elevadas, especialmente altas justo antes de la extenuación (MacDougall et al.,

1985).

La resistencia periférica aumenta a niveles importantes pero no extremos durante

ejercicios de fuerza (MacDougall et al., 1985), así que la presión sistólica aumenta y la HR

aumenta modestamente por lo que podemos asumir un incremento similar de consumo de

oxígeno miocárdico (Nelson et al., 1974). Esta resistencia periférica y la HR han resultado ser

mayores en ejercicios cíclicos hasta la extenuación a diferentes cargas, mientras que la presión

sistólica fue similar (Featherstone et al., 1993). La evidencia sugiere un equilibrio más favorable

de aporte de oxígeno al corazón durante ejercicios cíclicos de resistencia por una presión

diastólica más alta y una HR más baja (Braith & Stewart, 2006).

En ejercicios de fuerza con cargas muy altas no obstante aumenta la presión

sanguínea más que en los ejercicios aeróbicos tanto la sistólica como en diastólica con poco

incremento del gasto cardiaco.

Durante una serie o un sprint va aumentando la presión sanguínea. La maniobra

Vasalva, mantener el aire inspirado, aumenta significativamente esta presión (McCartney,

1999), y se ha sugerido que podría tener un efecto protector de la presión que sufriría el arbol

cerebrovascular y el corazón. Por otro lado espirar permite bajar la presión sanguínea un 40%

(Narloch & Brandstater, 1995) pero intcrementa la presión intracraneal (Haykowsky et al., 2003)

y la presión en la pared ventricular al final de la fase sistólica (Haykowsky et al., 2001).

La resistencia periférica total (TPR) depende de la intensidad del ejercicio de fuerza,

siendo su comportamiento simliar a la aeróbica mientras se trate de intensidades bajas pero

con un menor descenso (Lewis et al., 1985), mientras que a altas intensidades la TPR

aumenta, probablemente, debido al aumento de presión intramuscular y los valores retornan a

los valores de resposo durante las fases no activas (Lentini et al., 1993).

1.3 Aspectos neuromusculares

El reclutamiento de fibras musculares ha sido explicado por el principio de Heinemann

o principio del tamaño, que dicta que las fibras más pequeñas son más fáciles de activar que

Page 33: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  33  

las mayores y por ello serían reclutadas antes. Este principio ha sido comprobado en animales

y humanos con varios modelos experimentales (Rothwell et al., 1991; Bawa & Lemon, 1993), y

la conclusión lógica sería que el orden de reclutamiento estaría muy relacionado con el tipo de

fibras de la unidad motora y, por ende, del tamaño de la motoneurona. Esto sería así de

tratarse de incrementos de estímulo progresivos o de trabajo muscular exclusivamente

isométrico con contracciones tetánicas máximas, pero no explica todas las formas de

movimiento posibles.

Actualmente se está cuestionando el verdadero sentido del tamaño de la motoneurona

y se están teniendo en cuenta algunos otros factores en la explicación del movimiento

voluntario humano, como que sólo usamos algunas fibras de cada músculo en un movimiento,

que las usamos en cualquier grado de sus capacidades de creación de fuerza y que la

generación de fuerza de las fibras no está sincronizada de manera que cada movimiento es

una suma de contracciones de distintos tipos (Gardiner, 2011), pero parece que existen una

serie de maneras sistremáticas de reclutar fibras durante el ejercicio. Parece que neuronas de

varios tipos son utilizadas por el sistema nervioso central en combinaciones de reclutamiento y

dedicaciones variadas apropiadas para cada tarea.

Afortunadamente las propiedades de la señal electromiográfica de superficie permiten

estimar los patrones de reclutamiento, dado que las unidades motoras rápidas y lentas tienen

potencia espectral similar pero frecuencias distintas y se están investigando variaciones en los

patrones de reclutamiento motor durante ejercicios cíclicos (Wakeling, 2004).

.

1.4. Cambios que se mantienen tras el ejercicio

También tenemos que tener en cuenta ciertos cambios que se producen después de

terminado el ejercicio que pueden afectar a ejercicios realizados a continuación, como el sprint

posterior.

En primer lugar el volumen de plasma disminuye debido a la pérdida de fluido durante

el ejercicio y al cambio de compartamento del mismo. Durante los ejercicios de fuerza se ha

hallado una fuerte correlación entre este descenso de plasma y el aumento de área debido a

Page 34: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  34    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

un movimiento de fluido desde el espacio vascular a los músculos activos tras este tipo de

ejercicios (Ploutz-Snyder et al., 1995) probablemente causado por aumento de osmolaridad del

músculo debido a un aumento en lactato y otros solutos (Sjogaard & Saltin, 1982) y a una

mayor presión hidrotstática por aumento de la presión sanguínea. En cualquier caso los

volúmenes de plasma desplazados por este motivo se normalizan de nuevo tras 30 minutos.

El ejercicio aeróbico también aumenta la distensibilidad arterial durante y hasta 30

minutos después del ejercicio favoreciendo un descenso de lapresión arterial (Kingwell et al.,

1997). Esta vasodilatación pobablemente está causada por cambios en tono simpático, niveles

de hormonas circulantes o liberación de metabolitos desde los tejidos. Con ello la velocidad de

pulso de la onda, relacionada con esta distensibilidad, se mantiene disminuida durante una

hora en las arterias (Kingwell et al., 1997) pero no tiene relación con la presión arterial media

(MAP), que se normaliza apenas diez minutos después del ejercicio (Naka et al., 2003).

Tras ejercicio aeróbico el Q de reposo se mantiene usando una más baja HR (Rowland

& Roti, 2004) posiblemente relacionado con el tono vagal (Shi et al., 1995).

El ejercicio agudo altera la función de los factores sanguíneos relacionados con la

coagulación y la fibrinolisis que inducen un estado procoagulatorio y profibrinolítico. Se activan

las plaquetas y la agregación de las mismas en proporción directa a la intensidad del ejercicio

Además se produce un aumento de rigidez de las arterias centrales cuando se ejercita

el cuerpo entero a alta intensidad. Se ha sugerido que podría ser debido a la alta presión

sanguínea (Fahs et al., 2009). a pesar de que dura 30 minutos tras el ejercicio mientras que la

presión vuelve a valores iniciales a los 15 minutos (DeVan et al., 2005) por lo que otras

explicaciones como un aumento del tono simpático que aumentaría el tono vasoconstrictor de

la musculatura lisa (Heffernan et al., 2007) se han propuesto a pesar de la pequeña cantidad

de musculatura en estas arterias y una similar modulación en ejercicios aeróbicos y de fuerza.

Por otro lado se produce y mantiene una disminución en la rigidez de las arterias

periféricas que se cree sea debida a la vasodilatación en respuesta al ejercicio al aparecer sólo

en los músculos ejercitados (Heffernan et al., 2006). Algunos estudios muestran aumentos en

la microcirculación tras ejercicio agudo de fuerza independiente del nivel de entrenamiento

Page 35: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  35  

previo (Fahs et al., 2009). Contrariamente a lo anteriormente pensado se ha aceptado el

descenso de la presión arterial de reposo tanto sistólica como diastólica tras un ejercicio de

fuerza (Cornelissen & Fagard, 2005) y se piensa que puede tener que ver con la modulación

del tono vascular miogénica (Heffernan et al., 2009).

1.5. La fatiga

La fatiga muscular podemos entenderla como cualquier reducción reversible por el

descanso (Gandevia, 2001) en la capacidad de generar potencia o fuerza muscular,

independientemente de la capacidad o no de mantener una tarea (Bigland-Ritchie & Woods,

1984). Existe dentro del concepto un aspecto que genera más complicación en el proceso de

medida de este fenómeno que sería la pérdida de eficiencia durante el ejercicio, de manera que

conllevaría la necesidad de hacer más esfuerzo para generar el mismo trabajo. Se entiende

que conllevaría la disminución de la capacidad de generar una potencia máxima, lo que en

parte simplifica su medición, pero se comienza a generar antes de que se interrumpa una

tarea.

Puede haber mecanismos que causan este fenómeno tanto a nivel neural (central)

como muscular (periférico) y a efectos de esta tesis vamos a incluir los fenómenos que se

produzcan en la unión neuromuscular dentro de la categoría de fenómeno "periférico". No

parece probable que exista una sola explicación para el fenómeno de la fatiga durante el

ejercicio, que describe fenómenos y respuestas a estímulos muy variados, pero aún en un sólo

tipo de esfuerzo se han descrito multitud de posibles mecanismos que causarían distintas

formas de fatiga y que no son mutuamente excluyentes tanto como probablemente sinérgicos.

Dentro de las posibles causas neuromusculares de la fatiga se han descrito factores de

origen periférico que podrían afectar a la eficiencia de la contracción provocando un aumento

del esfuerzo para generar la misma potencia. Estas propuestas se basan en estudios que

muestran que las fibras fatigadas tienen contracciones más lentas y de menor amplitud y una

menor capacidad de fuerza máxima junto a una ratio de desarrollo de la tensión menor (Fitts,

2008). Al darse un cambio en la relación fuerza-velocidad la pérdida de potencia sería mayor.

Page 36: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  36    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Estas deficiencias podrían estar relacionadas con cambios en las concentraciones de calcio

(Ca), hidrogeniones (H+), fósforo inorgánico (Pi) o radicales libres, que causarían cambios en la

velocidad de la cinética de las uniones de la miosina, en el número de puentes o en la fuerza

que se generaría en cada puente. Se está cuestionando el papel de la acumulación de

metabolitos, especialmente del lactato, y la acidificación del músculo (Cairns, 2006; Knuth et

al., 2006; Karatzaferi et al., 2008) proponiéndose su efecto, de tenerlo, sobre el sistema

nervioso.

Además durante actividad contráctil submáxima se ha descrito una serie de cambios en

el sistema nervioso a medida que progresa el esfuerzo que pueden influir sobre la eficacia de

los patrones de reclutamiento de las fibras contráctiles.Se ha descrito cierta fatiga

neuromuscular que podría estar causada por consumo de los neurotransmisores, fallo de la

membrana postsináptica o fallos en la propagación del potencial de acción en los ramales del

axón (Aldrich et al., 1986; Van Lunteren & Moyer, 1996).

Se ha sugerido que la velocidad a la que se produce o acumula fatiga está regulada

desde el sistema nervioso central , el cual recibe retroalimentación a través de los aferentes

metaboreceptores desde los músculos que responden a la acumulación de metabolitos (Amann

& Dempsey). Se ha comunicado inhibición del impulso corticoespinal por estimulación de los

aferentes tipo III/IV (Amann & Dempsey, 2008; Rossman et al., 2012; Kennedy et al., 2015) con

más efecto sobre los músculos extensores que sobre los flexores (Martin et al., 2006).

El aumento de presión sanguínea desde el inicio hasta el final de una serie de

movimientos de fuerza o un sprint podría tener relación con niveles incrementales de fatiga y

una producción relativamente más alta de producción de fuerza al final del esfuerzo

(MacDougall et al., 1985; MacDougall et al., 1992), que es la variable principal determinante de

la presión por encima de factores omo tamaño del músculo, o fuerza absoluta.

Pero para complicar la determinación de las causas de la fatiga, algunas variables

pueden afectar mecanismos centrales y periféricos simultáneamente, como la hipoxia.

Page 37: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  37  

1.6. Fatiga e hipoxia.

La hipoxia puede generarse por cambios de la fracción inspiratoria de oxígeno (FIO2),

en la presión inspiratoria de oxígeno (PIO2) de encontrarnos en altitud, de la saturación de

oxígeno de la hemoglobina (SaO2) , por cambios en la concentración de hemoglobina (Hb) o

por la llamada hipoxemia arterial inducida por el ejercicio (EIAH) que se podría producir en

humanos tras ejercicio de resistencia de larga duración a alta intensidad. La hipoxia genera

cambios de consumo de oxígeno que pueden ser debidos al transporte del contenido arterial de

oxígeno al músculo, a cambios en el flujo sanguíneo o a ambos. Cuando se realiza ejercicio en

hipoxia el descenso de oxígeno disponible conlleva descensos en los rendimientos y en el

VO2max especialmente pronunciados en esfuerzos de resistencia.

Cuando el IE se realiza en hipoxia parece que los niveles de fatiga periférica podrían

ser menores, como también lo es la potencia alcanzada y el trabajo total llevado a cabo,

indicando que posiblemente sean mecanismos centrales probablemente relacionados con la

oxigenación del cerebro (Rasmussen et al., 2010) los que predominan sobre los mecanismos

locales determinando el cese del esfuerzo (Amann et al., 2007a). Parece que el oxígeno

entregado sería la variable regulada en los procesos más que el flujo sanguíneo per sé (Marsh

& Ellerby, 2006) y se ha sugerido que estaría mediado por el oxígeno unido a la hemoglobina

independientemente de la presión de oxígeno en sangre (Gonzalez-Alonso et al., 2001; Calbet

et al., 2007). Coincidente con esta hipótesis el incrementar instantáneamente el oxígeno

inspirado no cambia los síntomas de fatiga al final de un incremental cuando se realiza en

normoxia y el suministro al final es hiperóxico (Calbet et al., 2003a), pero genera un cambio

instantáneo significativo cuando se trata de un ejercicio realizado en hipoxia severa aguda

normobárica, sea incremental o constante (Kayser et al., 1994; Calbet et al., 2003a, b; Amann

et al., 2007a). Complica un poco las conclusiones el hecho de que la hiperventilación que se

produce cuando la intensidad de ejercicio es elevada en hipoxia (comparada con la de los

mismos valores absolutos en normoxia) podría causar la fatiga del diafragma y la musculatura

respiratoria, lo que a su vez activa aferentes que causarían vasoconstricción sobre el miembro

activo a través de reflejos supraespinales (Dempsey et al., 2006) para desviar parte del flujo

Page 38: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  38    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

sanguíneo a los músculos respiratorios, lo que aumentaría la fatiga del miembro ejercitado

(Amann et al., 2007a) como ha sido mostrado dificultando y facilitando el trabajo ventilatorio.

Aunque se ha sugerido que los aumentos de flujo atenuarían los efectos de la fatiga y que la

restricción aumentaría la fatiga por el lavado incompleto de metabolitos, lo cierto es que no

parece ser el factor principal (Hogan et al., 1999; Hepple, 2002). Curiosamente al redirigir flujo

sanguíneo al aparato respiratorio la extracción de oxígeno de los músculos de la pierna no

cambió causando una relación directa entre flujo sanguíneo en las piernas y VO2 max (Harms

et al., 1997). El aumento en consumo de O2 dentro del músculo causa el gradiente de PO2

mientras que aumenta la superficie capilar al aumentar la perfusión aumentando la difusión de

oxígeno al músculo esquelético activo. Esto lleva al límite a la difrencia arterio-venosa (diff a-

vO2). Recientemente se ha mostrado efectos de fatiga en hipoxia independientes del trabajo

ventilatorio y de sus efectos sobre el flujo de la musculatura activa (Amann et al., 2007a).

La medición de fatiga periférica medida con descensos de la contracción potenciada de

cuadriceps (potentiated twitch) confirmó menos fatiga periférica tras ejercicio a intensidad

constante en hipoxia (Amann et al., 2007a). Se asume que cuando la fuerza que produce una

contracción isométrica máxima no aumenta por estimulación eléctrica o magnética sobre

nervio, músculo o corteza motora estaríamos el mecanismos predominante en la fatiga sería

periférico, mientras que en el caso de aumentar se trataría de fatiga central (Goodall et al.,

2010; Rasmussen et al., 2010; Goodall et al., 2012; Fernandez-del-Olmo et al., 2013). Esta

técnica de valoración de la fatiga ha sido cuestionada dado que la fatiga es específica para

cada tarea por lo que los patrones de movimiento utilizados en la medición del fenómeno han

de ser los mismos que lo han provoado para que el reclutamiento utilice vías neurales similares

(Gandevia, 2001). Pero además es necesario obtener un registro de los metabolitos en estas

situaciones para poder comparar fatiga periférica, que además comienza a recuperarse

rápidamente en cuanto se termina la contracción y en el caso de la fosfocreatina es casi

completa para cuando se hacen las mediciones de algunos estudios (Bogdanis et al., 1996;

Dawson et al., 1997; Yoshida et al., 2013). No respetar estos tiempos impide registrar el

impacto de la recuperación temprana (Marcora & Staiano, 2010b; Coelho et al., 2015). Es

Page 39: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  39  

además importante comprobar los descensos de potencia pico porque es posible tener

descensos de contracción potenciada sin descensos en pico de potencia (Fernandez-del-Olmo

et al., 2013; Hureau et al., 2014).

Debido a estas consideraciones entre otras, se han documentado todas las

combinaciones posibles de resultados tras ejercicios dinámicos en normoxia e hipoxia y se han

interpretado como diferentes contribuciones de fatiga central o periférica en un amplio abanico

de posibilidades (Amann et al., 2007b; Sidhu et al., 2009; Goodall et al., 2010; Marcora &

Staiano, 2010a; Millet et al., 2012; Sidhu et al., 2012; Fernandez-del-Olmo et al., 2013).

Además es posible que haya habido diferentes niveles de retroalimentación desde los

aferentes III/IV, dado que no se puede medir su descarga directamente en el ejercicio corporal

dinámico de humanos junto a las dificultades de interpretación que ofrecen los experimentos

con fentanilo al alterara la ventilación y el contenido de O2 y CO2 arteriales, la frecuencia

cardiaca y la presión arterial en función de la intensidad y duración del ejercicio, así como de la

población objeto de estudio (Dempsey et al., 2014; Olson et al., 2014; Poon & Song, 2015). Por

ello, aunque algunos modelos han demostrado que inhibición de las aferencias musculares del

grupo III y IV puede disminuir la fatiga muscular (Sidhu et al., 2014), áun se discute su

contribución real al descenso del rendimiento a través de mecanismos centrales (Millet et al.,

2009; Marcora, 2010; Millet et al., 2012; Kennedy et al., 2015).

Se desconoce si en el momento de máxima fatiga, justo antes del fallo en la tarea, la

activación muscular es menor en hipoxia que en normoxia o hiperoxia lo que podría significar

que la hipoxia esté efectivamente conduciendo a un menor impulso motor desde el sistema

nervioso central y produciendo una menor activación en el músculo. Se cree que este efecto

está predominantemente causado por mecanismos centrales debidos a la sensibilidad a la

disminución del aporte de oxígeno al cerebro (Goodall et al., 2012) o bien a la presión

intersticial de oxígeno en el cerebro (Amann & Calbet, 2008). Pero además el aplicar normoxia

(Calbet et al., 2003a) o hiperoxia (Amann et al., 2007b) en el momento de la extenuación alivia

rápidamente estos síntomas de fatiga permitiendo continuar con la tarea. Sería lógico pensar

Page 40: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Introducción    

Página  40    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

que si la hipoxia disminuye la activación muscular, un aumento de la oxigenación podría

acompañarse de un aumento de la activación muscular a la misma carga absoluta.

Además es relevante señalar que existe una importante diferencia entre realizar

esfuerzos en hipoxia moderada o severa. A efectos de nuestros estudios resulta importante

porque en hipoxia severa el intercambio de gases ocurre en la región más recta de la curva de

disociación de oxígeno (ODC), lo que conlleva que un pequeño aumento de presión arterial de

oxígeno significa una gran elevación de la saturación arterial de oxígeno (Calbet et al., 2003a;

Calbet & Lundby, 2009) mientras que en hipoxia moderada el efecto es mucho menor. Es

posible que la oxigenación sólo mitigue la fatiga cuando se aplica en hipoxia severa si es

precisa una elevación significativa de contenido arterial de oxígeno. Pero también podría

deberse a que la fatiga sólo se solucione con oxigenación cuando se haya alcanzado un cierto

nivel de hipoxia durante el ejercicio, lo que implicaría que el aumento de PaO2 sería más crítico

que la elevación del contenido de oxígeno.

1.7.Consideraciones metodológicas

Estudios previos usando EMG pueden diferir de los hallazgos que reportamos debido a

la variabilidad intrínseca de la señal de EMG (Taylor & Bronks, 1995; Hug et al., 2004), la cual

aumenta cdurante el ejercicio dinámico, debido a que la amplitud the EMG aumenta con la

velocidad angular en las contracciones concéntricas (Westing et al., 1991).

Para reducir la variabilidad se han utilizado diferentes métodos de normalización,

comparando la señal RMS en el experimento con la recogida en condiciones estandarizadas

reproducibles considerada la referencia. Esto permite la comparación de amplitud de las

activaciones entre sujetos, músculos o momentos distintos (Albertus-Kajee et al., 2010). El

sistema más utilizado ha sido comparar la señal del experimento sea dinámico o estático con la

registrada durante contracciones estáticas máximas (MVC) (Marsh & Martin, 1995; Hug &

Dorel, 2009) pero parecería más apropiado usarlo para condiciones estáticas en ángulos de

movimiento cercanos a los utilizados para la esñal de referencia. Para la amplitud de señal

EMG de movimientos dinámicos se está utilizando señal del movimiento dinámico en

Page 41: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Introducción    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  41  

condiciones de referencia (Westing et al., 1991; Taylor & Bronks, 1995; Amiridis et al., 1996).

Otro aspecto para reducir la variabilidad es promediar varias repeticiones del experimento

como se ha hecho en los estudios de cinética de O2 (Jones et al., 2012) aunque este

procedimiento no ha sido aplicado a estudios electromiográficos con anterioridad.

Page 42: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Objetivos    

Página  42    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 43: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Objetivos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  43  

2. OBJETIVOS

1) Determinar la influencia de la hipoxia severa aguda sobre la activación muscular

durante ejercicio de intensidad progresiva hasta el agotamiento con grandes grupos

musculares (Estudio I).

2) Determinar si el fallo en la tarea durante un ejercicio incremental hasta el agotamiento

es principalmente debido a mecanismos centrales y modulados por niveles de

oxigenación (Estudio II).

3) Determinar el papel que juega en la disminución de la activación muscular en hipoxia el

nivel de hipoxia (Estudio III).

4) Determinar el aumento mínimo de presión arterial de oxígeno y de contenido arterial de

oxígeno necesarios para aumentar la activación muscular en el músculo fatigado en

hipoxia (Estudio III).

5) Confirmar si el efecto ergogénico de la oxigenación se acompaña siempre de aumento

de activación muscular como indicador de un mecanismo predominantemente central

(Estudio III).

6) Determinar si el aumento en feedback de los aferentes musculares III y IV disminuye el

rendimiento en un ejercicio de sprint reduciendo la activación muscular medida

mediante electromiografía de superficie (Estudio III).

Page 44: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                                           Hipótesis    

Página  44    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 45: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                    Hipótesis    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  45  

3. HIPÓTESIS

1) En un ejercicio incremental hasta el agotamiento en hipoxia severa los sistemas

cardiovascular y respiratorio, así como la activación muscular, alcanzarán menor

activación máxima comparados con los alcanzables en normoxia (Estudio I).

2) A cualquier intensidad relativa la activación muscular en un ejercicio incremental en

hipoxia será menor comparada con la activación obtenida en un ejercicio incremental

realizado en normoxia. (Estudio I).

3) Promediando los valores de dos ejercicios incrementales en la misma condición

disminuirá la variabilidad de la señal EMG. (Estudio I).

4) La fatiga durante un ejercicio incremental en hipoxia severa aguda se producirá con

menor activación muscular que en normoxia (Estudio II).

5) La oxigenación en el momento de fatiga aumenta la activación muscular dependiendo

del nivel de hipoxia al quedar exhausto y de la presión inspiratoria de oxígeno del gas

(Estudio III).

6) El efecto ergogénico de la oxigenación depende de la saturación arterial de oxígeno en

mayor medida que del aumento de presión arterial de oxígeno (Estudio III).

7) El aumento de la retroalimentación por parte de los aferentes musculares del grupo III

y IV disminuirá el rendimiento en el ejercicio de sprint (Estudio III).

Page 46: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  46    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 47: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  47  

4. RESUMEN DE LOS METÓDOS Y PROCEDIMIENTOS UTILIZADOS

4.1 Sujetos

En este estudio participaron 11 sujetos sanos estudiantes de educación física. Los

valores medios de los parámetros edad, talla, peso corporal y porcentaje de grasa de los

sujetos que participaron en los estudios realizados se describen en la Tabla 1. Todos los

sujetos fueron informados, de forma oral y escrita, acerca de los procedimientos y objetivos del

estudio, así como de los posibles riesgos y beneficios, tras lo cual firmaron la correspondiente

autorización. Además, todos los estudios fueron realizados de acuerdo a la Declaración de

Helsinki y fueron aprobados por el Comité Ético de la Universidad de Las Palmas de Gran

Canaria.

   

                                   N=11  

 Media   ± DE  

Edad  (Gaitanos  et  al.)   21.5 ± 2.0

Talla  (Jones  et  al.)   174 ± 8

Peso  (Kg)   72.3 ± 9.3

Grasa  Corporal  (%)   16.1 ± 4.9

Tabla 1. Características de los sujetos experimentales que participaron en los estudios que

componen esta Tesis Doctoral.

4.1.1 Antropometría.

La talla se midió en bipedestación con los talones, los glúteos la espalda y la región

occipital en contacto con el plano del tallímetro. Estas medidas se efectuaron mediante un

tallímetro de 1mm de precisión (Atlántida, Añó Sayol, Barcelona, España), manteniendo la

cabeza en el plano de Francfort. La masa corporal se midió mediante una báscula (Atlántida,

Page 48: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  48    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Añó Sayol, Barcelona, España) de 50 g de precisión, calibrada a 50.0, 70.0 ó 90.0 Kg,

mediante masas patrón de la clase M1.

4.1.2 Masa muscular, masa ósea y porcentaje de masa grasa.

La masa magra (masa corporal – [masa grasa + masa ósea]) se determinó mediante

absorciometría fotónica dual de rayos X (DXA) (QDR-1500, Hologic Corp., Software versión

7.10, Waltham, MA). Los sujetos fueron escaneados tumbados en posición supina junto a una

barra de calibración de diferentes grosores y densidades. A partir del análisis regional y de

cuerpo entero se calculó la masa magra (g), la masa grasa (g), el área ósea total (cm2) y el

contenido mineral óseo (BMC) (g), tal como se ha hecho en trabajos previos de nuestro

laboratorio (Ara et al., 2004; Ara et al., 2006).

4.2 Aspectos generales

Estos estudios formaron parte de un proyecto mayor que incluyó varios experimentos

diseñados para estudiar los mecanismos limitantes de la capacidad de ejercicio en humanos.

Los resultados que se enfocaban al transporte de oxígeno y el metabolismo muscular han sido

publicados recientemente (Calbet et al., 2015; Morales-Alamo et al., 2015c).

Inicialmente realizaron varias visitas al laboratorio en un proceso de familiarización. El

primer día se les realizaron las mediciones antropométricas y las medidas de composición

corporal. El proceso de familiarización de los sujetos con los procedimientos incluyó ejercicios

incrementales hasta el agotamiento en normoxia e hipoxia (FiO2= 0.21 y 0.104, presión

barométrica 735-745mmHg) para detectar su consumo de oxígeno máximo (VO2max), su

frecuencia cardiaca máxima (HRmax) y su potencia máxima (Wmax). Una semana después se

familiarizaron con el test de Wingate isocinético a 80rpm. A partir de entonces se realizaron

diferentes pruebas en días separados para llevar a cabo los experimentos.

Page 49: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  49  

Figura 1. Estudio I. Invasivos

Estudio I. Invasivos

Estudio Ia. Invasivo Incremental

Los sujetos participaron en un estudio invasivo que incluía ejercicio incremental hasta

el agotamiento en cicloergómetro (Excalibur Sport 925900, Lode) en normoxia (PIO2 ~143

mmHg) e hipoxia severa aguda (PIO2 ~73 mmHg) en orden aleatorio. Se midieron

hemodinámicas central y local, transporte de oxígeno e intercambio pulmonar de gases y

muscular. El consumo de oxígeno se midió con un ergoespirómetro (Vmax N29 Sensormedics)

calibrado antes de cada test con gases de calibración (Carburos Metálicos, Las Palmas de

Gran Canaria) y se recogieron respiración a respiración. Las respiraciones fueron promediadas

cada 20 segundos para determinar el consumo de oxígeno.

Se cateterizó a los sujetos previa anestesia local (lidocaína 2%) en ambas venas

femorales y una arteria femoral (Calbet et al., 2006). Se inyectó solución salina helada para

Page 50: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  50    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

medir el flujo sanguíneo de la pierna por termodilución (Andersen & Saltin, 1985). También se

midió la temperatura de la sangre en la vena femoral, y se midió la presión arterial y la

temperatura en la sangre arterial. Se obtuvieron muestras sanguíneas periódicas de sangre

arterial y venosa antes de finalizar cada escalón de carga y al final de la prueba. Los gases

sanguíneos fueron inmediatamente analizados en un analizador de gases (ABL90 Radiometer).

Durante toda la prueba se registro un electrocardiograma (ECG). Todos los datos fueron

recogidos en un sistema de captación y procesamiento de señales (Powerlab ML880 de

ADInstruments) a 200Hz y guardados para el análisis posterior. Para más detalles puede

consultarse el artículo donde se exponen en detalle estos experimentos (Calbet et al., 2015).

Estudio Ib. Invasivo Sprint

Se llevaron a cabo dos sprints máximos de 30 segundos ( Wingate) isocinéticos a

80rpm utilizando servocontrol con ajuste instantáneo (Excalibur Sport 925900). Uno de ellos se

llevó a cabo en normoxia y otro en hipoxia, en orden aleatorio y con las mismas presiones

inspiratorias que en los test incrementales. Antes de cada test de Wingate sólo calentaron

realizando 3 minutos de pedaleo sin carga. Entre ellos los ejercicios de sprint descansaron

unos 90 minutos. Durante los sprints se midió el gasto cardiaco y el flujo sanguíneo de la pierna

junto con la diferencia arteriovenosa de oxígeno para determinar el consumo de oxígeno de la

pierna. También se recogió el consumo de oxígeno respiración a respiración (Vmax N29,

Sensormedics), que fue posteriormente promediado cada 5 segundos de sprint. Las muestras

sanguíneas se recogieron de arteria y vena femorales simultáneamente antes de cada sprint y

durante el ejercicio cada 5 segundos de sprint en el caso de la vena y cada 10 segundos en el

caso de la arteria. Las muestras se colocaban en hielo y eran analizadas en el mismo orden en

que se obtuvieron utilizando el mismo analizador de gases que en los incrementales. De ellas

se obtuvo concentración de hemoglobina y saturación de gases.

Durante el sprint se midió el flujo de la pierna por termodilución.

Page 51: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  51  

Estudio II. Oclusión

Fig2. Estudio II Oclusión

El procedimiento experimental del estudio llamado Oclusión se resume en la figura 3.

Los voluntarios llegaron en ayunas en una primera visita al laboratorio y se les

determinó la composición corporal utilizando absorciometría fotónica dual de rayos-x (DEXA)

(Hologic QDR-1500, Hologic Corp., software versión 7.10, Waltham, MA) (Calbet et al., 1997) y

se calculó la masa muscular de la pierna utilizando el modelo de Wang (Wang et al., 1999).

Page 52: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  52    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Figura 3. Estudio II. Oclusión

En los días de experimento los sujetos llegaron al laboratorio a las 8:00 tras ayuno

desde las 22:00h. Se les colocaron manguitos de inflado en los muslos conectados a un

inflador rápido (SCD10, Hokanson E20 AG101, Bellevue, USA). Los sujetos llevaron a cabo un

calentamiento en cicloergómetro (2 minutos a 50W, 2 min a 100W y 1 min a 160W) y después

4.5 min de pedaleo sin carga. A continuación descansaron inmóviles durante 30 s antes de

realizar un sprint máximo de 10 s de duración en un cicloergómetro en modo isocinético a 80

rpm que utilizamos como sprint control (Excalibur Sport 925900, Lode, Groningen, The

Netherlands). El servo-control del cicloergómetro varió instantáneamente la resistencia aplicada

a los pedales en función de la fuerza ejercida lo que causa un pedaleo constante de 80rpm.

Cinco minutos después iniciaron dos ejercicios incrementales en cicloergómetro en normoxia

(PIO2: ~143 mmHg) e hipoxia (PIO2: ~73 mmHg, Altitrainer200, SMTEC, Switzerland) separados

por 120 min, efectuados en orden aleatorio. El test en normoxia se inició a 80W y aumentando

las cargas en 30W cada 2 minutos hasta la extenuación. El test en hipoxia se inició con 60W y

la carga se incrementó en 20W cada 2 minutos. Se consideró que el sujeto estaba exhausto

Page 53: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  53  

cuando a pesar de fuerte apoyo verbal fue incapaz de mantener una frecuencia de pedaleo

superior a 50 rpm durante 5 s o incluso se detuvo.

Inmediatamente de la interrupción del esfuerzo (con el sujeto agotado) se inflaron los

manguitos con velocidad y presión máximas (300mmHg) ocluyendo completa e

instantáneamente la circulación (isquemia). En apenas 3 a 5 s se produjo anoxia dentro del

miembro como se constata en una de las publicaciones ya mencionadas (Morales-Alamo et al.,

2015c). Se emplearon dos duraciones distintas de 10 y 60 s de descanso mientras la

circulación sanguínea permanecía ocluida. Las duraciones de la oclusión fueron aplicadas de

forma aleatoria.

Al final del período de oclusión se desinflaron los manguitos reinstaurándose

instantáneamente el flujo sanguíneo al inicio del sprint post-isquemia. Se registró la potencia

durante los sprints y el test incremental, determinándose la potencia instantánea y la media. El

intercambio de gases se midió con un equipo (Vmax N29; Sensormedics, Yorba Linda,

California, USA) calibrado previamente antes de cada test siguiendo las instrucciones del

fabricante usando gases para la calibración (Carburos Metálicos, Las Palmas de Gran

Canaria). Se analizaron las variables respiratorias respiración a respiración y se promediaron

cada 20s durante los test incrementales, utilizando el valor más alto de estos promedios como

VO2max.

Las variables respiratorias y electromiográficas se midieron del mismo modo que en el

estudio II.

Page 54: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Resumen de Métodos

Página 54 Rafael Sánchez de Torres-Peralta

Todas las variables se comportaron de manera similar en los cuatro sprints de control

(uno antes de cada incremental) por lo que para disminuir la variabilidad se promediaron los

valores. También para reducir variabilidad se promediaron los valores de EMG de vastus

medialis y lateralis, aunque también se presentan los valores por separado también. Puesto

que los test incrementales en hipoxia y normoxia fueron repetidos en dos ocasiones, se

generaron promedios representativos de hipoxia y normoxia, respectivamente.

Figura 4. Señal EMG de los experimentos de oclusión.

Page 55: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  55  

Estudio II. Biopsias

Figura 5. Estudio II. Biopsias

Unas semanas más tarde se realizaron los experimentos denominados Biopsias. Para

ello se emplearon dos sesiones experimentales, llamadas respectivamente Nxb (PIO2: ~143

mmHg) y Hypb (PIO2: ~73 mmHg), realizadas en orden aleatorio. Las sesiones comenzaron

con 10 minutos de descanso en decúbito supino y a continuación se les realizó una biopsia

con anestesia local (lidocaína al 2%, 2ml) del vasto lateral. Se llevó a cabo teniendo en cuenta

que la aguja apuntara distalmente a 45º de inclinación (Guerra et al., 2011) y usando la técnica

Bergstrom con succión (Bergstrom, 1962). Antes de iniciar el ejercicio también se llevó a cabo

una incisión en la pierna contralateral y se le colocó un manguito en la pierna izquierda.

Durante el ejercicio ambas incisiones fueron cubiertas con plástico transparente. Una vez los

sujetos estuvieron sentados en el cicloergómetro se les realizaron las mediciones de reposo.

Dos minutos después se inició el ejercicio incremental en normoxia o tras cinco minutos de

exposición a la hipoxia, para los ejercicios en hipoxia. Cuando el sujeto alcanzó el final del test

Page 56: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  56    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

de esfuerzo (extenuación) se infló el manguito instantáneamente (300mmHg) y se tomó una

biopsia perpendicular al muslo a los 10 s del final del test incremental. Por último 60 s después

del final del incremental se obtuvo una última biopsia con la punta apuntando proximalmente a

45º de inclinación.

Todas las biopsias fueron inmediatamente congeladas en nitrógeno líquido y

guardadas a -80ºC. Se registró la potencia durante los ejercicios a través de la potencia

instantánea y la media proporcionada por el cicloergómetro. El resto de técnicas comunes

fueron las mismas que en el estudio I. Para más detalles consultar la sección de material y

métodos del Estudio II anexado.

Los metabolitos musculares se obtuvieron mediante el análisis de 30mg de tejido

húmedo de cada biopsia, liofilizado, limpiado y pulverizado refrigerado en hielo con un mortero

manual. A continuación las muestras se suspendieron en 0.5 M HClO4 y se centrifugaron a

15000g a 4ºC durante 15 minutos. El sobrenadante se neutralizó con KHCO2 2.1 M y se

determinaron las concentraciones de ATP, PCr, creatina, piruvato y lactato enzimáticamente en

extracto neutralizado usando análisis fluorométrico (Lowry & Passonneau, 1972; Morales-

Alamo et al., 2013).

Page 57: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  57  

Estudio III. Ejercicio incremental

Figura 6. Ejercicio incremental

Unas semanas más tarde los sujetos realizaron cuatro test incrementales en dos días

distintos separados por al menos una semana. Entre cada test descansaron 90 minutos. Cada

test se compuso de una fase inicial incremental (20-30W cada 2 minutos, a 80rpm) en hipoxia

severa (PIO2 73-74mmHg), similar a la de los test invasivos, que llevan hasta el agotamiento

(Exh 1). En este momento se les suministró una mezcla de gases con la misma o menor

hipoxia y se les animó a continuar el ejercicio incremental con el mismo ritmo hasta llegar al

agotamiento de nuevo (Exh 2). Cuando no pudieron continuar con el esfuerzo, se les cambió a

respirar aire ambiental y se les animó de nuevo a continuar con el esfuerzo hasta llegar al

agotamiento final en normoxia (Exh 3). Las mezclas de gases que se les suministraron en Exh1

Page 58: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  58    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

incluyeron una PIO2 de 73-74mmHg que consideramos un placebo, y en sucesivas ocasiones

aleatoriamente PIO2 de 82, 92 y 99 mmHg con un diseño de doble ciego.

Las variables respiratorias se midieron del mismo modo que en el estudio III añadiendo

un pulsoxímetro (OEM III module, 4549-000) para estimar la saturación de oxígeno de la

hemoglobina utilizando una ecuación derivada del test invasivo (SaO2 = (1.004xSpO2) - 0.4543.

Fig7. Fijación de los electrodos en la pierna.

Se monitorizó la activación muscular usando electromiografía de superficie (EMG)

continuamente registrada en ambos vastos, medialis y lateralis, rectus femoris y bíceps femoris

durante todos los test. En el primer artículo se comunican también resultados del rectus femoris

y el bíceps femoris, Debido a su mayor variabilidad y dificultad de análisis y a que alargan

además los resultados innecesariamente se omitieron en el segundo artículo. Antes de aplicar

Page 59: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  59  

los electrodos de EMG se afeitó y limpió con alcohol la piel para reducir la impedancia cutánea.

Se aplicaron electrodos bipolares rectangulares (DE-2.3 Delsys Inc.) longitudinalmente en los

músculos siguiendo las recomendaciones SENIAM (Merletti & Hermens, 2000), se marcó la

posición utilizando tinta quirúrgica para mantener el posicionamiento en los experimentos

repetidos y se utilizó cinta adhesiva de uso médico para fijarlos y evitar artefactos de

movimiento mientras se evitó una irritación de la piel o sudoración excesiva. Se adquirió la

señal con una frecuencia de muestreo de 1000 Hz. La señal se filtró usando filtros Butterworth

de quinto orden permitiendo señales desde 20 a 450Hz. Cada pedalada fue considerada

separadamente en su análisis utilizando para detectarlas un electrogoniómetro (Goniometer

Biosignal Sensor S700 Joint Angle Shape Sensor; Delsys Inc. Boston) fijado a la rodilla

izquierda y recogiendo datos a 500Hz simultáneamente. Todos las señales de EMG y

goniometría fueron captadas mediante un equipo de electromiografía (Myomonitor IV, Delsys

Inc., Boston, MA) y transmitidas telemétricamente a un ordenador (EMGWorks Wireless

application and EMGWorks Acquisition 3.7.1.3; Delsys, Inc. Boston).

Para el análisis de la señal se programaron rutinas específicas para nuestros

experimentos en Matlab (Matlab R2012b, MathWorks, Natick, MA, USA), que permitieron

rectificar la señal, suavizarla usando una ventana móvil de 25 ms y cortarla seleccionando el

20% de la señal máxima EMGRMS de cada movimiento (Baum & Li, 2003; Hug & Dorel, 2009;

Torres-Peralta et al., 2014) en lugar de un umbral medio de 15 movimientos seguidos

(Ozgunen et al., 2010) permitiéndonos el reconocimiento automático del 100% de los

movimientos, contrastado con análisis visual durante toda la prueba incremental y el sprint.

Todas las variables se reportan para el primer artículo como los valores medios de las

pedaladas recogidas durante el último minuto de cada escalón en el incremental y un minuto o

la parte disponible de la última carga si no alcanzara esta duración. En el segundo artículo se

reportan los últimos 10s de ejercicio incremental y los 10s de sprint. En el tercer artículos se

emplearon los 30 últimos segundos del ejercicio incremental en hipoxia severa, los 30 s

siguiente a una nueva PIO2, los 30 s últimos segundos justo antes del final del segundo

Page 60: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Página  60    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

segmento del test incremental, los 30 s siguientes en normoxia y los 30s últimos segundo del

test en normoxia.

La normalización se realizó respecto al último minuto de la carga de 2 min de 80W

durante la prueba de normoxia. Definimos un índice de actividad muscular total durante el

sprint (TAI) como el valor que arroja la media de valores de amplitud de EMGRMS promediado

durante la contracción x la duración de la contracción muscular x número de pedaladas durante

el sprint. Es similar a la señal integrada de EMG pero se computa separadamente para cada

contracción muscular (burst) y excluye los valores de línea base de EMG entre contracciones

(Ozgunen et al., 2010). Usamos los valores del último minuto de la carga de 80W en normoxia

para normalizar la señal.

La frecuencia media (Xie & Hampf, 1994) y la frecuencia mediana (MdPF) del espectro

se calcularon con una transformación rápida de Fourier (Solomonow et al., 1990).

Figura 8. Saco de anestesia

Page 61: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Métodos    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  61  

4.3 Análisis estadístico.

Se comprobó la distribución normal de las variables con el test Shapiro-Wilks. Para

analizar las respuestas observadas durante los sprints se utilizó una ANOVA de medidas

repetidas con las condiciones de FIO2 (normoxia frente hipoxia) y la duración de la oclusión (10

s frente 60 s). El contraste entre valores en puntos específicos se hicieron usando la prueba T

de Student y las comparaciones por parejas fueron ajustadas para evitar la propagación del

error debido a las comparaciones múltiples usando el método de Holm-Bonferroni. El impacto

de la frecuencia de pedaleo sobre la duración de las contracciones se analizó mediante análisis

de la covarianza (ANCOVA) de medidas repetidas, utilizando la frecuencia de pedaleo como

covariable. Los datos cuantitativos están expresados como media ± desviación estándar (SD).

Se consideraron significativos los resultados con una probabilidad de ser debidos al azar igual

o inferior al 5% (P ≤ 0.05). El análisis estadístico se realizó mediante la versión 15.0 del

programa informático SPSS (SPSS, Chicago, IL).

Page 62: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Página  62    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 63: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  63  

5. RESUMEN DE RESULTADOS

En el siguiente apartado se resumen los resultados más relevantes de cada estudio

pero la descripción detallada de los resultados se encuentra en las publicaciones anexas que

forman parte de esta tesis doctoral.

5.1 Resumen de resultados artículo I.

Rafael Torres-Peralta, José Losa-Reyna, Miriam González-Izal, Ismael Perez-Suarez, Jaime Calle-Herrero, Mikel Izquierdo and José A.L. Calbet. Muscle activation during exercise in severe acute hypoxia: role of absolute and relative intensity. HAMB 2014. Los resultados de potencia fueron similares en los dos test realizados en hipoxia (184 ±

23 W y 182 ± 34 W p=0.72) y lo mismo sucedió con los realizados en normoxia (284 ± 30 W y

278 ± 34 W P=0.34). Los test en normoxia fueron ligeramente más largos que los de hipoxia

(850 ± 109 s y 747 ± 84 s P<0.05) pero sin diferencias significativas en la relación entre

consumo de oxígeno y potencia generada (VO2/potencia). La frecuencia de pedaleo se

mantuvo en 80 rpm hasta llegar al 86% del VO2max cuando se redujeron hasta las 70rpm

durante el último minuto en ambas condiciones a pesar del fuerte estímulo verbal, siendo

ligeramente menores en hipoxia que en normoxia (P<0.05) a la misma intensidad absoluta pero

sin diferencias a la misma intensidad relativa. Al final de los test en hipoxia el VO2pico fue un

34% menor que el de los test incrementales en normoxia. A misma potencia generada (valores

absolutos), la ventilación pulmonar (VE), la frecuencia cardiaca (HR) y la tasa de intercambio

respiratorio (RER) fueron mayores en hipoxia que en normoxia, mientras que en las mismas

condiciones la PETO2 y la PETCO2 fueron menores en hipoxia.

La amplitud aumentó con la intensidad de ejercicio en todos los músculos examinados

(RMS y TAI) especialmente en el rectus femoris (Sogaard et al.), a una velocidad mayor en

hipoxia que en normoxia en RF y vastus medialis (VM). Sin embargo, no hubo influencia de la

FIO2 aire sobre el bíceps femoris (BF). A pesar de ello, a la misma intensidad relativa la

Page 64: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Página  64    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

amplitud de señal (EMGRMS y TAI) fue mayor en normoxia que en hipoxia para todos los

músculos, aunque en el vasto medial fue similar.

La frecuencia mediana (MdPF) aumentó significativamente con la intensidad del

ejercicio en ambos vastos pero no fue significativa en RF y BF. A una misma intensidad

absoluta la frecuencia mediana del VL era mayor en hipoxia pero no se vio ningún efecto

significativo de la FIO2 sobre la mediana de frecuencias en los demás músculos, ni diferencias

cuando se comparan las mismas intensidades relativas. Las medias de frecuencia (Xie &

Hampf) fueron similares.

La duración de las contracciones musculares aumentaron con la intensidad del ejercicio

sólo en los vastos (p<0.05) a pesar de tener en cuenta el efecto de pequeños cambios en la

frecuencia de pedaleo, pero lo hicieron de manera independiente de la proporción de oxígeno

en el aire inspirado.

Page 65: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  65  

5.2 Resumen de resultados artículo II.

Task failure during exercise to exhaustion in normoxia and hypoxia is due to reduced muscle activation caused by central mechanisms while muscle metaboreflex does limit performance. Rafael Torres-Peralta, David Morales-Alamo, Miriam Gonzalez-Izal, Jose Antonio L Calbet, Jose Losa Reyna, Ismael Perez Suarez, Mikel Izquierdo. (under review).

Los últimos diez segundos de ejercicio incremental en hipoxia muestran una

disminución de las variables respiratorias como ventilación pulmonar, frecuencia respiratoria,

pico de consumo de O2, así como de frecuencia cardiaca y de la potencia máxima alcanzada,

comparadas con los valores en normoxia determinados en este estudio II. El rendimiento en el

ejercicio de sprint, es menor tras un incremental, como ya se ha reportado antes (Morales-

Alamo et al., 2015b), en un (32-46% P ≤ 0.05). La potencia pico y la potencia de un sprint

fueron ~11% menores tras un incremental en normoxia comparado con el sprint tras un

incremental en hipoxia (P ≤ 0.05). El rendimiento en el sprint aumentó con la recuperación

isquémica. Tras 60 segundos de isquemia la potencia pico y potencia media fueron un 11 y

23% mayores que las observadas cuando el sprint se realizó a los 10 s (P ≤ 0.05) (Morales-

Alamo et al., 2015b).

Durante los test incrementales el pH, ATP, y PCr se redujeron en la misma proporción,

independientemente de la oxigenación (ANOVA de efecto tiempo: P ≤ 0.05). Se mantuvieron al

menos igual de bajos desde los 10 a los 60 segundos de isquemia. A la inversa el lactato

aumentó igualmente en ambas condiciones y siguió acumulándose durante la isquemia.

La respuesta de la señal EMG de los dos vastos fue similar y se combinaron ambos

para reducir la variabilidad. La amplitud registrada en los últimos 10 segundos de prueba fue

menor ambos vastos en hipoxia, comparada con la observada en el test incremental en

normoxia. La RMS fue un 16% menor y el TAI normalizado un 23% (P ≤ 0.05).

Comparados con los sprint control la amplitud durante los sprints tras el incremental se

redujo en un 36% (RMS) y un 35% (RMSNz) y el TAINz se redujo un 42% tras el test

incremental en normoxia y un 34% tras el test incremental en hipoxia. Durante los sprints post-

incremental la amplitud de señal RMS, RNSNz y TAINz fue aún 1.6, 1.7 y 2.9 veces mayor que

la recogida durante los 10 s finales de los incremental anteriores (P ≤ 0.05). También la

Page 66: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Página  66    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

mediana de frecuencia (MdPF) se redujo, un 18% tras normoxia y un 9% tras hipoxia (ambos P

≤ 0.05), siendo por tanto un 9% menor tras normoxia. La frecuencia media (Xie & Hampf) tuvo

un compartimento similar.

Tras 60s de reposo isquémico la RMSNz comparada con la de 10s de oclusión tendió a ser un

14% menor (P=0.059). También se redujo un 9% la duración de los burst tras la oclusión de 10

s comparados con el sprint control, pero se recuperó tras 60 s de oclusión. La duración de los

burst fue un 3% más larga en sprint tras hipoxia que tras normoxia.

Page 67: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  67  

5.3 Resumen de resultados artículo III (Rafael Torres-Peralta et al, Submitted).

Oxygenation at fatigue in hypoxia increases muscle activation and relieves fatigue: influence of PIO2. Rafael Torres-Peralta, Jose Losa Reyna, David Morales-Alamo, Miriam Gonzalez-Izal, Ismael Perez Suarez, Mikel Izquierdo, Jose Antonio L Calbet. (Submitted).

Los últimos treinta segundos de ejercicio incremental en hipoxia se caracterizaron por

una menor potencia máxima (Wmax), un menor consumo de oxígeno (VO2peak), una menor

ventilación (VEpeak), frecuencia respiratoria (RR), frecuencia cardiaca (HRpeak), saturación de

la oxígeno de la hemoglobina (SpO2), así como de las presiones parciales de oxígeno y dióxido

de carbono al final de la espiración (PETO2, PETCO2), que en normoxia (ver tabla 1, en el

artículo incorporado en el anexo). No obstante, la tasa de intercambio respiratorio (RER) fue

mayor en hipoxia (todos P≤0.05).

La activación muscular medida como RMS en bruto, RMSNz y TAI de los vastos lateral

y medial fue de un 8 a 20% menor en hipoxia que en normoxia. La MPF fue un 5% menor en

normoxia que en hipoxia, mientras que el comportamiento fue similar para la MdPF.

Cuando se administra un gas más oxigenado se pudo continuar el ejercicio en todos los

casos. Comparados con los valores obtenidos en los últimos 30 s de hipoxia, en los primeros

30 s de la nueva oxigenación siempre aumentaron los consumos de oxígeno y la PETO2, a la

vez que disminuyó la RER. Cuando se aumentó la SpO2 desde 68 hasta 70 o 78%

correspondiente a 92 o 99mmHg la activación RMS, RMSNz, TAINz aumentó un 8%, y cuando

se aumentó a 82 mmHg aumentó un 6% (SpO2 de 63 a 67%). Sin embargo la MPF y la MdPF

no cambiaron. Hicimos un análisis de 10 s obviando los 5s posteriores al cambio de gas

inspirado para confirmar estos cambios y así fue.

No hubo efecto del paso a normoxia (143 mmHg) desde 92 y 99mmHg. Sin embargo,

aumentó de un 5 a 9% la activación desde 82 a 143 mmHg y la de las dos condiciones más

hipóxicas combinadas, aunque no lo hizo el TAI. Tampoco en este caso se modificaron las

MPF o MdPF.

No hubo cambios de activación al pasar al placebo, aunque mantuvieron el esfuerzo

brevemente.

Page 68: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Resumen  de  Resultados    

Página  68    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Las duraciones de las contracciones (bursts) se redujeron al aumentar la cadencia con

el aumento de la PIO2.

Page 69: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  69  

DISCUSIÓN GENERAL

Se han presentado datos confirmando que la activación muscular aumenta casi

linealmente con la intensidad del ejercicio. Los datos confirman que esta activación muscular

está modulada por la fracción inspiratoria de O2, pero que esta influencia es específica para

ciertos grupos musculares durante el ejercicio en cicloergómetro. Pueden darse diferentes

comportamientos en distintos músculos debido a un cambio de patrones de activación de

origen central (Amann et al., 2007b; Millet et al., 2012), una modulación de la activación de

origen corticoespinal (Gerdle & Fugl-Meyer, 1992), diferentes respuestas metabólicas a la

hipoxia (Parolin et al., 2000) o diferencias en el tipo de fibras y la vascularización de los

músculos (Moritani et al., 1992). En roedores se ha demostrado una respuesta metabólica a la

hipoxia específica de cada región en función del tipo de fibra predominante y el grado de

capilarización (Wust et al., 2009).

Este efecto de la fracción inspiratoria de oxígeno se muestra con una activación mayor

en hipoxia de los extensores de la rodilla a una misma carga absoluta si la comparamos con

normoxia. Consecuentemente esta mayor activación resulta en una mayor amplitud de la señal

EMG. Posiblemente durante la mayor actividad de las motoneuronas se cause una demanda

metabólica superior que, en el caso de aporte de oxígeno al cerebro limitado, como puede

ocurrir en un ejercicio incremental en hipoxia aguda, puede aumentar la glicolisis, la liberación

de lactato por el cerebro y alterar el metabolismo neuronal (Rasmussen et al., 2010; Overgaard

et al., 2012). El aumento de la actividad de EMG a cargas submáximas podría reflejar un

reclutamiento más de unidades motoras para compensar la fatiga de las unidades motoras que

han estado más activas (Moritani et al., 1992). Esta mayor activación puede depender del

grado de hipoxia durante ejercicio dinámico con grandes masas musculares (whole-body

exercise), dado que experimentos realizados con mayores fracciones inspiratorias que las

usadas en este experimento no han encontrado diferencias (Amann et al., 2007b). Lo mismo ha

sucedido en el caso de tratarse de pequeños grupos musculares donde, de darse impacto de la

hipoxia sobre la activación muscular, sería de menor entidad y no ha sido encontrada (Goodall

Page 70: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Discusión    

Página  70    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

et al., 2010; Millet et al., 2012; Donnelly & Green, 2013). Dado que, de tratarse de un efecto de

la oxigenación sobre el cerebro, sabemos que durante ejercicio con grupos musculares

pequeños se perturba menos el intercambio gaseoso pulmonar, por lo que parece razonable

que la oxigenación del cerebro se vea menos alterada (Amann & Calbet, 2008; Calbet &

Lundby, 2009; Calbet et al., 2009) y los efectos sobre metabolismo del músculo y la capacidad

de ejercicio son menores (Roach et al., 1999) o sólo se observan en hipoxia severa (Goodall et

al., 2010).

Cuando analizamos la mayor activación en hipoxia comparada con normoxia en

nuestro modelo de manera relativa vemos que la activación es menor en hipoxia comparada

con normoxia en todas las cargas relativas similares, desde el inicio hasta el máximo del

ejercicio incremental donde se manifiesta una finalización prematura del ejercicio al no alcanzar

los mismos valores de activación o potencia que en normoxia. La duración de las contracciones

aumenta don la intensidad del ejercicio para los vastos, músculos responsables de generar

gran parte de la fuerza de la extensión de rodilla, independientemente de la oxigenación que se

reciba durante el incremental. Paralelamente la MPF y la MdPF se incrementan con la

intensidad del esfuerzo (Peltonen et al., 1997) sin diferencias entre ambas oxigenaciones. Se

ha propuesto que las estrategias de reclutamiento motor podrían ser determinadas

indirectamente a través de la MPF y la MdPF (Solomonow et al., 1990; Sbriccoli et al., 2003). El

hecho de tener que reducir la cadencia de pedaleo al alcanzar los 140 a 160W en hipoxia

confirma un patrón de activación muscular alterado. Se sabe que este aspecto puede aumentar

la señal EMG en algunos músculos (Marsh & Martin, 1995; Neptune et al., 1997; Sarre et al.,

2003; Bieuzen et al., 2007). Al aumentar la cadencia de pedaleo por encima de 60 rpm podría

aumentar la intensidad relativa del ejercicio (aunque la intensidad absoluta no cambie)

(Chavarren & Calbet, 1999). Por ello, al menos una parte de ese incremento en EMG que se

produce con cadencias mayores se debe probablemente al aumento en intensidad relativa.

Pero en este caso aún habiendo descendido la cadencia en hipoxia ha seguido siendo superior

a la que se produce en normoxia para la misma carga absoluta. Dado que la frecuencia de

pedaleo disminuyó en ambas condiciones de oxigenación al alcanzar el 86% de su VO2max,

Page 71: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  71  

parece claro que sería la intensidad relativa y no las pequeñas diferencias en la cadencia de

pedaleo la que dicta la estrategia de activación motora.

Parecería que la fatiga supraespinal, entendida como una disminución en la fuerza

debida a un impulso nervioso inferior al óptimo desde la corteza motora (Gandevia, 2001),

podría estar relacionada con una oxigenación del cerebro reducida en hipoxia severa aguda

causando inhibición corticospinal de la activación central.

Nuestro estudio II confirma que la imposibilidad de continuar un ejercicio incremental

en normoxia no está causado por fatiga muscular, como ya se había propuesto en estudios

anteriores de ejercicio incremental (Coelho et al., 2015) y de intensidad constante (Marcora &

Staiano, 2010a). Se extienden estos hallazgos también a los ejercicios incrementales en

hipoxia aguda severa. Al haber realizado registro de la ergoespirometría incluyendo HR

tenemos más información sobre el sistema respiratorio en estas condiciones y sabemos que la

ventilación y la frecuencia respiratoria así como la frecuencia cardiaca fueron menores durante

los últimos 10 segundos de un incremental en condiciones de hipoxia severa comparado con

un incremental en normoxia. Pero simultáneamente mostramos que la activación muscular

durante los últimos 10 segundos de un incremental en condiciones de hipoxia severa es menor

que la obtenida en un incremental en normoxia. Es una diferencia que no puede explicarse de

acuerdo a la acumulación de metabolitos. Sabemos que la percepción del esfuerzo por parte

del sujeto es máxima, pero sin embargo la potencia generada es mucho menor en hipoxia que

en normoxia y sin embargo no refleja un agotamiento de reservas energéticas de las fibras que

tienen que realizar esta actividad, puesto que son capaces de realizar una activación y una

potencia mucho mayor durante un sprint 10 s, que la potencia desarrollada en el momento de

la extenuación durante el ejercicio incremental. Esto probablemente refleje un mecanismo

central de fatiga que se habrá recuperado al menos parcialmente durante la isquemia de los

miembros inferiores en los siguientes 10 s o 60 s antes del sprint. La oclusión durante estos

periodos de reposo provocó un aumento de las señales aferentes de las terminaciones

nerviosas del grupo III/IV musculares al exacerbar la fatiga periférica. En caso de ser un

problema de disponibilidad de energía del músculo o de acumulación de metabolitos, el

Page 72: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Discusión    

Página  72    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

descenso de reservas y la mayor acumulación de metabolitos hubieran debido causar un

descenso aún mayor de la activación y la potencia generadas. Al realizar los sprints tras tan

solo 10 s de reposo y compararlos con las recuperaciones tras 60 s tenemos información sobre

recuperación central temprana.

Hemos demostrado que la fatiga muscular, medida a través del rendimiento en un

ejercicio de sprint al final de un ejercicio incremental, resulta ser menor tras un incremental en

cicloergómetro en hipoxia severa aguda de lo que resulta en el caso de realizarlo en normoxia,

a pesar de que la acumulación de metabolitos fue similar en ambos casos. Esto es compatible

con el predominio de un mecanismo central de fatiga. Al emplear sprints isocinéticos se han

evitado las diferencias de potencia que se generan con distintas cadencias de pedaleo, que en

cualquier caso son menores en sujetos fatigados, en los que a 80 rpm se puede alcanzar el

pico máximo de potencia (Beelen & Sargeant, 1991). Esta reducción en el rendimiento en sprint

conlleva aparejada una disminución de la activación muscular que monitorizamos con EMG. Al

haber medido la activación muscular con EMG ha sido posible detectar cambios de activación

neural. El usar como test de potencia sprints nos ha permitido emplear un test específico de

las tareas desarrolladas durante el test incremental.

La disminución de la activación muscular tras el esfuerzo incremental (más notoria en

normoxia que en hipoxia) podría significar la presencia de una recuperación más lenta de la

fatiga central tras el incremental en normoxia, donde no hay cambio de oxigenación en la

extenuación que pudiera tener un efecto ergogénico; o bien podría tratarse de que se haya

producido una mayor activación de las rutas de utilización de oxígeno en la hipoxia que

permitiera una mayor recuperación central en el mismo tiempo de descanso al normalizar la

oxigenación.

Curiosamente cuando el descanso se produce con los miembros en isquemia pero se

alarga en su duración, el rendimiento de sprint aumentó en ambas condiciones (Morales-Alamo

et al., 2015b). Este hallazgo no es compatible con un gran impacto de las aferentes musculares

del grupo III/IV sobre el rendimiento de sprint. Curiosamente se realizó un aumento de

rendimiento con menor activación EMGRMS que la recogida en los sprints tras 10 segundos de

Page 73: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  73  

isquemia, lo que demuestra una disociación entre la recuperación de señal EMGRMS y la

recuperación del pico de potencia. Dada esta disociación cuando la potencia se ha recuperado

relativamente no parece razonable creer que una menor EMGRMS tras 60 segundos de

isquemia refleje realmente un fallo de las fibras musculares para responder a la activación

neural.

Al realizar biopsias y medir los metabolitos se puede conocer el estado metabólico de

los músculos. En nuestros experimentos se produjo acumulación de lactato y H+ tras 60

segundos de oclusión. Puesto que la señal EMGRMS fue menor, pero la potencia mayor, tras

60 s de recuperación isquémica, nuestros datos indican que la acidificación de los músculos

reduce la señal EMGRMS sin necesariamente reflejar aumento de fatiga muscular o reducción

de activación desde el sistema nervioso central. Sin embargo, a pesar de unas concentraciones

similares de metabolitos al inicio de los sprints la MPF y MdPF durante el ejercicio de sprint se

vieron reducidas por fatiga muscular sin signos de recuperación, lo que indicaría que la MPF y

la MdPF son sensibles al estado metabólico del músculo y no son buenos marcadores del

patrón de reclutamiento de la motoneuronas medulares. Estos resultados parecen confirmar

que las reducciones de MPF y MdPF estarían relacionadas con factores periféricos (Brody et

al., 1991) completamente independientes de la acumulación de lactato y de H+ (Vestergaard-

Poulsen et al., 1995). Hemos medido también las duraciones de las contracciones, que

deberían ser siempre iguales al tratarse de un esfuerzo isocinético. No obstante, esta

investigación demuestra que la duración de los burst disminuye con la fatiga. Este cambio

revierte durante los 60s de recuperación en isquemia mientras la concentración de metabolitos

sigue incrementándose.

Para demostrar fatiga central es necesario mostrar que se produce un incremento de

fuerza durante una contracción máxima estimulando eléctrica o magnéticamente la corteza, las

vías nerviosas o el músculo (Gandevia et al., 1996), pero estos procedimientos tienen graves

problemas para ser aplicados a tareas complejas como pedalear, por lo que se aplican a otros

tipos de tareas máximas lo antes posible tras una tarea agotadora. Como ya se ha mencionado

en la introducción, esto tiene asociados algunos problemas, desde la diferencia de las vías de

Page 74: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Discusión    

Página  74    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

reclutamiento en tareas diferentes, la dificultad de reproducir la complejidad de las órdenes

motoras que conllevan miles de unidades motoras de distintos músculos descargando a

diferentes frecuencias y reclutados en momentos específicos, o la velocidad de la recuperación

de algunas de las vías como la fosfocreatina. Por otro lado, la respuesta a sacudidas

musculares (contracciones musculares aisladas provocadas eléctrica o magnéticamente)

podría ser debida también en parte a mecanismos intracelulares y no necesariamente reflejar

una fatiga central aumentada (Gandevia et al., 2013).

Una estrategia alternativa es medir la potencia máxima que se genera en la misma

tarea que provocó la fatiga (Cairns et al., 2005; Marcora & Staiano, 2010b; Coelho et al., 2015),

pero generalmente en cicloergómetro ha planteado el problema de que la fatiga genera la

disminución de la frecuencia de pedaleo tanto en hipoxia como en normoxia como mostramos

en el primer artículo anexado (Torres-Peralta et al., 2014). Dada la dependencia de la potencia

a la frecuencia de pedaleo y la velocidad de contracción (Sargeant & Dolan, 1987), la fatiga

debería, al menos en condiciones ideales, ser testada a las mismas velocidades de contracción

que la que se utilizó durante la tarea que creó esta fatiga y a la misma velocidad de contracción

que el control que queramos utilizar, es decir, durante pedaleo isocinético.

Aparentemente la electromiografía de superficie es más sensible detectando fatiga

central que periférica a pesar de que sólo tenemos las frecuencias y el rendimiento al haber

descartado los metabolitos como indicadores. En este sentido en este trabajo hemos podido

analizar varios componentes de la señal EMG sin la variabilidad producida por las diferencias

en la velocidad de movimiento. Se sabe que la duración de las contracciones musculares

durante un ejercicio incremental aumenta con la intensidad del ejercicio manteniendo

frecuencias de pedaleo similares, hasta alcanzar sus máximos cerca de la potencia máxima

como mostramos en el primero de los artículos anexados (Torres-Peralta et al., 2014). Pero a

pesar de que las potencias medias alcanzadas durante los sprints posteriores al incremental

fueron superiores a las potencias alcanzadas al final de los incrementales en todos los casos

las duraciones de las contracciones no fueron superiores sino que incluso fueron inferiores a

las del sprint de control. Esto nos muestra que los músculos se contrajeron durante una

Page 75: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  75  

fracción menor del ciclo de la pedalada. Es posible que este efecto pueda ser causado por un

descenso en la excitabilidad del sarcolema debido a la fatiga (Sejersted & Sjogaard, 2000;

Sidhu et al., 2012). En coherencia con esta explicación la duración del burst se recupera en

menos de 60 segundos, lo que concuerda con una recuperación rápida de la fatiga central

(Fernandez-del-Olmo et al., 2013).

Durante contracciones de alta intensidad la enzima miosin-ATPasa y las bombas

iónicas son las responsables de la mayoría del gasto energético en los músculos dado que no

puede desviarse energía a procesos anabólicos, debido al bloqueo de las enzimas necesarias.

En nuestro modelo suponemos que cuando se finaliza el ejercicio las bombas iónicas estarán

activadas al máximo de sus posibilidades, particularmente la bomba sodio-potasio, que tiene un

papel crítico en la restauración de la excitabilidad del sarcolema (Pedersen et al., 2003;

Hostrup et al., 2014). Durante la isquemia la energía necesaria para mantener la actividad de

las bombas iónicas se produjo a través de la glicólisis y en menor medida usando la poca

cantidad que quedó disponible de PCr (Morales-Alamo et al., 2015a), ya que el poco oxígeno

que pudiera quedar unido a la mioglobina cuando se ocluye la circulación fue utilizado

rápidamente (3-5 s) debido a la gran activación de la respiración mitocondrial por el ADP

acumulado en el momento de finalizar la tarea (Morales-Alamo et al., 2015a).

Los catéteres insertados han permitido conocer la evolución de los gases sanguíneos.

La presión de oxígeno en la vena femoral fue más baja en la extenuación en los test

incrementales de hipoxia que cuando llegan a su máximo y fallan en la tarea en los test

incrementales realizados en normoxia (Calbet et al., 2015). Por tanto, la posible contribución de

oxígeno atrapado en el miembro ocluido, sea en los capilares o en la mioglobina, ha sido

menor en hipoxia que en normoxia. Esto último implica que el O2 atrapado por la oclusión ha

podido contribuir en menor medida a la resíntesis de ATP durante los 10 segundos de reposo

antes del sprint, cuando el test finalizó en normoxia que en hipoxia. Sin embargo, el

rendimiento en sprints realizados tras un test incremental en normoxia ha sido menor que tras

un incremental en hipoxia, sugiriendo de nuevo que en hipoxia se produce una incapacidad de

continuar la tarea con una fatiga periférica menor.

Page 76: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Discusión    

Página  76    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Estudios efectuados en animales (Hill et al., 1992; Lagier-Tessonnier et al., 1993) han

demostrado que a PO2 similares a los observados en la vena femoral en nuestro estudio, las

aferentes musculares del grupo III/IV causan una inhibición mayor del flujo corticoespinal

durante ejercicio severo en hipoxia tal y como se ha sugerido previamente (Calbet et al., 2015).

Se ha propuesto la contribución de las aferentes musculares del grupo III/IV y quizás otras

terminaciones nerviosas de articulaciones y tendones (Amann et al., 2013), aunque su papel en

el proceso de la fatiga está sin determinar.

Se ha comprobado que cuando las motoneuronas son estimuladas repetitivamente

disminuyen la frecuencia de descarga o cesan de hacerlo (Kernell & Monster, 1982). La

combinación de estos dos fenómenos podría explicar la percepción incrementada del esfuerzo

(Marcora, 2009) que lleva a detener la tarea en el incremental en hipoxia a pesar de la menor

fatiga periférica (Pierrefiche et al., 1997). Oxigenar al terminar el esfuerzo puede llevar a que la

recuperación de la fatiga central sea más rápida tras ejercicio en hipoxia.

La inhibición motora causada por activación de las aferentes musculares del grupo

III/IV no incrementan el rendimiento, lo que ha sido argüido como evidencia en contra de un

papel importante de estas aferencia como limitantes de la capacidad de esfuerzo en personas

sanas (Marcora, 2010). Experimentos con fentanilo (Amann et al., 2009; Amann et al., 2011)

(un bloqueador de los receptores opiáceos µ; que se utiliza como anestésico) junto a los del

presente estudio, sugieren que la causa de la fatiga en el test incremental no es la fatiga

periférica.

Se ha propuesto que el lactato y la acumulación de hidrogeniones pueden facilitar la

recuperación al mejorar la conductancia del cloro (Nielsen et al., 2001; Pedersen et al., 2003).

La combinación de una tasa glicolítica elevada con alta temperatura por tener circulación

ocluida, podría haber contribuido también a la recuperación periférica durante la oclusión.

Nuestra investigación sugiere que el papel inhibidor de las aferentes musculares del

grupo III/IV es pequeño o es superado por el comando central. Sin embargo, en ejercicios de

prensión con una mano la activación voluntaria se ve consistentemente inhibida por la

activación de las aferentes musculares del grupo III/IV (Kennedy et al., 2015).

Page 77: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  77  

Lo cierto es que los sprint tras la normoxia y la hipoxia tienen la misma duración de

contracciones, más corta que el sprint control, pero los que habían sido precedidos por hipoxia

generaron más potencia por lo que la fuerza aplicada ha debido ser mayor. De acuerdo con

esto la MPF y la MdPF son mayores sugiriendo mayores frecuencias y menor fatiga central tras

hipoxia o una recuperación más rápida del fenómeno de fatiga central por la oxigenación del

cerebro (Kayser et al., 1994; Calbet et al., 2003a)

Al final del test incremental la activación es menor que durante el sprint, por lo que el

cese de la actividad no lo causó una incapacidad de actuación por fatiga muscular, sino por

insuficiente activación y que el componente central se recuperó con rapidez.

De ese modo lo que recogeríamos durante los primeros segundos del sprint sería lo

máximo que pueden dar de sí el sistema nervioso y el muscular sin inhibiciones de la

percepción de esfuerzo que ha sido borrada durante los segundos de reposo de sistema

central.

La percepción del esfuerzo por parte de los sujetos fue máxima siempre. Aunque los

factores psicológicos no fueron analizados parece poco probable que influyeran en el aumento

de potencia tras el sprint efectuado con 60 s de isquemia comparado con el realizado tras 10 s

de isquemia, pero podrían influir en la reducción de la motivación para mantener el esfuerzo

máximo en el test incremental.

En resumen, la finalización del ejercicio incremental depende más de los mecanismos

centrales de fatiga que de los periféricos, tal y como indica el menor nivel de activación

muscular observado en los últimos segundos del test incremental comparados con los del

sprint realizado tras una isquemia. Se reducen durante la fatiga la duración de las

contracciones musculares, la MPF y la MDPF a máxima intensidad de movimiento (sprint). La

acción inhibitoria de las aferentes musculares del grupo III/IV tiene poco o ningún impacto en el

rendimiento durante sprints cortos. La oxigenación aumenta la activación muscular cuando la

fatiga ocurre durante un esfuerzo producido en condiciones de hipoxia severa.

Page 78: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Discusión    

Página  78    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Nuestro estudio III ha confirmado que hay menor activación muscular cuando se

alcanza la fatiga en hipoxia severa aguda (Calbet et al., 2003a; Amann et al., 2007b) y de que

la fatiga queda aliviada rápidamente si administra aire con mayor PO2 en el momento del

agotamiento. Aunque esta oxigenación generalmente viene acompañada de una mayor

activación muscular cuando los niveles de hipoxia son severos (PIO2 ≤82mmHg, altitudes sobre

los 4300m), también encontramos que no es precisa esta mayor activación muscular para ver

efectos ergogénicos en la oxigenación de sujetos durante la fatiga en hipoxia. Se cree que la

imposibilidad de mantener la potencia deseada provendría de mecanismos centrales

dependientes de la liberación de oxígeno o la presión intersticial de oxígeno y esta idea viene

refrendada por la velocidad con la que se atenúan los síntomas de fatiga con la oxigenación;

esto coincide con una gran reserva funcional en la fatiga en hipoxia, que es superior a la

reserva funcional disponible al finalizar el esfuerzo en normoxia (Amann et al., 2007b; Morales-

Alamo et al., 2015a).

La administración de aire con mayor PIO2 no atenúa la fatiga en el ejercicio en hipoxia

moderada o en ejercicios de músculos pequeños aún en hipoxia severa (Calbet & Lundby,

2009), lo que podría estar relacionado con niveles menores de fatiga supraespinal en este tipo

de esfuerzo (Goodall et al., 2010). Aparentemente la activación muscular se ve reducida

cuando la hipoxia causa un descenso de la SaO2 por debajo del 70%.

Esta reducción de la activación muscular podría producirse aumentando la

retroalimentación inhibitoria a niveles espinal y supraespinal, lo que reduciría la frecuencia de

descarga de las motoneuronas espinales comparada con las frecuencias de normoxia (Hill et

al., 1992; Lagier-Tessonnier et al., 1993; Arbogast et al., 2000; Amann & Kayser, 2009). Pero

parece extraño que pueda ocurrir sin perturbar la frecuencia media o la mediana, lo que van en

contra de un aumento del activación de los reflejos metabólicos de la musculatura en este tipo

de esfuerzos (Millet et al., 2009). O bien podría reducir el reclutamiento de unidades motoras

de umbral alto, al reducir la oxigenación de las zonas prefrontales, premotoras y motoras,

debido a un desequilibrio entre la demanda de energía y la resíntesis de ATP lo que limitaría el

impulso nervioso corticoespinal (Rasmussen et al., 2007; Verges et al., 2012). Además, en este

Page 79: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Discusión    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  79  

estudio hemos podido descartar que los cambios de activación dependan de cambios en la

frecuencia de pedaleo (Amiridis et al., 1996). En conjunto los hallazgos indican que uno de los

mecanismos centrales por los que la hipoxia severa puede causar fatiga central es reduciendo

la capacidad de activación máxima del músculo.

Page 80: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Conclusiones    

Página  80    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Page 81: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Conclusiones    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  81  

CONCLUSIONES

Las siguientes conclusiones han sido extraídas de los resultados de los estudios

experimentales incluidos en la tesis.

1/ La activación muscular aumenta en relación casi lineal con la intensidad en el

ejercicio incremental en cicloergómetro con un patrón específico para cada músculo.

2/ El patrón de incremento de la activación se ve modulado por la fracción inspiratoria

de oxígeno y la intensidad relativa del esfuerzo.

3/ A una misma intensidad absoluta la activación es mayor en hipoxia severa aguda.

4/ A una misma intensidad relativa la activación es menor en hipoxia severa aguda.

5/ La duración de las contracciones del vasto medial y lateral del cuádriceps aumenta

con la intensidad del ejercicio.

6/ En hipoxia severa equivalente a altitudes superiores a 4300 m sobre el nivel del mar

la activación muscular máxima que se puede alcanzar durante un ejercicio incremental hasta el

agotamiento es menor que en normoxia.

7/ La oxigenación en el punto de fatiga permite continuar el ejercicio cuando el

agotamiento se ha producido en hipoxia moderada y severa de manera independiente de su

efecto sobre la activación muscular.

Page 82: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Conclusiones    

Página  82    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

8/ La oxigenación en el momento de la extenuación aumenta la activación muscular

cuando el esfuerzo se ha efectuado en hipoxia equivalente a altitudes sobre los 4300 m (PIO2 ≤

82 mmHg) si logra una SaO2 ≥67%.

Page 83: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

       Conclusiones    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  83  

CONCLUSIONS

The following conclusions have been extracted from the results of the experimental studies

includes in this thesis.

1/ Muscle activation increases linearly with intensity during incremental exercise in

whole body exercise following a muscle-specific pattern.

2/ The pattern of muscle activation is modulated depending on FIO2 and relative

intensity of exercise.

3/ At a given absolute intensity muscle activation will be higher under severe hypoxia

compared to normoxia.

4/ At a given relative intensity muscle activation will be lower under severe hypoxia

compared to normoxia.

5/ Duration of burst of vastus medialis and vastus lateralis increases with exercise

intensity.

6/ Under severe hypoxia equivalent to altitudes above 4300m the maximal muscular

activation attainable in an incremental exercise to exhaustion is lower than under normoxia..

7/ Oxygenation at task failure under moderate or severe hypoxia will allow continuing to

exercise independently of the effect of the new inspired fraction of oxygen on the activation of

the muscles.

Page 84: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Conclusiones    

Página  84    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

8/ Oxygenation at exhaustion under hypoxia equivalent to altitudes above 4300m (PIO2

≤ 82 mmHg) whenever it reaches SaO2 ≥67%

Page 85: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  85  

Bibliografía

Albertus-Kajee Y, Tucker R, Derman W & Lambert M. (2010). Alternative methods of

normalising EMG during cycling. J Electromyogr Kinesiol 20, 1036-1043. Aldrich TK, Shander A, Chaudhry I & Nagashima H. (1986). Fatigue of isolated rat

diaphragm: role of impaired neuromuscular transmission. J Appl Physiol (1985) 61, 1077-1083.

Amann M & Calbet JA. (2008). Convective oxygen transport and fatigue. J Appl

Physiol (1985) 104, 861-870. Amann M & Dempsey JA. (2008). Locomotor muscle fatigue modifies central motor

drive in healthy humans and imposes a limitation to exercise performance. J Physiol 586, 161-173.

Amann M & Kayser B. (2009). Nervous system function during exercise in hypoxia.

High Alt Med Biol 10, 149-164. Amann M, Pegelow DF, Jacques AJ & Dempsey JA. (2007a). Inspiratory muscle work

in acute hypoxia influences locomotor muscle fatigue and exercise performance of healthy humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 293, R2036-2045.

Amann M, Proctor LT, Sebranek JJ, Pegelow DF & Dempsey JA. (2009). Opioid-

mediated muscle afferents inhibit central motor drive and limit peripheral muscle fatigue development in humans. J Physiol 587, 271-283.

Amann M, Romer LM, Pegelow DF, Jacques AJ, Hess CJ & Dempsey JA. (2006).

Effects of arterial oxygen content on peripheral locomotor muscle fatigue. J Appl Physiol (1985) 101, 119-127.

Amann M, Romer LM, Subudhi AW, Pegelow DF & Dempsey JA. (2007b). Severity of

arterial hypoxaemia affects the relative contributions of peripheral muscle fatigue to exercise performance in healthy humans. J Physiol 581, 389-403.

Amann M, Runnels S, Morgan DE, Trinity JD, Fjeldstad AS, Wray DW, Reese VR &

Richardson RS. (2011). On the contribution of group III and IV muscle afferents to the circulatory response to rhythmic exercise in humans. J Physiol 589, 3855-3866.

Amann M, Venturelli M, Ives SJ, McDaniel J, Layec G, Rossman MJ & Richardson

RS. (2013). Peripheral fatigue limits endurance exercise via a sensory feedback-mediated reduction in spinal motoneuronal output. J Appl Physiol (1985) 115, 355-364.

Page 86: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  86    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Amiridis IG, Martin A, Morlon B, Martin L, Cometti G, Pousson M & van Hoecke J. (1996). Co-activation and tension-regulating phenomena during isokinetic knee extension in sedentary and highly skilled humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 73, 149-156.

Andersen P & Saltin B. (1985). Maximal perfusion of skeletal muscle in man. J Physiol

366, 233-249. Ara I, Perez-Gomez J, Vicente-Rodriguez G, Chavarren J, Dorado C & Calbet JA.

(2006). Serum free testosterone, leptin and soluble leptin receptor changes in a 6-week strength-training programme. Br J Nutr 96, 1053-1059.

Ara I, Vicente-Rodriguez G, Jimenez-Ramirez J, Dorado C, Serrano-Sanchez JA &

Calbet JA. (2004). Regular participation in sports is associated with enhanced physical fitness and lower fat mass in prepubertal boys. Int J Obes Relat Metab Disord 28, 1585-1593.

Arbogast S, Vassilakopoulos T, Darques JL, Duvauchelle JB & Jammes Y. (2000).

Influence of oxygen supply on activation of group IV muscle afferents after low-frequency muscle stimulation. Muscle Nerve 23, 1187-1193.

Arendt-Nielsen L, Mills KR & Forster A. (1989). Changes in muscle fiber conduction

velocity, mean power frequency, and mean EMG voltage during prolonged submaximal contractions. Muscle Nerve 12, 493-497.

Bartlett IS & Segal SS. (2000). Resolution of smooth muscle and endothelial pathways

for conduction along hamster cheek pouch arterioles. Am J Physiol Heart Circ Physiol 278, H604-612.

Baum BS & Li L. (2003). Lower extremity muscle activities during cycling are

influenced by load and frequency. J Electromyogr Kinesiol 13, 181-190. Bawa P & Lemon RN. (1993). Recruitment of motor units in response to transcranial

magnetic stimulation in man. J Physiol 471, 445-464. Beelen A & Sargeant AJ. (1991). Effect of fatigue on maximal power output at different

contraction velocities in humans. J Appl Physiol (1985) 71, 2332-2337. Bergstrom RA. (1962). Muscle electrolytes in man. Scand J Clin Lab Invest Supp, 1-

110. Bieuzen F, Lepers R, Vercruyssen F, Hausswirth C & Brisswalter J. (2007). Muscle

activation during cycling at different cadences: effect of maximal strength capacity. J Electromyogr Kinesiol 17, 731-738.

Page 87: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  87  

Bigland-Ritchie B, Furbush F & Woods JJ. (1986). Fatigue of intermittent submaximal voluntary contractions: central and peripheral factors. J Appl Physiol (1985) 61, 421-429.

Bigland-Ritchie B & Woods JJ. (1984). Changes in muscle contractile properties and

neural control during human muscular fatigue. Muscle Nerve 7, 691-699. Bogdanis GC, Nevill ME, Boobis LH & Lakomy HK. (1996). Contribution of

phosphocreatine and aerobic metabolism to energy supply during repeated sprint exercise. J Appl Physiol (1985) 80, 876-884.

Borer KTa. Advanced exercise endocrinology. Braith RW & Stewart KJ. (2006). Resistance exercise training: its role in the prevention

of cardiovascular disease. Circulation 113, 2642-2650. Brody LR, Pollock MT, Roy SH, De Luca CJ & Celli B. (1991). pH-induced effects on

median frequency and conduction velocity of the myoelectric signal. J Appl Physiol (1985) 71, 1878-1885.

Cairns SP. (2006). Lactic acid and exercise performance : culprit or friend? Sports Med

36, 279-291. Cairns SP, Knicker AJ, Thompson MW & Sjogaard G. (2005). Evaluation of models

used to study neuromuscular fatigue. Exerc Sport Sci Rev 33, 9-16. Calbet JA, Boushel R, Radegran G, Sondergaard H, Wagner PD & Saltin B. (2003a).

Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 284, R291-303.

Calbet JA, Boushel R, Radegran G, Sondergaard H, Wagner PD & Saltin B. (2003b).

Why is VO2 max after altitude acclimatization still reduced despite normalization of arterial O2 content? Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 284, R304-316.

Calbet JA, Chavarren J & Dorado C. (1997). Fractional use of anaerobic capacity

during a 30- and a 45-s Wingate test. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 76, 308-313.

Calbet JA, Gonzalez-Alonso J, Helge JW, Sondergaard H, Munch-Andersen T, Boushel

R & Saltin B. (2007). Cardiac output and leg and arm blood flow during incremental exercise to exhaustion on the cycle ergometer. J Appl Physiol (1985) 103, 969-978.

Page 88: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  88    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Calbet JA, Jensen-Urstad M, van Hall G, Holmberg HC, Rosdahl H & Saltin B. (2004). Maximal muscular vascular conductances during whole body upright exercise in humans. J Physiol 558, 319-331.

Calbet JA, Losa-Reyna J, Peralta RT, Rasmussen P, Ponce-Gonzalez JG, Sheel AW, de

la Calle-Herrero J, Grau AG, Morales-Alamo D, Fuentes T, Rodriguez-Garcia L, Siebenmann C, Boushel R & Lundby C. (2015). Limitations to oxygen transport and utilisation during sprint exercise in humans: evidence for a functional reserve in muscle O diffusing capacity. J Physiol.

Calbet JA & Lundby C. (2009). Air to muscle O2 delivery during exercise at altitude.

High Alt Med Biol 10, 123-134. Calbet JA, Lundby C, Sander M, Robach P, Saltin B & Boushel R. (2006). Effects of

ATP-induced leg vasodilation on VO2 peak and leg O2 extraction during maximal exercise in humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 291, R447-453.

Calbet JA, Radegran G, Boushel R & Saltin B. (2009). On the mechanisms that limit

oxygen uptake during exercise in acute and chronic hypoxia: role of muscle mass. J Physiol 587, 477-490.

Cannon DT, Howe FA, Whipp BJ, Ward SA, McIntyre DJ, Ladroue C, Griffiths JR,

Kemp GJ & Rossiter HB. (2013). Muscle metabolism and activation heterogeneity by combined 31P chemical shift and T2 imaging, and pulmonary O2 uptake during incremental knee-extensor exercise. J Appl Physiol (1985) 115, 839-849.

Clifford PS, Hamann JJ, Valic Z & Buckwalter JB. (2005). Counterpoint: The muscle

pump is not an important determinant of muscle blood flow during exercise. J Appl Physiol (1985) 99, 372-374; discussion 374-375.

Clifford PS & Hellsten Y. (2004). Vasodilatory mechanisms in contracting skeletal

muscle. J Appl Physiol (1985) 97, 393-403. Coelho AC, Cannon DT, Cao R, Porszasz J, Casaburi R, Knorst MM & Rossiter HB.

(2015). Instantaneous quantification of skeletal muscle activation, power production, and fatigue during cycle ergometry. J Appl Physiol (1985) 118, 646-654.

Cornelissen VA & Fagard RH. (2005). Effect of resistance training on resting blood

pressure: a meta-analysis of randomized controlled trials. J Hypertens 23, 251-259.

Chavarren J & Calbet JA. (1999). Cycling efficiency and pedalling frequency in road

cyclists. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 80, 555-563.

Page 89: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  89  

Dawson B, Goodman C, Lawrence S, Preen D, Polglaze T, Fitzsimons M & Fournier P.

(1997). Muscle phosphocreatine repletion following single and repeated short sprint efforts. Scand J Med Sci Sports 7, 206-213.

Dempsey JA, Blain GM & Amann M. (2014). Are type III-IV muscle afferents required

for a normal steady-state exercise hyperpnoea in humans? J Physiol 592, 463-474.

Dempsey JA, Romer L, Rodman J, Miller J & Smith C. (2006). Consequences of

exercise-induced respiratory muscle work. Respir Physiol Neurobiol 151, 242-250.

DeVan AE, Anton MM, Cook JN, Neidre DB, Cortez-Cooper MY & Tanaka H. (2005).

Acute effects of resistance exercise on arterial compliance. J Appl Physiol (1985) 98, 2287-2291.

Donnelly J & Green S. (2013). Effect of hypoxia on the dynamic response of

hyperaemia in the contracting human calf muscle. Exp Physiol 98, 81-93. Elstad M, Nadland IH, Toska K & Walloe L. (2009). Stroke volume decreases during

mild dynamic and static exercise in supine humans. Acta Physiol (Oxf) 195, 289-300.

Endo MY, Kobayakawa M, Kinugasa R, Kuno S, Akima H, Rossiter HB, Miura A &

Fukuba Y. (2007). Thigh muscle activation distribution and pulmonary VO2 kinetics during moderate, heavy, and very heavy intensity cycling exercise in humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 293, R812-820.

Ericson M. (1986). On the biomechanics of cycling. A study of joint and muscle load

during exercise on the bicycle ergometer. Scand J Rehabil Med Suppl 16, 1-43. Fahs CA, Heffernan KS & Fernhall B. (2009). Hemodynamic and vascular response to

resistance exercise with L-arginine. Med Sci Sports Exerc 41, 773-779. Featherstone JF, Holly RG & Amsterdam EA. (1993). Physiologic responses to weight

lifting in coronary artery disease. Am J Cardiol 71, 287-292. Fernandez-del-Olmo M, Rodriguez FA, Marquez G, Iglesias X, Marina M, Benitez A,

Vallejo L & Acero RM. (2013). Isometric knee extensor fatigue following a Wingate test: peripheral and central mechanisms. Scand J Med Sci Sports 23, 57-65.

Fitts RH. (2008). The cross-bridge cycle and skeletal muscle fatigue. J Appl Physiol

(1985) 104, 551-558.

Page 90: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  90    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Fleck SJ & Dean LS. (1987). Resistance-training experience and the pressor response during resistance exercise. J Appl Physiol (1985) 63, 116-120.

Fulco CS, Lewis SF, Frykman PN, Boushel R, Smith S, Harman EA, Cymerman A &

Pandolf KB. (1996). Muscle fatigue and exhaustion during dynamic leg exercise in normoxia and hypobaric hypoxia. J Appl Physiol (1985) 81, 1891-1900.

Gaitanos GC, Williams C, Boobis LH & Brooks S. (1993). Human muscle metabolism

during intermittent maximal exercise. J Appl Physiol (1985) 75, 712-719. Gandevia SC. (2001). Spinal and supraspinal factors in human muscle fatigue. Physiol

Rev 81, 1725-1789. Gandevia SC, Allen GM, Butler JE & Taylor JL. (1996). Supraspinal factors in human

muscle fatigue: evidence for suboptimal output from the motor cortex. J Physiol 490 ( Pt 2), 529-536.

Gandevia SC, McNeil CJ, Carroll TJ & Taylor JL. (2013). Twitch interpolation:

superimposed twitches decline progressively during a tetanic contraction of human adductor pollicis. J Physiol 591, 1373-1383.

Gardiner PF. (2011). Advanced neuromuscular exercise physiology. Human Kinetics,

Leeds. Gerdle B & Fugl-Meyer AR. (1992). Is the mean power frequency shift of the EMG a

selective indicator of fatigue of the fast twitch motor units? Acta Physiol Scand 145, 129-138.

Gonzalez-Alonso J, Richardson RS & Saltin B. (2001). Exercising skeletal muscle

blood flow in humans responds to reduction in arterial oxyhaemoglobin, but not to altered free oxygen. J Physiol 530, 331-341.

Gonzalez-Izal M, Malanda A, Gorostiaga E & Izquierdo M. (2012). Electromyographic

models to assess muscle fatigue. J Electromyogr Kinesiol 22, 501-512. Goodall S, Gonzalez-Alonso J, Ali L, Ross EZ & Romer LM. (2012). Supraspinal

fatigue after normoxic and hypoxic exercise in humans. J Physiol 590, 2767-2782.

Goodall S, Ross EZ & Romer LM. (2010). Effect of graded hypoxia on supraspinal

contributions to fatigue with unilateral knee-extensor contractions. J Appl Physiol (1985) 109, 1842-1851.

Gottlieb GL & Agarwal GC. (1971). Dynamic relationship between isometric muscle

tension and the electromyogram in man. J Appl Physiol 30, 345-351.

Page 91: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  91  

Guerra B, Gomez-Cabrera MC, Ponce-Gonzalez JG, Martinez-Bello VE, Guadalupe-Grau A, Santana A, Sebastia V, Vina J & Calbet JA. (2011). Repeated muscle biopsies through a single skin incision do not elicit muscle signaling, but IL-6 mRNA and STAT3 phosphorylation increase in injured muscle. J Appl Physiol (1985) 110, 1708-1715.

Hamann JJ, Buckwalter JB & Clifford PS. (2004). Vasodilatation is obligatory for

contraction-induced hyperaemia in canine skeletal muscle. J Physiol 557, 1013-1020.

Hamann JJ, Valic Z, Buckwalter JB & Clifford PS. (2003). Muscle pump does not

enhance blood flow in exercising skeletal muscle. J Appl Physiol (1985) 94, 6-10.

Harms CA, Babcock MA, McClaran SR, Pegelow DF, Nickele GA, Nelson WB &

Dempsey JA. (1997). Respiratory muscle work compromises leg blood flow during maximal exercise. J Appl Physiol (1985) 82, 1573-1583.

Hausswirth C, Brisswalter J, Vallier JM, Smith D & Lepers R. (2000). Evolution of

electromyographic signal, running economy, and perceived exertion during different prolonged exercises. Int J Sports Med 21, 429-436.

Haykowsky M, Taylor D, Teo K, Quinney A & Humen D. (2001). Left ventricular wall

stress during leg-press exercise performed with a brief Valsalva maneuver. Chest 119, 150-154.

Haykowsky MJ, Eves ND, DE RW & Findlay MJ. (2003). Resistance exercise, the

Valsalva maneuver, and cerebrovascular transmural pressure. Med Sci Sports Exerc 35, 65-68.

Heffernan KS, Fahs CA, Iwamoto GA, Jae SY, Wilund KR, Woods JA & Fernhall B.

(2009). Resistance exercise training reduces central blood pressure and improves microvascular function in African American and white men. Atherosclerosis 207, 220-226.

Heffernan KS, Jae SY, Echols GH, Lepine NR & Fernhall B. (2007). Arterial stiffness

and wave reflection following exercise in resistance-trained men. Med Sci Sports Exerc 39, 842-848.

Heffernan KS, Rossow L, Jae SY, Shokunbi HG, Gibson EM & Fernhall B. (2006).

Effect of single-leg resistance exercise on regional arterial stiffness. Eur J Appl Physiol 98, 185-190.

Hepple RT. (2002). The role of O2 supply in muscle fatigue. Can J Appl Physiol 27, 56-

69.

Page 92: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  92    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Hill JM, Pickar JG, Parrish MD & Kaufman MP. (1992). Effects of hypoxia on the discharge of group III and IV muscle afferents in cats. J Appl Physiol (1985) 73, 2524-2529.

Hogan MC, Kohin S, Stary CM & Hepple RT. (1999). Rapid force recovery in

contracting skeletal muscle after brief ischemia is dependent on O(2) availability. J Appl Physiol (1985) 87, 2225-2229.

Hostrup M, Kalsen A, Ortenblad N, Juel C, Morch K, Rzeppa S, Karlsson S, Backer V

& Bangsbo J. (2014). beta2-adrenergic stimulation enhances Ca2+ release and contractile properties of skeletal muscles, and counteracts exercise-induced reductions in Na+-K+-ATPase Vmax in trained men. J Physiol 592, 5445-5459.

Hug F, Bendahan D, Le Fur Y, Cozzone PJ & Grelot L. (2004). Heterogeneity of

muscle recruitment pattern during pedaling in professional road cyclists: a magnetic resonance imaging and electromyography study. Eur J Appl Physiol 92, 334-342.

Hug F & Dorel S. (2009). Electromyographic analysis of pedaling: a review. J

Electromyogr Kinesiol 19, 182-198. Hureau TJ, Olivier N, Millet GY, Meste O & Blain GM. (2014). Exercise performance

is regulated during repeated sprints to limit the development of peripheral fatigue beyond a critical threshold. Exp Physiol 99, 951-963.

Izquierdo M, Gonzalez-Izal M, Navarro-Amezqueta I, Calbet JA, Ibanez J, Malanda A,

Mallor F, Hakkinen K, Kraemer WJ & Gorostiaga EM. (2011). Effects of strength training on muscle fatigue mapping from surface EMG and blood metabolites. Med Sci Sports Exerc 43, 303-311.

Johnson JM & Park MK. (1981). Effect of upright exercise on threshold for cutaneous

vasodilation and sweating. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol 50, 814-818.

Jones AM, Krustrup P, Wilkerson DP, Berger NJ, Calbet JA & Bangsbo J. (2012).

Influence of exercise intensity on skeletal muscle blood flow, O2 extraction and O2 uptake on-kinetics. J Physiol 590, 4363-4376.

Jones KE, Bawa P & McMillan AS. (1993). Recruitment of motor units in human flexor

carpi ulnaris. Brain Res 602, 354-356. Karatzaferi C, Franks-Skiba K & Cooke R. (2008). Inhibition of shortening velocity of

skinned skeletal muscle fibers in conditions that mimic fatigue. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 294, R948-955.

Page 93: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  93  

Kayser B, Narici M, Binzoni T, Grassi B & Cerretelli P. (1994). Fatigue and exhaustion in chronic hypobaric hypoxia: influence of exercising muscle mass. J Appl Physiol (1985) 76, 634-640.

Kellogg DL, Jr., Johnson JM & Kosiba WA. (1991). Competition between cutaneous

active vasoconstriction and active vasodilation during exercise in humans. Am J Physiol 261, H1184-1189.

Kennedy DS, Fitzpatrick SC, Gandevia SC & Taylor JL. (2015). Fatigue-related firing

of muscle nociceptors reduces voluntary activation of ipsilateral but not contralateral lower limb muscles. J Appl Physiol (1985) 118, 408-418.

Kenney WL, Tankersley CG, Newswanger DL & Puhl SM. (1991). Alpha 1-adrenergic

blockade does not alter control of skin blood flow during exercise. Am J Physiol 260, H855-861.

Kernell D & Monster AW. (1982). Time course and properties of late adaptation in

spinal motoneurones of the cat. Exp Brain Res 46, 191-196. Kingwell BA, Berry KL, Cameron JD, Jennings GL & Dart AM. (1997). Arterial

compliance increases after moderate-intensity cycling. Am J Physiol 273, H2186-2191.

Knuth ST, Dave H, Peters JR & Fitts RH. (2006). Low cell pH depresses peak power in

rat skeletal muscle fibres at both 30 degrees C and 15 degrees C: implications for muscle fatigue. J Physiol 575, 887-899.

Lagier-Tessonnier F, Balzamo E & Jammes Y. (1993). Comparative effects of ischemia

and acute hypoxemia on muscle afferents from tibialis anterior in cats. Muscle Nerve 16, 135-141.

Lentini AC, McKelvie RS, McCartney N, Tomlinson CW & MacDougall JD. (1993).

Left ventricular response in healthy young men during heavy-intensity weight-lifting exercise. J Appl Physiol (1985) 75, 2703-2710.

Lewis SF, Snell PG, Taylor WF, Hamra M, Graham RM, Pettinger WA & Blomqvist

CG. (1985). Role of muscle mass and mode of contraction in circulatory responses to exercise. J Appl Physiol (1985) 58, 146-151.

Little TL, Beyer EC & Duling BR. (1995). Connexin 43 and connexin 40 gap junctional

proteins are present in arteriolar smooth muscle and endothelium in vivo. Am J Physiol 268, H729-739.

Lowry OH & Passonneau JV. (1972). A flexible system of enzymatic analysis. Academic

Press, New York,.

Page 94: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  94    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

MacDougall JD, McKelvie RS, Moroz DE, Sale DG, McCartney N & Buick F. (1992). Factors affecting blood pressure during heavy weight lifting and static contractions. J Appl Physiol (1985) 73, 1590-1597.

MacDougall JD, Tuxen D, Sale DG, Moroz JR & Sutton JR. (1985). Arterial blood

pressure response to heavy resistance exercise. J Appl Physiol (1985) 58, 785-790.

Marcora S. (2009). Perception of effort during exercise is independent of afferent

feedback from skeletal muscles, heart, and lungs. J Appl Physiol (1985) 106, 2060-2062.

Marcora S. (2010). Counterpoint: Afferent feedback from fatigued locomotor muscles is

not an important determinant of endurance exercise performance. J Appl Physiol (1985) 108, 454-456; discussion 456-457.

Marcora SM & Staiano W. (2010a). The limit to exercise tolerance in humans: mind

over muscle? Eur J Appl Physiol 109, 763-770. Marcora SM & Staiano W. (2010b). The parabolic power-velocity relationship does not

apply to fatigued states. Eur J Appl Physiol 109, 787-788. Marsh AP & Martin PE. (1995). The relationship between cadence and lower extremity

EMG in cyclists and noncyclists. Med Sci Sports Exerc 27, 217-225. Marsh RL & Ellerby DJ. (2006). Partitioning locomotor energy use among and within

muscles. Muscle blood flow as a measure of muscle oxygen consumption. J Exp Biol 209, 2385-2394.

Martin PG, Smith JL, Butler JE, Gandevia SC & Taylor JL. (2006). Fatigue-sensitive

afferents inhibit extensor but not flexor motoneurons in humans. J Neurosci 26, 4796-4802.

McCartney N. (1999). Acute responses to resistance training and safety. Med Sci Sports

Exerc 31, 31-37. Merletti R & Hermens H. (2000). Introduction to the special issue on the SENIAM

European Concerted Action. J Electromyogr Kinesiol 10, 283-286. Miles DS, Owens JJ, Golden JC & Gotshall RW. (1987). Central and peripheral

hemodynamics during maximal leg extension exercise. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 56, 12-17.

Millet GY, Aubert D, Favier FB, Busso T & Benoit H. (2009). Effect of acute hypoxia

on central fatigue during repeated isometric leg contractions. Scand J Med Sci Sports 19, 695-702.

Page 95: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  95  

Millet GY, Muthalib M, Jubeau M, Laursen PB & Nosaka K. (2012). Severe hypoxia

affects exercise performance independently of afferent feedback and peripheral fatigue. J Appl Physiol (1985) 112, 1335-1344.

Mitchell JH, Sproule BJ & Chapman CB. (1958). The physiological meaning of the

maximal oxygen intake test. J Clin Invest 37, 538-547. Morales-Alamo D, Losa-Reyna J, Torres-Peralta R, Martin-Rincon M, Perez-Valera M,

Curtelin D, Ponce-Gonzalez JG, Santana A & Calbet JA. (2015a). What limits performance during whole-body incremental exercise to exhaustion in humans? J Physiol 593, 4631-4648.

Morales-Alamo D, Losa-Reyna J, Torres-Peralta R, Martin-Rincon M, Perez-Valera M,

Curtelin D, Ponce-Gonzalez JG, Santana A & Calbet JA. (2015b). What limits performance during whole-body incremental exercise to exhaustion in humans? J Physiol.

Morales-Alamo D, Losa-Reyna J, Torres-Peralta R, Martin-Rincon M, Perez-Valera M,

Curtelin D, Ponce-Gonzalez JG, Santana A & Calbet JA. (2015c). What limits performance during whole body incremental exercise to exhaustion in humans? J Physiol.

Morales-Alamo D, Ponce-Gonzalez JG, Guadalupe-Grau A, Rodriguez-Garcia L,

Santana A, Cusso R, Guerrero M, Dorado C, Guerra B & Calbet JA. (2013). Critical role for free radicals on sprint exercise-induced CaMKII and AMPKalpha phosphorylation in human skeletal muscle. J Appl Physiol (1985) 114, 566-577.

Moritani T, Sherman WM, Shibata M, Matsumoto T & Shinohara M. (1992). Oxygen

availability and motor unit activity in humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 64, 552-556.

Naka KK, Tweddel AC, Parthimos D, Henderson A, Goodfellow J & Frenneaux MP.

(2003). Arterial distensibility: acute changes following dynamic exercise in normal subjects. Am J Physiol Heart Circ Physiol 284, H970-978.

Narloch JA & Brandstater ME. (1995). Influence of breathing technique on arterial

blood pressure during heavy weight lifting. Arch Phys Med Rehabil 76, 457-462. Nelson RR, Gobel FL, Jorgensen CR, Wang K, Wang Y & Taylor HL. (1974).

Hemodynamic predictors of myocardial oxygen consumption during static and dynamic exercise. Circulation 50, 1179-1189.

Neptune RR, Kautz SA & Hull ML. (1997). The effect of pedaling rate on coordination

in cycling. J Biomech 30, 1051-1058.

Page 96: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  96    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Nielsen OB, de Paoli F & Overgaard K. (2001). Protective effects of lactic acid on force

production in rat skeletal muscle. J Physiol 536, 161-166. Olson TP, Joyner MJ, Eisenach JH, Curry TB & Johnson BD. (2014). Influence of

locomotor muscle afferent inhibition on the ventilatory response to exercise in heart failure. Exp Physiol 99, 414-426.

Osawa T, Kime R, Hamaoka T, Katsumura T & Yamamoto M. (2011). Attenuation of

muscle deoxygenation precedes EMG threshold in normoxia and hypoxia. Med Sci Sports Exerc 43, 1406-1413.

Overgaard M, Rasmussen P, Bohm AM, Seifert T, Brassard P, Zaar M, Homann P,

Evans KA, Nielsen HB & Secher NH. (2012). Hypoxia and exercise provoke both lactate release and lactate oxidation by the human brain. FASEB J 26, 3012-3020.

Ozgunen KT, Celik U & Kurdak SS. (2010). Determination of an Optimal Threshold

Value for Muscle Activity Detection in EMG Analysis. J Sports Sci Med 9, 620-628.

Parolin ML, Spriet LL, Hultman E, Hollidge-Horvat MG, Jones NL & Heigenhauser

GJ. (2000). Regulation of glycogen phosphorylase and PDH during exercise in human skeletal muscle during hypoxia. Am J Physiol Endocrinol Metab 278, E522-534.

Pedersen TH, Clausen T & Nielsen OB. (2003). Loss of force induced by high

extracellular [K+] in rat muscle: effect of temperature, lactic acid and beta2-agonist. J Physiol 551, 277-286.

Peltonen JE, Rusko HK, Rantamaki J, Sweins K, Niittymaki S & Viitasalo JT. (1997).

Effects of oxygen fraction in inspired air on force production and electromyogram activity during ergometer rowing. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 76, 495-503.

Pierrefiche O, Bischoff AM, Richter DW & Spyer KM. (1997). Hypoxic response of

hypoglossal motoneurones in the in vivo cat. J Physiol 505 ( Pt 3), 785-795. Pincivero DM, Campy RM, Salfetnikov Y, Bright A & Coelho AJ. (2001). Influence of

contraction intensity, muscle, and gender on median frequency of the quadriceps femoris. J Appl Physiol (1985) 90, 804-810.

Ploutz-Snyder LL, Convertino VA & Dudley GA. (1995). Resistance exercise-induced

fluid shifts: change in active muscle size and plasma volume. Am J Physiol 269, R536-543.

Page 97: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  97  

Poon CS & Song G. (2015). Type III-IV muscle afferents are not required for steady-state exercise hyperpnea in healthy subjects and patients with COPD or heart failure. Respir Physiol Neurobiol 216, 78-85.

Rasmussen P, Dawson EA, Nybo L, van Lieshout JJ, Secher NH & Gjedde A. (2007).

Capillary-oxygenation-level-dependent near-infrared spectrometry in frontal lobe of humans. J Cereb Blood Flow Metab 27, 1082-1093.

Rasmussen P, Nielsen J, Overgaard M, Krogh-Madsen R, Gjedde A, Secher NH &

Petersen NC. (2010). Reduced muscle activation during exercise related to brain oxygenation and metabolism in humans. J Physiol 588, 1985-1995.

Roach RC, Koskolou MD, Calbet JA & Saltin B. (1999). Arterial O2 content and

tension in regulation of cardiac output and leg blood flow during exercise in humans. Am J Physiol 276, H438-445.

Rosenmeier JB, Dinenno FA, Fritzlar SJ & Joyner MJ. (2003). alpha1- and alpha2-

adrenergic vasoconstriction is blunted in contracting human muscle. J Physiol 547, 971-976.

Rossman MJ, Venturelli M, McDaniel J, Amann M & Richardson RS. (2012). Muscle

mass and peripheral fatigue: a potential role for afferent feedback? Acta Physiol (Oxf) 206, 242-250.

Rothwell JC, Thompson PD, Day BL, Boyd S & Marsden CD. (1991). Stimulation of

the human motor cortex through the scalp. Exp Physiol 76, 159-200. Rowell LB. (1997). Neural control of muscle blood flow: importance during dynamic

exercise. Clin Exp Pharmacol Physiol 24, 117-125. Rowland TW & Roti MW. (2004). Cardiac responses to progressive upright exercise in

adult male cyclists. J Sports Med Phys Fitness 44, 178-185. Sargeant AJ & Dolan P. (1987). Effect of prior exercise on maximal short-term power

output in humans. J Appl Physiol (1985) 63, 1475-1480. Sarre G & Lepers R. (2005). Neuromuscular function during prolonged pedalling

exercise at different cadences. Acta Physiol Scand 185, 321-328. Sarre G, Lepers R, Maffiuletti N, Millet G & Martin A. (2003). Influence of cycling

cadence on neuromuscular activity of the knee extensors in humans. Eur J Appl Physiol 88, 476-479.

Sbriccoli P, Bazzucchi I, Rosponi A, Bernardi M, De Vito G & Felici F. (2003).

Amplitude and spectral characteristics of biceps Brachii sEMG depend upon speed of isometric force generation. J Electromyogr Kinesiol 13, 139-147.

Page 98: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  98    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

Sejersted OM & Sjogaard G. (2000). Dynamics and consequences of potassium shifts in

skeletal muscle and heart during exercise. Physiol Rev 80, 1411-1481. Sheriff DD & Hakeman AL. (2001). Role of speed vs. grade in relation to muscle pump

function at locomotion onset. J Appl Physiol (1985) 91, 269-276. Shi X, Stevens GH, Foresman BH, Stern SA & Raven PB. (1995). Autonomic nervous

system control of the heart: endurance exercise training. Med Sci Sports Exerc 27, 1406-1413.

Shoemaker JK, Tschakovsky ME & Hughson RL. (1998). Vasodilation contributes to

the rapid hyperemia with rhythmic contractions in humans. Can J Physiol Pharmacol 76, 418-427.

Sidhu SK, Bentley DJ & Carroll TJ. (2009). Locomotor exercise induces long-lasting

impairments in the capacity of the human motor cortex to voluntarily activate knee extensor muscles. J Appl Physiol (1985) 106, 556-565.

Sidhu SK, Cresswell AG & Carroll TJ. (2012). Motor cortex excitability does not

increase during sustained cycling exercise to volitional exhaustion. J Appl Physiol (1985) 113, 401-409.

Sidhu SK, Weavil JC, Venturelli M, Garten RS, Rossman MJ, Richardson RS, Gmelch

BS, Morgan DE & Amann M. (2014). Spinal mu-opioid receptor-sensitive lower limb muscle afferents determine corticospinal responsiveness and promote central fatigue in upper limb muscle. J Physiol 592, 5011-5024.

Sjogaard G & Saltin B. (1982). Extra- and intracellular water spaces in muscles of man

at rest and with dynamic exercise. Am J Physiol 243, R271-280. Smith DL & Fernhall B. (2011). Advanced cardiovascular exercise physiology. Human

Kinetics, Champaign, IL. Sogaard K, Christensen H, Fallentin N, Mizuno M, Quistorff B & Sjogaard G. (1998).

Motor unit activation patterns during concentric wrist flexion in humans with different muscle fibre composition. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 78, 411-416.

Solomonow M, Baten C, Smit J, Baratta R, Hermens H, D'Ambrosia R & Shoji H.

(1990). Electromyogram power spectra frequencies associated with motor unit recruitment strategies. J Appl Physiol (1985) 68, 1177-1185.

Taylor AD & Bronks R. (1995). Reproducibility and validity of the quadriceps muscle

integrated electromyogram threshold during incremental cycle ergometry. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 70, 252-257.

Page 99: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

    Bibliografía    

Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta     Página  99  

Taylor AD & Bronks R. (1996). Effect of acute normobaric hypoxia on quadriceps

integrated electromyogram and blood metabolites during incremental exercise to exhaustion. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 73, 121-129.

Tesch PA, Dudley GA, Duvoisin MR, Hather BM & Harris RT. (1990). Force and

EMG signal patterns during repeated bouts of concentric or eccentric muscle actions. Acta Physiol Scand 138, 263-271.

Tipton CM. (2003). Exercise physiology : people and ideas. Oxford University Press,

Oxford England ; New York. Torres-Peralta R, Losa-Reyna J, Gonzalez-Izal M, Perez-Suarez I, Calle-Herrero J,

Izquierdo M & Calbet JA. (2014). Muscle activation during exercise in severe acute hypoxia: role of absolute and relative intensity. High Alt Med Biol 15, 472-482.

Tschakovsky ME, Rogers AM, Pyke KE, Saunders NR, Glenn N, Lee SJ, Weissgerber

T & Dwyer EM. (2004). Immediate exercise hyperemia in humans is contraction intensity dependent: evidence for rapid vasodilation. J Appl Physiol (1985) 96, 639-644.

Tschakovsky ME, Shoemaker JK & Hughson RL. (1996). Vasodilation and muscle

pump contribution to immediate exercise hyperemia. Am J Physiol 271, H1697-1701.

Van Lunteren E & Moyer M. (1996). Effects of DAP on diaphragm force and fatigue,

including fatigue due to neurotransmission failure. J Appl Physiol (1985) 81, 2214-2220.

Verges S, Rupp T, Jubeau M, Wuyam B, Esteve F, Levy P, Perrey S & Millet GY.

(2012). Cerebral perturbations during exercise in hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 302, R903-916.

Vestergaard-Poulsen P, Thomsen C, Sinkjaer T & Henriksen O. (1995). Simultaneous

31P-NMR spectroscopy and EMG in exercising and recovering human skeletal muscle: a correlation study. J Appl Physiol (1985) 79, 1469-1478.

Viitasalo JH & Komi PV. (1977). Signal characteristics of EMG during fatigue. Eur J

Appl Physiol Occup Physiol 37, 111-121. Wakeling JM. (2004). Motor units are recruited in a task-dependent fashion during

locomotion. J Exp Biol 207, 3883-3890. Walker KL, Saunders NR, Jensen D, Kuk JL, Wong SL, Pyke KE, Dwyer EM &

Tschakovsky ME. (2007). Do vasoregulatory mechanisms in exercising human

Page 100: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

                                                                                                                                                                                                                                 Bibliografía    

Página  100    Rafael  Sánchez  de  Torres-­‐Peralta  

muscle compensate for changes in arterial perfusion pressure? Am J Physiol Heart Circ Physiol 293, H2928-2936.

Wang W, Wang Z, Faith MS, Kotler D, Shih R & Heymsfield SB. (1999). Regional

skeletal muscle measurement: evaluation of new dual-energy X-ray absorptiometry model. J Appl Physiol (1985) 87, 1163-1171.

Weir JP, Wagner LL & Housh TJ. (1992). Linearity and reliability of the IEMG v

torque relationship for the forearm flexors and leg extensors. Am J Phys Med Rehabil 71, 283-287.

Westing SH, Cresswell AG & Thorstensson A. (1991). Muscle activation during

maximal voluntary eccentric and concentric knee extension. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 62, 104-108.

Wust RC, Jaspers RT, van Heijst AF, Hopman MT, Hoofd LJ, van der Laarse WJ &

Degens H. (2009). Region-specific adaptations in determinants of rat skeletal muscle oxygenation to chronic hypoxia. Am J Physiol Heart Circ Physiol 297, H364-374.

Xie Q & Hampf G. (1994). Sensibility threshold in patients with masticatory muscle

pain. Acta Odontol Scand 52, 33-35. Yoshida T, Abe D & Fukuoka Y. (2013). Phosphocreatine resynthesis during recovery

in different muscles of the exercising leg by 31P-MRS. Scand J Med Sci Sports 23, e313-319.

Zhou B, Conlee RK, Jensen R, Fellingham GW, George JD & Fisher AG. (2001).

Stroke volume does not plateau during graded exercise in elite male distance runners. Med Sci Sports Exerc 33, 1849-1854.

Page 101: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández
Page 102: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Scientific Article

Muscle Activation During Exercise in Severe Acute Hypoxia:Role of Absolute and Relative Intensity

Rafael Torres-Peralta,1,3 Jose Losa-Reyna,1,3 Miriam Gonzalez-Izal,2 Ismael Perez-Suarez,1

Jaime Calle-Herrero,1 Mikel Izquierdo,2 and Jose A.L. Calbet1,3

Abstract

Torres-Peralta, Rafael, Jose Losa-Reyna, Miriam Gonzalez-Izal, Ismael Perez-Suarez, Jaime Calle-Herrero,Mikel Izquierdo, and Jose A.L. Calbet. Muscle activation during exercise in severe acute hypoxia: Role ofabsolute and relative intensity. High Alt Med Biol 15:000–000, 2014.—The aim of this study was to determinethe influence of severe acute hypoxia on muscle activation during whole body dynamic exercise. Eleven youngmen performed four incremental cycle ergometer tests to exhaustion breathing normoxic (FIo2 = 0.21, two tests)or hypoxic gas (FIo2 = 0.108, two tests). Surface electromyography (EMG) activities of rectus femoris (RF),vastus medialis (VL), vastus lateralis (VL), and biceps femoris (BF) were recorded. The two normoxic and thetwo hypoxic tests were averaged to reduce EMG variability. Peak Vo2 was 34% lower in hypoxia than innormoxia ( p < 0.05). The EMG root mean square (RMS) increased with exercise intensity in all muscles( p < 0.05), with greater effect in hypoxia than in normoxia in the RF and VM ( p < 0.05), and a similar trend inVL ( p = 0.10). At the same relative intensity, the RMS was greater in normoxia than in hypoxia in RF, VL, andBF ( p < 0.05), with a similar trend in VM ( p = 0.08). Median frequency increased with exercise intensity( p < 0.05), and was higher in hypoxia than in normoxia in VL ( p < 0.05). Muscle contraction burst durationincreased with exercise intensity in VM and VL ( p < 0.05), without clear effects of FIo2. No significant FIo2

effects on frequency domain indices were observed when compared at the same relative intensity. In conclu-sion, muscle activation during whole body exercise increases almost linearly with exercise intensity, followinga muscle-specific pattern, which is adjusted depending on the FIo2 and the relative intensity of exercise. BothVL and VM are increasingly involved in power output generation with the increase of intensity and thereduction in FIo2.

Key Words: electromyogram; exercise; fatigue; human; hypoxia, median frequency; root mean square

Introduction

Muscle activation, as represented by the amplitudeof surface electromyogram (EMG) increases during

incremental exercise to exhaustion (Taylor and Bronks, 1996;Osawa et al., 2011). Greater EMG amplitude may originatefrom the combination of progressive recruitment of additionalmotor units and increases in the firing rate to raise musclecontraction intensity with the progression of power output, asshown using different contraction modes (Gottlieb and Agar-wal 1971; Ericson 1986; Weir et al., 1992; Gonzalez-Izal et al.,2012). Muscle activation is also increased during repeatedstatic (Viitasalo and Komi, 1977; Hausswirth et al., 2000) anddynamic (Sarre and Lepers, 2005) submaximal muscle con-

tractions at a given absolute exercise intensity, mostly throughadditional motor unit recruitment as fatigue develops (Bigland-Ritchie et al., 1986; Fulco et al., 1996). The latter may beaccompanied by increasing mean power frequency (MF)during low-intensity prolonged isometric contractions (10%–20% of maximal voluntary contraction (MVC)) or decreas-ing MF at slightly higher intensities (30%–40% of MVC)(Arendt-Nielsen et al., 1989).

A clear decrement of median power frequency (MPF) isobserved during repeated high-intensity dynamic musclecontractions when power output is also declining due to fa-tigue (Tesch et al., 1990; Izquierdo et al., 2011). However,MPF increases (vastus lateralis) or remains at the same level(vastus medialis) during 5 sec knee extension isometric

1Department of Physical Education, and 3Research Institute of Biomedical and Health Sciences, IUIBS, University of Las Palmas deGran Canaria, Campus Universitario de Tafira s/n, Las Palmas de Gran Canaria, Spain.

2Department of Health Sciences, Public University of Navarra, Tudela, Spain.

HIGH ALTITUDE MEDICINE & BIOLOGYVolume 00, Number 00, 2014ª Mary Ann Liebert, IncDOI: 10.1089/ham.2014.1027

1

Page 103: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

contractions going from 10% to 90% of the MVC interspacedwith 2 min recovery periods (Pincivero et al., 2001). Duringrepeated dynamic muscle contractions at high intensities, adecline in MPF reflects muscle fatigue (Amann et al., 2006),particularly if power output is declining (Tesch et al. 1990;Izquierdo et al., 2011), while an elevated MPF (or MF) maybe indicative of fatigue during prolonged exercise at a fixedpower output when the intensity of exercise is low or mod-erate (Sarre and Lepers, 2005). Nevertheless, a reduction inMPF has been also reported during prolonged exercise toexhaustion (Hausswirth et al., 2000).

At a given absolute intensity, dynamic exercise is per-ceived as harder during exercise in severe hypoxia (i.e., FIo2

< 0.115), and the relative intensity of exercise is higher due tothe lower Vo2max (Calbet et al., 2003). Consequently, theamount of muscle mass used and EMG amplitude is expectedto be higher during exercise at the same absolute intensity inhypoxia, since the relative intensity is higher in hypoxia. Theincrease of exercise intensity, particularly above the lactatethreshold, causes progressive muscle recruitment as shownusing magnetic resonance (Endo et al., 2007). However, se-vere hypoxia has been shown to reduce central motor output(Millet et al., 2012) and, hence, muscle activation due tolower brain oxygenation in hypoxia than in normoxia(Goodall et al., 2012). So far experimental data are contra-dictory, with some studies reporting no effect of severehypoxia on EMG amplitude during dynamic ( Taylor andBronks, 1996; Donnelly and Green, 2013) or static (Milletet al., 2012) muscle contractions, and other reporting in-creased activity (Fulco et al., 1996). Moreover, the relation-ship between central motor output, voluntary activation, andEMG parameters is quite uncertain (Verges et al., 2012).

Part of the discrepancies between studies could be due tothe different muscles and/or different muscle type of actions(i.e., isometric vs. dynamic), evaluated in each study, since ithas been recently shown that muscle activation patternsduring incremental exercise in normoxia show marked intraand between-muscle heterogeneity (Hug et al., 2004), as re-flected by the tissue water spin-spin transverse relaxationtime (T2) from 1H magnetic resonance imaging combinedwith local measures of exercise 31P chemical shift imaging(Cannon et al., 2013). It remains unknown if EMG amplitudeor MPF are affected by changes in the relative intensity ofexercise due to differences in oxygenation during dynamicmuscle actions.

Therefore, the aim of this study was to determine the in-fluence of severe acute hypoxia on thigh muscle activation,assessed with surface EMG, during dynamic exercise. Wehypothesized that muscle activation would be higher duringexercise in acute hypoxia with a muscle-specific pattern.Since severe hypoxia may reduce central motor output(Millet et al., 2012), we hypothesized also that at the samerelative intensity muscle activation would be lower in severehypoxia. To reduce EMG variability, two incremental exer-cise tests in normoxia were averaged and compared with theaverages of two incremental exercise tests in severe hypoxia.

Methods

Subjects

Eleven physically active and healthy men [mean – SD:21.2 – 2 years old, 71.7 – 9 kg body weight, 173.6 – 8 cmheight, 16 – 5% body fat, 52.4 – 5 mL.kg - 1.min - 1 maximal

oxygen consumption (Vo2max)] volunteered to participate inthis project. Prior, to the experiment, all procedures and anypotential risks were explained to each subject, and an in-formed consent document was signed. This study was ap-proved by the ethics committee of the University of LasPalmas de Gran Canaria, and all experiments were performedin accordance with the Declaration of Helsinki.

General procedures

On the first visit to the laboratory, the body compositionwas determined by dual-energy x-ray absorptiometry (Ho-logic QDR-1500, Hologic Corp., software version 7.10,Waltham, MA) as described elsewhere (Calbet et al., 1998).Thereafter, subjects reported to the laboratory to becomefamiliar with maximal exercise tests in normoxia and nor-mobaric hypoxia (Altitrainer 200, SMTEC, Switzerland) onseparate days. An average of 10 days later, subjects reportedto the laboratory on 2 different test days, at least 1 week apart.In each test day, two sets of incremental cycle ergometer(Lode Excalibur Sport 925900, Groningen, The Netherlands)exercise tests to exhaustion, interspaced by a 90 min restperiod, one in normoxia (inspired oxygen pressure, PIo2 =143 – 1 mmHg) and another one in acute hypoxia PIo2 =74 – 1 mmHg, were carried out in random order. In hypoxia,subjects were connected to the Altitrainer and after 2 minresting recordings were started. In both conditions, restingvalues were recorded during 2 min prior to the start of exer-cise. Thus, subjects were exposed to hypoxia 4 min before thestart of the test in hypoxia. After the resting period, the loadwas set to 60W (hypoxia) or 80W (normoxia), and after 2 minthe intensity was increased by 20–30W (hypoxia) or 30–40 W(normoxia) every 2 min until exhaustion, to have incrementalexercise tests not too different in terms of duration betweennormoxia and hypoxia. Subjects were requested to keep apedaling rate of 80 rpm. Exhaustion was defined as the in-ability to maintain a pedaling rate above 50 rpm despitestrong verbal encouragement during 5 seconds. Oxygen up-take was measured with a metabolic cart (Vmax N29; Sen-sormedics, California, USA), calibrated prior to each testaccording to the manufacturer instructions. Respiratory var-iables were analyzed breath-by-breath and averaged every20 sec for the assessment of Vo2peak and every minute forsubmaximal loads. The value recorded during the last minuteof each submaximal load was used in the analyses.

Electromyography

Electrical muscle activation was monitored by means ofsurface electromyography (EMG). EMG signals were con-tinuously recorded from four muscles of the left lower limb:rectus femoris (RF), vastus medialis (VM), vastus lateralis(VL), and biceps femoris (BF). Prior to the application of theEMG electrodes the skin surface was carefully shaved andwiped with alcohol to reduce skin impedance. Bipolar singledifferential electrodes were placed longitudinally on themuscles following the SENIAM recommendations (Merlettiand Hermens, 2000) and taped to the skin to minimizemovement artifacts. The reference electrode was placed onthe skin over the acromion. The position of the electrodes wasmarked on the skin with indelible ink, and these referenceswere used for precise electrode placement on repeated ex-periments. The EMG signals were acquired using a 16-channel recording system (Myomonitor IV, Delsys Inc.,

2 TORRES-PERALTA ET AL.

Page 104: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Boston, MA) at a sampling rate of 1000 Hz using rectangular-shaped (19.8 mm wide and 35 mm long) bipolar surfaceelectrodes with 1 x 10 mm 99.9% Ag conductors, and an inter-conductor distance of 10 mm (DE-2.3 Delsys Inc.) and filteredwith a high pass filter of 20 Hz and low pass filter of 450 Hz.The system has an input impedance of > 1015O // 0.2pF, acommon mode rejection ratio of > 80 dB, signal-to-noiseratio < 1.2 lV, and a pre-amplifier gain 1000 V/V – 1%. Eachpedal revolution was detected by using an electrogoniometer(Goniometer Biosignal Sensor S700 Joint Angle Shape Sen-sor; Delsys Inc.) fixed on the left knee and sampled at 500 Hz.EMG; joint movement were simultaneously recorded by aportable device (Myomonitor IV, Delsys Inc.) and wirelesstransmitted to a computer (EMGWorks Wireless applicationand EMGWorks Acquisition 3.7.1.3; Delsys, Inc.).

EMG recordings were later analyzed using a custom-madeapplication (Matlab R2012b, MathWorks, Natick, MA). TheEMG signals were full wave rectified and RMS calculatedusing a 25 ms rolling window. Burst onset and offset detec-tion was determined using as a reference 20% of the maximalRMS activity of each burst (Baum and Li, 2003; Hug andDorel, 2009), rather than using a mean threshold value from15 consecutive bursts (Ozgunen et al., 2010). This approachyielded the same result as direct simple visual discrimination,with 100% detection of all bursts in the four muscles. TheRMS recorded during the last min of a 2 min 80 W load (innormoxia) was used to normalize the rest of the RMS data. Inaddition, we calculated a total activity index per minute(TAI) defined as TAI = RMS x burst duration (ms) x pedalingrate (rpm), which is similar to the integrated EMG signal, butcomputing separately each burst and excluding the baselineEMG between burst. The TAI recorded during the last min ofa 2 min 80 W load (in normoxia) was used to normalize therest of the TAI values.

Mean (MF) and median (MPF) power spectrum frequen-cies were calculated using Fast Fourier Transform (FFT)(Solomonow et al., 1990). All variables were reported as themean values of the pedal strokes recorded during the lastminute of each load, or the fraction completed in the case ofthe last load.

Methodological considerations

Disagreements between previous studies could have beencaused by the intrinsic variability of EMG recordings (Taylorand Bronks, 1995; Hug et al., 2004). For example, integratedEMG (iEMG) increases with increasing angular velocityduring concentric contractions (Westing et al., 1991; Amir-idis et al., 1996). Several normalization procedures have beenused to reduce EMG variability. Normalization is achievedby comparing the root mean square (RMS) signal recordedduring a given experimental condition to a reference RMSsignal recorded during standardized reproducible conditions.This approach allows the comparison of RMS across mus-cles, time, and subjects (Albertus-Kajee et al., 2010). Themost applied normalization method is achieved by dividingthe RMS recorded during dynamic or static contractions bythat obtained during a maximal voluntary contraction (MVC)under static conditions (isometric contraction) (Marsh andMartin, 1995; Hug and Dorel, 2009). This method of nor-malization is appropriate for static conditions, especially ifperformed at muscle length and joints angles close to thoseused in the reference contraction. However, this approach is

less specific and less reproducible when the RMS obtainedduring an MVC is used to normalize dynamic contractions.An alternative procedure is to use RMS obtained during areference dynamic condition as the normalizing value(Westing et al., 1991; Taylor and Bronks, 1995; Amiridiset al., 1996). Variability could be also reduced averagingsome experiments performed under similar conditions, asusually done in O2 kinetics studies ( Jones et al., 2012).However, this latter approach has not been applied in EMGresearch.

Statistical analysis

A Students t-test was used to determine if there was atest order effect between the two tests performed in similarconditions. Since there were no significant test order ef-fects, or differences between the tests performed in thesame conditions, the two normoxic exercise tests wereaveraged and the two hypoxic tests, as well. Thus, onlyone set of data was left to represent each condition (nor-moxia and hypoxia). Exercise tests were compared using atwo-way ANOVA for repeated measures followed bypairwise comparisons with the Student’s t-test adjusted formultiple comparisons with the Bonferroni-Holm correc-tion. The impact of pedaling rate on burst duration wasassessed with ANCOVA for repeated measures usingpedaling rate as a covariate. P £ 0.05 was considered sig-nificant. Analysis was performed using a commerciallyavailable software package (SPSS version 15.0, SPSS,Inc., Chicago, IL). Data are reported as means – standarddeviation (SD), unless otherwise stated.

Results

Similar results were obtained in the two test performedin hypoxia (184 – 23 and 182 – 23 W, respectively, p =0.72) and normoxia (284 – 30 and 278 – 34 W, respec-tively, p = 0.34). However, the tests in normoxia wereslightly longer than in hypoxia (850 – 109 and 747 – 84 sec,p < 0.05). No significant differences were observed in theVo2/power relationship between normoxia and hypoxia;however, peak Vo2 was 34% lower in hypoxia than innormoxia ( p < 0.05). At the same absolute load, pulmonaryventilation (VE), heart rate and RER were higher in hyp-oxia than in normoxia (all, p < 0.05), whilst PETO2 andPETCO2 were lower in hypoxia ( p < 0.05) (Fig. 1). Pedal-ing rate was maintained around 80 rpm up to 86% ofVo2max; then it declined attaining a value close to 70 rpmin the last min of exercise in both conditions (Fig. 2). Athigh submaximal exercise intensities, pedaling rate waslower in hypoxia than in normoxia ( p < 0.05), while it wasnot affected by FIo2 at the same relative intensity (Fig. 2).

The RMS and TAIm increased with exercise intensity inall the examined muscles; this effect being more accentuatedin the RF than in the other muscles ( p < 0.05) (Figs. 3 and 4).The rate of increase of RMS and TAIm with absolute exerciseintensity was greater in hypoxia than in normoxia in the RFand VM (interaction intensity x FIo2 p < 0.05), while a similartrend was seen in VL for RMS ( p = 0.10). No significant FIo2

effects were seen in RMS and TAI responses of the BF.However, at the same relative intensity the RMS was higherin normoxia than in hypoxia in RF, VL and BF (bothp < 0.05), while a similar trend was seen in VM ( p = 0.08).Similar results were obtained in TAI [i.e., greater values in

MUSCLE ACTIVATION DURING EXERCISE 3

Page 105: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

normoxia than in hypoxia in RF, VM, and VL (the three,p < 0.05), but not in BF ( p = 0.08)] (Fig. 4).

At the same absolute intensity, median frequency in VL washigher in hypoxia, while no significant effects of FIo2 on medianfrequency were observed in the other muscles (Fig. 5). A sig-nificant increase of median frequency with exercise intensitywas observed in VM and VL, while no significant influence ofexercise intensity on RF and BF median frequencies were ob-

served. The duration of the burst increased with exercise in-tensity only in VM and VL ( p < 0.05), while no significant FIo2

effects on burst duration were observed in any muscle (Fig. 5).This effect remained after accounting for small changes inpedaling rate. Mean frequency results (data not shown) wereessentially similar to MPF. No significant effects of FIo2 onfrequency domain indices were observed when comparisonswere performed at the same relative intensity.

FIG. 1. Ergospirometric variables during incremental exercise to exhaustion in normoxia (FIo2 = 0.21, PIo2 = 141 mmHg)and hypoxia (FIo2 = 0.108, PIo2 = 74 mmHg), each point represents the mean and the error bars the standard error of themean (n = 11), only the points for which n = 11 are depicted. *P < 0.05 normoxia vs. hypoxia, same point.

4 TORRES-PERALTA ET AL.

Page 106: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Discussion

Although the exercise protocols were slightly different,this study shows that exercise muscle activation increasesalmost linearly with exercise intensity, and is modulated bythe inspired O2 fraction. We have also shown that FIo2 in-fluences muscle activation with a muscle-specific pattern.During cycling at the same absolute intensity, greater muscleactivation in severe hypoxia is only clearly seen in RF andVM, although a trend to higher levels of activation was alsodetected in VL and BF. In contrast, the muscle activation islower in hypoxia than in normoxia when compared at thesame relative intensity. Median and mean frequencies re-mained at the same level or increased slightly with exerciseintensity, following also a muscle specific pattern modulatedby FIo2. Finally, we have also shown that the duration of theburst increases (37%–55%) with exercise intensity mostly inVL and VM. On the basis of increases in both RMS and burstduration, it can be inferred that the contribution of VL andVM to the overall mechanical impulse increases with exer-cise intensity similarly in normoxia and hypoxia.

This muscle specificity may originate from changes in theneural activation pattern caused by the effect of FIo2 oncentral nervous system oxygenation (Amann et al., 2007;Millet et al., 2012), afferent modulation of corticospinalmotor drive (Gerdle and Fugl-Meyer, 1992), and differencesin muscle metabolic response to hypoxia (Parolin et al.,2000), muscle fiber type composition and muscle vasculari-zation (Moritani et al., 1992). For example, more activemotoneurones have an increased metabolic demand, whichunder circumstances of limited O2 supply to the brain, asduring exercise in severe acute hypoxia, may lead to in-creased glycolysis, brain release of lactate, and alteration ofneuronal metabolism and function (Rasmussen et al., 2010;Overgaard et al., 2012). Experiments using intrathecal fen-tanyl in humans during cycling have shown that opioid-me-diated muscle afferents inhibit central motor drive (Amannet al., 2009; Gagnon et al., 2012); thus changes in afferentdischarge with fatigue or oxygenation are expected to alter

the pattern of muscle activation. Although a comparativeanalysis of the metabolic responses of the different portionsof the quadriceps muscle in man has not been performed,rodent studies have shown that the metabolic response tohypoxia are region specific, depending on the predominantmuscle fiber type and the degree of capillarization (Wustet al., 2009).

In agreement with our results, increased quadriceps muscleiEMG was observed during dynamic knee extension exerciseat 21 W in hypobaric hypoxia (barometric pressure: 464mmHg) compared to normoxic exercise (Fulco et al., 1996).Likewise, increased mean VL iEMG during cycling in hyp-oxia at FIo2 of 0.10 (Amann et al., 2007) and 0.116 (Tayloret al., 1997) was observed, compared to normoxia, after oneminute of exercise at the same absolute intensity. Never-theless, VL iEMG was not significantly increased when theFIo2 was 0.15 (Amann et al., 2007), indicating that the in-crease in muscle activation at a given absolute exercise in-tensity depends on the magnitude of hypoxia during wholebody exercise. In partial agreement with our results, Peltonenet al. (1997) reported reduced iEMG (sum of gastrocnemius,VL, RF, BF, gluteus maximus, erector spinae, and bicepsbrachii muscles) during a 2500 m rowing test in mild hypoxia(FIo2 = 0.158) compared to normoxia without significant ef-fects on mean power frequency. No muscle specific analysiswas reported by Peltonen et al. (1997).

In contrast with our results, Taylor and Bronks (1996)observed similar iEMG responses in RF, VM, and VL at thesame absolute intensities in normoxia and moderate hypoxia(FIo2 = 0.135) during cycling. It should be noticed that, al-though in Taylor and Bronks (1996) the differences were notstatistically significant, the mean iEMG values were higher inhypoxia than in normoxia. Given the intrinsic variability ofthe EMG, the results of Taylor and Bronks (1996) could justbe due to a type II error caused by the combination of smallereffect of a milder level of hypoxia with the intrinsic vari-ability of EMG. Goodall et al. (2010) measured RMS duringsubmaximal fatiguing isometric leg extension contractionsand reported no significant differences in VL between severe

FIG. 2. Pedaling rate during incremental exercise to exhaustion in normoxia (FIo2 = 0.21, PIo2 = 141 mmHg) and hypoxia(FIo2 = 0.108, PIo2 = 74 mmHg), each point represents the mean and the error bars the standard error of the mean (n = 11).*P < 0.05 normoxia vs. hypoxia, same point. There was a significant main effect of relative intensity on pedaling rate( p < 0.05).

MUSCLE ACTIVATION DURING EXERCISE 5

Page 107: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

FIG. 3. Root mean square (RMS) during incremental exercise to exhaustion in normoxia (FIo2 = 0.21, PIo2 = 141 mmHg)and hypoxia (FIo2 = 0.108, PIo2 = 74 mmHg), each point represent the mean and the error bars the standard error of the mean(o = 11). *P < 0.05 normoxia vs. hypoxia, same point.

6 TORRES-PERALTA ET AL.

Page 108: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

FIG. 4. Total activation index per minute (TAI) during incremental exercise to exhaustion in normoxia (FIo2 = 0.21,PIo2 = 141 mmHg) and hypoxia (FIo2 = 0.108, PIo2 = 74 mmHg), each point represents the mean and the error bars thestandard error of the mean (n = 11). *P < 0.05 normoxia vs. hypoxia, same point. The horizontal line indicates that the meanof the last two relative loads was compared between conditions using a t-test.

MUSCLE ACTIVATION DURING EXERCISE 7

Page 109: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

FIG. 5. Median power frequency and burst duration during incremental exercise to exhaustion in normoxia (FIo2 = 0.21,PIo2 = 141 mmHg) and hypoxia (FIo2 = 0.108, PIo2 = 74 mmHg), each point represents the mean and the error bars thestandard error of the mean (n = 11). Post hoc pair-wise comparisons at the same time points between conditions yieldednonstatistically significant differences.

8 TORRES-PERALTA ET AL.

Page 110: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

hypoxia (FIo2 = 0.10) and normoxia. Likewise, Donnelly andGreen (2013) reported no effect during graded exercise ofsevere hypoxia (FIo2 = 0.105) on RMS in the triceps suraemuscles, with the exception of gastrocnemius medialis,which reached relatively higher RMS values in hypoxia.Millet et al. (2012) reported similar biceps brachii RMS re-sponses during submaximal contractions in normoxia andsevere hypoxia (FIo2 = 0.09). Thus, it seems that when theactive muscle mass is small (arm flexion, leg extension, andin some instances knee extension exercise), the impact ofhypoxia on muscle activation may be absent or is lower thanobserved during exercise with a large muscle mass, such ascycling.

The increased EMG amplitude during submaximal exer-cise at a given absolute intensity in hypoxia may reflect in-creased motor unit recruitment to compensate for fatigue ofactive muscle units (Moritani et al., 1992). In fact, using wireelectrodes, Moritani et al. (1992) showed both increases inamplitude and firing frequency of individual motor units withfatigue. Motor unit recruitment strategies can be indirectlyassessed by determining the MPF of the power spectralanalysis of the EMG (Solomonow et al., 1990; Sbriccoliet al., 2003). The fact that the pattern of muscle activationwas altered by hypoxia is clearly demonstrated by the re-duced pedaling rate at 140 and 160 W in hypoxia (Fig. 2). Theinfluence of pedaling cadence on EMG activity is contro-versial, but in general it seems that EMG activity increaseswith pedaling rate with a muscle-specific pattern. EMG ac-tivity has been reported to increase with cadence in VL(Marsh and Martin, 1995; Bieuzen et al., 2007), VM (Neptuneet al., 1997), BF (Neptune et al., 1997), RF (Marsh andMartin, 1995; Sarre et al., 2003), and medial gastrocnemius(Neptune et al., 1997), whereas no changes in EMG withcadence has been also reported for VM (Sarre et al., 2003),VL (Sarre et al., 2003), RF (Neptune et al., 1997; Bieuzenet al., 2007), and BF (Marsh and Martin, 1995; Bieuzen et al.,2007). At a given absolute exercise intensity, the relativeintensity increases with cadences above 60 rpm (Chavarrenand Calbet, 1999), implying that part of the increase in EMGamplitude with cadence is likely due to the increase in rela-tive intensity. Despite the slightly lower cadence during ex-ercise in hypoxia at 140 and 160 W, EMG activity was higherin hypoxia than in normoxia. Furthermore, pedaling ratedeclined similarly in normoxia and hypoxia at exercise in-tensities above 86% of Vo2max, implying that the relativeintensity rather than the small differences in pedaling ratewas the main factor dictating the motor activation strategy.

Supraspinal fatigue has been defined as an exercise-induced decline in force caused by suboptimal output fromthe motor cortex (Gandevia, 2001). Reduced brain oxygen-ation may cause central fatigue during exercise, particularlyin severe acute hypoxia (Goodall et al., 2010; Millet et al.,2012) leading to the corticospinal inhibition of motor drive.Interestingly, hypoxia has, if any, a small effect on musclemetabolism and exercise capacity when the muscle massrecruited is small (Roach et al., 1999; Calbet et al., 2009) orthe impairment in exercise capacity is only observed in se-vere hypoxia (Goodall et al., 2010). Moreover, during exer-cise with a small muscle mass in severe acute hypoxia,pulmonary gas exchange is less perturbed and consequently,brain oxygenation is less altered than during exercise with alarge muscle mass (Amann and Calbet, 2008; Calbet andLundby, 2009; Calbet et al., 2009). The energy charge of the

cell is less reduced during submaximal cycling at the samerelative intensity in hypoxia (FIo2 = 0.115; 72% of Vo2max)than in normoxia (73% of Vo2max) (Wadley et al., 2006),implying a similar or milder alteration of muscle metabolismin hypoxia. The reduction in muscle activation at the samerelative intensity in hypoxia compared to normoxia, observedin the present investigation, could originate from both dif-ferences in muscle metabolism and changes in corticospinaldrive. On the other hand, the potential effects due to differ-ences in pedaling rate can be ruled out, since pedaling rateswere similar between the two conditions when compared atthe same relative intensities. It should be taken also intoconsideration that, in severe acute hypoxia, the absolute in-tensity is much lower than in normoxia, when exercising atthe same relative intensity.

In summary, muscle activation during whole body exerciseincreases almost linearly with exercise intensity, following amuscle-specific pattern, which is modulated depending onFIo2 and the relative intensity of exercise. In general, at agiven absolute intensity, muscle activation is higher in hyp-oxia than in normoxia. Conversely, at a given relative in-tensity muscle activation is reduced in severe acute hypoxia.Median and mean frequencies remain at the same level orincrease slightly with exercise intensity, following also amuscle specific pattern modulated by FIo2. Since both theduration of VL and VM bursts and RMS increase with ex-ercise intensity, it can be inferred that these two muscles areincreasingly involved in power output generation as the ex-ercise intensity is elevated, an effect that is accentuated inhypoxia.

Acknowledgments

Special thanks are given to Jose Navarro de Tuero for hisexcellent technical assistance. Thanks are also expressed toLorena Rodrıguez-Garcıa and Jesus Gustavo Ponce Gonzalezwho helped occasionally during the execution of the exper-iments.

Author Disclosure Statement

The authors have no conflict of interest to disclose. Thisstudy was supported by a grant from the Ministerio de Edu-cacion y Ciencia of Spain (DEP2009-11638 and FEDER).

References

Albertus-Kajee Y, Tucker R, Derman W, and Lambert M.(2010). Alternative methods of normalising EMG duringcycling. J Electromyogr Kinesiol 20:1036–1043.

Amann M, and Calbet JA. (2008). Convective oxygen transportand fatigue. J Appl Physiol 104:861–870.

Amann M, Proctor LT, Sebranek JJ, Pegelow DF, and DempseyJA. (2009). Opioid-mediated muscle afferents inhibit centralmotor drive and limit peripheral muscle fatigue developmentin humans. J Physiol 587:271–283.

Amann M, Romer LM, Pegelow DF, Jacques AJ, Hess CJ, andDempsey JA. (2006). Effects of arterial oxygen content onperipheral locomotor muscle fatigue. J Appl Physiol 101:119–127.

Amann M, Romer LM, Subudhi AW, Pegelow DF, andDempsey JA. (2007). Severity of arterial hypoxaemia affectsthe relative contributions of peripheral muscle fatigue to ex-ercise performance in healthy humans. J Physiol 581:389–403.

MUSCLE ACTIVATION DURING EXERCISE 9

Page 111: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Amiridis IG, Martin A, Morlon B, Martin L, Cometti G,Pousson M, and van Hoecke J. (1996). Co-activation andtension-regulating phenomena during isokinetic knee exten-sion in sedentary and highly skilled humans. Eur J ApplPhysiol Occup Physiol 73:149–156.

Arendt-Nielsen L, Mills KR, and Forster A. (1989). Changes inmuscle fiber conduction velocity, mean power frequency, andmean EMG voltage during prolonged submaximal contrac-tions. Muscle Nerve 12:493–497.

Baum BS, and Li L. (2003). Lower extremity muscle activitiesduring cycling are influenced by load and frequency. JElectromyogr Kinesiol 13:181–190.

Bieuzen F, Lepers R, Vercruyssen F, Hausswirth C, andBrisswalter J. (2007). Muscle activation during cycling atdifferent cadences: effect of maximal strength capacity. JElectromyogr Kinesiol 17:731–0738.

Bigland-Ritchie B, Cafarelli E, and Vollestad NK. (1986). Fa-tigue of submaximal static contractions. Acta Physiol ScandSuppl 556:137–148.

Calbet JA, Boushel R, Radegran G, Sondergaard H, WagnerPD, and Saltin B. (2003). Determinants of maximal oxygenuptake in severe acute hypoxia. Am J Physiol Regul IntegrComp Physiol 284:R291–R303.

Calbet JA, and Lundby C. (2009). Air to muscle O2 deliveryduring exercise at altitude. High Alt Med Biol 10:123–134.

Calbet JA, Moysi JS, Dorado C, and Rodriguez LP. (1998).Bone mineral content and density in professional tennisplayers. Calcif Tissue Int 62:491–496.

Calbet JA, Radegran G, Boushel R, and Saltin B. (2009). On themechanisms that limit oxygen uptake during exercise in acuteand chronic hypoxia: Role of muscle mass. J Physiol587:477–490.

Cannon DT, Howe FA, Whipp BJ, et al. (2013). Muscle me-tabolism and activation heterogeneity by combined 31Pchemical shift and T2 imaging, and pulmonary O2 uptakeduring incremental knee-extensor exercise. J Appl Physiol(1985) 115:839–849.

Chavarren J, and Calbet JA. (1999). Cycling efficiency andpedalling frequency in road cyclists. Eur J Appl Physiol80:555–563.

Donnelly J, and Green S. (2013). Effect of hypoxia on thedynamic response of hyperaemia in the contracting humancalf muscle. Exp Physiol 98:81–93.

Endo MY, Kobayakawa M, Kinugasa R, Kuno S, Akima H,Rossiter HB, Miura A, and Fukuba Y. (2007). Thigh muscleactivation distribution and pulmonary VO2 kinetics duringmoderate, heavy, and very heavy intensity cycling exercise inhumans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 293:R812–820.

Ericson M. (1986). On the biomechanics of cycling. A study ofjoint and muscle load during exercise on the bicycle ergom-eter. Scand J Rehabil Med Suppl 16,1–43.

Fulco CS, Lewis SF, Frykman PN, et al. (1996). Muscle fatigueand exhaustion during dynamic leg exercise in normoxia andhypobaric hypoxia. J Appl Physiol 81:1891–1900.

Gagnon P, Bussieres JS, Ribeiro F, et al. (2012). Influences ofspinal anesthesia on exercise tolerance in patients withchronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit CareMed 186:606–615.

Gandevia SC. (2001). Spinal and supraspinal factors in humanmuscle fatigue. Physiol Rev 81:1725–1789.

Gerdle B, and Fugl-Meyer AR. (1992). Is the mean powerfrequency shift of the EMG a selective indicator of fatigue ofthe fast twitch motor units? Acta Physiologica Scandinavica145:129–138.

Gonzalez-Izal M, Malanda A, Gorostiaga E, and Izquierdo M.(2012). Electromyographic models to assess muscle fatigue. JElectromyogr Kinesiol 22:501–512.

Goodall S, Gonzalez-Alonso J, Ali L, Ross EZ, and Romer LM.(2012). Supraspinal fatigue after normoxic and hypoxic ex-ercise in humans. J Physiol 590:2767–2782.

Goodall S, Ross EZ, and Romer LM. (2010). Effect of gradedhypoxia on supraspinal contributions to fatigue with unilat-eral knee-extensor contractions. J Appl Physiol 109:1842–1851.

Gottlieb GL, and Agarwal GC. (1971). Dynamic relationshipbetween isometric muscle tension and the electromyogram inman. J Appl Physiol 30:345–351.

Hausswirth C, Brisswalter J, Vallier JM, Smith D, and LepersR. (2000). Evolution of electromyographic signal, runningeconomy, and perceived exertion during different prolongedexercises. Int J Sports Med 21:429–436.

Hug F, Bendahan D, Le Fur Y, Cozzone PJ, and Grelot L.(2004). Heterogeneity of muscle recruitment pattern duringpedaling in professional road cyclists: A magnetic resonanceimaging and electromyography study. Eur J Appl Physiol92:334–342.

Hug F, and Dorel S. (2009). Electromyographic analysis ofpedaling: A review. J Electromyogr Kinesiol 19:182–198.

Izquierdo M, Gonzalez-Izal M, Navarro-Amezqueta I, et al.(2011). Effects of strength training on muscle fatigue map-ping from surface EMG and blood metabolites. Med SciSports Exerc 43:303–311.

Jones AM, Krustrup P, Wilkerson DP, Berger NJ, Calbet JA,and Bangsbo J. (2012). Influence of exercise intensity onskeletal muscle blood flow, O2 extraction and O2 uptake on-kinetics. J Physiol 590:4363–4376.

Marsh AP, and Martin PE. (1995). The relationship betweencadence and lower extremity EMG in cyclists and noncy-clists. Med Sci Sports Exerc 27:217–225.

Merletti R, and Hermens H. (2000). Introduction to the specialissue on the SENIAM European Concerted Action. J Elec-tromyogr Kinesiol 10:283–236.

Millet GY, Muthalib M, Jubeau M, Laursen PB, and Nosaka K.(2012). Severe hypoxia affects exercise performance inde-pendently of afferent feedback and peripheral fatigue. J ApplPhysiol 112:1335–1344.

Moritani T, Sherman WM, Shibata M, Matsumoto T, and Shi-nohara M. (1992). Oxygen availability and motor unit activityin humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 64:552–556.

Neptune RR, Kautz SA, and Hull ML. (1997). The effect ofpedaling rate on coordination in cycling. J Biomech 30:1051–1058.

Osawa T, Kime R, Hamaoka T, Katsumura T, and YamamotoM. (2011). Attenuation of muscle deoxygenation precedesEMG threshold in normoxia and hypoxia. Med Sci SportsExerc 43:1406–1413.

Overgaard M, Rasmussen P, Bohm AM, et al. (2012). Hypoxiaand exercise provoke both lactate release and lactate oxida-tion by the human brain. FASEB J 26:3012–3020.

Ozgunen KT, Celik U, and Kurdak SS. (2010). Determinationof an optimal threshold value for muscle activity eetection inEMG analysis. J Sports Sci Med 9:620–628.

Parolin ML, Spriet LL, Hultman E, Hollidge-Horvat MG, JonesNL, and Heigenhauser GJ. (2000). Regulation of glycogenphosphorylase and PDH during exercise in human skeletalmuscle during hypoxia. Am J Physiol Endocrinol Metab278:E522–534.

Peltonen JE, Rusko HK, Rantamaki J, Sweins K, Niittymaki S,and Viitasalo JT. (1997). Effects of oxygen fraction in in-

10 TORRES-PERALTA ET AL.

Page 112: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

spired air on force production and electromyogram activityduring ergometer rowing. Eur J Appl Physiol Occup Physiol76:495–503.

Pincivero DM, Campy RM, Salfetnikov Y, Bright A, andCoelho AJ. (2001). Influence of contraction intensity, muscle,and gender on median frequency of the quadriceps femoris. JAppl Physiol (1985) 90:804–810.

Rasmussen P, Nielsen J, Overgaard M, Krogh-Madsen R,Gjedde A, Secher NH, and Petersen NC. (2010). Reducedmuscle activation during exercise related to brain oxygena-tion and metabolism in humans. J Physiol 588:1985–1995.

Roach RC, Koskolou MD, Calbet JA, and Saltin B. (1999).Arterial O2 content and tension in regulation of cardiac outputand leg blood flow during exercise in humans. Am J Physiol276:H438–445.

Sarre G, and Lepers R. (2005). Neuromuscular function duringprolonged pedalling exercise at different cadences. ActaPhysiol Scand 185:321–328.

Sarre G, Lepers R, Maffiuletti N, Millet G, and Martin A.(2003). Influence of cycling cadence on neuromuscular ac-tivity of the knee extensors in humans. Eur J Appl Physiol88:476–479.

Sbriccoli P, Bazzucchi I, Rosponi A, Bernardi M, De Vito G,and Felici F. (2003). Amplitude and spectral characteristics ofbiceps brachii sEMG depend upon speed of isometric forcegeneration. J Electromyogr Kinesiol 13:139–147.

Solomonow M, Baten C, Smit J, Baratta R, Hermens H,D’Ambrosia R, and Shoji H. (1990). Electromyogram powerspectra frequencies associated with motor unit recruitmentstrategies. J Appl Physiol (1985) 68:1177–1185.

Taylor AD, and Bronks R. (1995). Reproducibility and validityof the quadriceps muscle integrated electromyogram thresh-old during incremental cycle ergometry. Eur J Appl PhysiolOccup Physiol 70:252–257.

Taylor AD, and Bronks R. (1996). Effect of acute normobarichypoxia on quadriceps integrated electromyogram and bloodmetabolites during incremental exercise to exhaustion. Eur JAppl Physiol Occup Physiol 73:121–129.

Taylor AD, Bronks R, Smith P, and Humphries B. (1997).Myoelectric evidence of peripheral muscle fatigue duringexercise in severe hypoxia: Some references to m. vastus

lateralis myosin heavy chain composition. Eur J Appl PhysiolOccup Physiol 75:151–159.

Tesch PA, Dudley GA, Duvoisin MR, Hather BM, and HarrisRT. (1990). Force and EMG signal patterns during repeatedbouts of concentric or eccentric muscle actions. Acta PhysiolScand 138:263–271.

Verges S, Rupp T, Jubeau M, Wuyam B, Esteve F, Levy P,Perrey S, and Millet GY. (2012). Cerebral perturbationsduring exercise in hypoxia. Am J Physiol Regul Integr CompPhysiol 302:R903–916.

Viitasalo JH, and Komi PV. (1977). Signal characteristics ofEMG during fatigue. Eur J Appl Physiol Occup Physiol37:111–121.

Wadley GD, Lee-Young RS, Canny BJ, et al. (2006). Effect ofexercise intensity and hypoxia on skeletal muscle AMPKsignaling and substrate metabolism in humans. Am J PhysiolEndocrinol Metab 290:E694–702.

Weir JP, Wagner LL, and Housh TJ. (1992). Linearity and reli-ability of the IEMG v torque relationship for the forearm flexorsand leg extensors. Am J Phys Med Rehabil 71:283–287.

Westing SH, Cresswell AG, and Thorstensson A. (1991).Muscle activation during maximal voluntary eccentric andconcentric knee extension. Eur J Appl Physiol Occup Physiol62:104–108.

Wust RC, Jaspers RT, van Heijst AF, et al. (2009). Region-specific adaptations in determinants of rat skeletal muscleoxygenation to chronic hypoxia. Am J Physiol Heart CircPhysiol 297:H364–374.

Address correspondence to:Dr. Jose A L Calbet

Departamento de Educacion FısicaCampus Universitario de Tafira,

35017 Las Palmas de Gran CanariaCanary Island 35017

Spain

E-mail:[email protected]

Received March 18, 2014;accepted in final form June 23, 2014.

MUSCLE ACTIVATION DURING EXERCISE 11

Page 113: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

   

 

Task failure during exercise toexhaustion in normoxia and hypoxia isdue to reduced muscle activation causedby central mechanisms while musclemetaboreflex does limit performance

 Rafael Torres-Peralta1, David Morales-Alamo1, Miriam Gonzalez-Izal2, JOSE ANTONIO L.

CALBET1*, José Losa Reyna1, Ismael Pérez Suárez1, Mikel Izquierdo2

 

1Physical Education and Research Institute of Biomedical and Health Sciences (IUIBS), University of Las

Palmas de Gran Canaria, Spain, 2Department of Health Sciences, Public University of Navarra, PublicUniversity of Navarra, Spain

  Submitted to Journal:

  Frontiers in Physiology

  Specialty Section:

  Exercise Physiology

  Article type:

  Original Research Article

  Manuscript ID:

  174203

  Received on:

  27 Oct 2015

  Frontiers website link:  www.frontiersin.org

In review

Page 114: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

   

  Conflict of interest statement

  The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financialrelationships that could be construed as a potential conflict of interest

   

  Author contribution statement

 Conception and design of the experiments: JAC; pre-testing, experimental preparation, data collection and analysis: RTP, DMA, JLR,IPS, and JAC; EMG analysis: RTP, MGI, and MI. The first version of the manuscript was written by RTP and JAC. All co-authors read,contributed comments and approved the final version of the manuscript.

   

  Keywords

 Fatigue, Electromyography, exhaustion, EMG, Lactate, high-intensity, hypoxia, performance

   

  Abstract

Word count: 349

 

To determine whether task failure during incremental exercise to exhaustion (IE) is principally due to reduced neural drive andincreased metaboreflex activation eleven men (22±2 years) performed a 10s control isokinetic sprint (IS; 80 rpm) after a shortwarm-up. This was immediately followed by an IE in normoxia (Nx, PIO2:143 mmHg) and hypoxia (Hyp, PIO2:73 mmHg) in randomorder an separated by a 120 min resting period. At exhaustion, the circulation of both legs was occluded instantaneously (300mmHg) during 10 or 60s to impede recovery and increase metaboreflex activation. This was immediately followed by and IS withopen circulation.  Electromyographic recordings were obtained from the vastus medialis and lateralis. Muscle biopsies and bloodgases were obtained in separate experiments. During the last 10s of the IE, pulmonary ventilation, VO2, power output and muscleactivation were lower in hypoxia than in normoxia, while pedaling rate was similar. Compared to the control sprint,performance (IS-Wpeak) was reduced to a greater extent after the IE-Nx (11% lower P<0.05) than IE-Hyp. The root mean square(EMGRMS) was reduced by 38 and 27% during IS performed after IE-Nx and IE-Hyp, respectively (Nx vs. Hyp: P<0.05). Post-ischemiaIS-EMGRMS values were higher than during the last 10s of IE. Sprint exercise mean (IS-MPF) and median (IS-MdPF) powerfrequencies, and burst duration, were more reduced after IE-Nx than IE-Hyp (P<0.05). Despite increased muscle lactateaccumulation, acidification, and metaboreflex activation from 10 to 60s of ischemia, IS-Wmean (+23%) and burst duration (+10%)increased, while IS-EMGRMS decreased (-24%, P<0.05), with IS-MPF and IS-MdPF remaining unchanged.  In conclusion, close to taskfailure, muscle activation is lower in hypoxia than in normoxia. Task failure is predominantly caused by central mechanisms, whichrecover to great extent within one minute even when the legs remain ischemic. There is dissociation between the recovery ofEMGRMS and performance. The reduction of surface electromyogram MPF, MdPF and burst duration due to fatigue is associated butnot caused by muscle acidification and lactate accumulation. Despite metaboreflex stimulation, muscle activation and power outputrecovers partly in ischemia indicating metaboreflex activation has a minor impact on sprint performance.

   

  Funding statement

 This study was supported by a grant from the Ministerio de Educación y Ciencia of Spain (DEP2009-11638 and FEDER) and VIIConvocatoria de Ayudas a la Investigación Cátedra Real Madrid-Universidad Europea de Madrid (2015/04RM)

   

  Ethics statement

  (Authors are required to state the ethical considerations of their study in the manuscript including for caseswhere the study was exempt from ethical approval procedures.)

Did the study presented in the manuscript involve human or animal subjects: Yes

Please state the full name of the ethics committee that approved the study. If the study was exempt from this requirementplease state the reason below.

  Comité Ética de Experimentación Humana de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

Please detail the consent procedure used for human participants or for animal owners. If not applicable, please state this.

 Before volunteering, subjects received full oral and written information about the experiments and possible risks associated withparticipation. Written consent was obtained from each subject. The study was performed by the Helsinki Declaration.

In review

Page 115: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Please detail any additional considerations of the study in cases where vulnerable populations were involved, for exampleminors, persons with disabilities or endangered animal species. If not applicable, please state this.

  Not applicable

In review

Page 116: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Task  failure  during  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  and  hypoxia  is  due  to  reduced  muscle  activation  caused  by  central  mechanisms  while  muscle  metaboreflex  does  limit  performance      Rafael  Torres-­‐Peralta1,2,  David  Morales-­‐Alamo1,  2,  Miriam  González-­‐Izal3,  José  Losa-­‐Reyna1,2;  Ismael  Pérez-­‐Suárez1,2,  Mikel  Izquierdo3,  José  A.L.  Calbet1,2.        1  Department  of  Physical  Education,  University  of  Las  Palmas  de  Gran  Canaria,  Campus  Universitario  de  Tafira  s/n,  Las  Palmas  de  Gran  Canaria,  35017,  Spain.  

2  Research  Institute  of  Biomedical  and  Health  Sciences  (IUIBS),  Las  Palmas  de  Gran  Canaria,  Canary  Islands,  Spain.  

3  Department  of  Health  Sciences,  Public  University  of  Navarra,  Tudela,  Navarra  31500,  Spain.  

 

     Running  title:  Metaboreflex  activation  and  fatigue  in  normoxia  and  severe  acute  hypoxia      Correspondence  to:      José  A  L  Calbet  

Departamento  de  Educación  Física,  Campus  Universitario  de  Tafira,    

35017  Las  Palmas  de  Gran  Canaria,  Canary  Island,  Spain.  

Tel:  0034  928  458  896  

Fax:  0034  928  458  867  

email:  [email protected]                              

In review

Page 117: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  2  

 Abstract  1  

To  determine  whether  task  failure  during  incremental  exercise  to  exhaustion  (IE)  2  

is  principally  due  to  reduced  neural  drive  and  increased  metaboreflex  activation  3  

eleven  men  (22±2  years)  performed  a  10s  control  isokinetic  sprint  (IS;  80  rpm)  4  

after  a  short  warm-­‐up.  This  was  immediately  followed  by  an  IE  in  normoxia  (Nx,  5  

PIO2:143  mmHg)  and  hypoxia  (Hyp,  PIO2:73  mmHg)  in  random  order  an  separated  6  

by  a  120  min  resting  period.  At  exhaustion,  the  circulation  of  both  legs  was  7  

occluded  instantaneously  (300  mmHg)  during  10  or  60s  to  impede  recovery  and  8  

increase  metaboreflex  activation.  This  was  immediately  followed  by  and  IS  with  9  

open  circulation.    Electromyographic  recordings  were  obtained  from  the  vastus  10  

medialis  and  lateralis.  Muscle  biopsies  and  blood  gases  were  obtained  in  separate  11  

experiments.  During  the  last  10s  of  the  IE,  pulmonary  ventilation,  VO2,  power  12  

output  and  muscle  activation  were  lower  in  hypoxia  than  in  normoxia,  while  13  

pedaling  rate  was  similar.  Compared  to  the  control  sprint,  performance  (IS-­‐14  

Wpeak)  was  reduced  to  a  greater  extent  after  the  IE-­‐Nx  (11%  lower  P<0.05)  than  15  

IE-­‐Hyp.  The  root  mean  square  (EMGRMS)  was  reduced  by  38  and  27%  during  IS  16  

performed  after  IE-­‐Nx  and  IE-­‐Hyp,  respectively  (Nx  vs.  Hyp:  P<0.05).  Post-­‐17  

ischemia  IS-­‐EMGRMS  values  were  higher  than  during  the  last  10s  of  IE.  Sprint  18  

exercise  mean  (IS-­‐MPF)  and  median  (IS-­‐MdPF)  power  frequencies,  and  burst  19  

duration,  were  more  reduced  after  IE-­‐Nx  than  IE-­‐Hyp  (P<0.05).  Despite  increased  20  

muscle  lactate  accumulation,  acidification,  and  metaboreflex  activation  from  10  to  21  

60s  of  ischemia,  IS-­‐Wmean  (+23%)  and  burst  duration  (+10%)  increased,  while  IS-­‐22  

EMGRMS  decreased  (-­‐24%,  P<0.05),  with  IS-­‐MPF  and  IS-­‐MdPF  remaining  23  

unchanged.    In  conclusion,  close  to  task  failure,  muscle  activation  is  lower  in  24  

In review

Page 118: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  3  

hypoxia  than  in  normoxia.  Task  failure  is  predominantly  caused  by  central  25  

mechanisms,  which  recover  to  great  extent  within  one  minute  even  when  the  legs  26  

remain  ischemic.  There  is  dissociation  between  the  recovery  of  EMGRMS  and  27  

performance.  The  reduction  of  surface  electromyogram  MPF,  MdPF  and  burst  28  

duration  due  to  fatigue  is  associated  but  not  caused  by  muscle  acidification  and  29  

lactate  accumulation.  Despite  metaboreflex  stimulation,  muscle  activation  and  30  

power  output  recovers  partly  in  ischemia  indicating  metaboreflex  activation  has  a  31  

minor  impact  on  sprint  performance.    32  

 33  

 34  

Keywords:  Fatigue,  electromyography,  exhaustion,  EMG,  lactate,  high-­‐intensity,  35  

hypoxia,  performance    36  

In review

Page 119: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  4  

Abbreviations.    37  

ADP:  Adenosine  diphosphate  38  

ATP:  Adenosine  triphosphate  39  

CNS;  Central  nervous  system  40  

d.w.:  Dry  weight  41  

DEXA:  Dual-­‐energy  x-­‐ray  absorptiometry  42  

EMG:  Surface  electromyogram  43  

EMGRMS:  Root  mean  square  of  the  EMG    44  

FIO2:  Inspired  oxygen  fraction  45  

HR:  Heart  rate    46  

HRmax:  Maximal  heart  rate  47  

Hyp:  Hypoxia  48  

Hypb:  session  in  hypoxia  with  biopsies  taken  49  

IE:  Incremental  exercise  to  exhaustion  50  

MPF:  Mean  power  frequency  51  

MdPF:  Median  power  frequency  52  

MVC:  Maximal  voluntary  contraction  53  

Nx:  Normoxia  54  

Nxb:  Session  in  normoxia  with  biopsies  taken  55  

PaO2:  Arterial  oxygen  pressure  56  

PCr:  Phosphocreatine  57  

PIO2:  Inspired  O2  pressure  58  

RMS:  root  mean  square  59  

RMSNz:  Normalized  root  mean  square  60  

VE:  Minute  ventilation  61  

In review

Page 120: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  5  

VO2:  Oxygen  consumption    62  

VO2max:  Maximal  oxygen  uptake  63  

VO2peak:  Peak  oxygen  uptake  64  

Wpeak-­‐i:  Instantaneous  peak  power  output  65  

Wmax:  Peak  power  output  at  exhaustion  during  the  incremental  exercise  test  66  

Wmean:  mean  power  output  during  the  10s  sprints  67  

w.w.:  wet  weight  68  

TAI:  Total  activation  index    69  

In review

Page 121: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  6  

Introduction  70  

Muscle  fatigue  has  been  defined  as  “any  exercise-­‐induced  reduction  in  the  ability  71  

to  exert  muscle  force  or  power,  regardless  of  whether  the  task  can  be  sustained  72  

(Bigland-­‐Ritchie  &  Woods,  1984),  that  can  be  reversed  by  rest”  (Gandevia,  2001).  73  

The  mechanisms  leading  to  task  failure  may  involve  physiological  processes  at  74  

neural  (central  fatigue)  or  muscular  levels  (peripheral  fatigue),  with  failure  at  the  75  

neuromuscular  junction  included  in  the  “peripheral”  component  (Gandevia,  2001).  76  

It  has  been  suggested  that  the  rate  of  muscle  fatigue  development  is  regulated  by  77  

the  central  nervous  system  (CNS)  with  feedback  from  the  type  III  and  IV  muscle  78  

afferents  (Amann  &  Dempsey,  2008),  which  sense  metabolite  accumulation,  79  

particularly  H+,  lactate  and  ATP  (Light  et  al.,  2008).  Type  III/IV  muscle  afferents  80  

have  been  reported  to  inhibit  corticospinal  drive  (Amann  &  Dempsey,  2008;  81  

Rossman  et  al.,  2012;  Kennedy  et  al.,  2015),  with  greater  inhibitory  effect  on  82  

extensor  than  flexor  muscles  (Martin  et  al.,  2006).  However,  whether  metabolite  83  

accumulation  and  the  expected  metaboreflex  stimulation  impair  muscle  activation  84  

and  limit  peak  power  during  whole  body  sprint  exercise  remains  unknown.    85  

  During  whole-­‐body  exercise  in  severe  acute  hypoxia  the  level  of  peripheral  86  

fatigue  at  exhaustion  seems  lower,  indicating  that  central  mechanisms,  likely  87  

linked  to  reduced  brain  oxygenation  (Rasmussen  et  al.,  2010),  predominate  over  88  

local  mechanisms  in  determining  the  cessation  of  exercise  (Amann  et  al.,  2007).  In  89  

agreement  with  this  hypothesis,  an  instantaneous  increase  of  the  inspired  O2  90  

fraction  (FIO2)  from  0.21  to  1.00  does  not  eliminate  muscle  fatigue  at  the  end  of  an  91  

incremental  exercise  test  performed  at  sea  level  (Calbet  et  al.,  2003a).  In  contrast,  92  

during  constant-­‐intensity  or  incremental  exercise  to  exhaustion  in  severe  hypoxia  93  

In review

Page 122: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  7  

(PIO2  ≈75  mmHg),  muscle  fatigue  is  swiftly  relieved  by  mild  hyperoxic  gas  or  room  94  

air  (Amann  et  al.,  2007;  Calbet  et  al.,  2003a;  Calbet  et  al.,  2003b;  Kayser  et  al.,  95  

1994).  These  findings  led  to  the  concept  that  during  incremental  exercise  to  96  

exhaustion  in  normoxia,  task  failure  is  most  likely  caused  by  peripheral  97  

mechanisms  while  central  mechanisms  prevail  in  severe  hypoxia  (Amann  et  al.,  98  

2007;  Calbet  et  al.,  2003a).  In  support,  peripheral  fatigue,  as  assessed  via  decreases  99  

in  potentiated  quadriceps  twitch  force  two  minutes  after  constant-­‐intensity  100  

exercise  to  exhaustion,  was  lower  when  the  exercise  was  performed  in  severe  101  

hypoxia  than  in  normoxia  (Amann  et  al.,  2007).  Nevertheless,  this  observation  was  102  

not  accompanied  by  an  assessment  of  muscle  metabolites  and  obviates  the  fact  103  

that  reduced  potentiated  quadriceps  twitch  force  may  occur  without  reduction  of  104  

peak  power  output  (Hureau  et  al.,  2014;  Fernandez-­‐del-­‐Olmo  et  al.,  2013).  105  

Moreover,  the  recovery  process  starts  as  early  as  muscle  contraction  ceases,  and  106  

given  the  fast  kinetics  of  phosphocreatine  re-­‐synthesis  at  the  end  of  exercise  107  

(Bogdanis  et  al.,  1996;  Yoshida  et  al.,  2013;  Dawson  et  al.,  1997),  most  of  the  108  

recovery  has  already  occurred  within  the  first  two  minutes  post-­‐exercise  (Sargeant  109  

&  Dolan,  1987).  Also,  muscle  fatigue  is  task-­‐specific  (Gandevia,  2001),  implying  110  

that  a  procedure  using  a  similar  pattern  of  movement,  and  hence  recruitment  of  111  

neural  pathways,  is  expected  to  be  more  sensitive  to  detect  fatigue.    112  

  It  is  assumed  that  central  fatigue  occurs  when  the  force  elicited  during  a  113  

maximal  isometric  contraction  can  be  increased  by  superimposing  a  direct  114  

(electrical  or  magnetic)  stimulation  of  the  muscle,  nerve  or  motor  cortex  115  

(Rasmussen  et  al.,  2010;  Fernandez-­‐del-­‐Olmo  et  al.,  2013;  Goodall  et  al.,  2012;  116  

Goodall  et  al.,  2010).  However,  if  the  superimposed  stimulation  does  not  elicit  a  117  

higher  level  of  force,  then  it  is  assumed  that  the  mechanism  causing  muscle  fatigue  118  

In review

Page 123: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  8  

is  primarily  peripheral  if  accompanied  by  a  reduced  potentiated  twitch  force.    119  

Nevertheless,  few  minutes  after  a  30  s  all  out  sprint  exercise  (Wingate  test)  120  

potentiated  quadriceps  twitches  indicate  substantial  peripheral  fatigue,  when  at  121  

the  same  time  peak  power  output  has  completely  recovered  (Fernandez-­‐del-­‐Olmo  122  

et  al.,  2013).  Moreover,  every  possible  combination  of  effects  and  interpretation  of  123  

results  has  been  reported  in  regard  to  the  contribution  of  central  and  peripheral  124  

mechanisms  to  muscle  fatigue  after  dynamic  contractions  in  normoxia  (Fernandez-­‐125  

del-­‐Olmo  et  al.,  2013;  Sidhu  et  al.,  2012;  Sidhu  et  al.,  2009;  Marcora  &  Staiano,  126  

2010)  and  hypoxia  (Amann  et  al.,  2007;  Goodall  et  al.,  2010;  Millet  et  al.,  2012).  127  

Some  of  these  discrepancies  can  be  attributed  to  the  facts  that  neural  mechanisms  128  

of  muscle  fatigue  are  task-­‐specific  (Sidhu  et  al.,  2012),  and  to  different  levels  of  129  

input  from  type  III  and  IV  muscle  afferents  (Sidhu  et  al.,  2012).  Although  the  130  

inhibition  of  type  III  and  IV  muscle  afferents  has  been  shown  to  attenuate  muscle  131  

fatigue  in  certain  exercise  models  (Sidhu  et  al.,  2014),  whether  type  III  and  IV  132  

muscle  afferent  input  contributes  to  reduce  exercise  performance  by  a  central  133  

mechanism  remains  controversial  (Kennedy  et  al.,  2015;  Millet  et  al.,  2012;  Millet  134  

et  al.,  2009;  Marcora,  2010;  Amann  et  al.,  2013).  Part  of  the  discrepancies  may  be  135  

due  to  the  fact  that  type  III  and  IV  muscle  afferent  discharge  cannot  be  directly  136  

measured  during  whole-­‐body  exercise  in  humans,  combined  with  the  difficulty  in  137  

interpreting  the  effects  intrathecal  fentanyl  when  this  drug  differently  alters  138  

ventilation,  arterial  O2  content,  arterial  PaCO2,  heart  rate  and  mean  arterial  blood  139  

pressure,  depending  on  the  exercise  intensity,  exercise  duration,  and  the  study  140  

population  (Poon  &  Song,  2015;  Olson  et  al.,  2014;  Dempsey  et  al.,  2014).  Thus,  we  141  

decided  to  explore  the  role  of  III/IV  muscle  afferents  on  exercise  performance  142  

(peak  power  output)  using  a  completely  different  experimental  approach.  143  

In review

Page 124: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  9  

Therefore,  the  main  aim  of  this  investigation  was  to  determine  whether  task  144  

failure  during  an  incremental  exercise  to  exhaustion  is  principally  due  to  central  145  

mechanisms  that  cause  a  reduction  in  neural  activation,  modulated  by  the  level  of  146  

oxygenation.  Another  aim  was  to  determine  if  increased  afferent  feedback  from  147  

metabolite  accumulation  in  an  exhausted  muscle  has  a  negative  influence  on  sprint  148  

performance  by  reducing  neural  activation,  as  assessed  through  electromyogram  149  

(EMG)  recordings.  150  

We  aimed  to  test  these  two  hypotheses:  i)  task  failure  during  incremental  151  

exercise  to  exhaustion  in  hypoxia  occurs  with  lower  levels  of  muscle  activation  152  

compared  to  normoxia,  and  ii)  increased  afferent  feedback  from  III  and  IV  muscle  153  

afferents  impairs  sprint  performance.    154  

 155  

Methods  156  

Subjects  157  

Eleven  healthy  men  (age:  21.5±2.0  years,  height:  174±8  cm,  body  mass:  72.3±9.3  158  

kg,  body  fat:  16.1±4.9%,  VO2max:  51±5  mL.kg-­‐1.min-­‐1)  agreed  to  participate  in  this  159  

investigation.  Before  volunteering,  subjects  received  full  oral  and  written  160  

information  about  the  experiments  and  possible  risks  associated  with  161  

participation.  Written  consent  was  obtained  from  each  subject.  The  study  was  162  

performed  by  the  Helsinki  Declaration  and  was  approved  by  the  Ethical  Committee  163  

of  the  University  of  Las  Palmas  de  Gran  Canaria  (CEIH-­‐2010-­‐01  and  CEIH-­‐2009-­‐164  

01).  165  

 166  

In review

Page 125: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  10  

General  overview  167  

This  study  was  a  part  of  a  larger  project  that  included  several  experiments  168  

designed  to  address  the  mechanisms  limiting  whole  body  exercise  performance  in  169  

humans.  The  results  focusing  on  O2  transport  and  muscle  metabolism  have  been  170  

published  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015;  Calbet  et  al.,  2015).  Body  composition  was  171  

determined  by  dual-­‐energy  x-­‐ray  absorptiometry  (DEXA)  (Hologic  QDR-­‐1500,  172  

Hologic  Corp.,  software  version  7.10,  Waltham,  MA)  (Calbet  et  al.,  1997),  during  the  173  

familiarization  sessions.  The  leg  muscle  mass  was  calculated  from  the  DEXA  scans  174  

using  Wang's  et  al.  model  (Wang  et  al.,  1999).    175  

  The  experimental  protocol  is  summarized  in  Figure  1,  and  an  example  of  the  176  

electromyographic  recordings  from  one  subject  is  given  in  Figure  2.  On  the  177  

experimental  days,  subjects  reported  to  the  laboratory  at  08.00  h.  after  an  178  

overnight  fast  from  22.00  h.  The  subjects  performed  an  incremental  exercise  test  179  

to  exhaustion  in  normoxia  (PIO2:  ~143  mmHg)  or  acute  hypoxia  (PIO2:  ~73  mmHg,  180  

Altitrainer200,  SMTEC,  Switzerland),  in  random  order  and  separated  by  a  120  min  181  

rest.  Before  the  exercise  test,  bilateral  cuffs  were  placed  around  the  thighs  and  182  

connected  to  a  rapid  cuff  inflator  (SCD10,  Hokanson  E20  AG101,  Bellevue,  USA).  183  

The  test  started  with  a  warm-­‐up  (2  min  at  50  W  +  2  min  100  W  +  1  min  at  160  W)  184  

followed  by  4.5  min  of  slow  unloaded  pedaling.  This  was  followed  by  a  30  s  rest  185  

period  while  the  subjects  became  ready  to  sprint  at  the  5th  minute  after  the  end  of  186  

the  warm-­‐up.  The  volunteers  were  requested  to  sprint  as  hard  and  fast  as  possible  187  

during  10  s  with  the  ergometer  set  in  isokinetic  mode  and  at  80  rpm  (Excalibur  188  

Sport  925900,  Lode,  Groningen,  The  Netherlands).  This  sprint  was  used  as  a  189  

control  sprint  and  was  always  performed  in  normoxia.  Five  minutes  later,  the  190  

In review

Page 126: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  11  

incremental  exercise  began.  For  the  test  in  normoxia,  the  load  was  increased  by  30  191  

W  every  2  min  until  exhaustion,  starting  from  an  initial  load  of  80  W.  In  hypoxia,  192  

the  incremental  test  started  from  60  W,  and  the  load  was  increased  by  20  W  every  193  

2  min  until  exhaustion.  Exhaustion  during  the  incremental  exercise  tests  was  194  

defined  by  the  subject  stopping  pedaling  or  dropping  pedaling  rate  below  50  rpm  195  

during  5  s,  despite  strong  verbal  encouragement.  At  exhaustion,  the  cuffs  were  196  

inflated  at  maximal  speed  and  pressure  (i.e.,  300  mmHg)  to  completely  and  197  

instantaneously  occlude  the  circulation  (ischemia).  This  prevented  any  increase  of  198  

oxygenation  during  the  recovery  and  caused  anoxia  within  3-­‐5s  of  the  application  199  

of  the  occlusion  as  reported  elsewhere  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  A  limitation  of  200  

previous  studies  was  that  the  impact  of  the  early  recovery  could  not  be  accounted  201  

for  (Marcora  &  Staiano,  2010;  Coelho  et  al.,  2015),  and  certainly  some  recovery  202  

occurs  during  the  time  elapsed  between  the  end  of  the  exercise  and  the  start  of  the  203  

sprint.  To  circumvent  this  limitation  we  applied  complete  ischemia  during  the  204  

recovery  and  we  used  short  (10  s)  and  long  (60  s)  ischemia  periods.  We  surmised  205  

that  peripheral  fatigue  would  be  exacerbated  by  the  prolonged  ischemia  at  the  end  206  

of  an  incremental  exercise  to  exhaustion.  207  

  The  incremental  exercise  test  in  normoxia  and  hypoxia  ended  with  two  208  

different  periods  of  ischemia  of  10  or  60s.  Following  a  countdown,  the  subject  209  

performed  a  10  s  isokinetic  sprint  as  hard  and  fast  as  possible  while  the  ergometer  210  

was  set  at  80  rpm.  The  cuffs  were  always  instantaneously  deflated  at  the  beginning  211  

of  the  post-­‐ischemia  sprints.  In  the  unfatigued  state,  peak  power  increases  with  212  

pedaling  rate,  but  peak  power  is  less  affected  by  pedaling  rate  in  the  fatigued  state  213  

(Beelen  &  Sargeant,  1991).  Importantly,  the  difference  in  peak  power  between  the  214  

fatigued  and  unfatigued  state  increases  the  higher  the  pedaling  rate  used  in  the  215  

In review

Page 127: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  12  

control  sprint  (unfatigued)  (Beelen  &  Sargeant,  1991).  Thus  to  avoid  the  216  

limitations  associated  with  varying  pedaling  rates  sprints  were  performed  in  217  

isokinetic  mode  at  80  rpm,  a  pedaling  rate  that  allows  maximal  power  output  in  218  

the  fatigued  state  (Beelen  &  Sargeant,  1991).  219  

A  few  weeks  later,  the  IEs  were  repeated  in  two  additional  experimental  220  

sessions;  one  day  in  normoxia  (Nxb,  PIO2:  ~143  mmHg)  and  the  other  in  hypoxia  221  

(Hypb,  PIO2:  ~73  mmHg;  “b”  indicates  biopsy  session).  In  the  Nxb  session,  after  10  222  

min  rest  in  the  supine  position,  a  muscle  biopsy  was  obtained  from  the  m.  vastus  223  

lateralis  with  local  anesthesia  (lidocaine  2%,  2  ml),  using  the  Bergstrom  technique  224  

with  suction  (Bergstrom,  1962).  This  biopsy  was  obtained  with  the  needle  pointing  225  

distally  with  45°  inclination  (Guerra  et  al.,  2011).  An  additional  incision  was  226  

performed  before  the  beginning  of  the  exercise  in  the  contralateral  leg.  Afterward,  227  

the  incisions  were  covered  with  a  transient  plaster,  and  a  cuff  was  placed  around  228  

the  left  leg.  The  subjects  then  sat  on  the  cycle  ergometer  and  resting  229  

measurements  were  performed.  Two  minutes  later,  the  IE  was  begun  as  described  230  

above.  At  exhaustion,  the  cuff  was  inflated  instantaneously  at  300  mmHg,  and  a  231  

biopsy  was  taken  exactly  10  s  after  the  end  of  the  incremental  exercise  test.  The  232  

biopsy  needle  was  introduced  perpendicular  to  the  thigh.  This  biopsy  was  followed  233  

by  a  final  biopsy  at  60  s  with  the  needle  pointing  proximally  (45°  inclination).  In  234  

the  Hypb  session,  essentially  the  same  procedures  were  applied.  All  biopsies  were  235  

immediately  frozen  in  liquid  nitrogen  and  stored  at  -­‐80  °C.  Hypb  and  Nxb  sessions  236  

were  performed  in  random  order.  237  

   238  

In review

Page 128: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  13  

Power  output  and  oxygen  uptake  239  

Power  output  during  the  sprint  was  reported  as  instantaneous  peak  power  output  240  

(Wpeak-­‐i)  and  mean  power  output  (Wmean)  during  the  10  s  duration  of  the  sprint.  241  

Oxygen  uptake  was  measured  with  a  metabolic  cart  (Vmax  N29;  Sensormedics,  242  

Yorba  Linda,  California,  USA),  calibrated  before  each  test  according  to  the  243  

manufacturer  instructions,  with  high-­‐grade  calibration  gasses  (Carburos  Metálicos,  244  

Las  Palmas  de  Gran  Canaria,  Spain).  Respiratory  variables  were  analyzed  breath-­‐245  

by-­‐breath  and  averaged  every  20  s  during  the  incremental  exercise  tests.  The  246  

highest  20-­‐s  averaged  VO2  recorded  in  normoxia  was  taken  as  the  VO2max.  The  247  

same  criterion  was  applied  to  determine  the  VO2peak  in  hypoxia.      248  

 249  

Muscle  metabolites  250  

From  each  muscle  biopsy,  30  mg  of  wet  tissue  were  freeze-­‐dried,  cleaned  and  251  

powdered  with  a  manual  mortar  on  ice.  Subsequently,  the  samples  were  252  

suspended  in  0.5  M  HClO4  and  centrifuged  at  15000  g  at  4  °C  for  15  min.  The  253  

supernatant  was  neutralized  with  KHCO3  2.1M.  ATP,  phosphocreatine  (PCr),  254  

creatine,  pyruvate  and  lactate  concentrations  were  enzymatically  determined  in  255  

neutralized  extracts  by  fluorometric  analysis  (Lowry  &  Passonneau,  1972;  256  

Morales-­‐Alamo  et  al.,  2013).    257  

 258  

Electromyography    259  

Electrical  muscle  activation  was  monitored  using  surface  electromyography  260  

(EMG).  EMG  signals  were  continuously  recorded  from  the  vastus  medialis  and  261  

vastus  lateralis.  Before  the  application  of  the  EMG  electrodes  the  skin  surface  was  262  

In review

Page 129: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  14  

carefully  shaved  and  wiped  with  alcohol  to  reduce  skin  impedance.  Bipolar  single  263  

differential  electrodes  were  placed  longitudinally  on  the  muscles  following  the  264  

SENIAM  recommendations  (Merletti  &  Hermens,  2000)  and  taped  to  the  skin  to  265  

minimize  movement  artifacts.  The  reference  electrode  was  placed  on  the  skin  over  266  

the  acromion.  The  position  of  the  electrodes  was  marked  on  the  skin  with  indelible  267  

ink,  and  these  references  were  used  for  precise  electrode  placement  on  repeated  268  

experiments.    269  

  The  EMG  signals  were  acquired  using  a  16-­‐channel  recording  system  270  

(Myomonitor  IV,  Delsys  Inc.,  Boston,  MA)  at  a  sampling  rate  of  1000  Hz  using  271  

rectangular  shaped  (19.8  mm  wide  and  35  mm  long)  bipolar  surface  electrodes  272  

with  1  x  10  mm  99.9%  Ag  conductors,  and  with  an  inter-­‐conductor  distance  of  10  273  

mm  (DE-­‐2.3  Delsys  Inc).  The  EMG  data  were  filtered  with  a  high-­‐pass  filter  of  20  274  

Hz  and  a  low-­‐pass  filter  of  450  Hz  using  a  fifth-­‐order  Butterworth  filter.  The  275  

system  has  an  input  impedance  of  >1015Ω  per  0.2pF  of  input  capacitance,  a  276  

common  mode  rejection  ratio  of  >80  dB,  signal-­‐to-­‐noise  ratio  <  1.2  μV,  and  a  pre-­‐277  

amplifier  gain  1000  V/V  ±1%.  Each  pedal  revolution  was  detected  using  an  278  

electrogoniometer  (Goniometer  Biosignal  Sensor  S700  Joint  Angle  Shape  Sensor;  279  

Delsys    Inc.  Boston)  fixed  on  the  left  knee  and  sampled  at  500  Hz.  EMG  and  joint  280  

movement  were  simultaneously  recorded  by  a  portable  device  (Myomonitor  IV,  281  

Delsys  Inc.  Boston)  and  wirelessly  transmitted  to  a  computer  (EMGWorks  Wireless  282  

application  and  EMGWorks  Acquisition  3.7.1.3;  Delsys,  Inc.  Boston).    283  

  The  EMG  signal  corresponding  to  each  muscle  contraction  was  analyzed  284  

using  code  developed  ‘in  house’  (Matlab  R2012b,  MathWorks,  Natick,  MA,  USA).  285  

The  EMG  recordings  were  full-­‐wave  rectified  and  to  provide  an  index  of  muscle  286  

In review

Page 130: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  15  

activation,  the  amplitude  characteristics  were  analyzed  via  average  RMS  of  a  25-­‐287  

ms  moving  window  for  the  duration  of  the  burst.  Burst  onset  and  offset  detection  288  

were  determined  using  20%  of  the  maximal  EMGRMS  activity  of  each  burst  as  a  289  

reference  (Hug  &  Dorel,  2009;  Baum  &  Li,  2003;  Torres-­‐Peralta  et  al.,  2014),  rather  290  

than  a  mean  threshold  value  from  15  consecutive  bursts  (Ozgunen  et  al.,  2010).  291  

This  approach  yielded  the  same  result  as  direct,  simple  visual  discrimination,  with  292  

100%  detection  of  all  bursts.  The  EMGRMS  recorded  during  the  last  minute  of  a  2  293  

min  80  W  load  (in  normoxia)  was  used  to  normalize  the  remaining  EMGRMS  data.  294  

Besides,  we  defined  a  total  activity  index  during  the  sprint  (TAI)  as  TAI  =  EMGRMS  x  295  

burst  duration  (ms)  x  number  of  pedal  strokes  during  the  sprint.  The  total  activity  296  

index  is  similar  to  the  integrated  EMG  signal,  but  was  computed  separately  for  297  

each  burst  and  excluded  the  baseline  EMG  between  burst  (Torres-­‐Peralta  et  al.,  298  

2014).  The  TAI  recorded  during  the  last  minute  of  a  2  min  80  W  load  (in  normoxia)  299  

was  used  to  normalize  the  rest  of  the  TAI  values.  300  

  The  mean  (MPF)  and  median  (MdPF)  power  spectrum  frequencies  were  301  

calculated  using  Fast  Fourier  Transform  (Solomonow  et  al.,  1990).  All  variables  302  

were  reported  as  the  mean  values  of  the  pedal  strokes  recorded  during  the  last  10  303  

s  of  the  incremental  exercise  or  the  10  s  sprints.    EMG  variables  responded  304  

similarly  during  the  four  control  sprints.  Therefore,  to  reduce  EMG  variability  the  305  

four  control  sprints  were  averaged.  EMG  data  are  reported  separately  for  vastus  306  

medialis  and  lateralis,  and  also  as  the  average  of  the  two  muscles.  Since  the  307  

incremental  exercise  tests  in  normoxia  and  hypoxia  were  repeated,  the  mean  of  308  

each  pair  was  used  in  further  analysis  to  represent  either  normoxia  or  hypoxia.    309  

 310  

In review

Page 131: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  16  

Statistics  311  

Normal  distribution  of  variables  was  checked  with  the  Shapiro-­‐Wilks  test.  A  312  

repeated-­‐measures  ANOVA  with  FIO2  condition  (normoxia  vs.  hypoxia)  and  313  

occlusion  duration  (10  vs.  60  s)  was  used  to  analyze  the  responses  observed  314  

during  the  sprints.  Pairwise  comparisons  at  specific  time  points  were  performed  315  

with  Student  t-­‐tests,  and  adjusted  for  multiple  comparisons  using  the  Holm–316  

Bonferroni  method.  Values  are  reported  as  the  mean  ±  standard  deviation  (unless  317  

otherwise  stated).  P  ≤  0.05  was  considered  statistically  significant.  All  statistical  318  

analyses  were  performed  using  SPSS  v.15.0  for  Windows  (SPSS  Inc.,  Chicago,  IL)  319  

and  Excel  2011  (Microsoft,  Redmond,  WA,  USA).  320  

 321  

Results  322  

Incremental  exercise  323  

Compared  to  normoxia,  Wmax,  pulmonary  ventilation,  respiratory  rate,  heart  rate  324  

and  VO2peak  were  reduced  during  the  last  10  s  of  exercise  in  hypoxia.  Additional  325  

information  regarding  the  respiratory  and  cardiovascular  responses  to  the  IE  can  326  

be  found  elsewhere  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015;  Calbet  et  al.,  2015).  The  327  

ergospirometric  variables  corresponding  to  the  last  10  s  of  incremental  exercise  328  

are  reported  in  Table  1,  together  with  the  corresponding  electromyographic  329  

responses.  330  

   331  

In review

Page 132: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  17  

Muscle  fatigue  332  

Sprint  performance  was  reduced  at  the  end  of  the  IEs  (Fig.  3),  as  previously  333  

reported  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  Compared  to  the  control  sprints,  post-­‐IE  334  

sprint  performance  was  reduced  (32-­‐46%,  P<0.05).  Sprint  Wpeak-­‐i  was  11%  335  

lower  following  post-­‐IE  in  normoxia  than  hypoxia.  Similar  effects  were  observed  in  336  

Wmean.  Sprint  performance  was  improved  after  ischemic  recovery.    Wpeak-­‐I  and  337  

Wmean  were  11  and  23%  higher,  respectively,  following  60  than  10  s  of  occlusion  338  

(P<0.05),  as  previously  reported  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  339  

 340  

EMG  responses  341  

Vastus  lateralis  EMGs.  Figure  2  depicts  an  example  of  the  EMG  recordings  during  342  

one  experimental  day.  During  the  last  10  s  of  the  incremental  exercise  to  343  

exhaustion  the  raw  (average  of  the  two  muscles)  and  normalized  RMS  was  16%  344  

lower  in  hypoxia  than  in  normoxia,  respectively  (P<0.05)  (Table  1).  The  average  345  

normalized  TAI  was  also  lower  (23%)  in  hypoxia  than  in  normoxia  (P<0.001).  The  346  

median  frequency  was  6%  lower  in  normoxia  than  hypoxia  (P<0.05).  The  mean  347  

and  median  frequencies  during  the  last  10s  of  the  IE  remained  at  the  same  level  348  

during  the  subsequent  sprints.  349  

  The  average  RMS,  RMSNz,  and  TAINz  were  1.6,  1.7  and  2.9-­‐fold  higher  350  

during  the  sprints  post-­‐IE  than  during  the  last  10s  of  the  IE  (all,  P<0.05).  Compared  351  

to  the  control  sprints,  the  RMSraw  and  the  normalized  RMSNz  were  reduced  by  36  352  

and  35%,  respectively,  in  the  sprints  performed  after  the  IE  (Table  2).  Although  the  353  

60s  occlusion  caused  a  14%  lower  RMSNz  compared  to  the  10s  occlusion,  this  354  

difference  did  not  reach  statistical  significance  (Main  effect  P=0.059).  Compared  to  355  

In review

Page 133: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  18  

the  control  sprints  the  TAINz  was  reduced  by  42  and  34%  after  the  incremental  356  

test  in  normoxia  and  hypoxia,  respectively  (P<0.05).    357  

Compared  to  the  control  sprint,  the  median  frequency  was  reduced  by  18  358  

and  9%  following  the  IEs  in  normoxia  and  hypoxia,  respectively  (both,  P<0.05)  359  

(Table  3).  Thus,  the  median  frequency  was  9%  lower  in  the  sprints  following  IE  in  360  

normoxia  than  in  hypoxia  (Main  effect  P=0.011).  MPF  changes  were  essentially  361  

similar  to  MdPF  (Tables  1,  2,  3,  and  4).    362  

Compared  to  the  control  sprints,  the  duration  of  the  bursts  was  reduced  by  363  

9%  in  the  sprints  performed  after  10s  occlusions.  Nevertheless,  after  60  s  of  364  

occlusion,  the  duration  of  burst  in  the  following  sprints  achieved  the  same  value  as  365  

in  the  control  sprints  (331.9±24.6  and  331.0±29.7  ms,  control  and  60s  after  IE,  366  

respectively,  P=0.91).  The  duration  of  the  bursts  was  3%  longer  in  the  sprints  that  367  

followed  an  IE  in  hypoxia  than  normoxia  (P=0.03).  The  average  contraction  time  368  

(i.e.,  burst  duration  x  pedaling  rate)  was  15%  lower  during  the  last  10  s  of  IE  than  369  

during  the  post-­‐IE  sprints  (P<0.001).  370  

Vastus  medialis  EMGs.  The  vastus  medialis  EMG  responses  to  incremental  (Tables  371  

1)  and  sprint  exercise  (Table  3)  were  similar  to  those  described  for  the  vastus  372  

lateralis.  Therefore,  we  combined  both  vastus  EMGs  responses  to  reduce  variability  373  

(Table  4).  The  combined  response  was  similar  to  that  reported  for  vastus  lateralis  374  

and  medialis,  but  with  lower  variability,  confirming  some  of  the  effects  that  did  not  375  

reach  statistical  significance  when  only  analysed  using  a  single  muscle  EMG  376  

recordings.  377  

   378  

In review

Page 134: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  19  

Muscle  metabolites  379  

Muscle  metabolites  and  the  aerobic  and  anaerobic  energy  yield  during  the  sprints  380  

have  been  reported  elsewhere  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  Briefly,  ATP  and  PCr  381  

concentrations  were  reduced  to  a  similar  extent  both  in  normoxia  and  hypoxia  382  

(ANOVA  time  effect:  P<0.05).  From  the  10th  to  60th  s  of  ischemic  recovery  ATP  383  

concentration  remained  unchanged  while  PCr  declined  an  additional  ~5%  (ANOVA  384  

time  effect:  P<0.05  compared  to  Post  and  P<0.001,  compared  to  PRE).  Muscle  385  

lactate  concentration  was  increased  to  similar  values  10  s  after  both  incremental  386  

exercise  tests  (93.5±24.3  and  88.3±26.6  mmol  kg  d.w.-­‐1,  in  normoxia  and  hypoxia,  387  

respectively  (ANOVA  time  effect:  P<0.001).  From  the  10th  to  60th  s  of  ischemia  388  

muscle  lactate  was  increased  by  24.0±20.7  and  21.6±24.5  mmol  kg  d.w.-­‐1,  and  389  

muscle  pH  reduced  by  0.102±0.040  and  0.109±0.041  units,  after  the  IE  in  390  

normoxia  and  hypoxia,  respectively  (ANOVA  time  effect:  P<0.01).    391  

 392  

Discussion  393  

This  investigation  confirms,  in  agreement  with  previous  studies  using  constant  394  

intensity  (Marcora  &  Staiano,  2010)  and  incremental  exercise  to  exhaustion  in  395  

normoxia  (Coelho  et  al.,  2015),  that  task  failure  during  incremental  exercise  in  396  

normoxia  is  not  caused  by  muscle  fatigue.  The  present  study  extends  these  397  

findings  to  whole-­‐body  incremental  exercise  in  severe  hypoxia.  We  have  also  398  

shown  that  muscle  activation  during  the  last  10  s  of  an  incremental  exercise  to  399  

exhaustion  is  lower  in  severe  hypoxia  than  in  normoxia.  This  reduction  in  muscle  400  

activation  cannot  be  explained  by  differences  in  metabolite  accumulation  between  401  

hypoxia  and  normoxia,  and  likely  reflects  central  mechanisms  of  fatigue,  which  402  

In review

Page 135: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  20  

recovered,  at  least  partly,  during  the  next  10  or  60s  of  ischemia,  as  reflected  by  the  403  

greater  activation  of  the  muscles  during  the  subsequent  sprint.  The  latter  occurred  404  

despite  the  lower  energy  availability  and  the  greater  accumulation  of  metabolites  405  

after  the  ischemic  recoveries.  We  have  shown  that  muscle  fatigue,  as  assessed  406  

through  sprint  performance,  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion,  is  407  

lower  when  the  exercise  is  performed  in  severe  acute  hypoxia  than  in  normoxia  408  

despite  similar  muscle  metabolite  accumulation.  This  is  also  compatible  with  the  409  

incremental  exercise  in  hypoxia  ending  by  central  mechanism/s  acting  earlier,  i.e.,  410  

with  a  lower  amount  of  peripheral  fatigue  in  hypoxia  than  in  normoxia.  This  411  

reduction  in  sprint  performance  is  accompanied  by  a  greater  reduction  in  muscle  412  

activation  (as  reflected  by  the  EMGRMS  changes)  in  the  sprints  carried  out  after  IE  413  

in  normoxia  than  hypoxia.  This  could  be  interpreted  as  indicative  of  slower  414  

recovery  of  central  fatigue  after  the  IE  performed  in  normoxia  than  hypoxia.  415  

Strikingly,  following  60  s  of  recovery  with  complete  occlusion  of  the  circulation  416  

sprint  performance  was  higher  than  that  observed  immediately  following  10  s  of  417  

occlusion,  as  previously  reported  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  This  improvement  418  

in  performance  was  achieved  with  lower  EMGRMS  compared  to  the  sprints  executed  419  

after  10s  of  ischemia.  Thus,  this  investigation  demonstrates  dissociation  between  420  

the  recovery  of  the  EMGRMS  and  the  recovery  of  power  output.  Since  occlusion  421  

resulted  in  an  increase  of  muscle  lactate  and  H+  accumulation  from  10  s  to  60  s  of  422  

occlusion  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015),  the  present  experiments  support  the  423  

concept  that  muscle  acidification  reduces  the  EMGRMS  without  necessarily  424  

reflecting  increased  muscle  fatigue  or  reduced  muscle  activation  by  the  central  425  

nervous  system.  In  addition,  we  have  demonstrated  that  despite  similar  muscle  426  

concentrations  of  lactate  and  H+  at  the  beginning  of  the  respective  sprints,  the  MPF  427  

In review

Page 136: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  21  

and  MdPF  during  sprint  exercise  are  reduced  by  muscle  fatigue  when  the  sprint  is  428  

performed  after  an  incremental  exercise  in  normoxia,  but  not  in  hypoxia.  MPF  and  429  

MdPF  did  not  recover  from  the  end  of  the  incremental  exercise  to  the  start  of  the  430  

sprints,  or  from  the  10th  to  the  60th  second  of  ischemia,  despite  cessation  of  neural  431  

activation  and  appropriate  oxygenation  of  the  brain.  These  results  point  to  432  

peripheral  mechanisms  being  primarily  responsible  for  the  reduction  of  MPF  and  433  

MdPF  during  the  sprints  post-­‐IE  (Brody  et  al.,  1991;  Juel,  1988).  Moreover,  despite  434  

greater  lactate  and  H+  accumulation  after  60  s  of  ischemic  recovery,  sprint  exercise  435  

MPF  and  MdPF  were  not  further  reduced;  therefore  these  two  metabolites  do  not  436  

seem  to  account  for  the  observed  reduction  of  MPF  and  MdPF  with  muscle  fatigue  437  

(Vestergaard-­‐Poulsen  et  al.,  1995).  We  have  also  shown  that  the  duration  of  the  438  

bursts  is  reduced  in  fatigued  muscles  contracting  under  isokinetic  conditions,  439  

recovering  to  non-­‐fatigued  levels  within  60  s,  regardless  of  the  muscular  440  

concentrations  of  lactate  and  H+.  We  lastly  provided  evidence  for  a  minor  impact,  if  441  

any,  of  increased  group  III/IV  afferent  feedback  on  sprint  exercise  performance.    442  

 443  

Surface  EMG  changes  are  more  sensitive  to  central  than  peripheral  fatigue  444  

To  demonstrate  the  existence  of  central  fatigue  it  is  necessary  to  show  that  during  445  

a  maximal  voluntary  contraction,  direct  stimulation  of  motor  neural  pathways  or  446  

cortical  motoneurons  results  in  greater  levels  of  force  than  elicited  voluntarily  447  

(Gandevia  et  al.,  1996;  Merton,  1954).  These  procedures  have  several  constraints  448  

limiting  their  application  to  complex  tasks,  such  as  pedaling.  To  circumvent  these  449  

problems,  a  commonly  used  approach  has  been  to  carry  out  potentiated  and  450  

interpolated  twitch  assessments  at  exhaustion  as  fast  as  possible,  i.e.,  1-­‐2  minutes  451  

In review

Page 137: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  22  

after  the  task  failure,  when  most  of  the  reduction  in  power  output  has  already  been  452  

recovered  (Fernandez-­‐del-­‐Olmo  et  al.,  2013;  Sargeant  &  Dolan,  1987;  Coelho  et  al.,  453  

2015).  Another  limitation  of  stimulation  techniques  is  that  muscle  fatigue  is  task-­‐454  

specific  (Gandevia,  2001).  Stimulation  techniques  cannot  reproduce  the  455  

complexity  of  motor  orders  involving  thousands  of  motor  units  from  different  456  

muscles  firing  at  different  rates,  which  are  recruited  with  specific  timings  to  457  

achieve  a  coordinated  movement.  Also,  in  fatigued  muscles,  the  increase  in  force  458  

elicited  by  an  interpolated  twitch  may  be  due  in  part  to  intracellular  mechanisms  459  

(i.e.,  a  peripheral  mechanism  that  is  likely  related  to  the  force/[Ca2+]i  relationship  460  

(Gandevia  et  al.,  2013),  not  necessarily  reflecting  increased  central  fatigue.    461  

An  alternative  approach  for  assessing  muscle  fatigue  is  to  measure  the  462  

maximal  power  that  can  be  generated  during  the  task  that  elicits  muscle  fatigue  463  

(Marcora  &  Staiano,  2010;  Coelho  et  al.,  2015;  Cairns  et  al.,  2005).  However,  during  464  

whole-­‐body  exercise  on  the  cycle  ergometer,  pedaling  frequency  slows  down  close  465  

to  task  failure  (Torres-­‐Peralta  et  al.,  2014).  Given  the  dependency  of  power  on  466  

muscle  contraction  velocity,  fatigue  should  ideally  be  tested  under  similar  muscle  467  

contraction  velocities  as  during  isokinetic  pedaling  (Sargeant  &  Dolan,  1987).  468  

In  the  present  experiments,  the  sprints  were  performed  in  isokinetic  469  

conditions,  i.e.,  the  duration  of  each  pedaling  cycle  was  always  the  same,  regardless  470  

of  the  state  of  muscle  fatigue  (Fig  2).  This  isokinetic  approach  was  possible  471  

because  the  cycle  ergometer  servo-­‐control  instantaneously  varied  the  resistance  472  

applied  to  the  pedals  depending  on  the  force  exerted  resulting  in  a  constant  473  

pedaling  rate  of  80  rpm.  These  conditions  allowed  us  to  examine  the  impact  of  474  

In review

Page 138: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  23  

fatigue  on  certain  components  of  the  EMG  signal  without  the  variability  induced  by  475  

the  speed  of  movement.    476  

At  a  given  pedaling  rate,  the  duration  of  contraction  bursts  increases  with  477  

the  intensity  of  exercise,  reaching  maximal  values  at  intensities  close  to  Wmax  478  

(Torres-­‐Peralta  et  al.,  2014).  In  all  conditions  and  every  subject,  the  mean  intensity  479  

achieved  during  the  10  s  sprints  was  above  the  intensity  reached  at  exhaustion  480  

during  the  IEs.  This  result  implies  that  concerning  intensity,  burst  duration  should  481  

be  maximal  during  all  sprints.  However,  burst  duration  during  the  sprints  482  

performed  after  10  s  of  ischemic  recovery  was  reduced,  meaning  that  muscles  483  

were  activated  during  a  shorter  fraction  of  the  pedaling  cycle.  This  effect  might  484  

have  been  caused  by  reduced  sarcolemmal  excitability  as  a  consequence  of  fatigue  485  

(Sidhu  et  al.,  2012;  Sejersted  &  Sjogaard,  2000),  but  sarcolemmal  excitability  486  

appears  to  recover  in  less  than  60  s  after  a  fatiguing  whole-­‐body  sprint  exercise  487  

(Fernandez-­‐del-­‐Olmo  et  al.,  2013).  In  agreement,  burst  duration  recovered  within  488  

the  60  s  of  ischemic  rest  after  both  IEs.  Despite  the  observed  recovery  of  burst  489  

duration,  the  EMGRMS  was  further  reduced  following  60  s  of  ischemia.  Since  the  490  

reduction  in  EMGRMS  was  accompanied  by  increased  power  output  and  normal  491  

burst  duration,  it  seems  unlikely  that  the  lower  sprint  EMGRMS  after  60  s  of  492  

ischemia  originates  from  a  failure  of  the  muscle  cells  to  respond  to  neural  493  

activation.    494  

During  high-­‐intensity  contractions,  the  myosin  ATPase  and  ion  pumps  495  

account  for  most  of  the  energy  expenditure  in  muscles  because  no  energy  can  be  496  

diverted  to  biosynthetic  processes  as  the  required  enzymes  are  blocked.  In  our  497  

experimental  conditions,  upon  cessation  of  incremental  exercise  the  ion  pumps  are  498  

In review

Page 139: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  24  

expected  to  be  maximally  activated,  particularly  the  Na+-­‐K+  pump,  which  has  a  499  

critical  role  in  restoring  sarcolemmal  excitability  (Pedersen  et  al.,  2003;  Hostrup  et  500  

al.,  2014).  During  ischemia,  the  energy  needed  to  maintain  the  activity  of  the  ion  501  

pumps  was  provided  by  the  glycolysis  and  to  a  lesser  extent  by  the  small  amount  502  

of  remaining  PCr  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  Any  small  amount  of  O2  bound  to  503  

myoglobin  was  rapidly  used  upon  occlusion  due  to  the  strong  activation  of  504  

mitochondrial  respiration  by  the  increased  ADP  concentration  at  task  failure  505  

(Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  Femoral  vein  and  mean  capillary  PO2  was  lower  at  506  

exhaustion  after  the  incremental  exercise  test  in  severe  hypoxia  than  in  normoxia  507  

(Calbet  et  al.,  2015).  Therefore,  the  potential  contribution  of  the  small  amount  of  508  

O2  trapped  in  the  occluded  leg  (or  remaining  bound  to  myoglobin)  to  ATP  re-­‐509  

synthesis  should  have  been  lower  in  hypoxia  than  in  normoxia.  However,  although  510  

more  O2  was  available  at  exhaustion  for  the  initial  recovery  in  normoxia,  i.e.,  within  511  

the  first  10  s  of  occlusion,  performance  was  more  impaired  in  the  sprint  performed  512  

after  10  s  of  ischemic  recovery  that  followed  the  normoxic  rather  than  the  hypoxic  513  

IEs.  This  result  concurs  with  task  failure  occurring  with  a  lower  level  of  peripheral  514  

fatigue  during  IE  in  hypoxia  than  normoxia,  as  our  results  indicate.  Studies  in  cats  515  

(Hill  et  al.,  1992;  Lagier-­‐Tessonnier  et  al.,  1993)  and  rabbits  (Arbogast  et  al.,  2000)  516  

have  shown  increased  baseline  discharge  frequency  of  group  III  and  IV  muscle  517  

afferents  by  PO2  close  to  the  values  observed  in  the  femoral  vein  in  the  present  518  

investigation  (Calbet  et  al.,  2015).  Thus,  lower  interstitial  PO2  values  in  hypoxia  519  

than  normoxia  could  have  enhanced  III/IV  afferent  feedback  to  cause  increased  520  

inhibition  of  the  corticospinal  drive  during  exercise  in  severe  acute  hypoxia,  as  521  

previously  suggested  (Calbet  et  al.,  2015).  Muscle  III  and  IV  afferent,  and  perhaps  522  

other  sensory  endings  in  joints  and  tendons,  have  been  postulated  to  contribute  to  523  

In review

Page 140: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  25  

central  fatigue  (Amann  et  al.,  2013;  1996;  Reid,  1927;  Garland,  1991;  Amann  et  al.,  524  

2008;  Bigland-­‐Ritchie  et  al.,  1986).  Animal  studies  have  shown  that  when  525  

motoneurons  are  stimulated  repetitively  many  neurons  reduce  their  discharge  526  

frequency  or  stop  firing  (Kernell  &  Monster,  1982a;  Kernell  &  Monster,  1982b;  527  

Spielmann  et  al.,  1993).  This  phenomenon  is  likely  accentuated  by  hypoxia.  528  

Consequently,  reduced  responsiveness  of  some  motoneurons  pools  (central  529  

fatigue)  combined  with  increased  III/IV  muscle  afferent  feedback  and  increased  530  

ventilatory  demand  might  have  increased  the  perception  of  effort  (Marcora,  2009),  531  

leading  to  task  failure  at  the  end  of  IE  in  hypoxia  with  a  lower  level  of  peripheral  532  

fatigue  than  in  normoxia  (Pierrefiche  et  al.,  1997).  Oxygenation  upon  exhaustion  533  

might  have  restored  faster  central  fatigue  at  the  end  of  the  IE  in  hypoxia  than  534  

normoxia,  by  restoring  within  seconds  normoxic  interstitial  PO2  levels  in  the  535  

central  nervous  system.  536  

 537  

Group  III  and  IV  muscle  afferent  stimulation  does  not  limit  peak  power  output  during  538  

whole  body  sprint  exercise  in  healthy  humans.  539  

Group  III/IV  muscle  afferent  neurons  include  a  complex  family  of  afferent  endings  540  

some  of  which  act  as  nociceptors  while  others  respond  to  thermal,  mechanical  or  541  

chemical  stimulation  (Light  et  al.,  2008;  Jankowski  et  al.,  2013;  McCord  &  Kaufman,  542  

2010).  Metabolic  products  of  muscle  contraction  like  H+  (Light  et  al.,  2008;  Rotto  &  543  

Kaufman,  1988),  lactate  (Light  et  al.,  2008),  adenosine  (Middlekauff  et  al.,  1997),  544  

ATP  (Light  et  al.,  2008),  nitric  oxide  (Arbogast  et  al.,  2001),  and  inflammation  545  

mediators  may  also  increase  III/IV  muscle  afferent  discharge  (Light  et  al.,  2008;  546  

McCord  &  Kaufman,  2010).  It  is  particularly  important  that  the  response  to  the  547  

In review

Page 141: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  26  

isolated  increase  of  H+,  ATP  and  lactate  is  much  lower  than  observed  to  the  548  

combination  of  the  three  (Light  et  al.,  2008).  Some  metaboreceptive  III  and  IV  549  

muscle  afferents  seem  specialized  in  detecting  innocuous  levels  of  metabolites,  550  

while  others  respond  to  noxious  levels  and  contribute  to  muscle  pain  (Kniffki  et  al.,  551  

1978;  Mense,  1996).  It  is  thought  that  both  low  and  high  concentration  552  

responding-­‐endings  could  contribute  to  sympathetic  reflexes  and  to  increase  the  553  

perception  of  effort  (Light  et  al.,  2008).    554  

  Using  lumbar  intrathecal  fentanyl  administration  before  exercise  to  block  μ-­‐555  

opioid  receptor-­‐sensitive  group,  Amann  and  co-­‐workers  (Amann  et  al.,  2011;  556  

Amann  et  al.,  2009)  studied  the  influence  of  group  III  and  IV  afferents  on  voluntary  557  

activation  (assessed  by  the  twitch-­‐interpolation  technique)  after  constant-­‐558  

intensity  bicycling  exercise.  After  3  min  of  recovery,  voluntary  activation  was  559  

reduced  by  1.2%  during  the  placebo  trial  (non-­‐significant)  and  1.7%  during  the  560  

fentanyl  trial  (Amann  et  al.,  2011).  Moreover,  3  min  after  a  time  trial  that  caused  561  

fatigue  in  7.5  min,  voluntary  activation  was  reduced  by  1.6%  (compared  to  0.8%  in  562  

the  placebo  trial)  (Amann  et  al.,  2009).  These  results  further  emphasize  that  any  563  

potentially  negative  influence  of  III  and  IV  muscle  afferents  on  voluntary  activation  564  

is  likely  small  after  whole-­‐body  exercise  or  that  voluntary  activation  capacity  565  

recovers  rather  quickly  (Kennedy  et  al.,  2015;  Bigland-­‐Ritchie  et  al.,  1986;  Pageaux  566  

et  al.,  2015).    567  

  Amann  et  al.  (2011)  reported  that  despite  the  inhibition  of  III  and  IV  568  

afferents,  fentanyl  markedly  reduced  performance  (from  8.7  to  6.8  min)  during  a  569  

constant-­‐intensity  trial  to  exhaustion.  In  another  study  by  the  same  group  (Amann  570  

et  al.,  2009),  where  the  subjects  performed  a  time  trial,  performance  was  similar  in  571  

In review

Page 142: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  27  

the  fentanyl  and  placebo  experiments.  The  reason  for  these  discrepant  effects  of  572  

III/IV  muscle  afferents  inhibition  on  performance  is  not  clear  (Marcora,  2010).  In  573  

the  case  of  the  constant-­‐intensity  trial,  there  was  a  substantial  impairment  in  O2  574  

transport  in  the  fentanyl  trial,  an  effect  caused  by  reduced  ventilation,  leading  to  575  

lower  hemoglobin  saturation  and  VO2  with  fentanyl  than  placebo.  A  slightly  lower  576  

impairment  of  O2  transport  was  reported  in  the  time  trial  experiments,  which  577  

could  have  been  compensated  for  by  increased  involvement  of  the  anaerobic  578  

metabolism  (Amann  et  al.,  2009).  Marcora  et  al.    (2010)  have  suggested  that  during  579  

the  time  trial,  the  “belief  effect”  induced  by  reducing  leg  muscle  pain  with  fentanyl-­‐580  

induced  a  fast  start,  which  compensated  for  the  negative  effect  of  fentanyl  on  581  

cardiorespiratory  responses.  As  a  result,  exercise  performance  was  unchanged  582  

during  the  time  trial.  During  the  constant-­‐intensity  trial,  the  “belief  effect”  could  583  

not  induce  a  fast  start  and  consequently  exercise  performance  was  reduced.    584  

  Interestingly,  in  both  experiments  with  fentanyl  the  reduction  of  quadriceps  585  

potentiated  twitch  forces  elicited  by  magnetic  neural  stimulation  were  greater  586  

than  in  the  control  trials  (Amann  et  al.,  2011;  Amann  et  al.,  2009).  Assuming  that  a  587  

reduction  in  the  force  elicited  by  potentiated  twitches  indicates  a  greater  level  of  588  

peripheral  fatigue  and  that  the  subjects  exercised  to  their  limits  in  all  trials,  Amann  589  

and  co-­‐workers  studies  give  support  to  the  concept  that  III/IV  afferent  feedback  is  590  

used  to  set  the  limit  of  peripheral  fatigue  that  is  permitted.  However,  these  591  

experiments,  combined  with  the  present  findings,  show  that  task  failure  at  the  end  592  

of  an  IE  to  exhaustion  (current  study),  or  at  the  end  of  constant-­‐intensity  (Marcora  593  

&  Staiano,  2010;  Bosio  et  al.,  2012)  or  a  simulated  time-­‐trial  competition  (Amann  594  

and  co-­‐workers  studies)  is  not  due  to  a  peripheral  failure.  Both  types  of  595  

experiments  show  that  greater  levels  of  peripheral  fatigue  are  possible,  but  not  596  

In review

Page 143: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  28  

reached  because  the  exercise  ends  due  to  central  mechanisms  of  fatigue  (Kayser,  597  

2003).  The  critical  question  is  whether  peripheral  fatigue  causes  central  fatigue  598  

and  task  failure  through  a  central  mechanism  by  activating  the  metaboreflex.  If  the  599  

latter  is  the  main  mechanism  causing  central  fatigue  and  task  failure  a  reduction  in  600  

sprint  performance  under  conditions  with  increased  metaboreflex  activation  will  601  

be  expected.  However,  our  results  show  that  this  is  not  the  case.  602  

Metabolite  accumulation  at  task  failure  and  during  ischemia  should  have  603  

promoted  a  sustained  discharge  of  III/IV  muscle  afferents  (Light  et  al.,  2008;  604  

McCord  &  Kaufman,  2010;  Darques  &  Jammes,  1997;  Darques  et  al.,  1998),  an  605  

effect  that  would  be  expected  to  be  greater  after  60  than  10  s  occlusions  in  the  606  

present  investigation.  Nevertheless,  sprint  exercise  power  output  was  higher  after  607  

60  than  10  s  of  ischemia.  Increased  metaboreflex  activation  should  exacerbate  the  608  

ventilatory  response  to  exercise  (Amann  et  al.,  2010),  as  observed  during  the  609  

sprints  performed  following  60  s  of  ischemia  in  the  present  investigation  (Morales-­‐610  

Alamo  et  al.,  2015).  Thus,  despite  increased  metaboreflex  activation  during  the  611  

sprints  after  60s  of  ischemia,  and  a  theoretically  worsened  metabolic  situation,  612  

peak  and  mean  power  output  was  higher  during  the  sprints  after  60  than  10  s  of  613  

ischemia.  Our  finding  appear  to  be  at  odds  with  the  recent  study  by  Kennedy  et  al.  614  

(2015),  in  which  the  occlusion  of  the  circulation  during  2  min  after  a  2-­‐min  615  

sustained  MVC  of  the  knee  extensors  resulted  in  a  progressive  reduction  of  the  616  

maximal  voluntary  contraction  (MVC)  (See  Fig.  3A  of  Kennedy  et  al.  2015).  This  617  

effect  was  accompanied  by  a  progressive  reduction  of  maximal  voluntary  618  

activation  indicative  of  increasing  central  fatigue  (See  Fig.  3B  of  Kennedy  et  al.  619  

2015).  In  agreement  with  our  results,  Kennedy  et  al.  (2015)  observed  a  fast  620  

recovery  of  voluntary  activation  upon  release  of  the  cuff,  indicating  that  the  621  

In review

Page 144: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  29  

negative  influence  of  III/IV  afferent  discharge  on  voluntary  activation  was  also  622  

relieved  very  rapidly.  This  quick  response  could  be  due  to  (i)  the  release  of  the  623  

direct  compression  on  the  femoral  nerve,  (ii)  the  washout  of  metabolites  combined  624  

with  oxygenation  due  to  reactive  hyperemia,  or  (iii)  the  combination  of  these  625  

effects.  In  our  experimental  conditions,  the  hyperemic  response  to  the  release  of  626  

the  cuff  was  likely  much  greater  than  in  Kennedy  et  al.  (2015)  as  reflected  by  the  627  

rapid  increase  of  pulmonary  VO2  and  the  elevated  heart  rate  at  the  beginning  of  the  628  

sprint  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015).  Another  interesting  aspect  of  the  study  by  629  

Kennedy  et  al  (2015)  is  that  the  level  of  peripheral  fatigue  as  assessed  by  630  

potentiated  twitches  remained  at  the  same  level  during  the  2  min  of  ischemia,  631  

despite  5  x  2-­‐s  long  MVC  maneuvers  (i.e.,  10  s  of  maximal  contractile  activity  with  632  

occlusion  of  the  circulation).  Thus,  the  2  min  of  post-­‐exercise  ischemia  did  not  633  

worsen  peripheral  fatigue  (Kennedy  et  al.,  2015).  Although  Kennedy  et  al.  (2015)  634  

did  not  measure  muscle  metabolites,  10  s  of  maximal  contractile  activity  during  635  

the  2  min  of  ischemia,  in  combination  with  increased  metabolic  demand  due  to  the  636  

preceding  MVC  (sustained  during  2  min),  should  have  increased  peripheral  fatigue  637  

according  to  the  prevailing  paradigm.      638  

The  present  investigation  strongly  suggests  that  the  inhibitory  role  of  639  

muscle  afferent  discharge  on  the  corticospinal  motor  drive  during  maximal  640  

intensity  whole-­‐body  exercise  is  either  small  or  counteracted  by  a  strong  641  

corticospinal  drive  (central  command).  Otherwise,  the  III/IV  muscle  afferent  642  

feedback  due  to  ischemia  (PO2  close  to  0  mmHg  in  our  experimental  conditions)  643  

and  the  metabolites  accumulated  during  the  IEs  should  have  decreased  Wpeak  and  644  

Wmean  during  the  10  or  60  s  post-­‐ischemia  sprints  below  the  Wmax  achieved  at  645  

task  failure  in  the  IEs.  This  finding  contrasts  with  experiments  using  single  joint  646  

In review

Page 145: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  30  

(Kennedy  et  al.,  2015;  Gandevia  et  al.,  1996)  or  handgrip  dynamic  contractions  647  

(Broxterman  et  al.,  2015),  where  a  clear  inhibition  of  voluntary  activation  is  648  

consistently  shown.    649  

In  the  present  investigation,  increased  III/IV  muscle  afferent  feedback  could  650  

explain  why  the  observed  EMGRMS  were  lower  in  the  sprints  performed  after  60  s  651  

than  after  10  s  of  ischemia.  Likewise,  that  MPF  and  MdPF  remained  at  task  failure  652  

levels  during  the  post-­‐IE  sprints  is  also  consistent  with  an  on-­‐going  negative  653  

feedback  reducing  motoneurons  firing  frequencies  (Broxterman  et  al.,  2015).  654  

However,  the  power  output  achieved  during  the  sprints  after  60  s  of  ischemia  is  655  

close  to  the  maximal  power  attainable  by  our  subjects  without  phosphagens  656  

(Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015),  leaving  little  room  for  central  mechanisms  to  limit  657  

sprint  performance  after  60  s  of  ischemia.  Thus,  it  seems  that  60  s  of  ischemic  658  

recovery  allows  for  restoration  of  the  central  mechanisms  of  fatigue,  despite  the  659  

discharge  from  the  III/IV  muscle  afferents.  The  latter  was  likely  counteracted  by  a  660  

strong  central  command  and  a  rapid  reperfusion  of  the  muscle  upon  the  release  of  661  

the  cuff  during  the  post-­‐IE  sprints.  In  agreement  with  this  interpretation,  Amann  et  662  

al.  (2009)  reported  no  effect  of  intrathecal  fentanyl  on  time  trial  performance,  663  

although  the  power  output  profile  was  dramatically  changed.  664  

 665  

Reduced  sprint  EMGMRS  but  increased  power  output  after  60  than  10  s  post-­‐exercise  666  

ischemia  667  

In  vitro  experiments  have  shown  that  lactate  and  H+  accumulation  may  facilitate  668  

peripheral  recovery  by  increasing  chloride  conductance  (Pedersen  et  al.,  2003;  669  

Nielsen  et  al.,  2001;  Karelis  et  al.,  2004).  Thus,  an  elevated  glycolytic  rate  combined  670  

In review

Page 146: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  31  

with  a  progressive  rise  of  muscle  temperature  due  to  flow  arrest  during  ischemic  671  

recovery  could  have  exerted  two  opposing  actions.  Positively,  increased  glycolysis  672  

may  have  facilitated  peripheral  recovery  by  enhancing  sarcolemmal  excitability  673  

(Pedersen  et  al.,  2003),  which  was  likely  depressed  immediately  after  the  IEs.  674  

Negatively,  increased  glycolysis  and  the  subsequent  metabolite  accumulation  may  675  

have  increased  III/IV  muscle  afferent  discharge,  interfering  with  muscle  activation.  676  

The  combination  of  both  mechanisms  could  explain  the  lower  EMGRMS  values  677  

observed  during  the  sprints  performed  60  s  compared  to  10  s  after  the  IEs.  If  we  678  

assume  that  EMGRMS  is  a  valid  index  of  muscle  activation  and  corticospinal  motor  679  

output,  a  greater  reduction  in  sprint  EMGRMS  after  prolonged  (60  s)  compared  to  680  

shorter  (10  s)  ischemia  would  lead  to  the  untenable  conclusion  that  all  of  the  681  

improvement  in  Wpeak  and  Wmean  observed  from  10  to  60  s  of  ischemic  recovery  682  

is  due  to  peripheral  mechanisms.  Moreover,  this  peripheral-­‐based  improvement  683  

would  have  to  be  sufficient  to  counteract  the  reduced  motor  command.  A  more  684  

plausible  explanation  is  that  for  a  given  level  of  neural  activation,  EMGRMS  is  685  

reduced  by  metabolite  accumulation;  i.e.,  EMGRMS  does  not  faithfully  reflect  the  686  

level  of  neural  activation  (Vestergaard-­‐Poulsen  et  al.,  1995).  In  agreement  with  687  

this  interpretation,  it  has  been  shown  that  central  fatigue  recovers  rapidly  upon  688  

cessation  of  contractile  activity,  even  when  peripheral  fatigue  remains  at  the  same  689  

level  (Gandevia  et  al.,  1996;  Bigland-­‐Ritchie  et  al.,  1986).  Therefore,  the  observed  690  

reduction  in  sprint  EMGRMS  after  60  s  compared  to  10  s  of  ischemic  recovery  is  691  

unlikely  to  be  caused  by  increased  central  fatigue.    692  

   693  

In review

Page 147: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  32  

Fatigue  reduces  the  duration  of  the  burst  during  isokinetic  sprints  694  

The  duration  of  the  burst  was  similarly  decreased  in  the  sprints  performed  10  s  695  

after  the  incremental  exercise  in  hypoxia  and  normoxia.  However,  sprint  power  696  

output  was  greater  after  the  incremental  exercise  in  hypoxia.  To  generate  greater  697  

power,  more  mechanical  impulse  must  be  produced.  As  the  duration  of  the  bursts  698  

(a  surrogate  of  contraction  time)  was  similar  in  the  sprints  performed  10  s  after  699  

both  IEs,  the  subjects  must  have  applied  a  greater  force  on  the  pedals  after  the  700  

hypoxic  IE.  Therefore,  greater  motor  cortical  drive  was  required  in  the  sprint  that  701  

occurred  after  hypoxia.  In  agreement,  with  this  conclusion,  the  MPF  and  MdPF  702  

were  higher  in  the  sprints  preceded  by  IE  in  hypoxia  than  normoxia,  suggesting  703  

greater  firing  rates  (Solomonow  et  al.,  1990;  Sbriccoli  et  al.,  2003;  Gerdle  &  Fugl-­‐704  

Meyer,  1992)  and  a  lower  degree  of  central  fatigue  during  the  sprint  10  s  after  the  705  

IE  in  hypoxia.    Alternatively,  central  fatigue  could  have  recovered  more  rapidly  706  

after  the  IE  in  hypoxia,  likely  due  to  a  direct  effect  of  oxygenation  on  the  central  707  

nervous  system,  as  previously  postulated  (Amann  et  al.,  2007;  Calbet  et  al.,  2003a;  708  

Calbet  et  al.,  2003b;  Kayser  et  al.,  1994).    709  

 710  

Perception  of  effort  and  psychological  factors  711  

In  our  experimental  conditions,  the  perception  of  effort  at  exhaustion  was  always  712  

maximal  since  the  subjects  exercised  to  their  limits.  At  the  end  of  the  incremental  713  

exercise,  muscle  activation  was  much  lower  than  during  the  subsequent  sprints,  714  

despite  the  fact  muscles  remained  ischemic.  This  finding  indicates  that  task  failure  715  

was  not  due  to  muscle  fatigue;  it  was  caused  by  reduced  muscle  activation.  Our  716  

data  indicate  that  the  central  component  of  fatigue  recovered  very  fast.  This  717  

In review

Page 148: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  33  

observation  is  compatible  with  a  perception  of  effort-­‐mediated  task  failure  718  

(Marcora  &  Staiano,  2010;  Bosio  et  al.,  2012).  Subjects  stopped  because  they  felt  719  

that  the  effort  was  unbearable  despite  strong  verbal  encouragement.  The  10s  rest  720  

presumably  eliminated  the  perception  of  effort  negative  feedback  on  the  motor  721  

drive,  allowing  our  subjects  to  attain  the  actual  amount  of  power  they  could  722  

generate  during  the  first  seconds  of  the  sprint.  Thus,  the  peak  power  output  during  723  

the  first  seconds  of  the  sprint  reflects  almost  exclusively  what  the  muscle  and  the  724  

central  nervous  system  can  achieve,  in  absence  of  a  strong  negative  feedback  from  725  

the  perception  of  effort.  This  is  supported  by  the  fact  that  the  peak  power  output  726  

reached  during  10  s  post-­‐IE  sprints  is  close  to  that  expectable  in  the  case  of  no  727  

availability  of  PCr.  Furthermore,  the  greater  power  output  during  the  first  seconds  728  

of  the  sprint  after  60  than  10s  of  ischemia,  can  be  explained  by  enhanced  muscular  729  

recovery  facilitated  by  the  glycolysis  as  recently  reported  (Morales-­‐Alamo  et  al.,  730  

2015).  731  

  Although  psychological  factors  were  not  analyzed  in  this  study,  these  could  732  

hardly  explain  the  greater  improvement  of  sprint  performance  observed  after  60  733  

compared  to  10  s  occlusions.  In  fact,  all  subjects  expected  to  have  a  lower  734  

contractile  capacity  after  the  longer  occlusions,  which  were  accompanied  by  more  735  

unpleasant  feelings  than  the  10  s  occlusions.  Our  subjects  knew  that  exercise  in  736  

hypoxia  feels  more  difficult  that  in  normoxia,  and  this  could  have  affected  more  737  

their  motivation.  In  the  case  of  a  type  II  error,  metabolite  accumulation  will  be  738  

compatible  with  an  earlier  disengagement  from  the  task  during  the  incremental  739  

exercise  in  hypoxia  than  normoxia.  However,  this  investigation  has  shown  that  it  is  740  

not  the  level  of  muscle  lactate  or  muscle  acidification  what  causes  task  failure  741  

(Morales-­‐Alamo  et  al.,  2015),  since  with  much  greater  lactate  accumulation  and  742  

In review

Page 149: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  34  

muscle  acidification,  performance  was  markedly  higher  after  60  than  10  s  743  

occlusions.  Thus,  the  greater  sprint  performance  10  s  after  the  incremental  744  

exercise  in  hypoxia  compared  to  normoxia,  cannot  be  attributed  to  the  small  745  

(statistically  non-­‐significant)  differences  in  metabolite  accumulation  at  the  end  of  746  

the  respective  IE  to  exhaustion.  It  remains  to  be  ascertained  if  task  failure  during  747  

hypoxia  is  caused  by  altered  corticospinal  responsiveness  to  higher  orders  or  is  748  

the  consequence  of  psychological  factors,  reducing  the  motivation  to  maintain  a  749  

maximal  effort  (Marcora  &  Staiano,  2010).    750  

 751  

  In  summary,  task  failure  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion  752  

depends  more  on  central  than  peripheral  mechanisms,  as  indicated  by  the  fact  that  753  

the  level  of  muscle  activation  observed  during  the  last  10s  of  the  incremental  754  

exercise  was  much  lower  than  that  reached  10  s  later  during  a  10s  sprint,  despite  755  

the  fact  that  muscle  remained  ischemic  from  the  end  of  exercise  to  the  start  of  the  756  

sprint.  The  central  component  of  fatigue  appears  to  recover  to  a  greater  extent,  757  

during  the  first  10  s  following  an  incremental  exercise  to  exhaustion  in  hypoxia  758  

than  in  normoxia,  concomitant  with  a  rapid  change  to  normoxic  breathing  during  759  

the  recovery.  We  have  also  shown  that  ischemic  recovery  after  incremental  760  

exercise  to  exhaustion  allows  for  a  partial  restoration  of  power  output  despite  761  

increased  acidification  and  reduced  EMGRMS.  Moreover,  this  study  demonstrates  762  

that  MPF,  MdPF  and  the  duration  of  the  bursts  during  isokinetic  sprints  are  763  

reduced  with  fatigue.  Lastly,  this  investigation  indicates  that  increased  group  III/IV  764  

muscle  afferent  discharge  has  a  minor,  if  any,  negative  impact  on  sprint  exercise  765  

performance  in  healthy  humans.  766  

In review

Page 150: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  35  

Acknowledgements 767  

This  study  was  supported  by  a  grant  from  the  Ministerio  de  Educación  y  Ciencia  of  768  

Spain  (DEP2009-­‐11638  and  FEDER)  and  VII  Convocatoria  de  Ayudas  a  la  769  

Investigación  Cátedra  Real  Madrid-­‐Universidad  Europea  de  Madrid  (2015/04RM).  770  

Especially  thanks  are  given  to  José  Navarro  de  Tuero  for  his  excellent  technical  771  

assistance.      772  

773  

Author  contributions.  Conception  and  design  of  the  experiments:  JAC;  pre-­‐774  

testing,  experimental  preparation,  data  collection  and  analysis:  RTP,  DMA,  JLR,  IPS,  775  

and  JAC;  EMG  analysis:  RTP,  MGI,  and  MI.  The  first  version  of  the  manuscript  was  776  

written  by  RTP  and  JAC.  All  co-­‐authors  read,  contributed  comments  and  approved  777  

the  final  version  of  the  manuscript.    778  

 779  

Conflict  of  interest  780  

None  of  the  authors  has  any  conflicts  of  interests.  781  

   782  

In review

Page 151: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  36  

References  783  

B.  Bigland-­‐Ritchie,  and  J.J.  Woods  (1984).  Changes  in  muscle  contractile  properties  784  and  neural  control  during  human  muscular  fatigue.  Muscle  Nerve  7,  691-­‐699.  785  

S.C.  Gandevia  (2001).  Spinal  and  supraspinal  factors  in  human  muscle  fatigue.  786  Physiol.  Rev.  81,  1725-­‐1789.  787  

M.  Amann,  and  J.A.  Dempsey  (2008).  Locomotor  muscle  fatigue  modifies  central  788  motor  drive  in  healthy  humans  and  imposes  a  limitation  to  exercise  789  performance.  J.  Physiol.  586,  161-­‐173.  790  

A.R.  Light,  R.W.  Hughen,  J.  Zhang,  J.  Rainier,  Z.  Liu,  and  J.  Lee  (2008).  Dorsal  root  791  ganglion  neurons  innervating  skeletal  muscle  respond  to  physiological  792  combinations  of  protons,  ATP,  and  lactate  mediated  by  ASIC,  P2X,  and  TRPV1.  793  J.  Neurophysiol.  100,  1184-­‐1201.  794  

M.J.  Rossman,  M.  Venturelli,  J.  McDaniel,  M.  Amann,  and  R.S.  Richardson  (2012).  795  Muscle  mass  and  peripheral  fatigue:  a  potential  role  for  afferent  feedback?  796  Acta  Physiol.  (Oxf.)  206,  242-­‐250.  797  

D.S.  Kennedy,  S.C.  Fitzpatrick,  S.C.  Gandevia,  and  J.L.  Taylor  (2015).  Fatigue-­‐related  798  firing  of  muscle  nociceptors  reduces  voluntary  activation  of  ipsilateral  but  799  not  contralateral  lower  limb  muscles.  J.  Appl.  Physiol.  118,  408-­‐418.  800  

P.G.  Martin,  J.L.  Smith,  J.E.  Butler,  S.C.  Gandevia,  and  J.L.  Taylor  (2006).  Fatigue-­‐801  sensitive  afferents  inhibit  extensor  but  not  flexor  motoneurons  in  humans.  J.  802  Neurosci.  26,  4796-­‐4802.  803  

P.  Rasmussen,  J.  Nielsen,  M.  Overgaard,  R.  Krogh-­‐Madsen,  A.  Gjedde,  N.H.  Secher,  804  and  N.C.  Petersen  (2010).  Reduced  muscle  activation  during  exercise  related  805  to  brain  oxygenation  and  metabolism  in  humans.  J.  Physiol.  588,  1985-­‐1995.  806  

M.  Amann,  L.M.  Romer,  A.W.  Subudhi,  D.F.  Pegelow,  and  J.A.  Dempsey  (2007).  807  Severity  of  arterial  hypoxaemia  affects  the  relative  contributions  of  808  peripheral  muscle  fatigue  to  exercise  performance  in  healthy  humans.  J.  809  Physiol.  581,  389-­‐403.  810  

J.A.  Calbet,  R.  Boushel,  G.  Radegran,  H.  Sondergaard,  P.D.  Wagner,  and  B.  Saltin  811  (2003a).  Determinants  of  maximal  oxygen  uptake  in  severe  acute  hypoxia.  812  Am.  J.  Physiol.  Regul.  284,  R291-­‐R303.  813  

J.A.  Calbet,  R.  Boushel,  G.  Radegran,  H.  Sondergaard,  P.D.  Wagner,  and  B.  Saltin  814  (2003b).  Why  is  VO2max  after  altitude  acclimatization  still  reduced  despite  815  normalization  of  arterial  O2  content?  Am.  J.  Physiol.  Regul.  284,  R304-­‐316.  816  

B.  Kayser,  M.  Narici,  T.  Binzoni,  B.  Grassi,  and  P.  Cerretelli  (1994).  Fatigue  and  817  exhaustion  in  chronic  hypobaric  hypoxia:  influence  of  exercising  muscle  818  mass.  J.  Appl.  Physiol.  76,  634-­‐640.  819  

T.J.  Hureau,  N.  Olivier,  G.Y.  Millet,  O.  Meste,  and  G.M.  Blain  (2014).  Exercise  820  performance  is  regulated  during  repeated  sprints  to  limit  the  development  of  821  peripheral  fatigue  beyond  a  critical  threshold.  Exp.  Physiol.  99,  951-­‐963.  822  

M.  Fernandez-­‐del-­‐Olmo,  F.A.  Rodriguez,  G.  Marquez,  X.  Iglesias,  M.  Marina,  A.  823  Benitez,  L.  Vallejo,  and  R.M.  Acero  (2013).  Isometric  knee  extensor  fatigue  824  

In review

Page 152: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  37  

following  a  Wingate  test:  peripheral  and  central  mechanisms.  Scand.  J.  Med.  825  Sci.  Sports  23,  57-­‐65.  826  

G.C.  Bogdanis,  M.E.  Nevill,  L.H.  Boobis,  and  H.K.  Lakomy  (1996).  Contribution  of  827  phosphocreatine  and  aerobic  metabolism  to  energy  supply  during  repeated  828  sprint  exercise.  J.  Appl.  Physiol.  80,  876-­‐884.  829  

T.  Yoshida,  D.  Abe,  and  Y.  Fukuoka  (2013).  Phosphocreatine  resynthesis  during  830  recovery  in  different  muscles  of  the  exercising  leg  by  31P-­‐MRS.  Scand.  J.  Med.  831  Sci.  Sports  23,  e313-­‐319.  832  

B.  Dawson,  C.  Goodman,  S.  Lawrence,  D.  Preen,  T.  Polglaze,  M.  Fitzsimons,  and  P.  833  Fournier  (1997).  Muscle  phosphocreatine  repletion  following  single  and  834  repeated  short  sprint  efforts.  Scand.  J.  Med.  Sci.  Sports  7,  206-­‐213.  835  

A.J.  Sargeant,  and  P.  Dolan  (1987).  Effect  of  prior  exercise  on  maximal  short-­‐term  836  power  output  in  humans.  J.  Appl.  Physiol.  63,  1475-­‐1480.  837  

S.  Goodall,  J.  Gonzalez-­‐Alonso,  L.  Ali,  E.Z.  Ross,  and  L.M.  Romer  (2012).  Supraspinal  838  fatigue  after  normoxic  and  hypoxic  exercise  in  humans.  J.  Physiol.  590,  2767-­‐839  2782.  840  

S.  Goodall,  E.Z.  Ross,  and  L.M.  Romer  (2010).  Effect  of  graded  hypoxia  on  841  supraspinal  contributions  to  fatigue  with  unilateral  knee-­‐extensor  842  contractions.  J.  Appl.  Physiol.  109,  1842-­‐1851.  843  

S.K.  Sidhu,  A.G.  Cresswell,  and  T.J.  Carroll  (2012).  Motor  cortex  excitability  does  not  844  increase  during  sustained  cycling  exercise  to  volitional  exhaustion.  J.  Appl.  845  Physiol.  113,  401-­‐409.  846  

S.K.  Sidhu,  D.J.  Bentley,  and  T.J.  Carroll  (2009).  Locomotor  exercise  induces  long-­‐847  lasting  impairments  in  the  capacity  of  the  human  motor  cortex  to  voluntarily  848  activate  knee  extensor  muscles.  J.  Appl.  Physiol.  106,  556-­‐565.  849  

S.M.  Marcora,  and  W.  Staiano  (2010).  The  limit  to  exercise  tolerance  in  humans:  850  mind  over  muscle?  Eur.  J.  Appl.  109,  763-­‐770.  851  

G.Y.  Millet,  M.  Muthalib,  M.  Jubeau,  P.B.  Laursen,  and  K.  Nosaka  (2012).  Severe  852  hypoxia  affects  exercise  performance  independently  of  afferent  feedback  and  853  peripheral  fatigue.  J.  Appl.  Physiol.  112,  1335-­‐1344.  854  

S.K.  Sidhu,  J.C.  Weavil,  M.  Venturelli,  R.S.  Garten,  M.J.  Rossman,  R.S.  Richardson,  B.S.  855  Gmelch,  D.E.  Morgan,  and  M.  Amann  (2014).  Spinal  mu-­‐opioid  receptor-­‐856  sensitive  lower  limb  muscle  afferents  determine  corticospinal  857  responsiveness  and  promote  central  fatigue  in  upper  limb  muscle.  J.  Physiol.  858  592,  5011-­‐5024.  859  

G.Y.  Millet,  D.  Aubert,  F.B.  Favier,  T.  Busso,  and  H.  Benoit  (2009).  Effect  of  acute  860  hypoxia  on  central  fatigue  during  repeated  isometric  leg  contractions.  Scand.  861  J.  Med.  Sci.  Sports  19,  695-­‐702.  862  

S.  Marcora  (2010).  Counterpoint:  Afferent  feedback  from  fatigued  locomotor  863  muscles  is  not  an  important  determinant  of  endurance  exercise  performance.  864  J.  Appl.  Physiol.  108,  454-­‐456;  discussion  456-­‐457.  865  

M.  Amann,  M.  Venturelli,  S.J.  Ives,  J.  McDaniel,  G.  Layec,  M.J.  Rossman,  and  R.S.  866  Richardson  (2013).  Peripheral  fatigue  limits  endurance  exercise  via  a  867  

In review

Page 153: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  38  

sensory  feedback-­‐mediated  reduction  in  spinal  motoneuronal  output.  J.  Appl.  868  Physiol.  115,  355-­‐364.  869  

C.S.  Poon,  and  G.  Song  (2015).  Type  III-­‐IV  muscle  afferents  are  not  required  for  870  steady-­‐state  exercise  hyperpnea  in  healthy  subjects  and  patients  with  COPD  871  or  heart  failure.  Respir.  Physiol.  Neurobiol.  216,  78-­‐85.  872  

T.P.  Olson,  M.J.  Joyner,  J.H.  Eisenach,  T.B.  Curry,  and  B.D.  Johnson  (2014).  Influence  873  of  locomotor  muscle  afferent  inhibition  on  the  ventilatory  response  to  874  exercise  in  heart  failure.  Exp.  Physiol.  99,  414-­‐426.  875  

J.A.  Dempsey,  G.M.  Blain,  and  M.  Amann  (2014).  Are  type  III-­‐IV  muscle  afferents  876  required  for  a  normal  steady-­‐state  exercise  hyperpnoea  in  humans?  J.  Physiol.  877  592,  463-­‐474.  878  

D.  Morales-­‐Alamo,  J.  Losa-­‐Reyna,  R.  Torres-­‐Peralta,  M.  Martin-­‐Rincon,  M.  Perez-­‐879  Valera,  D.  Curtelin,  J.G.  Ponce-­‐Gonzalez,  A.  Santana,  and  J.A.  Calbet  (2015).  880  What  limits  performance  during  whole-­‐body  incremental  exercise  to  881  exhaustion  in  humans?  J.  Physiol.  593,  4631-­‐4648.  882  

J.A.  Calbet,  J.  Losa-­‐Reyna,  R.  Torres-­‐Peralta,  P.  Rasmussen,  J.G.  Ponce-­‐Gonzalez,  883  A.W.  Sheel,  J.  de  la  Calle-­‐Herrero,  A.  Guadalupe-­‐Grau,  D.  Morales-­‐Alamo,  T.  884  Fuentes,  L.  Rodriguez-­‐Garcia,  C.  Siebenmann,  R.  Boushel,  and  C.  Lundby  885  (2015).  Limitations  to  oxygen  transport  and  utilization  during  sprint  exercise  886  in  humans:  evidence  for  a  functional  reserve  in  muscle  O2  diffusing  capacity.  887  J.  Physiol.  593,  4649-­‐4664.  888  

J.A.  Calbet,  J.  Chavarren,  and  C.  Dorado  (1997).  Fractional  use  of  anaerobic  capacity  889  during  a  30-­‐  and  a  45-­‐s  Wingate  test.  Eur.  J.  Appl.  76,  308-­‐313.  890  

W.  Wang,  Z.  Wang,  M.S.  Faith,  D.  Kotler,  R.  Shih,  and  S.B.  Heymsfield  (1999).  891  Regional  skeletal  muscle  measurement:  evaluation  of  new  dual-­‐energy  X-­‐ray  892  absorptiometry  model.  J.  Appl.  Physiol.  87,  1163-­‐1171.  893  

A.C.  Coelho,  D.T.  Cannon,  R.  Cao,  J.  Porszasz,  R.  Casaburi,  M.M.  Knorst,  and  H.B.  894  Rossiter  (2015).  Instantaneous  quantification  of  skeletal  muscle  activation,  895  power  production,  and  fatigue  during  cycle  ergometry.  J.  Appl.  Physiol.  118,  896  646-­‐654.  897  

A.  Beelen,  and  A.J.  Sargeant  (1991).  Effect  of  fatigue  on  maximal  power  output  at  898  different  contraction  velocities  in  humans.  J.  Appl.  Physiol.  71,  2332-­‐2337.  899  

J.  Bergstrom  (1962).  Muscle  electrolytes  in  man.  Scand.  J.  Clin.  Lab.  Invest.  Suppl.  68,  900  1-­‐110.  901  

B.  Guerra,  M.C.  Gomez-­‐Cabrera,  J.G.  Ponce-­‐Gonzalez,  V.E.  Martinez-­‐Bello,  A.  902  Guadalupe-­‐Grau,  A.  Santana,  V.  Sebastia,  J.  Vina,  and  J.A.  Calbet  (2011).  903  Repeated  muscle  biopsies  through  a  single  skin  incision  do  not  elicit  muscle  904  signaling,  but  IL-­‐6  mRNA  and  STAT3  phosphorylation  increase  in  injured  905  muscle.  J.  Appl.  Physiol.  110,  1708-­‐1715.  906  

O.H.  Lowry,  and  J.V.  Passonneau  (1972).  A  Flexible  System  of  Enzymatic  Analysis.  907  New  York:  Academic  Press.  908  

D.  Morales-­‐Alamo,  J.G.  Ponce-­‐Gonzalez,  A.  Guadalupe-­‐Grau,  L.  Rodriguez-­‐Garcia,  A.  909  Santana,  R.  Cusso,  M.  Guerrero,  C.  Dorado,  B.  Guerra,  and  J.A.  Calbet  (2013).  910  Critical  role  for  free  radicals  on  sprint  exercise-­‐induced  CaMKII  and  911  

In review

Page 154: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  39  

AMPKalpha  phosphorylation  in  human  skeletal  muscle.  J.  Appl.  Physiol.  114,  912  566-­‐577.  913  

R.  Merletti,  and  H.  Hermens  (2000).  Introduction  to  the  special  issue  on  the  914  SENIAM  European  Concerted  Action.  J.  Electromyogr.  Kinesiol.  10,  283-­‐286.  915  

F.  Hug,  and  S.  Dorel  (2009).  Electromyographic  analysis  of  pedaling:  a  review.  J.  916  Electromyogr.  Kinesiol.  19,  182-­‐198.  917  

B.S.  Baum,  and  L.  Li  (2003).  Lower  extremity  muscle  activities  during  cycling  are  918  influenced  by  load  and  frequency.  J.  Electromyogr.  Kinesiol.  13,  181-­‐190.  919  

R.  Torres-­‐Peralta,  J.  Losa-­‐Reyna,  M.  Gonzalez-­‐Izal,  I.  Perez-­‐Suarez,  J.  Calle-­‐Herrero,  920  M.  Izquierdo,  and  J.A.  Calbet  (2014).  Muscle  activation  during  exercise  in  921  severe  acute  hypoxia:  role  of  absolute  and  relative  intensity.  High.  Alt.  Med.  922  Biol.  15,  472-­‐482.  923  

K.T.  Ozgunen,  U.  Celik,  and  S.S.  Kurdak  (2010).  Determination  of  an  Optimal  924  Threshold  Value  for  Muscle  Activity  Detection  in  EMG  Analysis.  J.  Sports  Sci.  925  Med.  9,  620-­‐628.  926  

M.  Solomonow,  C.  Baten,  J.  Smit,  R.  Baratta,  H.  Hermens,  R.  D'Ambrosia,  and  H.  Shoji  927  (1990).  Electromyogram  power  spectra  frequencies  associated  with  motor  928  unit  recruitment  strategies.  J.  Appl.  Physiol.  68,  1177-­‐1185.  929  

L.R.  Brody,  M.T.  Pollock,  S.H.  Roy,  C.J.  De  Luca,  and  B.  Celli  (1991).  pH-­‐induced  930  effects  on  median  frequency  and  conduction  velocity  of  the  myoelectric  931  signal.  J.  Appl.  Physiol.  71,  1878-­‐1885.  932  

C.  Juel  (1988).  Muscle  action  potential  propagation  velocity  changes  during  933  activity.  Muscle  Nerve  11,  714-­‐719.  934  

P.  Vestergaard-­‐Poulsen,  C.  Thomsen,  T.  Sinkjaer,  and  O.  Henriksen  (1995).  935  Simultaneous  31P-­‐NMR  spectroscopy  and  EMG  in  exercising  and  recovering  936  human  skeletal  muscle:  a  correlation  study.  J.  Appl.  Physiol.  79,  1469-­‐1478.  937  

S.C.  Gandevia,  G.M.  Allen,  J.E.  Butler,  and  J.L.  Taylor  (1996).  Supraspinal  factors  in  938  human  muscle  fatigue:  evidence  for  suboptimal  output  from  the  motor  939  cortex.  J.  Physiol.  490  (  Pt  2),  529-­‐536.  940  

P.A.  Merton  (1954).  Voluntary  strength  and  fatigue.  J.  Physiol.  123,  553-­‐564.  941  

S.C.  Gandevia,  C.J.  McNeil,  T.J.  Carroll,  and  J.L.  Taylor  (2013).  Twitch  interpolation:  942  superimposed  twitches  decline  progressively  during  a  tetanic  contraction  of  943  human  adductor  pollicis.  J.  Physiol.  591,  1373-­‐1383.  944  

S.P.  Cairns,  A.J.  Knicker,  M.W.  Thompson,  and  G.  Sjogaard  (2005).  Evaluation  of  945  models  used  to  study  neuromuscular  fatigue.  Exerc.  Sport.  Sci.  Rev.  33,  9-­‐16.  946  

O.M.  Sejersted,  and  G.  Sjogaard  (2000).  Dynamics  and  consequences  of  potassium  947  shifts  in  skeletal  muscle  and  heart  during  exercise.  Physiol.  Rev.  80,  1411-­‐948  1481.  949  

T.H.  Pedersen,  T.  Clausen,  and  O.B.  Nielsen  (2003).  Loss  of  force  induced  by  high  950  extracellular  [K+]  in  rat  muscle:  effect  of  temperature,  lactic  acid  and  beta2-­‐951  agonist.  J.  Physiol.  551,  277-­‐286.  952  

In review

Page 155: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  40  

M.  Hostrup,  A.  Kalsen,  N.  Ortenblad,  C.  Juel,  K.  Morch,  S.  Rzeppa,  S.  Karlsson,  V.  953  Backer,  and  J.  Bangsbo  (2014).  beta2-­‐adrenergic  stimulation  enhances  Ca2+  954  release  and  contractile  properties  of  skeletal  muscles,  and  counteracts  955  exercise-­‐induced  reductions  in  Na+-­‐K+-­‐ATPase  Vmax  in  trained  men.  J.  956  Physiol.  592,  5445-­‐5459.  957  

J.M.  Hill,  J.G.  Pickar,  M.D.  Parrish,  and  M.P.  Kaufman  (1992).  Effects  of  hypoxia  on  958  the  discharge  of  group  III  and  IV  muscle  afferents  in  cats.  J.  Appl.  Physiol.  73,  959  2524-­‐2529.  960  

F.  Lagier-­‐Tessonnier,  E.  Balzamo,  and  Y.  Jammes  (1993).  Comparative  effects  of  961  ischemia  and  acute  hypoxemia  on  muscle  afferents  from  tibialis  anterior  in  962  cats.  Muscle  Nerve  16,  135-­‐141.  963  

S.  Arbogast,  T.  Vassilakopoulos,  J.L.  Darques,  J.B.  Duvauchelle,  and  Y.  Jammes  964  (2000).  Influence  of  oxygen  supply  on  activation  of  group  IV  muscle  afferents  965  after  low-­‐frequency  muscle  stimulation.  Muscle  Nerve  23,  1187-­‐1193.  966  

C.  Reid  (1927).  The  Mechanism  of  Voluntary  Muscular  Fatigue.  Br  Med  J  2,  545-­‐546.  967  S.J.  Garland  (1991).  Role  of  small  diameter  afferents  in  reflex  inhibition  during  968  

human  muscle  fatigue.  J.  Physiol.  435,  547-­‐558.  969  

M.  Amann,  L.T.  Proctor,  J.J.  Sebranek,  M.W.  Eldridge,  D.F.  Pegelow,  and  J.A.  970  Dempsey  (2008).  Somatosensory  feedback  from  the  limbs  exerts  inhibitory  971  influences  on  central  neural  drive  during  whole  body  endurance  exercise.  J.  972  Appl.  Physiol.  105,  1714-­‐1724.  973  

B.R.  Bigland-­‐Ritchie,  N.J.  Dawson,  R.S.  Johansson,  and  O.C.  Lippold  (1986).  Reflex  974  origin  for  the  slowing  of  motoneurone  firing  rates  in  fatigue  of  human  975  voluntary  contractions.  J.  Physiol.  379,  451-­‐459.  976  

D.  Kernell,  and  A.W.  Monster  (1982a).  Motoneurone  properties  and  motor  fatigue.  977  An  intracellular  study  of  gastrocnemius  motoneurones  of  the  cat.  Exp.  Brain  978  Res.  46,  197-­‐204.  979  

D.  Kernell,  and  A.W.  Monster  (1982b).  Time  course  and  properties  of  late  980  adaptation  in  spinal  motoneurones  of  the  cat.  Exp.  Brain  Res.  46,  191-­‐196.  981  

J.M.  Spielmann,  Y.  Laouris,  M.A.  Nordstrom,  G.A.  Robinson,  R.M.  Reinking,  and  D.G.  982  Stuart  (1993).  Adaptation  of  cat  motoneurons  to  sustained  and  intermittent  983  extracellular  activation.  J.  Physiol.  464,  75-­‐120.  984  

S.  Marcora  (2009).  Perception  of  effort  during  exercise  is  independent  of  afferent  985  feedback  from  skeletal  muscles,  heart,  and  lungs.  J.  Appl.  Physiol.  106,  2060-­‐986  2062.  987  

O.  Pierrefiche,  A.M.  Bischoff,  D.W.  Richter,  and  K.M.  Spyer  (1997).  Hypoxic  988  response  of  hypoglossal  motoneurones  in  the  in  vivo  cat.  J.  Physiol.  505  (  Pt  989  3),  785-­‐795.  990  

M.P.  Jankowski,  K.K.  Rau,  K.M.  Ekmann,  C.E.  Anderson,  and  H.R.  Koerber  (2013).  991  Comprehensive  phenotyping  of  group  III  and  IV  muscle  afferents  in  mouse.  J.  992  Neurophysiol.  109,  2374-­‐2381.  993  

In review

Page 156: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  41  

J.L.  McCord,  and  M.P.  Kaufman  (2010).  "Reflex  Autonomic  Responses  Evoked  by  994  Group  III  and  IV  Muscle  Afferents,"  in  Translational  Pain  Research:  From  995  Mouse  to  Man,  eds.  L.  Kruger,  and  A.R.  Light  Boca  Raton,  FL.  996  

D.M.  Rotto,  and  M.P.  Kaufman  (1988).  Effect  of  metabolic  products  of  muscular  997  contraction  on  discharge  of  group  III  and  IV  afferents.  J.  Appl.  Physiol.  64,  998  2306-­‐2313.  999  

H.R.  Middlekauff,  E.U.  Nitzsche,  A.H.  Nguyen,  C.K.  Hoh,  and  G.G.  Gibbs  (1997).  1000  Modulation  of  renal  cortical  blood  flow  during  static  exercise  in  humans.  Circ.  1001  Res.  80,  62-­‐68.  1002  

S.  Arbogast,  J.L.  Darques,  F.  Bregeon,  and  Y.  Jammes  (2001).  Effects  of  endogenous  1003  nitric  oxide  in  activation  of  group  IV  muscle  afferents.  Muscle  Nerve  24,  247-­‐1004  253.  1005  

K.D.  Kniffki,  S.  Mense,  and  R.F.  Schmidt  (1978).  Responses  of  group  IV  afferent  1006  units  from  skeletal  muscle  to  stretch,  contraction  and  chemical  stimulation.  1007  Exp.  Brain  Res.  31,  511-­‐522.  1008  

S.  Mense  (1996).  Group  III  and  IV  receptors  in  skeletal  muscle:  are  they  specific  or  1009  polymodal?  Prog.  Brain  Res.  113,  83-­‐100.  1010  

M.  Amann,  G.M.  Blain,  L.T.  Proctor,  J.J.  Sebranek,  D.F.  Pegelow,  and  J.A.  Dempsey  1011  (2011).  Implications  of  group  III  and  IV  muscle  afferents  for  high-­‐intensity  1012  endurance  exercise  performance  in  humans.  J.  Physiol.  589,  5299-­‐5309.  1013  

M.  Amann,  L.T.  Proctor,  J.J.  Sebranek,  D.F.  Pegelow,  and  J.A.  Dempsey  (2009).  1014  Opioid-­‐mediated  muscle  afferents  inhibit  central  motor  drive  and  limit  1015  peripheral  muscle  fatigue  development  in  humans.  J.  Physiol.  587,  271-­‐283.  1016  

B.  Pageaux,  L.  Angius,  J.G.  Hopker,  R.  Lepers,  and  S.M.  Marcora  (2015).  Central  1017  alterations  of  neuromuscular  function  and  feedback  from  group  III-­‐IV  muscle  1018  afferents  following  exhaustive  high-­‐intensity  one-­‐leg  dynamic  exercise.  Am.  J.  1019  Physiol.  Regul.  308,  R1008-­‐1020.  1020  

A.  Bosio,  H.M.  de  Morree,  E.  Rampinini,  and  S.M.  Marcora  (2012).  "Is  exercise  1021  tolerance  limited  by  muscle  fatigue  in  humans?,"  in  The  Biomedical  Basis  of  1022  Elite  Performance  London,  United  Kingdom:  The  Physiological  Society,  PC98.  1023  

B.  Kayser  (2003).  Exercise  starts  and  ends  in  the  brain.  Eur.  J.  Appl.  90,  411-­‐419.  1024  J.L.  Darques,  and  Y.  Jammes  (1997).  Fatigue-­‐induced  changes  in  group  IV  muscle  1025  

afferent  activity:  differences  between  high-­‐  and  low-­‐frequency  electrically  1026  induced  fatigues.  Brain  Res.  750,  147-­‐154.  1027  

J.L.  Darques,  P.  Decherchi,  and  Y.  Jammes  (1998).  Mechanisms  of  fatigue-­‐induced  1028  activation  of  group  IV  muscle  afferents:  the  roles  played  by  lactic  acid  and  1029  inflammatory  mediators.  Neurosci.  Lett.  257,  109-­‐112.  1030  

M.  Amann,  G.M.  Blain,  L.T.  Proctor,  J.J.  Sebranek,  D.F.  Pegelow,  and  J.A.  Dempsey  1031  (2010).  Group  III  and  IV  muscle  afferents  contribute  to  ventilatory  and  1032  cardiovascular  response  to  rhythmic  exercise  in  humans.  J.  Appl.  Physiol.  109,  1033  966-­‐976.  1034  

R.M.  Broxterman,  C.J.  Ade,  J.C.  Craig,  S.L.  Wilcox,  S.J.  Schlup,  and  T.J.  Barstow  1035  (2015).  Influence  of  blood  flow  occlusion  on  muscle  oxygenation  1036  

In review

Page 157: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  42  

characteristics  and  the  parameters  of  the  power-­‐duration  relationship.  J.  1037  Appl.  Physiol.  118,  880-­‐889.  1038  

O.B.  Nielsen,  F.  de  Paoli,  and  K.  Overgaard  (2001).  Protective  effects  of  lactic  acid  1039  on  force  production  in  rat  skeletal  muscle.  J.  Physiol.  536,  161-­‐166.  1040  

A.D.  Karelis,  M.  Marcil,  F.  Peronnet,  and  P.F.  Gardiner  (2004).  Effect  of  lactate  1041  infusion  on  M-­‐wave  characteristics  and  force  in  the  rat  plantaris  muscle  1042  during  repeated  stimulation  in  situ.  J.  Appl.  Physiol.  96,  2133-­‐2138.  1043  

P.  Sbriccoli,  I.  Bazzucchi,  A.  Rosponi,  M.  Bernardi,  G.  De  Vito,  and  F.  Felici  (2003).  1044  Amplitude  and  spectral  characteristics  of  biceps  Brachii  sEMG  depend  upon  1045  speed  of  isometric  force  generation.  J.  Electromyogr.  Kinesiol.  13,  139-­‐147.  1046  

B.  Gerdle,  and  A.R.  Fugl-­‐Meyer  (1992).  Is  the  mean  power  frequency  shift  of  the  1047  EMG  a  selective  indicator  of  fatigue  of  the  fast  twitch  motor  units?  Acta  1048  Physiol.  Scand.  145,  129-­‐138.  1049  

 1050    1051  

   1052  

In review

Page 158: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  43  

Figure  Legends  1053  

Figure  1.  Experimental  protocol.  The  experimental  day  started  with  a  warm-­‐up  1054  

followed  by  4.5  min  of  slow  unloaded  pedaling  and  a  30  s  resting  phase,  while  the  1055  

subjects  became  ready  to  perform  the  first  sprint  (isokinetic,  10  s  at  80  rpm)  at  the  1056  

5th  minute  after  the  end  of  the  warm-­‐up.  This  sprint  was  used  as  a  control  sprint  1057  

and  was  always  performed  in  normoxia.  Five  minutes  later,  an  incremental  1058  

exercise  to  exhaustion  began  in  normoxia  (PIO2:  ~143  mmHg)  or  acute  hypoxia  1059  

(PIO2:  ~73  mmHg).  The  order  of  the  incremental  exercise  test  was  randomized.  1060  

Between  the  two  incremental  exercise  tests,  the  subjects  were  allowed  to  rest  1061  

during  120  min.  At  the  end  of  the  incremental  exercise  test,  bilateral  cuffs  were  1062  

inflated  at  maximal  speed  and  pressure  (i.e.,  300  mmHg)  to  occlude  completely  1063  

and  instantaneously  the  circulation  (ischemia)  of  the  legs.  The  incremental  1064  

exercise  test  in  normoxia  and  hypoxia  ended  with  an  ischemia  period  of  10  s  on  1065  

one  experimental  day  and  60s  on  another  day.  The  order  of  the  duration  of  the  1066  

ischemia  period  was  randomized.  At  the  end  of  the  ischemia  period,  the  subjects  1067  

performed  a  10  s  isokinetic  sprint  as  hard  and  fast  as  possible  (80  rpm)  while  the  1068  

cuffs  were  always  instantaneously  deflated  at  the  beginning  of  the  post-­‐ischemia  1069  

sprints.  1070  

 1071  

Figure  2.  Schematic  representation  of  the  power  output  (upper  panels),  raw  EMG  1072  

(2nd  row),  rectified  EMG  (3th  row)  and  rectified  and  smoothed  EMG  (lower  1073  

panels),  during  the  control  sprint,  last  6  s  of  the  incremental  exercise  (IE)  in  1074  

normoxia  (Nx),  subsequent  10-­‐s  isokinetic  sprint  at  80  rpm  (normoxia),  IE  in  1075  

hypoxia  (Hyp)  and  subsequent  10-­‐s  isokinetic  sprint  at  80  rpm  (normoxia).  The  1076  

In review

Page 159: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  44  

connected  vertical  arrows  indicate  the  duration  of  the  ischemia  period,  which  in  1077  

this  example  was  10s.    1078  

 1079  

Figure  3.  Peak  (Wpeak-­‐i)  and  mean  (Wmean)  power  output  during  sprint  exercise  1080  

performed  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  (PIO2  ≈  1081  

143  mmHg)  and  severe  hypoxia  (PIO2  ≈  73  mmHg),  after  10  or  60s  of  occlusion  of  1082  

the  circulation.  a  P<0.05  compared  with  the  other  conditions;  b  P<0.05  compared  1083  

with  Nx10s;  c  P<0.05  compared  with  Nx60s.  1084  

In review

Page 160: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  45  Table  1.  Ergospirometric  and  electromyographic  responses  during  the  last  10  s  of  the  incremental  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  (PIO2  ≈  143  mmHg)  and  severe  hypoxia  (PIO2  ≈  73  mmHg).  

  Normoxia   Hypoxia   P  

FIO2  (%)   20.8   ±   0.1   10.8   ±   0.1   <0.001  

SpO2  (%)   93.1   ±   4.4   64.6   ±   4.6   <0.001  

Wmax  (W)   259.2   ±   32.0   170.1   ±   21.0   <0.001  

VO2peak  (l.min-­‐1)   3.62   ±   0.37   2.41   ±   0.29   <0.001  

VE  (l.min-­‐1)   143.5   ±   19.5   123.8   ±   22.5   <0.001  

RR  (breaths.min-­‐1)   60.2   ±   7.6   53.8   ±   7.0   <0.001  

HR  (beats.min-­‐1)   185.4   ±   6.0   175.1   ±   9.0   <0.001  

PETO2  (mmHg)   113.2   ±   2.3   52.4   ±   2.8   <0.001  

PETCO2  (mmHg)   32.1   ±   2.6   27.5   ±   2.1   <0.001  

RER   1.15   ±   0.03   1.35   ±   0.11   <0.001  

VCO2  (l.min-­‐1)   4.12   ±   0.49   3.23   ±   0.41   <0.001  

RPM   56.7   ±   7.4   55.4   ±   5.9   0.5                  VM  RMSraw  (µV)   134.2   ±   60.1   113.3   ±   48.9   <0.05  

VL  RMSraw  (µV)   103.0   ±   30.9   88.9   ±   30.9   0.12  

Average  RMSraw  (µV)   121.0   ±   37.7   101.1   ±   33.7   <0.01                  VM  RMSNz  (A.U.)   219.1   ±   77.6   182.3   ±   45.5   <0.05  

VL  RMSNz  (A.U.)   193.7   ±   76.4   165.0   ±   62.4   0.07  

Average  RMSNz  (A.U.)   206.4   ±   61.2   173.7   ±   41.8   <0.05                  VM  TAINz  (A.U.)   289.5   ±   109.6   222.6   ±   88.1   <0.001  

VL  TAINz  (A.U.)   246.5   ±   102.2   187.5   ±   73.1   <0.05  

Average  TAINz  (A.U.)   268.0   ±   80.1   205.0   ±   68.2   <0.001                  VM  MPF  (Hz)   84.2   ±   18.4   89.6   ±   18.0   0.13  

VL  MPF  (Hz)   84.1   ±   18.6   89.6   ±   17.8   0.13  

Average  MPF  (Hz)   84.2   ±   18.5   89.6   ±   17.9   0.13                  VM  MdPF  (Hz)   68.6   ±   12.3   73.3   ±   14.8   <0.05  

VL  MdPF  (Hz)   68.5   ±   12.5   73.0   ±   14.6   <0.05  

Average  MdPF  (Hz)   68.6   ±   12.4   73.1   ±   14.7   <0.05                  VM  Burst  (ms)   401.9   ±   51.7   362.5   ±   55.9   0.12  

VL  Burst  (ms)   401.4   ±   55.2   368.3   ±   55.7   0.10  

Average  Burst  (ms)   401.7   ±   49.4   365.4   ±   52.8   0.10  

FIO2:  inspiratory  oxygen  fraction;  SpO2:  hemoglobin  saturation  in  capillary  blood  measured  by  pulse  oximetry;  Wmax:  power  output  at  exhaustion;  VO2:  oxygen  consumption;  VE:  pulmonary  ventilation;  RR:  respiratory  rate;  HR:  heart  rate;  PETO2:  end-­‐tidal  O2  pressure;  PETCO2:  end-­‐tidal  CO2  pressure;  RER:  respiratory  exchange  ratio;  VCO2:  CO2  production;  RPM:  revolution  per  minute;  VL:  vastus  lateralis;  VM:  vastus  medialis;  RMSraw:  raw  root  mean  square;  RMSNz:  normalized  root  mean  square;  TAINz:  Normalized  total  activation  index  (arbitrary  units,  A.U.);  MPF:  mean  power  frequency;  MdPF:  median  power  frequency;  Burst:  burst  duration;  Average:  mean  of  VM  and  VL.  

1085  

In review

Page 161: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  46  

Table  2.  Vastus  lateralis  electromyographic  variables  in  response  to  sprint  exercise  performed  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  (PIO2  ≈  143  mmHg)  and  severe  hypoxia  (PIO2  ≈  73  mmHg),  after  10  or  60s  of  occlusion  of  the  circulation.  

 Control  sprint   Nx10s   Nx60s   Hyp10s   Hyp60s  

Main    Oxy  (P)  

Main  Occ  (P)  

Interaction  Oxy  x  Occ  

(P)  

RMSraw  (µV)  

238.1   ±   82.0  a   153.2   ±   64.7   137.1   ±   53.2   160.2   ±   68.7   161.8   ±   61.8   0.220   0.706   0.429  

RMSNz  (A.U.)  

475.1   ±   155.2  a   317.3   ±   95.1   254.6   ±   110.0   344.2   ±   126.4  c   317.0   ±   172.4   0.112   0.059   0.436  

Burst  (ms)   331.9   ±   24.6  b,d   299.7   ±   22.7  c   324.6   ±   27.7   305.5   ±   23.8  c   337.3   ±   34.4  b,d     0.026   0.001   0.381  

TAINz  (A.U.)   1023.1   ±   340.6  a   600.8   ±   268.8   581.5   ±   244.2   642.9   ±   297.0   715.8   ±   288.2   0.12   0.729   0.326  

MPF  (Hz)   93.9   ±   9.7  b,c   81.9   ±   14.2   79.5   ±   16.4   86.3   ±   20.3   89.5   ±   17.2   0.006   0.837   0.212  

MdPF  (Hz)   80.2   ±   6.0  b,c,d   66.4   ±   9.4  e   67.0   ±   13.6     71.4   ±   16.6   74.7   ±   13.9  c   0.011   0.255   0.500  

a  P<0.05  compared  with  the  other  conditions;  b  P<0.05  compared  with  Nx10s;  c  P<0.05  compared  with  Nx60s;  d  P<0.05  compared  with  Hyp10s;    RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Oxy:  main  oxygenation  effect  due  to  the  conditions  in  which  was  performed  the  incremental  exercise  test  (Nx:  Normoxia;  Hyp:  hypoxia);  RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Occ:  Main  Occlusion  effect  due  to  the  duration  of  the  occlusion  (10s  vs.  60s);  Wpeak-­‐i:  instantaneous  peak  power  in  the  sprint;  Wmean:  mean  power  in  the  10s  sprint;  RMSraw:  raw  root  mean  square;  RMSNz:  Normalized  root  mean  square;  Burst:  burst  duration;  TAINz:  Normalized  total  activation  index  (arbitrary  units,  A.U.);  MPF:  mean  power  frequency;  MdPF:  median  power  frequency.  

 1086  

   1087  

In review

Page 162: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  47  

Table  3.  Vastus  medialis  electromyographic  variables  in  response  to  sprint  exercise  performed  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  and  severe  hypoxia  (PIO2  ≈  73  mmHg),  after  10  or  60s  of  occlusion  of  the  circulation.  

 Control  sprint   Nx10s   Nx60s   Hyp10s   Hyp60s  

Main    Oxy  (P)  

Main  Occ  (P)  

Interaction  Oxy  x  Occ  

(P)  

RMSraw  (µV)  

263.5   ±   115.7  b,c,e   177.4   ±   95.0  d   193.9   ±   121.3   204.2   ±   103.1   183.9   ±   81.1   0.333   0.943   0.038  

RMSNz  (A.U.)  

410.4   ±   163.3  a   284.0   ±   97.1  d   276.4   ±   126.1   333.0   ±   143.1     279.7   ±   104.8  d   0.078   0.137   0.098  

Burst  (ms)   342.2   ±   27.7  b   309.4   ±   42.5  c,   355.2   ±   49.4  d   322.0   ±   53.1   347.8   ±   37.9  b   0.743   0.017   0.154  

TAINz  (A.U.)   1152.1   ±   463.3  a   701.1   ±   359.9  d   809.0   ±   498.6   829.7   ±   397.9   820.7   ±   335.6   0.118   0.638   0.119  

MPF  (Hz)   94.3   ±   9.9  b,c,d   81.9   ±   14.0   79.8   ±   15.8   85.8   ±   19.2   89.4   ±   17.4   0.008   0.703   0.241  

MdPF  (Hz)   80.8   ±   6.7  a   66.2   ±   9.2     67.1   ±   13.4     71.3   ±   16.6   74.6   ±   14.1  b,c   0.011   0.218   0.587  

a  P<0.05  compared  with  the  other  conditions;  b  P<0.05  compared  with  Nx10s;  c  P<0.05  compared  with  Nx60s;  d  P<0.05  compared  with  Hyp10s;    RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Oxy:  main  oxygenation  effect  due  to  the  conditions  in  which  was  performed  the  incremental  exercise  test  (Nx:  Normoxia;  Hyp:  hypoxia);  RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Occ:  Main  Occlusion  effect  due  to  the  duration  of  the  occlusion  (10s  vs.  60s);  RMSraw:  raw  root  mean  square;  RMSNz:  Normalized  root  mean  square;  Burst:  burst  duration;  TAINz:  Normalized  total  activation  index  (arbitrary  units,  A.U.);  MPF:  mean  power  frequency;  MdPF:  median  power  frequency.  

 1088  

   1089  

In review

Page 163: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

  48  

 1090  Table  4.  Electromyographic  variables  (average  of  vastus  medialis  and  lateralis)  in  response  to  sprint  exercise  performed  at  the  end  of  an  incremental  exercise  to  exhaustion  in  normoxia  (PIO2  ≈  143  mmHg)  and  severe  hypoxia  (PIO2  ≈  73  mmHg),  after  10  or  60s  of  occlusion  of  the  circulation.  

  Control   Nx10s   Nx60s   Hyp10s   Hyp60s  Main    Oxy  (P)  

Main  Occ  (P)  

Interaction  Oxy  x  Occ  

(P)  

RMSraw  (µV)  

250.8   ±   89.1  a   165.3   ±   69.6  d   165.5   ±   76.5   182.2   ±   79.8   172.9   ±   50.7   0.164   0.793   0.536  

RMSNz  (A.U.)   442.7   ±   141.9  a   300.6   ±   88.9  d   265.5   ±   93.9  d   338.6   ±   122.7     298.3   ±   117.7  d   0.042   0.043   0.835  

Burst  (ms)  

337.1   ±   23.9  b,d   304.5   ±   29.8  c   339.9   ±   36.0  d   313.7   ±   36.0     342.6   ±   35.3  b,d   0.305   0.005   0.754  

TAINz  (A.U.)  

1089.7   ±   355.0   653.1   ±   274.8  d   720.1   ±   323.5   739.6   ±   331.4   769.7   ±   238.9   0.082   0.510   0.575  

MPF  (Hz)  

94.1   ±   9.8  b,c,d   81.9   ±   14.1     79.6   ±   16.1     86.0   ±   19.7   89.5   ±   17.3  b,c   0.007   0.769   0.221  

MdPF  (Hz)   80.5   ±   6.3  b,c,d   66.3   ±   9.2     67.0   ±   13.5     71.3   ±   16.6   74.6   ±   14.0  b,c   0.011   0.234   0.543  

a  P<0.05  compared  with  the  other  conditions;  b  P<0.05  compared  with  Nx10s;  c  P<0.05  compared  with  Nx60s;  d  P<0.05  compared  with  Hyp10s;    RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Oxy:  main  oxygenation  effect  due  to  the  conditions  in  which  was  performed  the  incremental  exercise  test  (Nx:  Normoxia;  Hyp:  hypoxia);  RM  ANOVA  (2  X  2)  Main  Occ:  Main  Occlusion  effect  due  to  the  duration  of  the  occlusion  (10s  vs.  60s);  RMSraw:  raw  root  mean  square;  RMSNz:  Normalized  root  mean  square;  Burst:  burst  duration;  TAINz:  Normalized  total  activation  index  (arbitrary  units,  A.U.);  MPF:  mean  power  frequency;  MdPF:  median  power  frequency.  

In review

Page 164: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Figure 1.TIFF

In review

Page 165: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Figure 2.TIFF

In review

Page 166: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

Figure 3.TIF

In review

Page 167: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

1

Oxygenation at fatigue in hypoxia increases muscle activation and relieves fatigue:

influence of PIO2.

Rafael Torres-Peralta1,2, José Losa-Reyna1,2; David Morales-Alamo1, 2, Miriam González-Izal3, Ismael Pérez-Suárez1,2, Mikel Izquierdo3, José A.L. Calbet1,2.

1 Department of Physical Education, University of Las Palmas de Gran Canaria, Campus Universitario de Tafira s/n, Las Palmas de Gran Canaria, 35017, Spain.

2 Research Institute of Biomedical and Health Sciences (IUIBS), Las Palmas de Gran Canaria, Canary Islands, Spain.

3 Department of Health Sciences, Public University of Navarra, Tudela, Navarra 31500, Spain.

Running title: Oxygenation effects on muscle activation at fatigue

Correspondence to:

José A L Calbet

Departamento de Educación Física, Campus Universitario de Tafira,

35017 Las Palmas de Gran Canaria, Canary Island, Spain.

Tel: 0034 928 458 896

Fax: 0034 928 458 867

email: [email protected]

Page 168: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

2

Abstract

The aims of this study were to determine whether maximal muscle activation during

incremental exercise to exhaustion is reduced in severe hypoxia compared to normoxia

and to determine the role played in this process by arterial oxygen pressure (PaO2) and

saturation (SpO2). To achieve these aims we recruited eleven voluntaries (22±2 years)

who performed an incremental exercise to exhaustion in severe acute hypoxia (PIO2: 73

mmHg). Upon exhaustion, subjects were requested to continue exercise when the

breathing gas mixture was swiftly changed to a higher level of oxygenation (PIO2 of 73

(placebo), 82, 92, 99 and 143 mm Hg, were tested in random order). After two minutes

at the same load that elicited exhaustion at each level of hypoxia, the incremental

exercise was pursued until a new exhaustion occurred. At this point, subjects were

requested again to keep exercising while the breathing gas was changed to room air

(normoxia). Electromyographic recordings were obtained from the vastus medialis

(VM) and lateralis (VL) Muscle activation, as reflected by VM and VL raw and

normalized root mean square (RMS, RMSNz), normalized total activation index

(TAINz) and burst duration was 8-20 % lower in hypoxia than normoxia (P<0.05). In

contrast, MPF was 5% lower in normoxia than hypoxia (P<0.001). Oxygenation

allowed for the continuation of exercise in all instances. VL and VM RMSraw were

increased by 6-8% when the PIO2 was increased from 73 to 99 or 92 mmHg (SpO2 from

63 to 78 or 70%, respectively). This was confirmed by similar responses of RMSNz and

TAINz. VM RMSNz increased by 6% when the PIO2 was increased from 73 to 82

mmHg (SpO2 from 63 to 67%). A similar response was observed for the VL and VM

TAINz in the transition from a PIO of 73 to 82 mmHg (P<0.05). MPF and MdPF

remained at the same level with oxygenation. Oxygenation had no significant effects on

muscle activation (VL and VM RMSraw, RMSNz and TAINz) in the transition from a

Page 169: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

3

PIO2 of 92-99 to 142 mmHg (SpO2 from 70-78 to 94%, respectively). Nevertheless, the

raw and normalized VL and VM averaged RMS was increased by 5 and 9%,

respectively, with the transition from a PIO2 of 82 to 142 mmHg (SpO2 from 67 to 94%,

respectively, P<0.05). In conclusion, these findings indicate that one of the central

mechanisms by which severe hypoxia may cause central fatigue and task failure during

incremental exercise is by reducing the capacity for maximal muscle activation.

Page 170: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

4

Introduction

Muscle activation, as reflected by the root mean square of the electromyographic signal

(EMGRMS), is higher in severe acute hypoxia than normoxia at the same absolute

intensity, but lower hypoxia than normoxia at the same relative intensity (Torres-Peralta

et al. 2014). Close to exhaustion, the surface integrated electromyographic (iEMG)

activity is higher during constant intensity exercise in hyperoxia FIO2=0.30 than severe

acute hypoxia (FIO2=0.10) (Amann et al. 2007). This could mean that hypoxia could

limit the motor drive output from the central nervous system (CNS) leading to reduced

muscle activation and task failure. In agreement, during exercise in severe hypoxia,

fatigue is rapidly relieved by oxygenation with normoxic (Calbet et al. 2003a) or

hyperoxic gas (Amann et al. 2007). If hypoxia depresses muscle activation, oxygenation

should be accompanied by an immediate increase of muscle activation at the same

absolute exercise intensity. However, there is no conclusive evidence in this regard. It

remains unknown whether the ergogenic effect of oxygenation requires an increase of

muscle activation.

During exercise in severe acute (Amann et al. 2007; Calbet et al. 2003a; Calbet

et al. 2015; Morales-Alamo et al. 2015) and chronic hypoxia (Calbet et al. 2003b;

Kayser et al. 1994) task failure is thought to be caused by predominantly central

mechanisms sensitive to reduced brain O2 delivery (Goodall et al. 2012) or interstitial

brain PO2 (Amann and Calbet 2008). An important difference between exercise in

severe and moderate hypoxia is the region of the hemoglobin oxygen dissociation curve

(ODC) at which the gas exchange occurs at the lungs. In severe hypoxia pulmonary gas

exchange occurs in the straight region of the ODC, implying that a small increase in

arterial oxygen pressure (PaO2) would result in a greater elevation of arterial

hemoglobin saturation (SaO2) (Calbet et al. 2003a; Calbet and Lundby 2009). In

Page 171: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

5

moderate hypoxia, pulmonary gas exchange occurs at the upper and flatter region of the

ODC where an improvement in PaO2 translates into a smaller elevation of SaO2

(Amann et al. 2007). The fact that oxygenation only relieves fatigue when applied at

exhaustion in severe hypoxia could indicate that a substantial elevation of CaO2 is

required. However, the fact that oxygenation is not relieving fatigue during moderate

hypoxia could indicate that oxygenation is only relieving fatigue during exercise when a

certain level of hypoxia has been reached during exercise, implying that the increase in

PaO2 is even more critical than the elevation of CaO2. It remains unknown what level of

improvement in PaO2 and CaO2 are required to relief fatigue and enhance the neural

activation upon exhaustion in hypoxia.

Thus, our hypotheses are: (i) fatigue during exercise in severe acute hypoxia is

associated with lower muscle activation than in normoxia, (ii) oxygenation upon

exhaustion rapidly increases muscle activation depending on the level of hypoxia at

exhaustion and the inspiratory O2 pressure (PIO2) of the oxygenation gas, and (iii) the

ergogenic effect of oxygenation depends more on the improvement of SaO2 than on the

improvement in PaO2.

Therefore, the aims of this study were: a) to determine the influence of the level

hypoxia on the reduction of muscle activation at exhaustion in hypoxia; b) to determine

the minimal increase in (PaO2 and CaO2) needed to enhance muscle activation at

exhaustion in hypoxia; and c) to find out if the ergogenic effect of oxygenation is

always accompanied by enhanced muscle activation, as indication of a predominantly

central mechanism. To achieve these aims we recruited eleven voluntaries performed

incremental exercise to exhaustion in severe acute hypoxia (PIO2: 73-74 mmHg). Upon

exhaustion, subjects were requested to continue exercise when the breathing mixture

was swiftly changed to a higher level of oxygenation. After two minutes at the same

Page 172: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

6

load that elicited exhaustion in severe hypoxia, the incremental exercise was pursued

until a new exhaustion occurred. At this point, subjects were requested again to keep

exercising while the breathing gas was changed to room air (normoxia). This created a

combination of conditions in which PaO2 and SaO2 increased in different proportions at

exhaustion.

Material and Methods

Subjects

Eleven healthy men (age: 21.5±2.0 years, height: 174±8 cm, body mass: 72.3±9.3 kg,

body fat: 16.1±4.9%, VO2max: 51±5 mL.kg-1.min-1) agreed to participate in this

investigation. Before volunteering, subjects received full oral and written information

about the experiments and possible risks associated with participation. Written consent

was obtained from each subject. The study was performed by the Helsinki Declaration

and was approved by the Ethical Committee of the University of Las Palmas de Gran

Canaria (CEIH-2010-01 and CEIH-2009-01).

General overview

This study was a part of a larger project that included several experiments designed to

address the mechanisms limiting whole body exercise performance in humans. The

results focusing on O2 transport and muscle metabolism have been published (Calbet et

al. 2015; Morales-Alamo et al. 2015). Body composition was determined by dual-

energy x-ray absorptiometry (DEXA) (Hologic QDR-1500, Hologic Corp., software

version 7.10, Waltham, MA) (Calbet et al. 1997), during the familiarization sessions.

The leg muscle mass was calculated from the DEXA scans using Wang's et al. model

(Wang et al. 1999). After that, subjects reported to the laboratory to familiarize with

Page 173: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

7

maximal exercise tests in normoxia and normobaric hypoxia (Altitrainer200, SMTEC,

Switzerland) on separate days. For experimental purposes, subjects performed two sets

of incremental exercise tests, here called invasive and deception. On the first

experimental day, all subjects performed the invasive tests as previously described

(Calbet et al. 2015) and on the second and third day they completed the deception

protocol. The exercise tests were carried out on a cycle ergometer (Lode Excalibur

Sport 925900, Groningen, The Netherlands) and subjects were instructed to pedal at 80

revolutions per minute (rpm).

Exercise protocol

Deception protocol (non invasive). Subjects performed four incremental exercise tests

on two different days, separated by at least one week. A 90 min recovery period was

established between the two tests carried out on the same day (Fig. 1) (Calbet et al.

2003a). Each deception test was composed of an initial phase in severe hypoxia

(PIO2=73-74 mmHg) (HYP1), followed by a second phase with a similar or a less

severe level of hypoxia (HYP2), which continued with a final phase in normoxia (NX3).

HYP1 started with an intensity of 60 or 70 W which, after 2 min was increased by 20 or

30 W every 2 min until exhaustion (Exh1). At Exh1, the inspired gas mixture was

rapidly changed to one of four different gas mixtures (PIO2 = 73-74 (placebo), 82, 92

and 99 mmHg). This second phase of the exercise was named HYP2. These gas

mixtures were administered in random order and with a double-blind design. After 2

min (or exhaustion) at the load eliciting Exh1, the load was increased by 20 or 30 W

every two min until exhaustion (Exh2). At Exh2, the gas mixture was rapidly changed

to room air (PIO2 = 142-143 mmHg) while the subjects were strongly encouraged to

Page 174: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

8

continue pedaling. After 2 min (or exhaustion) at the load eliciting Exh2, the load was

increased by 20 or 30 W every two min until exhaustion (Exh3).

Oxygen uptake and hemoglobin oxygen saturation

Oxygen uptake was measured with a metabolic cart (Vmax N29; Sensormedics,

California, USA), calibrated prior to each test according to the manufacturer

instructions. Respiratory variables were analyzed breath-by-breath and averaged every

10, 20 or 30 s for the analysis of transitions at exhaustion. The highest 20-s averaged

VO2 recorded in a given incremental exercise test was considered the VO2peak.

Hemoglobin oxygen saturation was estimated with a finger pulse oximeter (SpO2)

(OEM III module, 4549-000, Plymouth, MN) and transformed into SaO2 using the

equation SaO2 = (1.004 x SpO2) - 0.4543, (r2=0.99), which was derived from the

invasive tests.

Electromyography

Electrical muscle activation was monitored using surface electromyography (EMG).

EMG signals were continuously recorded from the vastus medialis and vastus lateralis.

Before the application of the EMG electrodes the skin surface was carefully shaved and

wiped with alcohol to reduce skin impedance. Bipolar single differential electrodes were

placed longitudinally on the muscles following the SENIAM recommendations

(Merletti and Hermens 2000) and taped to the skin to minimize movement artifacts. The

reference electrode was placed on the skin over the acromion. The position of the

electrodes was marked on the skin with indelible ink, and these references were used for

precise electrode placement on repeated experiments.

Page 175: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

9

The EMG signals were acquired using a 16-channel recording system

(Myomonitor IV, Delsys Inc., Boston, MA) at a sampling rate of 1000 Hz using

rectangular shaped (19.8 mm wide and 35 mm long) bipolar surface electrodes with 1 x

10 mm 99.9% Ag conductors, and with an inter-conductor distance of 10 mm (DE-2.3

Delsys Inc). The EMG data were filtered with a high-pass filter of 20 Hz and a low-pass

filter of 450 Hz using a fifth-order Butterworth filter. The system has an input

impedance of >1015Ω per 0.2pF of input capacitance, a common mode rejection ratio of

>80 dB, signal-to-noise ratio < 1.2 μV, and a pre-amplifier gain 1000 V/V ±1%. Each

pedal revolution was detected using an electrogoniometer (Goniometer Biosignal

Sensor S700 Joint Angle Shape Sensor; Delsys Inc. Boston) fixed on the left knee and

sampled at 500 Hz. EMG and joint movement were simultaneously recorded by a

portable device (Myomonitor IV, Delsys Inc. Boston) and wirelessly transmitted to a

computer (EMGWorks Wireless application and EMGWorks Acquisition 3.7.1.3;

Delsys, Inc. Boston).

The EMG signal corresponding to each muscle contraction was analyzed using

code developed ‘in house’ (Matlab R2012b, MathWorks, Natick, MA, USA). The EMG

recordings were full-wave rectified and to provide an index of muscle activation, the

amplitude characteristics were analyzed via average RMS of a 25-ms moving window

for the duration of the burst. Burst onset and offset detection were determined using

20% of the maximal EMGRMS activity of each burst as a reference (Baum and Li 2003;

Hug and Dorel 2009; Torres-Peralta et al. 2014), rather than a mean threshold value

from 15 consecutive bursts (Ozgunen et al. 2010). This approach yielded the same result

as direct, simple visual discrimination, with 100% detection of all bursts. The EMGRMS

recorded during the last minute of a 2 min 80 W load (in normoxia) was used to

normalize the remaining EMGRMS data. Besides, we defined a total activity index during

Page 176: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

10

the sprint (TAI) as TAI = EMGRMS x burst duration (ms) x number of pedal strokes

during the sprint. The total activity index is similar to the integrated EMG signal, but

was computed separately for each burst and excluded the baseline EMG between burst

(Torres-Peralta et al. 2014). The TAI recorded during the last minute of a 2 min 80 W

load (in normoxia) was used to normalize the rest of the TAI values.

The mean (MPF) and median (MdPF) power spectrum frequencies were

calculated using Fast Fourier Transform (Solomonow et al. 1990). All variables were

reported as the mean values of the pedal strokes recorded during the last 10 s of the

incremental exercise or the 10 s sprints. EMG data are reported separately for vastus

medialis (VM) and lateralis (VL), and also as the average of the two muscles.

Statistics

Normal distribution of variables was checked with the Shapiro-Wilks test. Pairwise

comparisons at specific time points were performed with Student t-tests. Values are

reported as the mean ± standard deviation (unless otherwise stated). P ≤ 0.05 was

considered statistically significant. All statistical analyses were performed using SPSS

v.15.0 for Windows (SPSS Inc., Chicago, IL) and Excel 2011 (Microsoft, Redmond,

WA, USA).

Page 177: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

11

Results

Maximal exercise in severe acute hypoxia (PIO2=73 mmHg) and normoxia PIO2=142

mmHg)

As shown in Table 1, SpO2, Wmax, VO2 peak, VEpeak, RR, HRpeak, PETO2, PETCO2,

and VCO2 were lower during the last 30 s of exercise in hypoxia than in normoxia,

while the RER was higher in hypoxia than in normoxia (all P≤0.05).

Muscle activation, as reflected by VM and VL raw and normalized RMS, total

activation index and burst duration was 8-20 % lower in hypoxia than normoxia

(P<0.05) (Table 1). In contrast, MPF was 5% lower in normoxia than hypoxia

(P<0.001) and a similar trend was observed MdPF (Table 1).

Effect of oxygenation on cardiorespiratory and EMG variables

Oxygenation allowed for the continuation of exercise in all instances. Compared to the

mean values observed during the last 30s of exercise in severe hypoxia (PIO2=73

mmHg), PETO2 and VO2 were increased, and RER reduced during the first 30s upon

oxygenation (Table 2 and 3). These effects were more accentuated the highest the

difference in PIO2 between the hypoxic and the oxygenation condition.

Transition from severe hypoxia (PIO2 of 73 mmHg) to higher levels of oxygenation. VL

and VM RMSraw, as well as the mean of the two, was increased by 6-8% when the

PIO2 was increased from 73 to 99 or 92 mmHg (SpO2 from 63 to 78 or 70%,

respectively) (Table 2). This was corroborated by similar responses of RMSNz and

TAINz. VM RMSNz increased by 6% when the PIO2 was increased from 73 to 82

mmHg (SpO2 from 63 to 67%). A similar response was observed for the VL and VM

TAINz in the transition from a PIO of 73 to 82 mmHg (P<0.05). MPF and MdPF

remained at the same level with oxygenation.

Page 178: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

12

Transition to normoxia. As depicted in Table 3, oxygenation had no significant effects

on muscle activation (VL and VM RMSraw, RMSNz and TAINz) in the transition from

a PIO2 of 99 to 142 mmHg (SpO2 from 78 to 94%, respectively). This was also the case

for the transitions from a PIO2 of 92 to 142 mmHg (SpO2 from 70 and 94%,

respectively). Nevertheless, the raw and normalized VL and VM averaged RMS was

increased by 5 and 9%, respectively, with the transition from a PIO2 of 82 to 142 mmHg

(SpO2 from 67 to 94%, respectively) P<0.05). When the two conditions with a greater

level of hypoxia were combined (PIO2 of 73 and 82 mmHg; SpO2 of 63 and 67%),

oxygenation to normoxia significantly increased muscle activation (RMSraw and Nz;

but not the normalized TAI) (P<0.05). However, this was not the case for the combined

less hypoxic conditions (PIO2 of 92 and 99 mmHg; SpO2 of 70 and 78%), for which

oxygenation did not result in significantly greater muscle activation. MPF and MdPF

remained at the same level with oxygenation.

We also circumscribed the analysis to the 10s measured 5s after the start of the

transition and compared these 10s with the last 10 s of the preceding exercise phase.

The results were essentially similar, i.e. oxygenation resulted in increased muscle

activation (RMSraw and Nz) particularly when fatigue occurred with high levels of

hypoxia (PIO2 of 73 and 82 mmHg).

In general, the pedaling rate was increased with oxygenation in the transition

from different levels of hypoxia to normoxia, and consequently the duration of the burst

was reduced.

Placebo effects. In the placebo condition subjects believed that received hyperoxic gas

when exhausted in severe hypoxia, however, they were maintained at the same level of

hypoxia. Consequently, no significant changes were observed in muscle activation

(RMSNz and TAINz) (Table 2).

Page 179: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

13

Discussion

This study shows that muscle activation is lower during the last 10-30s of an

incremental exercise to exhaustion in hypoxia than in normoxia. We have shown that

oxygenation at exhaustion relieves rapidly fatigue and allows for the continuation of

exercise. This effect is accompanied by increased muscle activation only when the level

of hypoxia was high, i.e., for PIO2 during the incremental exercise to exhaustion ≤ 82

mmHg (equivalent to altitudes above ~4300 m). However, our investigation has also

demonstrated that an increase of muscle activation upon oxygenation at fatigue in

hypoxia is not indispensable for the ergogenic effects of oxygenation.

Severe hypoxia reduces the level of muscle activation attainable during incremental

exercise to exhaustion

During whole body exercise in severe acute (Amann et al. 2007; Calbet et al. 2003a;

Calbet et al. 2015; Morales-Alamo et al. 2015) and chronic hypoxia (Calbet et al.

2003b; Kayser et al. 1994) task failure is thought to be caused by predominantly central

mechanisms sensitive to reduced brain O2 delivery (Goodall et al. 2012) or interstitial

brain PO2 (Amann and Calbet 2008). In support of a central predominance is the rapid

relief of fatigue upon oxygenation, i.e. when subjects upon exhaustion are requested to

continue the exercise when swiftly switched to breathe normoxic (Calbet et al. 2003a)

or hyperoxic gas (Amann et al. 2007). This concurs with a greater functional reserve at

task failure in severe acute hypoxia than normoxia (Amann et al. 2007; Morales-Alamo

et al. 2015). However, oxygenation does not relief fatigue when administered at

exhaustion during whole body exercise in moderate hypoxia (FIO2=0.15) (Amann et al.

2007) or during small muscle exercise in severe hypoxia (Calbet and Lundby 2009). It

has been reported that a greater level of supraspinal fatigue occurs at task failure during

Page 180: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

14

whole body (Goodall et al. 2010) and knee extension exercise (Goodall et al. 2010) in

hypoxia than in normoxia. This effect is more accentuated the highest the severity of

hypoxia (Goodall et al. 2010). However, in contrast to our observation, quadriceps

muscle activation (EMGRMS) declined during repeated isometric muscle contractions

(60% of the maximal voluntary contraction, 5s/5s contraction/recovery) to similar levels

in severe hypoxia (FIO2=0.10) and normoxia (Goodall et al. 2010). A main difference

between whole body and small muscle (knee extension) exercise in hypoxia is that for a

given PIO2, pulmonary gas exchange is more perturbed during whole body than small

muscle exercise (Calbet et al. 2009). The latter combined with a greater right-shift of the

ODC in severe hypoxia causes a much greater degree of desaturation for a given PaO2

during whole body than small muscle exercise in severe hypoxia (Calbet et al. 2009).

Consequently, with an FIO2 close to 0.10, SpO2 at exhaustion was 78% during knee

extension exercise in Goodall et al. (2010) and 63% in the current investigation. In the

present investigation, a level of SpO2 of 78% was observed at exhaustion when the PIO2

was 99 mmHg, and oxygenation did not elicit increased in muscle activation. By

combining the present results with those of Goodall et al. (2010) it may suggest that

muscle activation is more reduced at exhaustion in hypoxia than normoxia when the

levels of SaO2 falls below ~70%.

Mechanisms by which hypoxia could reduce muscle activation capacity

Hypothetically, hypoxia could attenuate muscle activation through two main

mechanisms. Severe hypoxia could trigger inhibitory feedback at spinal and supraspinal

levels reducing the discharge rate of spinal motoneurons compared to normoxia.

Alternatively, severe hypoxia could limit or reduce the recruitment of high-threshold

motor units. Regarding the first mechanism, animal studies have shown that levels of

Page 181: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

15

PaO2 similar to those observed in this investigation at exhaustion in severe acute

hypoxia (Calbet et al. 2015) increase the baseline discharge frequency of group III and

especially of group IV muscle afferents in resting cats (Hill et al. 1992; Lagier-

Tessonnier et al. 1993) and rabbits (Arbogast et al. 2000). Increased group III/IV muscle

afferents firing rate may cause reflex inhibition of the α-motoneuron pool (for review

see (Amann and Kayser 2009)) and hence, reduced muscle activation. Nevertheless, if

this were the case we should have seen a concomitant change in MPT of MdPF with

oxygenation in the current investigation, and this was not the case. In agreement with

our interpretation, no clear inhibitory effect on EMGRMS from increased metaboreflex

activation during ischemic intermittent isometric muscle contractions to exhaustion in

hypoxia compared to normoxia was observed during knee extension exercise (Millet et

al. 2009).

Regarding the second mechanism, hypoxia may reduce oxygenation of

prefrontal, premotor, and motor regions leading to a mismatch between energy demand

and aerobic ATP resynthesis, which could limit the corticospinal motor drive

(Rasmussen et al. 2007; Verges et al. 2012).

IEMG increases with increasing angular velocity during concentric contractions

(Amiridis et al. 1996; Westing et al. 1991). In the present investigation, oxygenation

was associated to an increase of pedaling rate in the transition from hypoxia to

normoxia, but not in the transition from severe hypoxia to a lower level of hypoxia.

Since in the latter muscle activation was increased this rules out the changes in pedaling

rate as the main mechanisms accounting for the increase in muscle activation with

oxygenation.

In summary, this investigation demonstrates that close to task failure, muscle

activation is lower during incremental exercise to exhaustion in severe acute hypoxia

Page 182: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

16

than in normoxia. In addition, we have shown that oxygenation at exhaustion reduces

fatigue and allow the continuation of exercise in moderate and severe acute hypoxia,

regardless of the effects of oxygenation on muscle activation. In hypoxia, muscle

activation at task failure is increased within 10-30 s of oxygenation when task failure

occurred at levels of hypoxia equivalent to altitudes above ~4300 m (PIO2 ≤ 82 mmHg)

and when the PIO2 is increased to levels ≥ 82 mmHg and SaO2 ≥ 67%. Globally, these

findings indicate that one of the central mechanisms by which severe hypoxia may

cause central fatigue and task failure is by reducing the capacity for maximal muscle

activation.

Page 183: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

17

Acknowledgements

This study was supported by a grant from the Ministerio de Educación y Ciencia of

Spain (DEP2009-11638 and FEDER). Especial thanks are given to José Navarro de

Tuero for his excellent technical assistance.

Author contributions. Conception and design of the experiments: JAC; pre-testing,

experimental preparation, data collection, and analysis: RTP, DMA, JLR, IPS, and JAC;

EMG analysis: RTP, MGI, and MI. The first version of the manuscript was written by

RTP and JAC. All co-authors read, contributed comments and approved the final

version of the manuscript.

Conflict of interest

None of the authors have any conflicts of interests.

Page 184: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

18

References

Amann M, Calbet JA (2008) Convective oxygen transport and fatigue. J Appl Physiol 104: 861-870

Amann M, Kayser B (2009) Nervous system function during exercise in hypoxia. High Alt Med Biol 10: 149-164

Amann M, Romer LM, Subudhi AW, Pegelow DF, Dempsey JA (2007) Severity of arterial hypoxaemia affects the relative contributions of peripheral muscle fatigue to exercise performance in healthy humans. J Physiol 581: 389-403

Amiridis IG, Martin A, Morlon B, Martin L, Cometti G, Pousson M, van Hoecke J (1996) Co-activation and tension-regulating phenomena during isokinetic knee extension in sedentary and highly skilled humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 73: 149-156

Arbogast S, Vassilakopoulos T, Darques JL, Duvauchelle JB, Jammes Y (2000) Influence of oxygen supply on activation of group IV muscle afferents after low-frequency muscle stimulation. Muscle Nerve 23: 1187-1193

Baum BS, Li L (2003) Lower extremity muscle activities during cycling are influenced by load and frequency. J Electromyogr Kinesiol 13: 181-190

Calbet JA, Boushel R, Radegran G, Sondergaard H, Wagner PD, Saltin B (2003a) Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 284: R291-R303

Calbet JA, Boushel R, Radegran G, Sondergaard H, Wagner PD, Saltin B (2003b) Why is VO2max after altitude acclimatization still reduced despite normalization of arterial O2 content? Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 284: R304-316

Calbet JA, Chavarren J, Dorado C (1997) Fractional use of anaerobic capacity during a 30- and a 45-s Wingate test. Eur J Appl Physiol 76: 308-313

Calbet JA, Losa-Reyna J, Torres-Peralta R, Rasmussen P, Ponce-Gonzalez JG, Sheel AW, de la Calle-Herrero J, Guadalupe-Grau A, Morales-Alamo D, Fuentes T, Rodriguez-Garcia L, Siebenmann C, Boushel R, Lundby C (2015) Limitations to oxygen transport and utilization during sprint exercise in humans: evidence for a functional reserve in muscle O2 diffusing capacity. J Physiol 593: 4649-4664

Calbet JA, Lundby C (2009) Air to muscle O2 delivery during exercise at altitude. High Alt Med Biol 10: 123-134

Calbet JA, Radegran G, Boushel R, Saltin B (2009) On the mechanisms that limit oxygen uptake during exercise in acute and chronic hypoxia: role of muscle mass. J Physiol 587: 477-490

Page 185: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

19

Goodall S, Gonzalez-Alonso J, Ali L, Ross EZ, Romer LM (2012) Supraspinal fatigue after normoxic and hypoxic exercise in humans. J Physiol 590: 2767-2782

Goodall S, Ross EZ, Romer LM (2010) Effect of graded hypoxia on supraspinal contributions to fatigue with unilateral knee-extensor contractions. J Appl Physiol 109: 1842-1851

Hill JM, Pickar JG, Parrish MD, Kaufman MP (1992) Effects of hypoxia on the discharge of group III and IV muscle afferents in cats. J Appl Physiol 73: 2524-2529

Hug F, Dorel S (2009) Electromyographic analysis of pedaling: a review. J Electromyogr Kinesiol 19: 182-198

Kayser B, Narici M, Binzoni T, Grassi B, Cerretelli P (1994) Fatigue and exhaustion in chronic hypobaric hypoxia: influence of exercising muscle mass. J Appl Physiol 76: 634-640

Lagier-Tessonnier F, Balzamo E, Jammes Y (1993) Comparative effects of ischemia and acute hypoxemia on muscle afferents from tibialis anterior in cats. Muscle Nerve 16: 135-141

Merletti R, Hermens H (2000) Introduction to the special issue on the SENIAM European Concerted Action. J Electromyogr Kinesiol 10: 283-286

Millet GY, Aubert D, Favier FB, Busso T, Benoit H (2009) Effect of acute hypoxia on central fatigue during repeated isometric leg contractions. Scand J Med Sci Sports 19: 695-702

Morales-Alamo D, Losa-Reyna J, Torres-Peralta R, Martin-Rincon M, Perez-Valera M, Curtelin D, Ponce-Gonzalez JG, Santana A, Calbet JA (2015) What limits performance during whole-body incremental exercise to exhaustion in humans? J Physiol 593: 4631-4648

Ozgunen KT, Celik U, Kurdak SS (2010) Determination of an Optimal Threshold Value for Muscle Activity Detection in EMG Analysis. J Sports Sci Med 9: 620-628

Rasmussen P, Dawson EA, Nybo L, van Lieshout JJ, Secher NH, Gjedde A (2007) Capillary-oxygenation-level-dependent near-infrared spectrometry in frontal lobe of humans. J Cereb Blood Flow Metab 27: 1082-1093

Solomonow M, Baten C, Smit J, Baratta R, Hermens H, D'Ambrosia R, Shoji H (1990) Electromyogram power spectra frequencies associated with motor unit recruitment strategies. J Appl Physiol 68: 1177-1185

Torres-Peralta R, Losa-Reyna J, Gonzalez-Izal M, Perez-Suarez I, Calle-Herrero J, Izquierdo M, Calbet JA (2014) Muscle activation during exercise in severe acute hypoxia: role of absolute and relative intensity. High Alt Med Biol 15: 472-482

Verges S, Rupp T, Jubeau M, Wuyam B, Esteve F, Levy P, Perrey S, Millet GY (2012) Cerebral perturbations during exercise in hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 302: R903-916

Page 186: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández

20

Wang W, Wang Z, Faith MS, Kotler D, Shih R, Heymsfield SB (1999) Regional skeletal muscle measurement: evaluation of new dual-energy X-ray absorptiometry model. J Appl Physiol 87: 1163-1171

Westing SH, Cresswell AG, Thorstensson A (1991) Muscle activation during maximal voluntary eccentric and concentric knee extension. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 62: 104-108

Page 187: accedacris.ulpgc.es€¦ · A Francisco José Vera García por abrirme las puertas de su laboratorio y del centro de investigación del deporte de la Universidad Miguel Hernández