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

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

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

La nueva enfermedad por coronavirus (COVID-19) se propaga principalmente a través de la exposición a gotitas al respirar, toser y estornudar; por lo tanto, la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha recomendado el uso de una máscara facial que cubra la nariz y la boca para prevenir la transmisión de la infección por COVID-191,2. La difusión de las gotitas es mayor durante el ejercicio debido a la respiración vigorosa involucrada3,4. Por lo tanto, la OMS recomendó el distanciamiento social (> 1 m) mientras descansa y hace ejercicio. Sin embargo, no se recomienda usar mascarilla durante la actividad física vigorosa1.

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

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

Los respiradores N95 son comúnmente utilizados por profesionales médicos en el lugar de trabajo y es poco probable que se usen en actividades deportivas. Las mascarillas quirúrgicas se utilizan ocasionalmente durante las actividades deportivas1; sin embargo, recientemente están disponibles máscaras faciales de tela diseñadas para usar durante el ejercicio. Se espera que una mascarilla facial de tela tenga una menor resistencia al flujo de aire que una mascarilla quirúrgica o N9514. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que usar una mascarilla facial de tela no tendría un efecto sustancial sobre la respuesta cardiorrespiratoria y la actividad de los músculos respiratorios durante el ejercicio; sin embargo, su efecto sobre el consumo de oxígeno (Vo2) y, por lo tanto, la tolerancia al ejercicio, sigue sin estar claro. Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio fue examinar el efecto de usar una máscara facial de tela durante el ejercicio sobre la respuesta cardiorrespiratoria durante la carrera incremental, y el objetivo secundario fue examinar la presión en la boca y el Vo2 durante el ejercicio.

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

Los participantes del estudio incluyeron estudiantes universitarios de educación física en el campus. Por lo tanto, eran físicamente activos. Los criterios de inclusión fueron los siguientes: los participantes tenían 18 años o más, entendieron completamente el experimento y dieron su consentimiento por escrito para participar. Reclutamos a los participantes haciendo sondeos dentro de la universidad y, como resultado, eran jóvenes. Los criterios de exclusión fueron antecedentes de enfermedad cardiaca, arritmia actual, dolor torácico, dolor por ejercicio y antecedentes de enfermedad respiratoria. Cuarenta personas participaron en una sesión informativa. Antes de que comenzara el estudio, se explicaron cuidadosamente el propósito y los riesgos potenciales. Posteriormente, 16 participantes que se ofrecieron como voluntarios para participar respondieron preguntas sobre su historial de enfermedades respiratorias y cardiovasculares utilizando el Cuestionario de Preparación para la Actividad Física19. Todos los participantes eran no fumadores y no tenían antecedentes de enfermedades médicas. El tamaño de la muestra se calculó utilizando G*power 3.1, basado en un estudio previo, asumiendo que el VO2pico correspondía a 32,2 ± 9,0 y 43,9 ± 8,1 mL/kg/min con y sin mascarilla de tela20, con un nivel de significancia del 5% y 90 % fuerza. Por lo tanto, se estimó que se necesitarían ocho participantes.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Todas las variables obtenidas en este estudio se presentan como media ± desviación estándar. Todos los análisis estadísticos se realizaron con SPSS 28 para Mac (IBM, NY, EE. UU.). La normalidad se probó mediante la prueba de Shapiro-Wilk. Se usó una prueba t pareada para comparar las variables CFM y CON a la intensidad máxima del ejercicio (Vo2peak, Vco2peak, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV, HR, CO, ∫Pm, y SpO2) y el tiempo hasta el agotamiento. Se utilizó la d (d) de Cohen para el tamaño del efecto en las pruebas por pares, y el tamaño del efecto se determinó como pequeño, mediano o grande para los tamaños del efecto superiores a 0,2, 0,5 y 0,8, respectivamente. Se utilizaron mediciones repetidas del análisis de varianza de dos vías (Etapa × Máscara) para los valores medios de último minuto de cada etapa para Vo2, Vco2, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV , FC, CO, ∫Pm, SpO2, RPE y disnea. Se utilizó el método de Bonferroni para ajustar las comparaciones múltiples. Para el tamaño del efecto, se utilizó ηp2 para analizar la varianza, y se determinó que el tamaño del efecto era pequeño, mediano y grande para tamaños del efecto de 0,01, 0,06 y valores superiores a 0,14, respectivamente. El nivel de significación se fijó en el 5%.

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

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

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

La Tabla 2 presenta las variables para los valores máximos de la prueba de carrera incremental en cinta ergométrica. No se observaron diferencias significativas en el VO2pico entre las condiciones CFM y CON (52,4 ± 5,8 y 55,0 ± 5,1 ml/kg/min en las condiciones CFM y CON, respectivamente, P = 0,21); sin embargo, el grado de disminución del VO2máx fue de 4,4 ± 11,4 % en la condición CFM. VEpeak fue 13,4 ± 10,7% más bajo en CFM que en la condición CON (P = 0,002, d = 1,24). El volumen corriente (VT) no fue significativamente diferente entre las condiciones CFM y CON; sin embargo, la frecuencia respiratoria (fR) fue 6,9 ± 11,2% menor en la condición CFM que en la condición CON (P = 0,04, d = 0,61). La ventilación alveolar (VA) también fue 13,4 ± 11,0 % menor en la condición CFM que en la condición CON (P < 0,003, d = 1,19). VE/VO2 y VE/VCO2 fueron significativamente menores en la condición CFM que en la condición CON (P < 0,001, d = 1,69; P < 0,001, d = 1,86, respectivamente). La presión parcial de marea final de dióxido de carbono (PETco2) fue significativamente mayor en la condición CFM que en la condición CON (P < 0,004, d = 1,13). Sin embargo, SpO2 no fue significativamente diferente entre las condiciones CFM y CON. No hubo diferencias significativas en las variables cardíacas entre las condiciones CFM y CON. ∫Pm fue 20,7 ± 22,6 % mayor en la condición CFM que en la condición CON (P = 0,02, d = 0,95). Además, el tiempo hasta el agotamiento disminuyó en un 2,6 ± 3,2 % en la condición CFM en comparación con la condición CON (P = 0,02, d = 0,40).

La Tabla 3 presenta las variables para cada etapa durante la prueba incremental en cinta ergométrica. No hubo interacción significativa para Vo2 (P = 0,14, ηp2 = 0,20) y emisión de dióxido de carbono (Vco2) (P = 0,09, ηp2 = 0,25). Sin embargo, hubo un efecto principal significativo para el factor máscara en el Vco2 (P = 0,04, ηp2 = 0,24). Se observó una interacción significativa en VE (P = 0.01, ηp2 = 0.47) (Fig. 2). Con respecto al patrón respiratorio, mientras que el VT no mostró un efecto principal significativo en la condición CFM (P = 0,32, ηp2 = 0,09), fR mostró un efecto principal significativo en la condición CFM (P < 0,001, ηp2 = 0,67). VA también mostró una interacción significativa (P = 0,01, ηp2 = 0,01). Hubo una interacción significativamente mayor en ∫Pm (P = 0.01, ηp2 = 0.51) en la condición CFM que en la condición CON, hasta la tercera etapa (Fig. 2). Sin embargo, no hubo una interacción significativa para la presión inspiratoria máxima en la boca (PIpeak) y la presión espiratoria máxima en la boca (PEpeak) (P = 0,19, ηp2 = 0,20 y P = 0,05, ηp2 = 0,41). En cuanto a SpO2, hubo un efecto principal significativo para el factor etapa, disminuyó gradualmente con la intensidad dependiente (P < 0,001, ηp2 = 0,81); sin embargo, no hubo un efecto significativo para el factor de máscara. Además, no hubo efecto en las respuestas cardíacas para el factor máscara.

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

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

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

Una mayor resistencia al flujo de aire mientras se usa una máscara facial podría considerarse un factor importante que influye en las respuestas fisiológicas durante el ejercicio. Las mascarillas faciales de tela tienen menor resistencia al flujo de aire que las mascarillas quirúrgicas14. Por lo tanto, el enfoque del presente estudio fue examinar las respuestas cardiorrespiratorias y el esfuerzo respiratorio durante el ejercicio con máscaras faciales de tela, como las que se usan en los deportes. Nuestros hallazgos novedosos fueron que la ventilación pulmonar durante el ejercicio se redujo con una máscara facial de tela, mientras que se incrementó el trabajo resistivo de los músculos respiratorios. Además, el sistema circulatorio central no se vio afectado. SpO2 y VO2peak tampoco disminuyeron con la condición CFM en comparación con la condición CON. Además, la mascarilla de tela tuvo un efecto negativo levemente significativo sobre la tolerancia al ejercicio. Por lo tanto, podemos concluir que una máscara de tela más delgada en hombres jóvenes sanos afecta las respuestas respiratorias pero no induce una disminución en SpO2 o Vo2, a pesar de la ligera disminución en la tolerancia al ejercicio.

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

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

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

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

En consonancia con estudios previos6,20,23, nuestros resultados demostraron que el uso de una mascarilla afecta ligeramente la tolerancia al ejercicio, lo que sugiere que el rendimiento del ejercicio se ve afectado incluso con mascarillas faciales de tela de baja resistencia. No observamos una disminución significativa en Vo2peak en la condición CFM. Sin embargo, la disminución de Vo2peak en la condición CFM fue del 4,4 %. Por lo tanto, la disminución del Vo2pico puede deberse a una menor tolerancia al ejercicio. Driver et al.20 informaron que la tolerancia al ejercicio se vio afectada con una disminución sustancial en el VO2máx y la FC máxima. Por lo tanto, bajo el protocolo de ejercicio empleado por Driver et al.20 y nuestro estudio, el Vo2pico y la FC pico pueden resultar de una disminución en la tolerancia al ejercicio debido a otros factores y no a un factor que disminuya la tolerancia al ejercicio34.

Los posibles mecanismos subyacentes a la disminución de la tolerancia al ejercicio pueden atribuirse al efecto de la resistencia al flujo respiratorio debido al filtro de la máscara. Además, aumentar el espacio muerto o usar una máscara de entrenamiento resistiva durante el ejercicio aumenta el esfuerzo respiratorio, lo que provoca un aumento de la disnea y una disminución de la tolerancia al ejercicio35,36. Sin embargo, en el presente estudio, la disnea tendió a ser mayor en la condición CFM, pero la diferencia no fue estadísticamente significativa. Evaluamos el esfuerzo respiratorio resistido durante el ejercicio usando presión en la cavidad bucal; No se observó una mayor actividad de los músculos respiratorios con una máscara facial de tela en las primeras etapas, pero se volvió significativa en las últimas etapas. Esto puede estar relacionado con el aumento de la turbulencia en las vías respiratorias facilitado por el aumento del flujo de aire. Se puede suponer que nuestros participantes tuvieron un esfuerzo ventilatorio alto en la condición CFM, aunque la resistencia al flujo fue menor que la de una mascarilla quirúrgica y un respirador N9514. Durante el ejercicio máximo, el Vo2 para la actividad de los músculos respiratorios representa una proporción significativa del Vo2 de todo el cuerpo, incluso sin usar una máscara facial37, lo que provoca una competencia en el flujo sanguíneo entre los músculos respiratorios y los músculos activos16,17. El aumento de la actividad de los músculos respiratorios o la fatiga durante el ejercicio provoca un metaborreflejo inducido por los músculos respiratorios, lo que lleva a la vasoconstricción de las extremidades38 y a la restricción del flujo sanguíneo39. Este se postula como un factor que limita el rendimiento del ejercicio debido al trabajo de los músculos respiratorios18.

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

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

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

Finalmente, el protocolo de ejercicio empleado incluyó un aumento simultáneo de la velocidad y la inclinación, lo que podría haber resultado en una fatiga muscular prematura y terminar el ejercicio antes de que el Vo2 alcanzara un máximo; por lo tanto, el Vo2pico en este estudio puede no haber evaluado la capacidad aeróbica. Además, no realizamos una prueba de fase de verificación41; por lo tanto, no pudimos detectar Vo2max. A pesar de estas limitaciones, podemos concluir que en nuestra prueba de carrera incremental en cinta rodante, la alteración de la hiperventilación con CFM impacta menos en el Vo2.

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

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

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

Takeshi Ogawa

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

Jun Koike y Yuka Hirano

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TO YH concebido y diseñado los experimentos. Todos los autores contribuyeron a la recopilación de datos, el análisis de datos y la interpretación de los resultados experimentales. TO YH redactó el manuscrito. Todos los autores editaron y revisaron el manuscrito y aprobaron su versión final. Todos los autores acordaron ser responsables de todos los aspectos del trabajo para garantizar que las preguntas relacionadas con la precisión o la integridad de cualquier parte del trabajo se investigaran y resolvieran adecuadamente.

Correspondencia a Takeshi Ogawa.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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

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Recibido: 03 Junio 2022

Aceptado: 21 de diciembre de 2022

Publicado: 24 diciembre 2022

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

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