Efectos de beber agua hidrógenada en la fatiga muscular causada por el ejercicio agudo en atletas de élite

Fondo

La contracción muscular durante intervalos cortos de ejercicio intenso causa estrés oxidativo, que puede desempeñar un papel en el desarrollo de síntomas de sobreentrenamiento, incluido el aumento de la fatiga, lo que resulta en micro lesiones o inflamación muscular. Recientemente se ha dicho que el hidrógeno puede funcionar como antioxidante, por lo que investigamos el efecto del agua rica en hidrógeno / agua hidrogenada (HW) sobre el estrés oxidativo y la fatiga muscular en respuesta al ejercicio agudo.

Métodos

Diez jugadores de fútbol de 20.9 ± 1.3 años fueron sometidos a pruebas de ejercicio y muestras de sangre. Cada sujeto se examinó dos veces de manera cruzada, doble ciego; se les dio agua / agua hidrógenada  HW o placebo (PW) durante intervalos de una semana. Se solicitó a los sujetos que usaran un cicloergómetro con un consumo máximo de oxígeno (VO 2 ) del 75% durante 30 minutos, seguido de la medición del torque máximo y la actividad muscular a lo largo de 100 repeticiones de extensión isocinética máxima de la rodilla. Los marcadores de estrés oxidativo y la creatina quinasa en la sangre periférica se midieron secuencialmente.

Resultados

Aunque el ejercicio agudo resultó en un aumento en los niveles de lactato en sangre en los sujetos que recibieron PW, la ingesta oral de agua hidrógenada  HW evitó una elevación del lactato en sangre durante el ejercicio intenso. El par máximo de PW disminuyó significativamente durante la extensión isocinética máxima de la rodilla, lo que sugiere fatiga muscular, pero el par máximo de agua hidrógenada  HW no disminuyó en la fase temprana. No hubo cambios significativos en los marcadores de lesiones oxidativas en la sangre (d-ROM y BAP) o creatina quinasa después del ejercicio.

Conclusión

La hidratación adecuada con agua previa al ejercicio rica en hidrógeno redujo los niveles de lactato en sangre y mejoró la disminución de la función muscular inducida por el ejercicio. Aunque se necesitan más estudios para dilucidar los mecanismos exactos y los beneficios que deben confirmarse en una serie de estudios más amplia, estos resultados preliminares pueden sugerir que agua hidrógenada  HW puede ser una hidratación adecuada para los atletas.

Introducción

Dado que las demandas de energía y el consumo de oxígeno aumentan durante el ejercicio supermáximo, como las carreras intermitentes, los sprints y los saltos, la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y especies reactivas de nitrógeno (RNS) también aumenta, amenazando con alterar el equilibrio redox y causar estrés oxidativo. En condiciones normales, ROS y RNS se generan a una velocidad baja y posteriormente son eliminados por los sistemas antioxidantes. Sin embargo, una tasa mucho mayor de producción de ROS puede exceder la capacidad del sistema de defensa celular. En consecuencia, el ataque sustancial de los radicales libres en las membranas celulares puede conducir a una pérdida de la viabilidad celular y a la necrosis celular y podría iniciar el daño del músculo esquelético y la inflamación causada por el ejercicio exhaustivo [ 1 – 3 ]. Aunque los atletas bien entrenados sufren menos reducción del estrés oxidativo porque sus sistemas antioxidantes se adaptan, la acumulación de ejercicio intenso puede provocar un aumento del estrés oxidativo [ 4 ]. Para mitigar los eventos adversos inducidos por el estrés oxidativo durante los deportes, la suplementación con antioxidantes entre los atletas ha sido bien documentada. Aunque los resultados de estos estudios a menudo son contradictorios dependiendo de los compuestos antioxidantes y la cantidad, algunos estudios demuestran los efectos beneficiosos de los antioxidantes sobre la fatiga muscular o el rendimiento [ 5 , 6 ].

Recientemente, los efectos beneficiosos del agua rica en hidrógeno /agua hidrógenada  (HW) se han descrito en condiciones de enfermedades clínicas y experimentales [ 7 , 8 ]. Aunque la investigación sobre los beneficios para la salud de agua hidrógenada HW es limitada y hay pocos datos sobre los efectos a largo plazo, los estudios piloto en humanos sugieren que consumir HW puede ayudar a prevenir el síndrome metabólico [ 9 ], la diabetes mellitus [ 10 ] y los efectos secundarios de los pacientes con cáncer. con radioterapia [ 11 ]. Dado que se sabe que el hidrógeno elimina las ROS tóxicas [ 12 ] e induce una serie de proteínas antioxidantes [ 13 , 14 ], planteamos la hipótesis de que beber/ agua hidrógenada  HW puede ser beneficioso para los atletas para reducir la fatiga muscular inducida por el estrés oxidativo después del ejercicio agudo. En este estudio, evaluamos la eficacia del agua rica en hidrógeno en sujetos sanos midiendo la fatiga muscular y los niveles de lactato en sangre después del ejercicio. Aunque se necesitan más estudios para dilucidar los mecanismos y beneficios exactos, este informe sugiere que el agua rica en hidrógeno podría ser un fluido de hidratación apropiado para los atletas.

Métodos

Asignaturas

Diez jugadores de fútbol de 20.9 ± 1.3 años fueron sometidos a pruebas de ejercicio y muestras de sangre. Ninguno de los sujetos era fumador o tomaba suplementos / medicamentos. Cada sujeto proporcionó su consentimiento informado por escrito antes de participar de acuerdo con el Comité de Ética de Investigación Humana de la Universidad de Tsukuba. Las características físicas de los sujetos se muestran en la Tabla 1 . Todos los jugadores participaron en sesiones de entrenamiento diarias, excepto el día del experimento.

Tabla 1 Características físicas de los sujetos (n = 10)

Generación de agua rica en hidrógeno.

Se pidió a los participantes que bebieran una botella de 500 ml a las 10:00 PM del día anterior al examen, una botella de 500 ml a las 5:00 AM y una botella de 500 ml a las 6:20 AM el día del examen. En resumen, los sujetos consumieron 1.500 ml de agua molecular rica en hidrógeno / agua hidrógenada  HW o PW (las concentraciones finales de hidrógeno del agua placebo (PW) y el agua rica en hidrógeno / agua hidrógenada (HW) fueron 0 y 0.92 ~ 1.02 mM, respectivamente [9, 11]. el sujeto se examinó dos veces de manera cruzada, doble ciego, dado agua molecular rica en hidrógeno / agua hidrógenada  HW o PW durante intervalos de una semana).

Dosis y modo de administración de agua rica en hidrógeno.

Los sujetos recibieron tres botellas de 500 ml de agua potable y se les ordenó colocar dos barras de magnesio en cada botella 24 horas antes de beber. Se les pidió a los participantes que tomaran una botella a las 10:00 PM del día anterior al examen, una a las 5:00 AM y otra a las 6:20 AM el día del examen. En resumen, los sujetos consumieron 1.500 ml de / agua hidrógenada  HW o PW.

Protocolo

El protocolo de investigación comenzó a las 6:00 a.m. Los sujetos recibieron comidas entre las 9:00 p.m. y las 10:00 p.m. el día anterior a los experimentos, y ayunaron durante la noche. No se dio desayuno el día de los experimentos. Primero se requirió que los sujetos descansaran sentados durante 30 minutos. La prueba de ejercicio consistió en lo siguiente: 1) Prueba de ejercicio progresivo máximo para definir la absorción máxima de oxígeno (VO 2 máx.); 2) ciclar un ergómetro durante 30 minutos a aproximadamente 75% de VO 2 máx. (Ejercicio-1); y 3) Ejecutar 100 extensiones de rodilla isocinéticas máximas a 90 ° seg -1 (Ejercicio-2). Se recogieron muestras de sangre de una vena antecubital justo antes del ejercicio 1 (6:30 a.m.), inmediatamente después del ejercicio 1 (7:15 a.m.), inmediatamente después del ejercicio 2 (7:30 a.m.), 30 minutos después del ejercicio 2 (8:00 a.m.) y 60 minutos después del ejercicio 2 (8:30 a.m.).

Prueba de ejercicio progresivo máximo

Primero, para definir el consumo máximo de oxígeno (VO 2 máx.), Los sujetos fueron sometidos a una prueba de ejercicio progresivo máximo en un ergómetro de bicicleta (232CL, Conbiwellness, Tokio). La prueba consistió en una prueba de paso continuo que comenzó con una carga de 30 W y aumentó en 20 W cada minuto hasta el agotamiento. Los sujetos recibieron instrucciones de conducir a 50 rpm / min. Los valores de intercambio de gases pulmonares se midieron usando un sensor de gas exhalado (AE280S, Minato Medical®, Osaka, Japón) a través de un sistema de respiración por respiración, y los valores medios se calcularon cada 30 segundos para el análisis. Determinamos que se alcanzó el VO 2 máx. Cuando el consumo de oxígeno alcanzó su meseta [ 15 ].

Ciclismo de carga fija al 75% (alta intensidad) de VO 2 máx.

Antes de que comenzara la prueba, los sujetos descansaron durante dos minutos. Después de calentar a una carga de 50 W durante un minuto, se instruyó a los sujetos a conducir a niveles submáximos durante 30 minutos. Los valores de intercambio de gases pulmonares se monitorizaron para mantener el VO 2 máx en aproximadamente el 75%. Durante los experimentos, los sujetos fueron instruidos verbalmente con frecuencia para controlar el rango de movimiento para mantener el VO 2 máx en aproximadamente un 75%.

Extensiones isocinéticas máximas de rodilla

Se usó un dispositivo isocinético Biodex System 3 calibrado (Biodex Medical Systems, Nueva York, EE. UU.) Para medir el par máximo (PT) y la posición de la articulación de la rodilla a lo largo de 100 repeticiones de extensión isocinética máxima de la rodilla. Durante las pruebas, cada sujeto se sentó en el sistema Biodex 3 con una flexión de cadera de 90 °, y se colocaron correas de sujeción en la cintura y el pecho además de un estabilizador esternal rígido. El dinamómetro fue accionado por un motor a una velocidad constante de 90 ° / seg. Cada sujeto realizó una serie de 100 contracciones isocinéticas utilizando los extensores de la rodilla de la pierna derecha desde 90 ° de flexión a 0 ° (extensión completa). A medida que el brazo del dinamómetro subía de 90 ° a 0 °, se alentaba a los sujetos a rendir al máximo para cada contracción en todo el rango de movimiento. Los sujetos se relajaron cuando el brazo del dinamómetro volvió a los 90 °. Cada período de contracción y relajación duró un segundo y, por lo tanto, la duración total del ciclo de contracción fue de dos segundos. Todos los sujetos pudieron completar las 100 contracciones completas.

Medición de la fatiga muscular.

Para medir la fatiga muscular, se utiliza la técnica de transformación First Fourier (FFT), ampliamente utilizada, para analizar la frecuencia media del electromiograma de superficie (EMG) [ 16 ]. Las señales EMG se obtuvieron del músculo recto femoral a través de electrodos conectados a un transmisor de modulación de frecuencia de 4 canales (Nihon Kohden, Tokio, Japón). Todos los datos se almacenaron y analizaron utilizando las funciones FFT en el software Acknowledge 3.7.5 (BIOPAC SYSTEM, Santa Bárbara, EE. UU.). La frecuencia de potencia media (MPF) y la frecuencia de potencia media (MDF) se calcularon como se describió anteriormente [ 17 ]. El desplazamiento MPF de la señal EMG hacia frecuencias más bajas se ha utilizado ampliamente en contracciones estáticas para indicar el desarrollo de fatiga periférica.

Prueba de sangre

Los niveles de lactato en sangre se determinaron usando un kit Lactate Pro LT17170 disponible comercialmente (Arkray, Inc., Kyoto, Japón). Las concentraciones de derivados de metabolitos oxidativos reactivos (dROM) y el poder antioxidante biológico (BAP) en la sangre periférica se evaluaron utilizando un sistema analítico de radicales libres (FRAS4; Wismerll, Tokio, Japón). Las pruebas de laboratorio para la creatina quinasa (CK) se realizaron utilizando procedimientos estandarizados en los Servicios de Laboratorio Médico de Kotobiken (Tokio, Japón).

análisis estadístico

Se utilizaron pruebas repetidas de análisis de varianza (ANOVA) para comparar las mediciones previas y posteriores al ejercicio. La prueba F con comparaciones de grupo post hoc de Bonferroni se realizó cuando fue apropiado. Los valores de probabilidad inferiores a 0,05 se consideraron estadísticamente significativos. SPSS 18.0 se utilizó para realizar el análisis estadístico. Dado que se planeó que el experimento tuviera un poder del 90% de alcanzar significancia al nivel del 5%, el tamaño de la muestra en este modelo se calcula entre 8.91 y 9.25 (poder del 90% y nivel de significancia del 5%) en los niveles de lactato en sangre según Nuestras experiencias anteriores. Por lo tanto, asumimos que el tamaño de la muestra sería apropiado para la acumulación de datos preliminares.

Resultados

Análisis de sangre para ácido láctico, d-ROM, BAP y CK

Como se muestra en la Tabla 2 , los niveles de D-ROM en sangre BAP y CK aumentaron después del ejercicio en sujetos en ambos grupos tratados con PW y agua hidrógenada HW. Sin embargo, no hubo diferencia estadística entre los grupos. A pesar de que el nivel de lactato en sangre aumentó significativamente tanto en agua hidrógenada  HW como en PW a los 45 y 60 min después del ejercicio, estos niveles fueron comparable y significativamente más bajos en el grupo de agua hidrógenada  HW que en el grupo de PW (Figura 1 ).

Tabla 2 Cambios en los niveles sanguíneos
Figura 1
Figura 1

Cambios secuenciales de los niveles de lactato en sangre durante el ejercicio. Los niveles de lactato en sangre en los atletas que recibieron PW aumentaron significativamente inmediatamente después del ejercicio en comparación con los niveles previos al ejercicio. HW agua hidrógenada  redujo significativamente los niveles de lactato en sangre después del ejercicio usando el ergómetro de bicicleta. (* p <0.05 vs. tiempo 0. #p <0.05 vs agua hidrógenada  HW, N = 10).

Ejercicio de extensión máxima de rodilla

En el análisis del ejercicio de extensión máxima de la rodilla, nos dividimos en cinco cuadros de extensión de rodilla de 100 repeticiones con el par máximo del ejercicio de extensión isocinética de rodilla [ 18 ]. Cada cuadro correspondía a 20 repeticiones; Marco 1 para las primeras 20 repeticiones, Marco 2 para las siguientes 21-40 repeticiones, Marco 3 para 41-60 repeticiones, Marco 4 para 61-80 repeticiones y Marco 5 para las últimas 81-100 repeticiones. Aunque el par máximo de los sujetos tratados con PW disminuyó significativamente durante las primeras 40 repeticiones (Cuadro 1-2), la reducción del par máximo en los sujetos que recibieron agua hidrógenada  HW no alcanzó una diferencia estadística, lo que sugiere que agua hidrógenada  HW inhibió la disminución temprana del par máximo de los sujetos (Figura 2 A).

MDF y MPF de análisis EMG

MDF y MPF en los sujetos tratados con PW o agua hidrógenada  HW disminuyeron significativamente con el tiempo durante el ejercicio. Si bien estos valores disminuyeron significativamente en el Cuadro 1-2, no hubo diferencia estadística entre los sujetos que recibieron PW y los que recibieron agua hidrógenada  HW (Figura 2 B, C).

Figura 2
Figura 2

(A) Cambios en el par máximo (PT) cada 20 repeticiones (rep = 1 cuadro) durante 100 extensiones de rodilla isocinéticas máximas. El PT de los sujetos tratados con PW disminuyó significativamente durante las 40-60 contracciones iniciales en aproximadamente un 20-25% de los valores iniciales, seguido de una fase con poco cambio. Por otro lado, no hubo diferencia estadística entre el cuadro 1 y el cuadro 2 en agua hidrógenada  HW, lo que indica que agua hidrógenada  HW evitó la disminución del par máximo durante los primeros 2 cuadros. HW, agua rica en hidrógeno; PW, agua placebo. (* p <0.05 vs Cuadro 1, N = 10). (B) Cambios en la frecuencia media (MDF) cada 20 repeticiones (rep = 1 Cuadro) durante 100 extensiones isocinéticas máximas de rodilla. Aunque el ejercicio redujo significativamente los valores de MDF durante los primeros 2 cuadros, no hubo diferencia estadística entre HW y PW en todos los cuadros. HW, agua rica en hidrógeno; PW, agua placebo. (* p <0.05 vs Cuadro 1, N = 10). (C) Cambios en la frecuencia de potencia media (MPF) cada 20 repeticiones (rep = 1 Cuadro) durante 100 extensiones isocinéticas máximas de rodilla. No hubo diferencia estadística entre agua hidrógenada  HW y PW en todos los marcos. HW, agua rica en hidrógeno; PW, agua placebo. (* p <0.05 vs Cuadro 1, N = 10).

Discusión

En este estudio preliminar, demostramos que la hidratación con agua hidrógenada  HW atenuó el aumento de los niveles de lactato en sangre y evitó la disminución del par máximo después del ejercicio, un indicador de fatiga muscular. La fatiga muscular es causada por muchos mecanismos diferentes, incluida la acumulación de metabolitos dentro de las fibras musculares y la generación de un comando motor inadecuado en la corteza motora. Las acumulaciones de potasio, lactato y H + a menudo se han sugerido como responsables de la disminución de la contractilidad muscular [ 19 ]. Además, el ejercicio aeróbico, anaeróbico o mixto provoca una mayor producción de ROS, lo que resulta en inflamación y daño celular [ 20 ]. Las ráfagas cortas de ejercicio intenso pueden inducir estrés oxidativo a través de diversas vías, como la fuga de electrones dentro de las mitocondrias, la autooxidación de la catecolamina, la actividad de NADPH o la isquemia / reperfusión [ 21 ]. Aunque el mecanismo involucrado en la eficacia de agua hidrógenada  HW sigue sin estar claro, nuestros resultados muestran que la hidratación con agua hidrógenada HW podría ser factible para el ejercicio agudo. La hidratación adecuada y adecuada es útil para que los atletas de élite logren el mejor rendimiento. HW agua hidrógenada puede reemplazar fácilmente el agua potable de forma rutinaria y podría prevenir los efectos adversos asociados con el ejercicio intenso.

Factores como la edad, el estado nutricional, el nivel de entrenamiento y la categoría de actividad física pueden influir en los resultados [ 22 , 23 ]. Aunque habíamos anticipado que el hidrógeno, un antioxidante conocido, reduciría el estrés oxidativo después del ejercicio agudo, los efectos de la ingesta oral de agua hidrógenada  HW fueron marginales y no afectaron el nivel de marcadores oxidativos después del ejercicio. Esto puede explicarse por los hechos de que los atletas en nuestro estudio han entrenado rutinariamente y sus sistemas de defensa antioxidante pueden ser más activos. Estudios previos informaron que el entrenamiento aeróbico repetido aumenta la actividad enzimática antioxidante y posteriormente disminuye el estrés oxidativo [ 2 , 24 – 26 ]. Además, considerando la corta vida útil del hidrógeno en circulación [ 27 ], el consumo más frecuente de agua hidrógenada  HW durante el ejercicio podría tener efectos adicionales. En un estudio futuro, debe probarse la eficacia de HW agua hidrógenada  en sujetos no entrenados o deportistas recreativos, que pueden tener sistemas antioxidantes poco establecidos para combatir el estrés oxidativo inducido por el ejercicio. Además, se deben investigar diferentes protocolos de consumo.

Cuantificamos la fatiga muscular como una disminución en la fuerza máxima o la capacidad de potencia del músculo, lo que significa que las contracciones submáximas pueden mantenerse después del inicio de la fatiga muscular. Del mismo modo, la concentración de lactato en sangre es uno de los parámetros más medidos durante las pruebas de ejercicio clínico, así como durante las pruebas de rendimiento de los atletas. El lactato a menudo se ha considerado una de las principales causas de fatiga durante el ejercicio y el dolor muscular posterior al ejercicio. El lactato generado por la descomposición anaeróbica de glucógeno en el músculo ocurre solo durante períodos cortos de ejercicio de intensidad relativamente alta y generalmente está relacionado con la fatiga y el dolor muscular. La evidencia previa ha demostrado que el fosfato inorgánico del fosfato de creatina fue la principal causa de fatiga muscular [ 28 ].

La deshidratación en los atletas también puede provocar fatiga, bajo rendimiento, disminución de la coordinación y calambres musculares. Aunque se justificarán más investigaciones, beber agua hidrógenada HW puede ser una estrategia de hidratación adecuada [ 29 ]. En este estudio, administramos HW agua hidrógenada  o PW a sujetos antes del ejercicio. Se requiere más investigación para determinar el mejor momento, la dosis y la concentración de hidrógeno del agua potable para optimizar los efectos de HW agua hidrógenada .

En conclusión, nuestros datos preliminares demostraron que el consumo de HW agua hidrógenada redujo los niveles de lactato en sangre y mejoró la fatiga muscular después del ejercicio agudo. Aunque los estudios adicionales están absolutamente justificados, beber HW agua hidrógenada  sería una estrategia novedosa y efectiva de hidratación de líquidos para atletas.

Estudio piloto: Efectos de beber agua rica en hidrógeno en la fatiga muscular causada por el ejercicio agudo en atletas de élite

 

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Descargar referencias

Expresiones de gratitud

Esta investigación fue apoyada por una subvención de la Fundación de Investigación Daimaru otorgada a SM.

Información del autor

Correspondencia a Atsunori Nakao .

Información Adicional

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en competencia.

Contribuciones de los autores

KA, TA e YM participaron en el diseño del protocolo y la acumulación de datos. AN concibió el estudio y redactó el manuscrito. SM participó en el diseño del estudio y la coordinación. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

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