¿Qué es un analizador de gases y cómo funciona? ¿Cómo se puede utilizar para analizar el metabolismo oxidativo durante el reposo y el ejercicio? En este artículo, exploraremos las respuestas a estas preguntas y proporcionaremos información detallada sobre esta herramienta esencial y maravillosa utilizada en la investigación del ejercicio y la fisiología humana del ejercicio.

En la investigación del ejercicio y la fisiología humana, es crucial comprender cómo el cuerpo humano utiliza el oxígeno y los nutrientes (carbohidratos, grasas y proteínas) para producir energía. Un analizador de gases es una herramienta utilizada para medir el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono durante el reposo y el ejercicio. En este artículo, explicaremos qué es un analizador de gases, cómo funciona y cómo se utiliza para analizar el metabolismo durante el reposo y el ejercicio.

El Analizador de Gases

Un analizador de gases es un dispositivo que se utiliza para medir la concentración de gases en una muestra de aire. Los analizadores de gases se utilizan en muchos campos diferentes, incluyendo la industria, la medicina y la investigación científica. En la investigación del ejercicio y la fisiología humana, se utilizan analizadores de gases para medir el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono durante el reposo y el ejercicio.

Debemos recordar que el organismo humano solo es capaz de guardar el oxígeno que transporta la hemoglobina. Por lo tanto, la diferencia en el oxígeno ambiente y el oxígeno expirado será el oxígeno que el cuerpo emplea para oxidar sustratos energéticos para aportar energía.

Tipos de Analizadores de Gases

Podemos encontrar diferentes tipos de dispositivos y marcas que fabrican este tipo de dispositivos para analizar el intercambio gaseoso en reposo y ejercicio.

Es importante comprobar del fabricante el tipo de error en las mediciones. También es recomendable realizar estudios propios de reproducibilidad para comprobarlo.

En mi caso, en el laboratorio tenemos un equipo Ergostik (Geratherm Respiratory, Ergostik, Geratherm, Alemania). A continuación, os dejo el estudio que realizamos de reproducibilidad de datos durante un test incremental para evaluar oxidación de carbohidratos y grasas.

Robles-González L, Gutiérrez-Hellín J, Aguilar-Navarro M, Ruiz-Moreno C, Muñoz A, Del-Coso J, R Ruiz J, Amaro-Gahete FJ. Inter-Day Reliability of Resting Metabolic Rate and Maximal Fat Oxidation during Exercise in Healthy Men Using the Ergostik Gas Analyzer. Nutrients. 2021 Nov 29;13(12):4308. doi: 10.3390/nu13124308. PMID: 34959860; PMCID: PMC8708346.

La Eergometría de Gases

La ergometría de gases es una técnica de diagnóstico que se utiliza para medir el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono durante el ejercicio. Este método se basa en el análisis de los gases exhalados por el deportista/paciente mientras realiza una actividad física específica en una bicicleta estática o cinta de correr. El análisis de los gases permite a los profesionales de la salud determinar la capacidad del sistema cardiovascular y respiratorio del deportista o paciente para hacer frente a la actividad física.

A través de este tipo de mediciones y con pruebas de ergoespirometría somos capaces de evaluar de manera integrada los siguientes sistemas del organismo humano:

Con este tipo de pruebas somos capaces de evaluar bidireccionalmente el transporte de oxígeno en el organismo durante el ejercicio. Esta información de tanta relevancia nos sirve para conocer de manera detallada e individualizada la situación del deportista o paciente.

Turbina, Línea de Flujo y Máscara/Careta

El analizador de gases conta de diferentes partes: 

Tipos de Pruebas con el Analizador de Gases

En función del objetivo de la medición podemos realizar diferentes tipos de pruebas:

1. Espirometrías: Una espirometría es una prueba que mide la cantidad máxima y velocidad del aire que se inhala y exhala. Esta prueba se realiza utilizando un dispositivo llamado espirómetro (puede ser un analizador de gases). La persona que se somete a la prueba respira dentro del espirómetro, el cual mide la cantidad de aire inhalado y exhalado. Las espirometrías proporcionan información importante sobre la función pulmonar. Los resultados de la prueba pueden indicar:

• Capacidad pulmonar.
• Volumen máximo de aire que se puede exhalar en un segundo (VEMS).
• Flujo máximo de aire que se puede exhalar en un segundo (FEM).
• Tiempo que tarda en vaciar los pulmones.
• Estos resultados pueden ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar enfermedades pulmonares.

2. Pruebas de esfuerzo: es un examen médico que evalúa la respuesta del organismo al ejercicio físico. Durante la prueba, se utiliza un equipo especializado para medir la frecuencia cardíaca, la presión arterial, la respiración y otros parámetros fisiológicos mientras el paciente/deportista realiza una actividad física específica. Hay que destacar que esta prueba solo la puede realizar un médico. El objetivo es diagnosticar patología.

La prueba de esfuerzo se puede adecuar al perfil del deportista o paciente:

• Prueba de esfuerzo en tapiz rodante: se realiza caminando o corriendo en una cinta de correr. Es la prueba más común y se utiliza para evaluar la capacidad aeróbica.
• Prueba de esfuerzo en bicicleta ergométrica: se realiza pedaleando en una bicicleta estática. Se utiliza para evaluar la capacidad aeróbica y anaeróbica.
• Prueba de esfuerzo en natación: se realiza nadando en una piscina. Se utiliza para evaluar la capacidad aeróbica.
• Prueba de esfuerzo en escalera: se realiza subiendo y bajando escaleras. Se utiliza para evaluar la capacidad aeróbica.
• Prueba de esfuerzo en remoergómetro: se realiza remando en una máquina especializada. Se utiliza para evaluar la capacidad aeróbica y anaeróbica.

3. Pruebas de Consumo máximo de oxígeno: Este tipo de pruebas las puede realizar un Licenciado en Ciencias del Deporte. Así queda detallado en una consulta al Ministerio de Sanidad el 3 de diciembre del año 2015 “Se considera factible que los licenciados/graduados en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte realicen pruebas de valoración de la condición física y pruebas de esfuerzo a personas sanas, con fines distintos al diagnóstico médico en el campo del rendimiento deportivo, la educación física y la investigación, siempre que las mencionadas actividades no estén relacionadas o tengan como finalidad el diagnóstico, tratamiento y seguimiento de pacientes, sean o no deportistas”.

Estas pruebas buscan saturar el 100% de las mitocondrias con test de intensidad incremental. Normalmente de 1 minuto por carga. Para determinar la máxima utilización de oxígeno por parte del sistema oxidativo. También nos sirve para determinar los umbrales ventilatorios y prescribir entrenamiento en deportes de carácter aeróbico. VT1 y Vt2.

4. Pruebas de análisis metabólico oxidativo: este tipo de pruebas buscan el objetivo de analizar a diferentes intensidades el comportamiento fisiológico del sujeto de estudio. Con ello se analiza cómo oxida grasas, carbohidratos, consumo de oxígeno y gasto energético entre otros. 

Variables que nos muestra el Analizador de Gases

El analizador de gases nos aporta gran variedad de datos derivándolas del consumo de oxígeno, producción de dióxido de carbono, volúmenes de aire inspirado y expirado y frecuencia cardiaca.

- Tiempo (s): tiempo de la prueba. 

- Columna de velocidad (w o km/h): tipo de ejercicio y velocidad o vatios a los que está realizando la actividad.

- Consumo de oxígeno. VO₂ absoluto (VO2, ml/min): es el consumo de oxígeno en tiempo real l/min

- Consumo de oxígeno VO2 relativo (ml/min/kg): igual que el anterior, pero dividido entre mi masa corporal. Es consumo relativo de oxígeno.

- Producción de CO2 (VCO2): nos indica la cantidad de CO2 que se está eliminando.

- Presión Parcial del O2 (P_etO2): Nos indica la presión parcial del O2 al final de la respiración. Sirve para calcular umbrales ventilatorios.

- Presión Parcial del CO2 (P_etCO2): Nos indica la presión parcial del CO2 al final de la respiración. Sirve para calcular umbrales ventilatorios.

- Volumen tidal o corriente (VT): es el volumen de gas que entra y sale de los pulmones en una respiración.

- Pulso de oxígeno (πO2): sale de dividir el consumo de oxígeno entre la frecuencia cardiaca. Nos informa sobre el oxígeno que el cuerpo está utilizando para sacar energía por latido.

- Equivalente ventilatorio de O2 (VO2 (Ve/VO2)): nos indica la cantidad de aire que tengo que inspirar para absorber un litro de oxígeno. Sirve para calcular los umbrales.

- Equivalente ventilatorio de CO2 (VCO2 (Ve/VCO2)): nos indica la cantidad de aire que tengo que expirar para eliminar un litro de CO2.

- RER: cociente respiratorio. Divide la producción de CO2 entre el consumo de Oxígeno. SI esta variable tiende a 0.72 nos indica que el 100% de la oxidación proviene de las grasas y si tiende a 1 que el 100% proviene de los carbohidratos.

-Reserva respiratoria (BR): relación entre la máxima ventilación voluntaria y la máxima ventilación en ejercicio durante un minuto. 

- Energy: energía en Kcal/min que estoy consumiendo en tiempo real

- FAT: oxidación de grasas en tiempo real g/min.

- CHO: oxidación de carbohidratos en tiempo real g/min.

- Equivalente metabólico directo (MET): es la unidad de medida del índice metabólico (cantidad de energía que consume un individuo). 1 MET es igual a 3,5 ml O2/kg x min

Ecuaciones para calcular Oxidación de Grasas, Carbohidratos y Energía

Para analizar y calcular las tasas de gasto energético y de oxidación de sustratos (grasas e hidratos de carbono) se emplea el cociente respiratorio no proteico.

Para ello existen diferentes ecuaciones estequiométricas que nos traen diferentes profesionales de referencia en el sector.

Jeukendrup AE, Wallis GA. Measurement of substrate oxidation during exercise by means of gas exchange measurements. Int J Sports Med. 2005 Feb;26 Suppl 1:S28-37. doi: 10.1055/s-2004-830512. PMID: 15702454.

Las más empleadas y las que yo uso para los cálculos son las de Frayn:

- Gasto energético (kcal min-1) en reposo y durante el ejercicio

(3,869 × VO2) + (1,195 × VCO2), donde VO2 y VCO2 están en l min-1.

- La Tasa de oxidación de grasas (g min-1):

(1,67 × VO2) - (1,67 × VCO2) 

- La tasa de oxidación de hidratos de carbono (g min-1):

(4,55 × VCO2) - (3,21 × VO2)

Frayn KN. Calculation of substrate oxidation rates in vivo from gaseous exchange. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1983 Aug;55(2):628-34. doi: 10.1152/jappl.1983.55.2.628. PMID: 6618956.

Calibración del Equipo y Material

Para realizar la calibración del equipo se requiere de ir completando los diferentes pasos del procedimiento de calibración.

Normalmente los analizadores de gases requieren de unos 15 minutos de encendido previos para calentarse. Una vez calentado procedemos a la calibración del equipo:

1. Ambiente: la absorción y eliminación de gases van a estar relacionados directamente con variables del ambiente como la presión atmosférica, temperatura y humedad. Para realizar una medición correcta, los fabricantes recomiendan realizarlas a una temperatura de entre 15 y 25 grados, humedad relativa máxima de 60%

2. Volumétrica: consiste en calibrar con una jeringa de 3 litros la línea de flujo y la turbina. El analizador nos indicará inspiraciones y expiraciones completas a diferentes ritmos. Al tener registrado que en cada una de ellas se está moviendo 3 litros de aire, el analizador calcula la calibración automáticamente al terminar:

-Calibración de línea de flujo.

-Calibración de turbina.

4. De gases (O2 y CO2): esta calibración se hace con una botella que tiene una concentración especial de gases. Esta configuración/concentración de la botella se introduce en el sistema para que tenga de referencia. El analizador medirá el aire ambiente, luego cogerá gas de la botella (lo tomará como correcto), analizará el error en la medición y hará una corrección.

Video Explicando el funcionamiento del Analizador de Gases en el Laboratorio de Fisiología