Tesis:
Effects of the menstrual cycle and oral contraceptive use on oxygen delivery: aerobic performance, substrate oxidation and iron metabolism (IronFEMME pilot study) = Influencia del ciclo menstrual y del uso de anticonceptivos orales en el suministro de oxígeno: rendimiento aeróbico, oxidación de sustratos y metabolismo del hierro (Estudio piloto IronFEMME)
- Autor: BARBA MORENO, Laura
- Título: Effects of the menstrual cycle and oral contraceptive use on oxygen delivery: aerobic performance, substrate oxidation and iron metabolism (IronFEMME pilot study) = Influencia del ciclo menstrual y del uso de anticonceptivos orales en el suministro de oxígeno: rendimiento aeróbico, oxidación de sustratos y metabolismo del hierro (Estudio piloto IronFEMME)
- Fecha: 2018
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y DEL DEPORTE – INEF
- Departamentos: SALUD Y RENDIMIENTO HUMANO
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/53244/
- Director/a 1º: PEINADO LOZANO, Ana Belén
- Resumen: Introducción: En las últimas décadas el incremento significativo de la participación femenina en los deportes y la práctica de actividad física ha llevado a la necesidad de desarrollar más investigación, que contemple los posibles efectos de las hormonas sexuales reproductivas de la mujer sobre diferentes parámetros que afectan al entrenamiento aeróbico y rendimiento deportivo. Durante el ciclo menstrual, los cambios hormonales a los que se encuentra sometida una mujer, especialmente las grandes variaciones de los estrógenos y la progesterona podrían influir en diversos aspectos relacionados con la oxidación de sustratos, variables cardiorrespiratorias o con la optimización de la absorción de hierro. Por otro lado, los anticonceptivos orales son una práctica habitual en mujeres deportistas con diferentes fines relacionados con la contracepción, como el control de síntomas premenstruales, dismenorrea o la manipulación del ciclo menstrual con el objetivo de optimizar los entrenamientos y competiciones. La diferencia en la dosis hormonal de los anticonceptivos orales, así como sus constantes cargas hormonales con respecto a un ciclo menstrual natural, podría alterar las diferentes respuestas cardiorrespiratorias, oxidativas y de absorción de hierro, condicionando el rendimiento aeróbico de la mujer atleta, tal y como muestra la revisión de la literatura (Estudio I). Comprender, cómo las variaciones de un ciclo menstrual y de anticonceptivos orales contribuyen a la mejora o al deterioro del entrenamiento aeróbico, podría ayudar a los entrenadores y en algunos casos a los profesionales de la salud pública a optimizar el rendimiento deportivo, así como la salud de las mujeres deportistas. Objetivo: Revisar críticamente la literatura con el fin de conocer la influencia de un ciclo menstrual regular y de anticonceptivos orales sobre el rendimiento deportivo (Estudio I). Verificar la influencia de un ciclo menstrual regular y de anticonceptivos orales en los parámetros implicados en el transporte y utilización del oxígeno: oxidación de sustratos (Estudio II), variables cardiorrespiratorias (Estudio III) y parámetros implicados en el metabolismo del hierro (Estudio IV); tras un ejercicio de resistencia en mujeres deportistas sanas. Métodos: Los datos de la siguiente tesis doctoral provienen del proyecto piloto IronFEMME: “IRON and muscular damage: FEmale Metabolism and MEnstrual cycle during exercise”. Se trata de un estudio observacional, transversal y aleatorizado, desarrollado en población española, específicamente en mujeres sanas y físicamente activas entre 25 y 40 años y llevado a cabo a lo largo de 18 meses. El trabajo cuenta con dos grupos de estudio: mujeres con reglas regulares (n=15) y mujeres con anticonceptivos orales monofásicos (n=9). Las participantes de ambos grupos tuvieron que desarrollar una prueba estable de resistencia en tapiz rodante de 40 minutos al 75% de la velocidad correspondiente al consumo de oxígeno pico (VO2pico), en diferentes momentos del ciclo menstrual (fase folicular temprana, fase folicular media y fase lútea) y de un ciclo con anticonceptivos orales monofásicos (fase no hormonal y fase hormonal). Previamente a esta prueba se les realizó una prueba máxima para determinar su VO2pico. El orden de las pruebas para cada una de las fases del ciclo menstrual fue aleatorizado y cada una de ellas se realizó a primera hora de la mañana. Durante la prueba estable el volumen de oxígeno (VO2) y de dióxido de carbono (VCO2) fueron medidos constantemente, así como las tasas relativas de oxidación de carbohidratos (CHO) y grasas (FAT) (Estudio II). Además del VO2 y del VCO2, otras variables de carácter cardiorrespiratorio como el consumo de oxígeno relativo al peso (VO2/kg), frecuencia cardíaca (HR), ventilación (VE), volumen corriente (VT), frecuencia respiratoria (BF), equivalente de VO2 (VE/VO2) y equivalente de VCO2 (VE/VCO2) fueron medidas durante la prueba, mientras que el porcentaje de VO2pico (%VO2peak) fue calculado posteriormente (Estudio III). Por último, parámetros relacionados con el metabolismo del hierro (hepcidina, hierro, ferritina y transferrina); así como diferentes marcadores inflamatorios, como la interleukina-6 (IL-6) y la proteína C reactiva (CRP), fueron medidos tanto en niveles basales como a las 0 y 3 horas post ejercicio (Estudio IV). Resultados: No se observaron diferencias en la tasa de intercambio respiratorio (RER) para las diferentes fases de un ciclo menstrual regular (fase folicular temprana 0,89±0,01, fase folicular media 0,87±0,01 y fase lútea 0,88±0,01; p>0,05) y de un ciclo con anticonceptivos orales (fase hormonal 0,91±0,01 y fase no hormonal 0,89±0,01; p>0,05), mientras que la tasa relativa de oxidación de grasas fue significativamente mayor (p=0,018) durante la fase hormonal con respecto a la fase no hormonal (0,38±0,06 g/min vs. 0,32±0,06 g/min respectivamente) del ciclo con anticonceptivos orales (Estudio II). El grupo de mujeres con reglas regulares presentó niveles de VO2 (p=0,049) y %VO2pico (p=0,035) más elevados durante la fase folicular media (2439,98±79,27 ml/min y 83,32±1,81 %, respectivamente) en comparación con la fase folicular temprana (2368,27±79,27 ml/min y 80,80±1,81 %, respectivamente), mientras que durante la fase lútea valores más altos de HR (p=0,004), VE/VO2 (p=0,042), VE/VCO2 (p=0,017) y VT (p=0,024) fueron hallados en comparación con la fase folicular media. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas para el VO2/kg, VCO2, VE, y BF a lo largo del ciclo menstrual (p>0,05). Para mujeres con anticonceptivos orales se encontraron niveles más altos para VE (p=0,03), BF (p=0,018), VE/VO2 (p=0,032) y VE/VCO2 (p=0,001) durante la fase hormonal, mientras que no se encontraron diferencias entre fases para VO2, VO2/kg, %VO2pico, VCO2, HR, y VT (p>0,05) (Estudio III). Para el grupo de mujeres con reglas regulares, la hepcidina, ferritina y transferrina no fueron significativamente diferentes a lo largo del ciclo menstrual (p>0,05), mientras que la IL-6 y la CRP mostraron una tendencia hacia la significación durante la fase lútea y la fase folicular temprana respectivamente. Los niveles de hierro fueron significativamente (p=0,009) más bajos durante la fase folicular temprana (58,62±9,54 μg/dl) con respecto a la fase folicular media (79,46±9,54 μg/dl). Los niveles pico de IL-6 fueron encontrados a las 3h postejercicio (5,20±0,87 pg/ml; p<0,001), mientras que para la hepcidina fueron encontrados a las 0h post ejercicio (75,83±6,99 ng/ml; p<0,001). La IL-6 fue la única variable en mostrar una interacción para las fases del ciclo menstrual y el tiempo (p=0,014), encontrando niveles más altos de IL-6 a las 3h post ejercicio durante la fase lútea (8,31±1,15 pg/ml) en comparación con la fase folicular temprana (3,49±1,15 pg/ml) y la fase folicular media (3,80±1,15 pg/ml). El grupo de anticonceptivos orales presentó niveles de hierro significativamente más altos durante la fase hormonal (85,04±13,46 μg/dl; p=0,024), con una tendencia hacia la significación para la ferritina (p=0,058) y para la CRP (p=0,089), mientras que los niveles de hepcidina, IL-6 y transferrina permanecieron sin cambios a lo largo del ciclo (p>0,05) (Estudio IV). Conclusiones: Las conclusiones principales del estudio indicaron que las diferentes fases de un ciclo menstrual regular y con anticonceptivos orales no tienen influencia en la oxidación de sustratos. Sin embargo, las hormonas exógenas de los anticonceptivos orales monofásicos podrían favorecer la oxidación del metabolismo de las grasas con respecto a la fase no hormonal (Estudio II). La frecuencia cardiaca y los equivalentes ventilatorios (VE/VO2; VE/VCO2) fueron incrementados durante la fase lútea con respecto a la fase folicular temprana, indicando un mayor esfuerzo cardiovascular, así como una menor eficiencia respiratoria durante esta fase. Por otro lado, lo niveles absolutos de VO2 fueron significativamente más altos durante la fase folicular media en comparación con la fase folicular temprana, sugiriendo que la progesterona podría no ser el único factor modificando este parámetro. El grupo de anticonceptivos orales monofásico no presentó diferencias en la frecuencia cardiaca y el VO2 a lo largo de un ciclo anticonceptivo oral durante un ejercicio submáximo. Sin embargo, los patrones respiratorios (VE; VE/VO2; VE/VCO2) fueron mayores durante la fase hormonal del ciclo con anticonceptivos orales sugiriendo un mayor esfuerzo durante esta fase (Estudio III). Las concentraciones endógenas de un ciclo menstrual regular no produjeron cambios en la hepcidina, ferritina y transferrina, aunque una disminución en los niveles de hierro se observó durante la fase folicular temprana, indicando que, durante la menstruación, la pérdida de sangre menstrual podría ser la principal responsable en la reducción de los parámetros de hierro debido a la pérdida de hemoglobina. Así también, una mayor inflamación se mostró a las 3h después del ejercicio durante la fase lútea, sugiriendo que una presencia elevada de progesterona acompañado de un estímulo de ejercicio podría causar más inflamación durante la fase lútea. Un ciclo anticonceptivo oral monofásico no produjo cambios en la hepcidina y la IL-6 a lo largo de las diferentes fases pero mejoró los parámteros de hierro (hierro y ferritina) durante la fase hormonal (Estudio IV). ----------ABSTRACT---------- Introduction: Over the past few decades female participation in sports and physical activity has continued to increase, leading to the great need of develop more research that considers the possible effects of the reproductive sexual hormones of women on different areas affecting aerobic exercise and sport performance. During menstrual cycle, the large hormonal changes that women experience, specially oestrogen and progesterone variations may influence on different factors related to substrate oxidation, cardiorespiratory variables or on the optimization of iron absorption. In addition, oral contraceptives (OC) are a popular practice in female athletes, assisting in contraception, reduction of premenstrual symptoms, dysmenorrhea or manipulation of the menstrual cycle in order to optimize training sessions and/or competitions seasons. The different doses found over the different OC types may have distinct effects over cardiorespiratory and oxidative responses and iron absorption with respect to a regular menstrual cycle, which may affect aerobic performance, as it is shown in the literature review (Study I). To understand how menstrual cycle and OC contribute to the improvement or deterioration of aerobic exercise may help coaches and in some cases professionals from public health, to optimize athletic performance as well as the health of women athletes. Objective: The general aim of this doctoral thesis was to review critically the literature to date in relation to the sexual hormones influence over exercise performance (Study I) and to verify the influence of a regular menstrual cycle and OC on the substrate oxidation (Study II), cardiorespiratory parameters (Study III) and iron metabolism (Study IV) after an endurance exercise in women. Methods: Data for this doctoral thesis were derived from IronFEMME pilot study: "Iron and muscular damage: FEmale Metabolism and MEnstrual cycle during exercise", an observational, transversal and randomized study developed in Spanish population, specifically in healthy and physically active women between 25 and 40 years and carried out throughout 18 months. The study consists of two different groups: women with regular menstrual cycle (n=15) and women with monophasic OC (n = 9). The participants of both groups performed 40 minutes of continuous running at the speed corresponding to 75% of the peak oxygen consumption (VO2peak) during different phases of the menstrual cycle (early follicular phase, mid-follicular phase and luteal phase) or OC cycle (hormonal phase and nonhormonal phase). Prior to this test, a maximal test was performed to determine their VO2peak. The order of the tests for each phase of the menstrual cycle was randomized for both groups and each of them was performed early in the morning. During the steadystate running test protocol, oxygen uptake (VO2) and carbon dioxide production (VCO2) were measured continuously. The relative rates of whole body carbohydrates (CHO) and fat oxidation (FAT) were calculated (Study II). In addition to VO2 and VCO2, other cardiorespiratory variables such as oxygen uptake relative to body mass (VO2/kg), heart rate (HR), ventilation (VE), tidal volume (VT), breathing frequency (BF), ventilatory equivalent for oxygen (VE/VO2) and ventilatory equivalent for carbon dioxide (VE/VCO2) were measured continuously, while the percentage of intensity of VO2peak (%VO2peak) was calculated later (Study III). Finally, different parameters related to iron metabolism: hepcidin, ferritin, transferrin and iron; as well as different inflammatory markers such as interleukin-6 (IL-6) and C-reactive protein (CRP) were measured in baseline levels, 0h and 3h post exercise (Study IV). Results: There were no differences in the respiratory exchange ratio (RER) for each phase of regular menstrual cycle group (early-follicular phase 0.89±0.01; mid-follicular phase 0.87±0.01 and luteal phase 0.88±0.01; p>0.05) and for participants using OC (hormonal phase 0.91±0.01 and non-hormonal phase 0.89±0.01; p>0.05). However, we found that OC may influence fat oxidation (p=0.018) during the hormonal phase (0.38±0.06 g/min) regarding to non-hormonal phase (0.32±0.06 g/min) (Study II). For women with a regular menstrual cycle significantly higher VO2 (p=0.049) and %VO2peak (p=0.035) were reported during the mid-follicular phase (2439.98±79.27 ml/min and 83.32±1.81 % respectively) compared to early follicular phase (2368.27±79.27 ml/min y 80.80±1.81 %, respectively), whereas during luteal phase higher levels of HR (p=0.004), VE/VO2 (p=0.042), VE/VCO2 (p=0.017) and VT (p=0.024) were found compared to mid-follicular phase. However, no changes over the cycle were observed for VO2/kg, VCO2, VE, and BF (p>0.05). In women taking oral contraceptives VE (p=0.03), BF (p=0.018), VE/VO2 (p=0.032) and VE/VCO2 (p=0.001) were higher during the hormonal phase. No significant differences (p>0.05) were found for VO2, VO2/kg, %VO2peak, VCO2, HR, and VT between the OC phases (Study III). For regular menstrual cycle group, hepcidin, ferritin and transferrin were not different across menstrual cycle phases (p>0.05), while IL-6 and CRP showed a trend during luteal phase and early follicular phase respectively. Iron levels were significantly lower (p=0.009) during early follicular phase (58.62±9.54 μg/dl) regarding to mid-follicular phase (79.46±9.54 μg/dl). IL-6 peak levels were found at 3h post exercise (5.20±0.87 pg/ml; p<0.001) and hepcidin peak levels at 0h post exercise (75.83±6.99 ng/ml; p<0.001). IL-6 was the only variable showing a significant interaction for menstrual cycle phase and time (p=0.014), showing higher IL-6 levels at 3h post-exercise during luteal phase (8.31±1.15 pg/ml) regarding to early follicular phase (3.49±1.15 pg/ml) and mid-follicular phase (3.80±1.15 pg/ml). For OC group, iron levels were significantly higher during hormonal phase (85.04±13.46 μg/dl; p=0.024) and almost significant for ferritin levels (p=0.058). We observed a trend for CRP (p=0.089) during hormonal phase, whereas hepcidin, IL-6 and transferrin levels remained unchanged (p>0.05) throughout OC cycle (Study IV). Conclusions: The main conclusions indicated that menstrual cycle and OC do not influence substrate oxidation in females. Nevertheless, exogenous hormones from hormonal phase of a monophasic OC cycle may benefit fat oxidation in relation to the non-hormonal phase (Study II). HR and ventilator parameters (VE/VO2; VE/VCO2) were significantly higher during luteal phase regarding to early follicular phase, indicating a lower ventilatory eficiency and a higher cardiovascular strain during this phase. In addition, VO2 absolute levels were increased during mid-follicular phase regarding to early follicular phase, suggesting that progesterone may be not the only factor modifying this parameter. Oral contraceptive group did not present changes in HR and VO2 along the cycle duting a submaximal exercise. However, breathing patterns (VE; VE/VO2; VE/VCO2) were significantly higher during the hormonal phase, suggesting a higher ventilator effort during this phase (Study III). Regular menstrual cycle group did not show changes in hepcidin, ferritin and transferrin; although a decreased iron levels were observed during the early follicular phase, indicating that during menses, the bleeding experienced by females could be the main responsible in iron levels reduction due to the loss of haemoglobin. Moreover, a higher inflammation was shown at 3h post-exercise during luteal phase when progesterone levels were elevated, suggesting that an elevated progesterone presence accompanied by an exercise stimulus may cause more inflammation during luteal phase. A monophasic oral contraceptive cycle did not present changes in hepcidin and IL-6 levels along different phases but it improved iron parameters (iron and ferritin) during hormonal phase (Study IV).