Breathing mechanics at different exercise intensity domains

• Type: Thesis
• Date: 2025-06-18

Authors

Ana Sofia Mottini Monteiro (Author) FADEUP

Thesis

Breathing mechanics at different exercise intensity domains

Doctorate

Thesis

Scientific classification

FOS: Medical and Health sciences > Health sciences

Other information

Resumo (PT): Perceber de que forma as alterações nos mecanismos respiratórios com o exercício são refletidas nas respostas biofísicas é essencial para a interpretação da performance desportiva. As avaliações basearam-se num protocolo incremental intermitente até à exaustão, adaptado a cada modalidade, realizando-se (i) na natação, patamares de 200 m e incrementos de velocidade de 0.05 m∙s-1, numa piscina de 25 m, (ii) na corrida, patamares de 800 m e incrementos de velocidade de 1 km∙h-1 na pista e (iii) no ciclismo, patamares de 1 min e incrementos de potência de 25 W num rolo de treino. O intervalo entre patamares foi de 30 s. Para alguns estudos, uma repetição máxima de 100 m, 400 m e 1 min foi incluída no final do protocolo (respetivamente). Os resultados evidenciaram a repetibilidade das variáveis ventilatórias, metabólicas e biomecânicas mais avaliadas, caracterizando corretamente os sujeitos no momento da avaliação. Quando o snorkel respiratório é usado, os nadadores adotam um padrão respiratório diferente, perdendo a sincronização imposta com a frequência gestual (devido à posição horizontal e ventilação restrita), sobretudo a intensidades mais altas. Dado as vantagens de avaliar o consumo de oxigénio através da retroextrapolação e análise da cinética da curva de recuperação, o VO2FITTING (software gratuito para a caracterização da cinética da curva de consumo de oxigénio durante exercício contínuo) foi desenvolvido e validado para dados pós-exercício. Quanto aos perfis bioenergéticos, os metabolismos aeróbio e anaeróbio têm diferentes comportamentos e contribuições relativas ao longo do espectro de velocidades estudadas, nas três modalidades. Quando se consideram velocidades baixas a máximas, a economia de exercício é melhor descrita por um modelo exponencial. Com o aumento da intensidade e demanda energética, há uma adaptação constante das respostas fisiológicas e padrões técnicos, refletindo a interação entre estes mecanismos. Nas três modalidades, o aumento da ventilação parece ser causado pelo aumento da frequência respiratória, enquanto o volume corrente é mantido. Esta análise permitiu um conhecimento mais aprofundado da performance dependendo da intensidade melhorando a avaliação e prescrição do treino. Palavras-chave: respostas ventilatórias, consumo de oxigénio, lactato sanguíneo, bioenergética, modalidades cíclicas

Abstract (EN): Understanding how the changes in breathing mechanics with exercise are reflected in biophysical responses is essential to interpret sports performance. It was implemented an intermittent incremental protocol until exhaustion according to the exercise mode: (i) in swimming, 200 m steps with 0.05 m∙s-1 velocity increments were performed on an indoor 25 m swimming pool, (ii) in running, 800 m steps with 1 km∙h-1 velocity increments were performed on an outdoor track field and (iii) in cycling, 3 min steps with 25 W increments were performed on a smart trainer system. All the steps were separated by 30 s passive rest intervals. In some studies, a 100 m, 400 m and 1 min maximal bouts were added at the end of the protocol (respectively). Results pointed out the repeatability of the most frequently assessed ventilatory, metabolic and biomechanical variables during the incremental protocol, well characterizing the swimmers physiological condition at the evaluation moment. When using a respiratory snorkel, especially at higher intensities, swimmers seem to adopt a different breathing pattern, losing the imposed synchronization with stroke rate (due to face immersion and restricted ventilation). Given the advantages of assessing oxygen uptake through backward extrapolation and the analysis of its off-transient kinetics, the development and validation of VO2FITTING (an open-source software to characterize oxygen uptake kinetics during continuous exercise) for post-exercise data was conducted. Regarding the bioenergetic profiles, the aerobic and anaerobic metabolisms have different behaviours and relative contributions along the velocities in the three exercise modes. When considering low to extreme velocities, exercise economy is better described by an exponential model. With the increase in intensity and energy demand, there is a constant adaptation of physiological responses and technical patterns, reflecting the close interaction between these mechanisms. In the three exercise modes, the ventilation rise along the intensities seems to be mainly caused by increases in respiratory frequency, while tidal volume was maintained. This analysis allowed a deeper understanding of performance depending on the intensity, improving training evaluation and prescription.

Language: English