Cerebral Regulation in Different Maximal Aerobic Exercise Modes

Abstract

We investigated cerebral responses, simultaneously with peripheral and ratings of perceived exertion (RPE) responses, during different VO2MAX-matched aerobic exercise modes. Nine cyclists (VO2MAX of 57.5 ± 6.2 ml·kg−1·min−1) performed a maximal, controlled-pace incremental test (MIT) and a self-paced 4 km time trial (TT4km). Measures of cerebral (COX) and muscular (MOX) oxygenation were assessed throughout the exercises by changes in oxy- (O2Hb) and deoxy-hemoglobin (HHb) concentrations over the prefrontal cortex (PFC) and vastus lateralis (VL) muscle, respectively. Primary motor cortex (PMC) electroencephalography (EEG), VL, and rectus femoris EMG were also assessed throughout the trials, together with power output and cardiopulmonary responses. The RPE was obtained at regular intervals. Similar motor output (EMG and power output) occurred from 70% of the duration in MIT and TT4km, despite the greater motor output, muscle deoxygenation (↓ MOX) and cardiopulmonary responses in TT4km before that point. Regarding cerebral responses, there was a lower COX (↓ O2Hb concentrations in PFC) at 20, 30, 40, 50 and 60%, but greater at 100% of the TT4km duration when compared to MIT. The alpha wave EEG in PMC remained constant throughout the exercise modes, with greater values in TT4km. The RPE was maximal at the endpoint in both exercises, but it increased slower in TT4km than in MIT. Results showed that similar motor output and effort tolerance were attained at the closing stages of different VO2MAX-matched aerobic exercises, although the different disturbance until that point. Regardless of different COX responses during most of the exercises duration, activation in PMC was preserved throughout the exercises, suggesting that these responses may be part of a centrally-coordinated exercise regulation.

Traditional Models of Fatigue and Physical Performance

“…However, it is possible that the connection between cortical areas such as orbitofrontal, prefrontal and anterior cingulate, in addition to subcortical areas such as the thalamus, amygdala, and brainstem, is involved. It is not known, for sure, which brain structures would play a role in regulating exercise 49,60 . Conditions of peripheral organs and muscles, signaled by afferent nerves of group III and IV, would reach regions of the brainstem and later, interoceptive regions of the cortex or subcortex, which are involved with motor planning and decision making.…”

Efeitos do bochecho com carboidrato sobre o desempenho físico, respostas cerebrais e psicofisiológicas de ciclistas mentalmente fadigados durante um teste incremental máximo

“…De fato, algumas substâncias (i.e. cafeína) parecem, de certo modo, ter efeito placebo sobre o desempenho de ciclismo (BEEDIE et al, 2006;BRIETZKE et al, 2017b;FOAD;COLEMAN, 2008;PIRES et al, 2018c) (BRÜMMER et al, 2011a(BRÜMMER et al, , 2011bPIRES et al, 2018c), uma vez que estudos têm demonstrado que a ativação de importantes regiões cerebrais responde de maneira diferente em diferentes modelos de exercício (BRÜMMER et al, 2011b;PIRES et al, 2016), e tem sido associada às respostas perceptivas e de desempenho físico (PIRES et al, 2018c;MARINO, 2015MARINO, , 2016. Nesse sentido, embora tenhamos obtido sinal de EEG com qualidade razoável durante exercício, não analisamos o sinal de EEG em nenhuma das derivações medidas em intensidade acima dos 75 % do TIM preliminar, pois a presença de artefatos originados pela excessiva movimentação de cabeça e tronco em altas intensidades poderiam limitar a qualidade do sinal (THOMPSON et al, 2008).…”

Efeitos da ingestão de cafeína sobre o desempenho de ciclistas mentalmente fadigados durante um teste de ciclismo contrarrelógio de 20km

“…Esses resultados concordaram com um recente estudo que avaliou ciclistas mentalmente fadigados (PIRES et al, 2018a), reforçando a hipótese de uma provável conexão entre a lentificação do CPF e o desempenho prejudicado durante exercício de endurance que requeira a manutenção do controle inibitório e a capacidade de lidar com sensações aversivas (BRICK;MACINTYRE;CAMPBELL, 2014;MARTIN et al, 2016;MICKLEWRIGHT et al, 2016;MURAVEN;BAUMEISTER, 2000). Tem sido proposto que o CPF desempenhe um papel importante na regulação do ritmo do exercício, já que o CPF está envolvido em um comportamento pró-ativo direcionado por objetivos (EKKEKAKIS, 2009;COHEN, 2001;PIRES et al, 2016). MARTIN et al, 2018;QI et al, 2017).…”

“…Em contraste, os ciclistas recreacionais podem ser acometidos com fadiga mental quando competem e treinam, devido às rotinas de treinamento aeróbico de alto volume combinadas com um estilo de vida restrito nas atividades diárias (MARTIN et al, 2016;YEUNG, 1996). Os resultados do presente estudo são aplicados a situações práticas, pois verificamos que CAF pode bloquear efeitos negativos de fadiga mental no desempenho de endurance durante um teste de ciclismo TT baseado na distância, que pode se assemelhar mais às condições encontradas nas competições de ciclismo e sessões de treinamento (ABBISS et al, 2016b;PINHEIRO;PIRES, 2016;SILVA et al, 2014).…”

“…De fato, a lentificação da ativação cortical causada pela fadiga mental piora a condução das informações neurais para o músculo, reduzindo o output motor(MARTIN et al, 2018;VAN CUTSEM et al, 2017b). Como previamente argumentado, uma lentificação do CPF induzida pela fadiga mental pode ser uma ameaça para um desempenho bem-sucedido no TT20km, já que o CPF está envolvido em um comportamento pró-ativo e dirigido por objetivos(EKKEKAKIS, 2009;COHEN, 2001;PIRES et al, 2016). No presente estudo, observamos que a CAF bloqueou a redução da ativação do CPF induzida pela tarefa de alta demanda cognitiva, aumentando assim o desempenho cognitivo e atenuando mudanças psicológicas, como sensação de fadiga mental, motivação, ativação e respostas relativas ao humor.…”