The potential of elastic bands to optimize ocular and cardiovascular responses, subjective effort, and performance in squats

Introduction Physical exercise and sports practice are common habits in most population groups. Physical exercise and more specifically resistance training have innumerable benefits for health and performance. To maximize these benefits, it is necessary to evaluate performance and physiological adaptations that can be achieved depending on the methodological features of the activity or exercise performed. As presented in Chapter 1, different training program variables (e.g., exercise selection, intensity, volume, effort level, and materials used) produce different responses. Therefore, the study of varied training methodologies is required. The squat is one of the most commonly selected exercises for resistance training routines due to its similarity to a wide range of athletic and everyday activities. Each different squat variation presents different biomechanical characteristics and entails different neuromuscular acute effects. Consequently, it is necessary to study the squat exercise and its different variations to deeply understand the movement and to individualize resistance training programs. Concerning materials, elastic bands are increasing in popularity for resistance training with both health and performance purposes. Elastic bands provide greater resistance (more kilograms) when they are longer and fewer kilograms when they are shortened. Accordingly, from a performance perspective, elastic bands can provide optimum resistance throughout the range of motion in squats. For squats, elastic bands are usually attached to the bar to provide the pertinent resistance measured at the participant’s standing position, as is done when using weight plates to load the bar. Therefore, the weight at the participant’s standing position is the same whether one uses elastic bands or weight plates. However, elastic bands provide less weight throughout the range of movement below this point. This makes the comparison between elastic bands and weight plates in terms of used resistance uneven. Within the range of motion of certain resistance training exercises such as the squat, there exists the so-called sticking region. The sticking region is defined as the part of the range of motion in which a disproportionally large increase in difficulty occurs, and this is considered a mechanical constraint. Bearing this in mind, the question arises whether elastic bands could be attached to the bar right above the sticking point (the point at which the sticking region ends) to provide the pertinent weight. This would make it possible to obtain less weight in the parts of the range of motion that are biomechanically disadvantageous and more weight in the biomechanically efficient parts of the exercise. Attaching the elastic bands to the bar immediately above the sticking point would therefore result in more weight during more degrees of movement and less weight during fewer degrees of movement compared to weight plates. Therefore, this way of applying the elastic bands could be a useful strategy to overcome the squat sticking point and enhance performance. This new methodology could allow participants to perform more repetitions with more weight compared with what they would be able to move with weight plates. To the best of our knowledge, no previous research has evaluated the effects of attaching the elastic bands to the bar immediately above the squat sticking point. The elastic bands would therefore be providing the pertinent weight at the sticking point instead of at the standing position of the participant. Focusing on health, resistance training has been shown to influence cardiovascular and ocular parameters both acutely and chronically. This influence on cardiovascular (e.g., systolic and diastolic blood pressure, mean arterial blood pressure, pulse pressure) and ocular parameters (e.g., intraocular pressure, ocular perfusion pressure) could vary depending on training program variables such as the weight used, the level of effort, or the materials used. These cardiovascular and ocular acute adaptations could be detrimental rather than beneficial for the development and progression of cardiovascular conditions associated with blood pressure such as hypertension, which is the leading modifiable risk factor for cardiovascular disease and premature death. Furthermore, dramatic increases or fluctuations of intraocular pressure and/or ocular perfusion pressure decreases could entail a risk for the development of ocular conditions such as primary open-angle glaucoma, which is the second most common cause of irreversible blindness worldwide. Responses of the cardiovascular system to physical exercise have been widely studied with relatively homogeneous results. On the other hand, there is controversy regarding the intraocular pressure behavior with certain physical exercise methodologies such as resistance training, including the squat. While several studies indicate that intraocular pressure increases and ocular perfusion pressure decreases with resistance training, other research has found the opposite. It is worth highlighting that in the deepest phases of the squat, the intraabdominal pressure rises, and this could lead to intracranial pressure and intraocular pressure elevation. Therefore, considering that elastic bands modify the kilograms provided throughout the range of motion, the question arises whether the use of elastic bands to load the bar in squats may provoke different cardiovascular and/or ocular acute adaptations compared to traditional resistance training devices (in particular, weight plates). Furthermore, numerous studies have shown that sex, age, central corneal thickness, and baseline levels of intraocular pressure, inter alia, could be correlated with intraocular pressure levels and fluctuations. In consequence, it is crucial to understand the moderating role that sociodemographic and physiological variables can play in individual variations of intraocular pressure with exercise. We did not find previous studies analyzing the prediction potential of sex, age, baseline levels of intraocular pressure, and baseline levels of central corneal thickness in the variations of intraocular pressure caused by exercise. Aims Bearing in mind what has been mentioned in the introduction, the compendium composing the present doctoral thesis was aimed at assessing the potential use of elastic bands to load the bar in squats and its relationship with ocular and cardiovascular health parameters, subjective effort, and performance. Additionally, two preliminary studies were designed to identify potential predictors of the intraocular pressure variations after exercise and to select the most appropriate squat variation for the present project, respectively. The study design, main results, and conclusions of each of the four articles included in the compendium, which justify the original contribution of the present doctoral thesis, are presented below. First study: The potential of sex, age, and baseline intraocular pressure to predict intraocular pressure variations with exercise The first article of the compendium is included in Chapter 2. It was aimed at identifying mediator parameters in the intraocular pressure changes after exercise. For this purpose, a multiple linear regression was conducted with age, sex, baseline intraocular pressure levels, and baseline central corneal thickness levels as potential predictors of intraocular pressure variations after a 90-minute acrobatic gymnastics session. Forty-nine healthy gymnasts with at least six months of experience (63.27% females, age: 27.67 ± 7.10 years, range: 18–40 years) voluntarily agreed to participate in the study. Two sessions were conducted. One session was used for familiarization and to confirm the suitability of the participants for the study according to the inclusion criteria. The second session was conducted to complete the research procedures. In this experimental session, measurements of the selected variables (intraocular pressure, central corneal thickness) were performed before the training session and between 5 and 10 minutes after finishing the exercise. The session lasted 90 minutes. For the statistical analyses, participants were divided according to their sex and age with groups of young adults (≤ 25 years) and adults (> 25 years). Furthermore, participants were stratified into three groups according to their resting intraocular pressure levels (low, medium, or high). For this purpose, preexercise intraocular pressure levels of the sample were divided into terciles (with limits at 14 and 17 mmHg). A mixed-factorial analysis of variance (ANOVA) evaluated differences between groups and between the preexercise and postexercise values. Sex, age, and intraocular pressure levels were included as the between-subject factors. On the other hand, exercise was used as the within-subject factor. In addition, a multiple linear regression was conducted to potentially predict the intraocular pressure variations due to the exercise. The level of significance was uniformly established at p < 0.05. The results of this study show that intraocular pressure levels obtained after the training session were significantly lower than preexercise values (p < 0.001, effect size: 0.73). Central corneal thickness was not significantly modified due to the exercise effect (p = 0.229). It is worth highlighting that baseline intraocular pressure (p = 0.007) and sex (p = 0.001) appeared as significant predictors of the intraocular pressure variations with exercise. More specifically, males, participants older than 25 years, and participants with baseline intraocular pressure levels above 14 mmHg experienced significant decreases in the postexercise values compared with preexercise values (p ≤ 0.001 in all cases, effect sizes between 0.57 and 1.02). In contrast, females, participants younger than 25 years, and participants with resting intraocular pressure levels equal or below 14 mmHg did not show significant intraocular pressure variations after the exercise (significance levels [p] between 0.114 y 0.312). Significant differences in the intraocular pressure variations were observed between the participants with resting intraocular pressure equal to or below 14 mmHg and subjects with resting intraocular pressure equal to or above 17 mmHg (p = 0.008, effect sizes: 0.96). These results confirm that intraocular pressure behavior after exercise is multifactorial. Professionals working with people at risk of suffering high intraocular pressure should account for individual difference such as age, sex, and baseline intraocular pressure levels when programming training adapted to each subject situation. Second study: Characterization of the main squat variations The second article of the compendium, which is presented in Chapter 3, gathers biomechanical, kinetic, and myoelectric information about the most common squat variations (i.e., high-bar back squat, low-bar back squat, front squat, overhead squat, and guided squat). This study aimed to obtain scientific information to select the most appropriate squat variation to be included as a reference in the subsequent studies of the present doctoral thesis. A systematic review of the literature was conducted using four databases and different manual searches. Thirty articles were retrieved after filtering according to the eligibility criteria. The quality of the included studies was assessed with the Physiotherapy Evidence Database (PEDro) scale. All studies obtained scores of between 5 and 6 points out of 6 possible points. Selected squat variations were the high-bar back squat (analyzed by 26 articles), low- bar back squat (analyzed by one article), front squat (analyzed by five articles), overhead squat (analyzed by two articles), and guided squat performed using a Smith machine (analyzed by two articles). Gluteus maximus, gluteus medialis, adductors, vastus lateralis, vastus medialis, rectus femoris, biceps femoris, semitendinosus, tibialis anterior, gastrocnemius, and soleus were included as muscles acting on the hips, knees, and ankles. All variations of the squat exercise begin with the participant in the standing position. Synergistic hip, knee, and ankle flexion is performed followed by extension in the ascent, which ends with the participant in the starting position. The results of the present study indicate that the squat is a knee extensors-predominant exercise, meaning that it mainly exercises the muscles of the quadriceps (vastus lateralis, vastus medialis, rectus femoris, and vastus intermedius). Although the muscles of the quadriceps are the main target of the squat exercise, modifications in the bar placement such as in the low-bar back squat can increase the activity of the hip extensors muscles. Most of the consulted investigations (26 articles) analyzed the high-bar back squat with relatively homogeneous results in terms of activation patterns. The load was identified as the major determinant of muscle activation levels. Furthermore, different technical modifications (movement depth, width of stance, hip rotation, and feet orientation) entailed different activation patterns. After the analysis was performed, the guided high-bar back squat performed using a Smith machine was selected for inclusion in the methodology of the other two studies of the present doctoral thesis analyzing the squat. Concerning the technical execution, parallel depth (as per the lines drawn by the femur and the ground) and neutral positions of stance width, hip rotation, and feet orientation were selected. Third study: The potential of elastic bands to maximize performance in squats The third article of the compendium, which comprises Chapter 4, tests a new method of loading the bar with elastic bands in squats. The pertinent weight that each participant had to use according to their one-repetition maximum percentage was added to the bar at the standing position or just above each participant’s knee sticking point using exclusively elastic bands. Twenty healthy, physically active males, with at least one year of experience in resistance training (age: 25.50 ± 5.26 years; body mass index: 24.09 ± 2.06 kg/m2; body fat: 10.16 ± 2.23%; squat one-repetition maximum: 127.10 ± 24.10 kg; ratio one-repetition maximum to body weight [relative strength]: 1.70 ± 0.36) participated in three sessions: two for assessment and familiarization and one experimental. In the experimental session, six series of squats were performed in random order (three sets using only weight plates to load the bar and three using only elastic bands to load the bar). Four sets (two using weight plates to load the bar and two using elastic bands) were performed until muscular failure, and two sets (one using weight plates to load the bar and one using elastic bands) consisted of submaximal efforts. A goniometer was used to measure the angle of the knee sticking point, and the height of the barbell at this point was marked. Elastic bands were attached to the bar just above this point of the range of motion in the pertinent condition. The weight at the standing position, number of repetitions performed, heart rate, blood pressure, and rate of perceived effort were measured immediately after the completion of each set. An analysis of variance of one-way repeated measurements with Bonferroni adjustments and nonparametric Friedman and Wilcoxon tests were conducted to evaluate differences between the study variables in the different squat conditions. The level of significance was uniformly established at p < 0.05. When weights were equated at the standing position between weight plates and elastic bands, elastic bands permitted participants to perform approximately eight more repetitions (p < 0.001; effect size: 2.44) with the same weight at the standing position (less at the deepest positions), with similar internal load responses (i.e., blood pressure, rate of perceived exertion) compared to weight plates. On the other hand, when weights were equated just above the sticking point between weight plates and elastic bands, elastic bands allowed participants to perform approximately three more repetitions (p = 0.001, effect size: 1.27) with approximately 25% more kilograms (p = 0.001, effect size: 1.15) at the standing position (same kilograms at the sticking point and less kilograms below the sticking point) with similar blood pressure and heart rate responses (p > 0.05). These results confirm that elastic bands could be an optimal material to load the bar for squats for young, trained males. Furthermore, the results suggest that the methodology of adding the pertinent weight just above the sticking point using elastic bands could be useful to increase squat performance. This would be obtained through the overcoming of the biomechanically disadvantageous phase of the squat in which technique is compromised and failure occurs. The findings of this study establish the foundation for future research regarding using elastic bands to improve physical performance. Among other future research lines, medium- or long-term intervention studies should evaluate the potential of the training stimulus provided by the elastic bands attached to the bar immediately above the sticking point in the squat and/or other resistance training exercises to produce chronic adaptations. Additionally, it would be interesting to evaluate whether the same increase in weight and number of repetitions is obtained when directly adding 25% more weight at the participant’s standing position compared to the methodology of loading the bar just above the sticking point. Fourth study: Elastic bands as a device to provoke conservative ocular and cardiovascular responses With the results of Chapters 2, 3, and 4 in mind, the fourth and last published article of the compendium, which comprises Chapter 5, assessed the potential ocular and cardiovascular responses after squatting using elastic bands to load the bar. Additionally, the study evaluated whether these physiological responses were similar compared to those squatting using weight plates. The main aim of the study was to examine ocular (intraocular pressure, ocular perfusion pressure, and central corneal thickness) and cardiovascular (mean blood pressure, pulse pressure, and heart rate) responses produced by squatting using weight plates or elastic bands to load the bar. Furthermore, the responses after a maximal or submaximal effort level were compared. Twenty healthy, physically active males with at least one year of experience in resistance training voluntarily participated in the study (age: 25.55 ± 4.75 years; body mass: 75.67 ± 9.02 kg; body mass index: 24.04 ± 2.11 kg/m2; body fat: 10.19 ± 2.29%; kilograms for one-repetition maximum: 126.53 ± 24.62 kg; ratio one-repetition maximum to body weight [relative strength]: 1.68 ± 0.35). Two sessions were conducted: one for assessment and familiarization and one experimental trial. In the experimental session, the participants performed repetitions to failure and submaximal repetitions at 75% of their one-repetition maximum using weight plates or elastic bands (added at the participants’ standing position) to load the bar. A total of four different sets were performed (two using elastic bands to load the bar and two using weight plates). Preexercise measurements of each cardiovascular and ocular parameter were taken. Each of the four sets was then performed in random order after a standardized warm-up. Cardiovascular measurements were taken immediately after the completion of each set. Ocular measurements were uniformly started one minute after the exercise. An analysis of variance of two-way repeated measurements evaluated differences between the squat conditions performed. The material used (elastic bands or weight plates) and effort level (maximal or submaximal) were used as the within-subject factors. A significance level of p < 0.05 was established. Elastic bands permitted performing more repetitions with the same weight at the standing position (fewer at the deepest phases of the squat) compared to weight plates. Regarding the physiological parameters analyzed related to the present doctoral thesis, intraocular pressure was significantly lower than before the exercise (effect sizes between 0.73 and 1.00). Similarly, mean ocular perfusion pressure (effect sizes between 1.14 and 1.36), heart rate (effect sizes between 2.42 and 2.77), pulse pressure (effect sizes between 0.80 and 1.32), and mean arterial blood pressure (effect sizes between 0.85 and 1.16) were significantly higher compared with preexercise values. On the other hand, central corneal thickness did not significantly vary (p = 0.828). Cardiovascular and ocular responses were similar (p > 0.05) for the use of weight plates (fewer repetitions, more average weight) and elastic bands (more repetitions, less average weight). Although no effect of the material was observed in the ocular variables (p > 0.05), the major intraocular pressure descent (2.70 mmHg) was obtained after performing the maximum number of repetitions with elastic bands; a tendency of statistical significance was observed in the comparison with the condition consisting of a maximal number of repetitions with weight plates (mean difference: 0.55 mmHg, 95% confidence interval [-0.12–1.22], p = 0.10, effect size: 0.21). Therefore, elastic bands seem an appropriate device to load the bar in squats for subjects who should avoid intraocular pressure increments. To supplement these results, future studies should compare intraocular pressure variations throughout the range of motion when using weight plates or elastic bands to load the bar using a continuous monitoring device to differentiate between the movement phases (e.g., concentric and eccentric). Additionally, chronic intraocular pressure and ocular perfusion pressure adaptations to resistance training with elastic bands in healthy subjects, older subjects, subjects at risk of suffering glaucoma, and subjects with diagnosed glaucoma should be evaluated. The findings of the present research suggest that the total amount of work (repetitions x weight) could condition ocular and cardiovascular responses. It is recommended to control technique and movement tempo and avoid the Valsalva maneuver with the aim of maintaining conservative intraocular pressure responses. With this in mind, elastic bands and weight plates could be interchangeably used to load the bar in squats in terms of ocular and cardiovascular responses. Optometrists, ophthalmologists, and strength and conditioning professionals working with people at risk of suffering elevated intraocular pressure or other factors associated with glaucoma development could find the findings of this study useful. Conclusions The findings of the present doctoral thesis shown through the results of the four articles developed establish a foundation for future research with elastic bands from a performance approach. Similarly, results obtained regarding ocular and cardiovascular health parameters open new paths to understanding external (training programming variables) and internal (sociodemographic and physiological) factors potentially conditioning physiological acute adaptations to exercise. Responding to the hypotheses of the present thesis, the main conclusions to highlight are presented hereafter. First, the intraocular pressure after performing an acrobatic gymnastics training session is lower than preexercise values, obtaining significant differences between sexes, age groups, and groups based on baseline intraocular pressure. Baseline intraocular pressure levels and sex were encountered as significant predictors of the intraocular pressure variations provoked by exercise. Second, elastic bands, when attached to the bar with the pertinent weight just above the sticking point, make it possible to use 25% more weight at the standing position and perform approximately three more repetitions compared to weight plates with nonsignificant differences in blood pressure and heart rate. Third, the intraocular pressure after squatting is lower compared with preexercise values, and mean ocular perfusion pressure, pulse pressure, and mean arterial blood pressure are higher with nonsignificant differences between using elastic bands or weight plates to load the bar. The compendium of articles composing the present doctoral thesis illuminates the potential use of elastic bands to maximize performance and maintain conservative ocular and cardiovascular responses. It also contributes to the multidisciplinary collaboration between strength and conditioning professionals, optometrists, and ophthalmologists to raise awareness of the importance of the prevention, management, and control of risk factors associated with glaucoma such as elevated intraocular pressure or fluctuations, decreased ocular perfusion pressure, and increased or decreased blood pressure.

Introducción La práctica de ejercicio físico y actividades deportivas es cada vez más habitual en la población general. El ejercicio físico y, de manera más específica el entrenamiento de la fuerza, presenta numerosos beneficios para la salud y el rendimiento de las personas. En pro de maximizar estos beneficios, se hace necesario evaluar las diferentes adaptaciones fisiológicas y de rendimiento que se pueden dar en base a las características metodológicas de la actividad o ejercicio realizados. Tal como se muestra en el Capítulo 1, existen diferentes variables de programación del entrenamiento (por ejemplo, selección de ejercicio, intensidad, volumen, carácter del esfuerzo y material empleado) que conllevarán diferentes respuestas fisiológicas y de rendimiento. Por tanto, es necesario analizar una variedad de metodologías. En este sentido, la sentadilla es uno de los ejercicios más seleccionados para rutinas de entrenamiento de la fuerza debido a su similitud con un amplio rango de actividades atléticas y del día a día. Las diferentes variantes de la sentadilla presentan diferentes características biomecánicas y diferentes efectos neuromusculares agudos. En consecuencia, el estudio de la sentadilla y sus diferentes variantes es necesario para comprender en profundidad el movimiento e individualizar los programas de entrenamiento de la fuerza. En cuanto al material, las bandas elásticas están incrementando en popularidad para el entrenamiento de la fuerza, tanto con objetivos de salud, como de rendimiento. Las bandas elásticas aportan una mayor resistencia (más kilogramos) cuando su longitud es mayor y menos kilogramos cuando su longitud es menor. Por tanto, desde una perspectiva de rendimiento en el ejercicio de la sentadilla, las bandas elásticas podrían proporcionar una resistencia óptima a lo largo del rango de movimiento. En este sentido, para realizar sentadillas, las bandas elásticas se suelen cargar a la barra con el peso correspondiente en la posición de bipedestación del participante, como se suele hacer cuando se utilizan discos para cargar la barra. Por tanto, los kilogramos que el participante está utilizando en bipedestación serían los mismos independientemente de que se usen bandas elásticas o discos. Sin embargo, durante todo el rango de movimiento por debajo de este punto, las bandas elásticas estarían aportando menos peso que los discos y, por tanto, la comparación en cuanto a resistencia movilizada quedaría descompensada. Dentro del rango de movimiento de algunos ejercicios de fuerza, como la sentadilla, existe la llamada zona de estancamiento (sticking region). La zona de estancamiento se define como la parte del rango de movimiento en la que tiene lugar un aumento desproporcionado de la dificultad para realizar el movimiento, debido a factores biomecánicos. Con esto en mente, surge la cuestión de si las bandas elásticas pudieran ser cargadas a la barra con los kilogramos correspondientes justo por encima del punto de estancamiento (sticking point, punto en el que se termina la zona de estancamiento) para obtener menos peso en las partes del rango de movimiento que son biomecánicamente desventajosas y más peso en las partes que son biomecánicamente eficientes. Esta aplicación de las bandas elásticas podría resultar en más peso durante más grados de movimiento y menos peso durante menos grados de movimiento en comparación con el uso de discos. Por tanto, esta manera de aplicar las bandas elásticas podría ser una estrategia útil para superar el punto de estancamiento (sticking point) en el ejercicio de sentadilla y maximizar el rendimiento. Esta nueva metodología de aplicar las bandas elásticas podría permitir a los participantes realizar más repeticiones y obtener más peso del que serían capaces de movilizar utilizando discos para cargar la barra. Ningún estudio previo ha evaluado los efectos de cargar las bandas elásticas a la barra con el peso pertinentes por encima del punto de estancamiento en la sentadilla. Enfocándonos en salud, el entrenamiento de la fuerza ha mostrado tener influencia en parámetros oculares y cardiovasculares, tanto de manera aguda como crónica. Esta influencia en parámetros cardiovasculares (por ejemplo, presión arterial sistólica y diastólica, presión arterial media, presión del pulso, etcétera) y oculares (por ejemplo, presión intraocular y presión de perfusión ocular) difiere dependiendo de las variables de programación del entrenamiento, como, por ejemplo, el peso utilizado, el carácter del esfuerzo y el material empleado. En este sentido, algunas de estas adaptaciones agudas cardiovasculares y oculares, en lugar de beneficiosas, podrían ser peligrosas para el desarrollo y progresión de enfermedades. Entre ellas, aparecen enfermedades cardiovasculares asociadas con la presión arterial elevada, como puede ser la hipertensión, factor principal modificable para enfermedad cardiovascular y muerte prematura. También, aumentos drásticos o fluctuaciones de presión intraocular y/o disminuciones de presión de perfusión ocular podrían suponer un riesgo para el desarrollo de enfermedades oculares, como lo es el glaucoma primario de ángulo abierto, segunda causa de ceguera irreversible en todo el mundo. El comportamiento de parámetros cardiovasculares con ejercicio ha sido estudiado en mayor medida con resultados homogéneos. Por lo contrario, existe cierta controversia en cuanto al comportamiento de la presión intraocular con ciertas metodologías de ejercicio físico, tales como el entrenamiento de la fuerza, incluyendo el ejercicio de sentadilla. Mientras que algunos estudios aseguran aumentos de presión intraocular y reducciones de presión de perfusión ocular con el entrenamiento de fuerza, otras investigaciones detectaron disminuciones en estos parámetros. Cabe destacar, que en las fases más profundas de la sentadilla se dan aumentos de presión intraabdominal y que esto, podría dar lugar a aumentos de la presión intracraneal y presión intraocular. Por tanto, teniendo en mente que las bandas elásticas modifican los kilogramos utilizados a lo largo del rango de movimiento, surge la pregunta de si utilizar bandas elásticas para cargar la barra en sentadillas podría producir diferentes respuestas agudas oculares y/o cardiovasculares en comparación con los dispositivos de entrenamiento tradicionales (en particular, discos). Además, numerosos estudios han mostrado que el sexo, la edad, el espesor corneal central y los niveles basales de presión intraocular, entre otros parámetros, pueden estar correlacionados con los niveles de presión intraocular y sus fluctuaciones. Por consiguiente, es crucial conocer el rol moderador que variables sociodemográficas y fisiológicas pueden tener en las variaciones individuales de presión intraocular debido al ejercicio. No se han encontrado estudios previos analizando el potencial predictor del sexo, la edad, los niveles de reposo de presión intraocular y de espesor corneal central en las variaciones de presión intraocular tras la práctica de ejercicio físico. Objetivos Tomando en consideración lo mencionado en la introducción, el compendio de artículos que constituye la presente tesis doctoral tiene el objetivo de evaluar el uso potencial de las bandas elásticas para cargar la barra en sentadillas y su relación con parámetros de salud ocular y cardiovascular, esfuerzo subjetivo y rendimiento. Además, se diseñaron dos estudios preliminares para identificar predictores potenciales de las variaciones de presión intraocular tras el ejercicio y para seleccionar la variación de sentadilla más apropiada para el presente proyecto, respectivamente. A continuación, se muestra el diseño, los principales resultados y las conclusiones de cada uno de los cuatro artículos dentro del compendio, justificativos de la aportación original de esta tesis. Primer estudio: El potencial del sexo, la edad y los niveles basales de presión intraocular para predecir las variaciones de presión intraocular con ejercicio El primer artículo del compendio está incluido en el Capítulo 2. Este tenía el objetivo de identificar y profundizar en parámetros mediadores en los cambios de presión intraocular después del ejercicio. Para este propósito, una regresión lineal múltiple se llevó a cabo con la edad, sexo, niveles basales de presión intraocular y niveles basales de espesor corneal central como potenciales predictores de las variaciones de presión intraocular tras una sesión de noventa minutos de gimnasia acrobática. Cuarenta y nueve gimnastas, con experiencia de al menos seis meses y con buena salud ocular (63.27% mujeres, edad: 27.67 ± 7.10 años, rango: 18 - 40 años) accedieron a participar en el estudio de manera voluntaria. Se llevaron a cabo dos sesiones, una de familiarización para confirmar la validez de los participantes para el estudio según los criterios de inclusión, y una sesión experimental para llevar a cabo los procedimientos de investigación. En la sesión experimental se tomaron medidas de las variables seleccionadas para el estudio, antes de la sesión de entrenamiento y entre 5 y 10 minutos al terminar el ejercicio. La sesión tenía una duración de 90 minutos. Para los análisis estadísticos, los participantes fueron divididos según sexo y edad, en adultos jóvenes (≤ 25 años) y adultos (> 25 años). De la misma manera, se dividió a los sujetos en tres grupos en función de los niveles de presión intraocular de reposo (bajos, medios y altos). Para ello, los niveles de presión intraocular obtenidos antes del ejercicio se dividieron en terciles (con límites en 14 y 17 mmHg). Un análisis de la varianza (ANOVA) mixto factorial evaluó diferencias entre grupos y entre valores antes y después del ejercicio. Se determinaron el sexo, la edad y los niveles basales de presión intraocular como factores inter- sujeto y el ejercicio como factor intra-sujeto. Además, se llevó a cabo una regresión lineal múltiple para potencialmente predecir las variaciones de presión intraocular por efecto del ejercicio físico. El nivel de significancia fue uniformemente establecido en p < 0.05. Los resultados mostraron que los niveles de presión intraocular obtenidos tras la sesión de entrenamiento eran significativamente menores que los niveles medidos antes del ejercicio (p < 0.001, tamaño del efecto: 0.73) y que el espesor corneal central no se modificó de manera significativa (p = 0.229). Cabe destacar que los niveles de reposo de presión intraocular (p = 0.007) y el sexo (p = 0.001) aparecieron como predictores significativos de las variaciones de presión intraocular debidas al ejercicio. De manera más específica, los hombres, los sujetos mayores de 25 años y los sujetos con niveles de presión intraocular de reposo por encima de 14 mmHg obtuvieron disminuciones significativas de presión intraocular tras el ejercicio (p ≤ 0.001 en todos los casos, tamaños del efecto entre 0.57 y 1.02). En cambio, las mujeres, los sujetos menores de 25 años y los sujetos con niveles de presión intraocular de reposo iguales o por debajo de 14 mmHg no mostraron variaciones significativas de presión intraocular tras el ejercicio (valores de significancia [p] entre 0.114 y 0.312). Se observaron diferencias significativas en las variaciones de presión intraocular entre los sujetos con presión intraocular de reposo por debajo o iguales a 14 mmHg y los sujetos con presión intraocular igual o mayor de 17 mmHg (p = 0.008, tamaño del efecto: 0.96). Estos resultados confirman que el comportamiento de la presión intraocular tras el ejercicio es multifactorial. Los profesionales que trabajen con personas con riesgo de padecer presión intraocular elevada deberían tener en cuenta diferencias individuales como el sexo, la edad y los niveles basales de presión intraocular para programar entrenamientos acordes a la situación de cada sujeto. Segundo estudio: Caracterización de las variantes de sentadilla más comunes El segundo artículo del compendio, incluido en el Capítulo 3, recoge una caracterización de la información biomecánica, kinesiológica, y mioeléctrica de las variaciones de sentadilla más comunes (es decir, sentadilla trasera barra alta, sentadilla trasera barra baja, sentadilla frontal, sentadilla con barra por encima de la cabeza y sentadilla guiada). El objetivo de este estudio fue obtener información de la literatura científica para seleccionar la variante de sentadilla más adecuada y ser esta incluida como referencia en las siguientes investigaciones de la presente tesis doctoral. Para lograrlo, se llevó a cabo una revisión sistemática en cuatro bases de datos y diferentes búsquedas manuales. Tras pasar los filtros basados en los criterios de selección de artículos se recopilaron 30 artículos. La calidad de los estudios incluidos se evaluó mediante la escala PEDro, obteniendo todos ellos una puntuación de entre 5 y 6 sobre un máximo de 6 puntos. Las variantes de sentadillas escogidas fueron la sentadilla trasera con barra alta (26 artículos la analizaban), sentadilla trasera con barra baja (un artículo la analizaba), sentadilla frontal (cinco artículos la analizaban), sentadilla con barra por encima de la cabeza (dos artículos la analizaban) y sentadilla trasera con barra alta realizada en máquina Smith (dos artículos la analizaban). Se incluyeron el glúteo mayor, glúteo medio, aductores, vasto lateral, vasto medial, recto femoral, bíceps femoral, semitendinoso, tibial anterior, gastrocnemio y sóleo, como musculatura que actúa sobre las caderas, rodillas y tobillos. La ejecución de la sentadilla, común a todas las variantes, inicia con el participante en posición de bipedestación. Se realiza una flexión sinergista de cadera, rodilla y tobillo en el descenso, seguida de una extensión en el ascenso, para terminar con el participante en la posición inicial. Los resultados de la presente revisión, a nivel general, mostraron que la sentadilla es un ejercicio en el que se activa predominantemente la musculatura extensora de la rodilla, es decir principalmente los músculos del cuádriceps (vasto lateral, vasto medial, recto femoral y vasto intermedio). A pesar de esto anterior, modificaciones en la posición de la barra pueden aumentar la actividad de la musculatura extensora de la cadera, como por ejemplo en la sentadilla trasera con barra baja. La mayoría de las investigaciones examinadas (26 artículos) analizaron la sentadilla trasera con barra alta, con resultados relativamente homogéneos en cuanto a los patrones de activación. La carga fue identificada como el mayor determinante de los niveles de activación muscular. Además, se observó que diferentes modificaciones técnicas (profundidad del movimiento, separación de los pies, rotación de las caderas, orientación de las puntas de los pies) conllevaban diferentes patrones de activación muscular. Tras todos los análisis realizados, la sentadilla trasera con barra alta y realizada en máquina Smith fue seleccionada para ser incluida en la metodología de los otros dos estudios sobre sentadillas de esta tesis. Respecto a la ejecución técnica, se escogió una profundidad de sentadilla hasta la paralela del fémur con el suelo y posiciones neutras en cuanto a separación de pies, rotación de caderas y orientación de las puntas de los pies. Tercer estudio: El potencial de las bandas elásticas para maximizar el rendimiento en sentadillas El tercer artículo del compendio, presentado en el Capítulo 3, pone a prueba un nuevo método de cargar la barra con bandas elásticas en sentadillas. El peso pertinente que cada participante debía movilizar en función del porcentaje de la repetición máxima fue añadido a la barra utilizando exclusivamente bandas elásticas en la posición de bipedestación o justo por encima del punto de estancamiento (sticking point) de la rodilla de cada participante. Veinte hombres sanos y físicamente activos, con al menos un año de experiencia en el entrenamiento de la fuerza (edad: 25.50 ± 5.26 años; índice de masa corporal: 24.09 ± 2.06 kg/m2; grasa corporal: 10.16 ± 2.23%; kilogramos para una repetición máxima en sentadilla: 127.10 ± 24.10 kg; ratio kilogramos para una repetición máxima por peso corporal [fuerza relativa]: 1.70 ± 0.36), participaron en tres sesiones: dos para evaluación y familiarización y una experimental. En la sesión experimental, se realizaron seis series (tres utilizando exclusivamente discos para cargar la barra y tres utilizando sólo bandas elásticas) de sentadillas en orden aleatorio. Cuatro series (dos con discos y dos bandas elásticas) fueron realizadas hasta el fallo muscular y dos series (una con discos y una con bandas elásticas) consistieron en esfuerzos submáximos. La altura a la que se encontraba la barra en el punto de estancamiento de cada participante se marcó tras medir el punto mediante goniometría en la articulación de la rodilla. En la condición correspondiente, las bandas elásticas se aplicaron con el peso pertinente justo por encima de este punto. Inmediatamente al terminar cada serie, se midieron los kilogramos utilizados en bipedestación, el número de repeticiones realizadas, frecuencia cardíaca, presión arterial y ratio de esfuerzo percibido. Se llevaron a cabo un análisis de la varianza de medidas repetidas de una vía con ajustes de Bonferroni y pruebas no paramétricas de Friedman y Wilcoxon para evaluar diferencias en las variables de estudio entre las distintas condiciones de sentadilla. El nivel de significancia fue uniformemente establecido en p < 0.05. Cuando el peso era equiparado entre discos y bandas elásticas en posición de bipedestación, las bandas elásticas permitieron realizar alrededor de ocho repeticiones más (p < 0.001; tamaño del efecto: 2.44) con los mismos kilogramos en posición de bipedestación (menos en fases más profundas), con respuestas de carga interna similares (presión arterial, ratio de esfuerzo percibido) en comparación con los discos. En cambio, cuando las bandas elásticas se aplicaron justo por encima del punto de estancamiento, estas permitieron realizar alrededor de tres repeticiones más (p = 0.001, tamaño del efecto: 1.27) con aproximadamente 25% más kilogramos (p = 0.001, tamaño del efecto: 1.15) en la posición de bipedestación (mismo peso en el punto de estancamiento y menos peso por debajo del mismo) y con respuestas similares de presión arterial y frecuencia cardíaca (p > 0.05). Estos resultados confirman que las bandas elásticas pueden ser un material óptimo para cargar la barra en entrenamientos de la fuerza en el ejercicio de sentadilla en hombres jóvenes entrenados. Además, sugieren que la aplicación justo por encima del punto de estancamiento podría ser una metodología útil para aumentar el rendimiento mediante la superación de la fase del movimiento más biomecánicamente desventajosa de la sentadilla, en la que se suele perder la técnica y tener lugar el fallo. Los hallazgos de este estudio permiten establecer la base para futuras investigaciones utilizando bandas elásticas para mejorar el rendimiento en el ejercicio físico. Entre otras futuras líneas de investigación, estudios de intervención a medio o largo plazo deberían evaluar el potencial del estímulo de entrenamiento proporcionado por aplicar las bandas elásticas justo por encima del punto de estancamiento en sentadilla y/o otros ejercicios para producir adaptaciones crónicas. También, sería interesante evaluar si se obtiene el mismo incremento en el peso y número de repeticiones cuando se añade un 25% más de la carga directamente en la posición de bipedestación en comparación con la metodología de cargar la barra justo por encima del punto de estancamiento. Cuarto estudio: Las bandas elásticas como material para provocar respuestas oculares y cardiovasculares conservadoras Basándose en los resultados de los Capítulos 2, 3 y 4, el cuarto y último artículo publicado en el compendio, descrito y desarrollado en el Capítulo 5, analizó las posibles respuestas oculares y cardiovasculares tras realizar sentadillas utilizando bandas elásticas para cargar la barra. Además, se evaluó si estas respuestas fisiológicas eran similares en comparación a las respuestas obtenidas al realizar sentadillas con discos. El objetivo principal de esta investigación fue examinar las respuestas oculares (presión intraocular, presión de perfusión ocular y espesor corneal central) y cardiovasculares (presión arterial media, presión del pulso y frecuencia cardíaca) producidas por realizar sentadillas con discos o bandas elásticas y comparar las respuestas tras un carácter del esfuerzo máximo y submáximo. Veinte hombres sanos y físicamente activos, con al menos un año de experiencia en el entrenamiento de la fuerza, participaron de forma voluntaria en el estudio (edad: 25.55 ± 4.75 años; masa corporal: 75.67 ± 9.02 kg; índice de masa corporal: 24.04 ± 2.11 kg/m2; grasa corporal: 10.19 ± 2.29 %; kilogramos para una repetición máxima en sentadilla: 126.53 ± 24.62 kg; ratio kilogramos para una repetición máxima por peso corporal [fuerza relativa]: 1.68 ± 0.35). Se llevaron a cabo dos sesiones, una de evaluación y familiarización y una experimental. En la sesión experimental se realizaron repeticiones hasta el fallo y repeticiones submáximas con un 75% de una repetición máxima con bandas elásticas (cargadas en la posición de bipedestación) o con discos. Es decir, se realizaron un total de cuatro series diferentes (dos con discos y dos con bandas elásticas). Se tomaron medidas pre-ejercicio de cada uno de los parámetros cardiovasculares y oculares. Posteriormente, tras un calentamiento estandarizado, se realizó cada una de las series en orden aleatorio. Las mediciones cardiovasculares se realizaron inmediatamente al terminar cada serie. Las mediciones oculares se iniciaron uniformemente un minuto después de terminar cada serie. Un análisis de la varianza de medidas repetidas de dos vías con el material y el carácter del esfuerzo como factores intra- sujeto evaluó diferencias entre las diferentes condiciones de sentadilla realizadas. Además, un análisis de la varianza de medidas repetidas de una vía evaluó diferencias entre los valores pre- ejercicio y los valores obtenidos tras cada una de las condiciones experimentales. Se estableció un nivel de significancia en p < 0.05. Las bandas elásticas permitieron realizar más repeticiones con los mismos kilogramos en bipedestación (menos en las partes más profundas de la sentadilla). A nivel de los parámetros fisiológicos analizados relacionados con esta tesis, la presión intraocular fue significativamente más baja que antes del ejercicio (tamaños del efecto entre 0.73 y 1.00). De la misma manera, la presión de perfusión ocular media (tamaños del efecto entre 1.14 y 1.36), la frecuencia cardíaca (tamaños del efecto entre 2.42 y 2.77), la presión del pulso (tamaños del efecto entre 0.80 y 1.32) y la presión arterial media (tamaños del efecto entre 0.85 y 1.16) fueron significativamente más altas en comparación con los valores pre-ejercicio. En cambio, el espesor corneal central no varió significativamente (p = 0.828). Se encontraron respuestas cardiovasculares y oculares similares (p > 0.05) entre el uso de los discos (menos repeticiones, más kilogramos de media) y las bandas elásticas (más repeticiones, menos kilogramos de media). Aunque no se observó un efecto significativo del material sobre los parámetros oculares (p > 0.05), el mayor descenso de presión intraocular (2.70 mmHg) se encontró tras realizar el máximo número de repeticiones con bandas elásticas; se observó una tendencia a diferencias estadísticamente significativas comparando con el máximo número de repeticiones con discos (diferencia media: 0.55 mmHg, intervalo de confianza al 95% [-0.12–1.22]; p = 0.10; tamaño del efecto: 0.21). Por tanto, las bandas elásticas parecen un dispositivo apropiado para cargar la barra en sentadillas para sujetos que deberían evitar incrementos de presión intraocular. Para complementar estos resultados, futuros estudios deberían comparar las variaciones de presión intraocular obtenidas a lo largo de todo el rango de movimiento con el uso de discos o de bandas elásticas para cargar la barra, diferenciando entre las fases del movimiento, por ejemplo, concéntrica y excéntrica. Además, se deberían evaluar las adaptaciones crónicas de presión intraocular y presión de perfusión ocular obtenidas con entrenamiento de la fuerza con bandas elásticas en sujetos sanos, sujetos mayores, sujetos en riesgo de sufrir glaucoma y sujetos con glaucoma diagnosticado. Los hallazgos de la presente investigación sugieren que la cantidad de trabajo total (repeticiones x peso) podría condicionar las respuestas oculares y cardiovasculares. Con el objetivo de mantener respuestas de presión intraocular conservadoras, a nivel general, se podría recomendar el control de la técnica, tempo de movimiento y evitar la maniobra de Valsalva. Siguiendo estos términos, los discos y las bandas elásticas podrían ser utilizados de manera indistinta en lo que a respuestas oculares y cardiovasculares se refiere. Los optometristas, oftalmólogos y/o profesionales del ejercicio físico trabajando con personas en riesgo de padecer presión intraocular elevada, u otros factores asociados al desarrollo del glaucoma, podrían encontrar de utilidad los hallazgos del presente estudio. Conclusiones Los hallazgos de la presente tesis doctoral, mostrados a través de los resultados de los cuatro artículos desarrollados, establecen una base para investigaciones futuras con bandas elásticas desde una perspectiva de rendimiento. De la misma manera, los resultados obtenidos en cuanto a parámetros de salud ocular y cardiovascular abren nuevas vías para comprender factores externos (variables de programación de entrenamiento) e internos (sociodemográficos y fisiológicos) que potencialmente condicionan las adaptaciones fisiológicas agudas al ejercicio. Las principales conclusiones a destacar y que responden a las tres hipótesis de la presente tesis doctoral se presentan a continuación. En primer lugar, la presión intraocular medida tras realizar una sesión de gimnasia acrobática es menor que antes del ejercicio, obteniéndose diferencias significativas entre sexos, grupos de edad y grupos formados según niveles de presión intraocular de reposo. Los niveles de presión intraocular en reposo y el sexo aparecieron como predictores significativos de las variaciones de presión intraocular debidas al ejercicio. Segundo, las bandas elásticas, cuando se cargan a la barra justo por encima del punto de estancamiento con el peso correspondiente, permiten utilizar un 25% más de peso en posición de bipedestación y hacer aproximadamente tres repeticiones más que el mismo porcentaje de una repetición máxima con discos, sin diferencias significativas en la presión arterial y frecuencia cardíaca. Tercero, la presión intraocular medida tras realizar sentadillas es significativamente menor que antes del ejercicio y la presión de perfusión ocular media, presión del pulso y presión arterial media más elevada, sin diferencias significativas entre el uso de bandas elásticas o discos para cargar la barra. Además de arrojar cierta luz sobre el uso potencial de las bandas elásticas y sus diferentes aplicaciones para maximizar el rendimiento, el compendio de artículos que compone la presente tesis doctoral contribuye a la colaboración multidisciplinar entre profesionales del entrenamiento de la fuerza y el acondicionamiento físico, optometristas y oftalmólogos para concienciar en la importancia de la prevención, manejo y control de factores de riesgo asociados al glaucoma como fluctuaciones de presión intraocular, presión de perfusión ocular y presión arterial.