Evaluation of changes in global and muscular bioimpedance vector (BIVA) induced by physical exercise = Avaluació dels canvis en el vector de bioimpedància (BIVA) global i muscular induïts per l’exercici físic

Abstract

[eng] This doctoral thesis explores the application of bioelectrical impedance vector analysis (BIVA) in physical activity and sports sciences, focusing on assessing body composition and fluid management in athletes. Unlike traditional electrical bioimpedance methods, BIVA offers qualitative and semi-quantitative assessments without predictive equations, thus avoiding assumptions and biases. The main objective of this research is to deepen the understanding of the changes induced by physical exercise, which can be observed through the bioimpedance vector, both at a whole-body level and at a muscular level (ML-BIVA), and contribute to developing diagnostic tools and monitoring protocols for sports. The research comprises four studies: a literature review on ML-BIVA (Study I) and quasi-experimental studies in roller hockey (Study II), cycling (Study III), and trail running (Study IV). Study II examines bioelectrical parameter responses in roller hockey players after high-intensity training, correlating them with creatine kinase levels for muscle damage assessment. Study III observes body and muscle fluid changes in professional cyclists during the Giro d'Italia, seeking correlations with anthropometric and hematological assessments. Study IV investigates how different trail running distances affect body and muscle fluids. Results demonstrate BIVA's efficacy as a non-invasive tool for real-time monitoring of athletes' physiological status. The observed short, medium and long-term variations in bioelectrical parameters (resistance, reactance and phase angle) reflect adaptations in fluid distribution and cellular functionality after physical exercise. This is particularly evident in processes such as rehydration, recovery and changes in body composition and cellular health. ML-BIVA offers detailed insights to create personalized strategies, both in injury recovery and in the development of specific training programs. The evaluation of various muscle groups in multiple exercise contexts highlights patterns that corroborate its ability to detect morphological and physiological changes. For the effective use of ML-BIVA, it is crucial to emphasize the need for rigorous standardization in the evaluation protocol. This standardization is vital to increase the reliability and validity of the measurements and to ensure better comparability between different investigations. Future research aims to expand athlete databases, conduct longitudinal studies, analyze bioelectrical changes' interaction with physiological parameters, integrate new technologies, and develop standardized ML-BIVA protocols.

[cat] La present tesi doctoral investiga l'aplicació de l'anàlisi del vector de la impedància bioelèctrica (BIVA) dins l'àmbit de les ciències de l'activitat física i l'esport. Aquesta recerca es centra en la utilització del mètode BIVA per a l'avaluació de la composició corporal i la gestió dels fluids corporals en esportistes. Contràriament a l'enfocament tradicional de la bioimpedància elèctrica, BIVA es distingeix per la seva habilitat proporcionant valoracions qualitatives i semi-quantitatives sense recórrer a equacions predictives, eludint així suposicions prèvies i potencials biaixos. L'objectiu principal d'aquesta recerca és aprofundir en l'enteniment dels canvis induïts per l'exercici físic, els quals es poden observar mitjançant el vector de bioimpedància, tant a nivell global com a nivell muscular (ML-BIVA). Mitjançant aquesta perspectiva, es pretén aportar informació valuosa que contribueixi al desenvolupament de noves eines diagnòstiques i de seguiment específicament adaptades per a l'ús en el context esportiu. Aquesta investigació integra quatre estudis científics. Inicialment, es realitza una revisió sistemàtica de la literatura existent sobre ML-BIVA (Estudi I), centrada en la seva aplicabilitat en el context de la salut i l'exercici físic. Els estudis següents, amb un enfocament quasi-experimental, exploren l'ús de BIVA (global i muscular) en diferents disciplines esportives: l'hoquei sobre patins (Estudi II), el ciclisme (Estudi III) i el trail running (Estudi IV). L'Estudi II es centra en la resposta dels paràmetres bioelèctrics, tant globals com musculars, a una sessió d'entrenament d'alta intensitat en jugadors d'hoquei patins. A més, busca correlacionar aquests canvis bioelèctrics amb els nivells de creatina-fosfocinasa (CK), per determinar el dany muscular post-exercici. L'Estudi III, avalua els canvis en els fluids corporals i musculars en ciclistes professionals al llarg del Giro d'Itàlia, mitjançant avaluacions antropomètriques, bioelèctriques i hematològiques, amb l'objectiu de trobar correlacions entre aquests indicadors. Finalment, l'Estudi IV investiga com les diferents distàncies en curses de trail running (14, 35 i 52 km) afecten els fluids corporals i musculars, aplicant mètodes antropomètrics, bioelèctrics i de CK. Els resultats obtinguts de la recerca evidencien que BIVA representa una eina no invasiva, econòmica i eficaç, que facilita una monitorització precisa i en temps real de l'estat fisiològic dels esportistes. S'ha demostrat que les variacions observades a curt, mitjà i llarg termini en els paràmetres bioelèctrics (resistència, reactància i angle de fase) reflecteixen adaptacions en la distribució dels fluids i en la funcionalitat cel·lular posterior a l’exercici físic. Això és particularment evident en processos com la rehidratació, la recuperació i els canvis en la composició corporal i la salut cel·lular. A més, aquestes adaptacions mostren una correlació amb millores en el rendiment esportiu, com per exemple en la força i la potència muscular. En relació amb ML-BIVA, aquesta ofereix informació detallada essencial per a la creació d'estratègies personalitzades, tant en la recuperació de lesions com en l'elaboració de programes d'entrenament específics. L'avaluació de diversos grups musculars en múltiples contextos d'exercici destaca patrons que corroboren la seva capacitat per detectar canvis morfològics i fisiològics. Per a un ús eficaç de ML-BIVA, és crucial destacar la necessitat d'una estandardització rigorosa en el protocol d'avaluació. Aquesta estandardització és vital per augmentar la fiabilitat i la validesa de les mesures, i per assegurar una millor comparabilitat entre diferents investigacions. Les futures línies d'investigació inclouen: ampliar bases de dades d'esportistes, realitzar estudis longitudinals, analitzar la interacció entre canvis bioelèctrics i paràmetres fisiològics, integrar noves tecnologies en l'avaluació esportiva i desenvolupar protocols estandarditzats per a ML-BIVA.