Body size, composition, cardiac morphology and functional capacities : scaling and modelling developmental changes during the pubertal years

Abstract

Abstract The present thesis has been divided into four parts. Part I serves to introduce basic concepts, the overall purpose of this thesis encompassed by the terms growth, maturation, physical activity, performance, geometric and elastic similarity and to provide an overview of growth and functional development in adolescent males. This section also includes specific descriptions of the studied samples as well as the materials and methods used for adolescents’ assessment and data record. Part II is applied in the context of cross-sectional studies (study 1 to 5) and aimed: (i) to examine the contribution of biological maturation and body size to explain the interindividual variability in left ventricular mass (LVM) and peak oxygen uptake (VO2peak) in adolescent male athletes and non-athletes; (ii) to present allometric models to normalize LVM and VO2peak; (iii) to derive and cross-validate a new model to predict lower limbs lean soft tissue (LST), using dual-energy X-ray absorptiometry as the reference method. Part III of the thesis (mixed-longitudinal approaches; study 6 to 10), presents longitudinal data on the development changes of: (i) LVM among adolescent boys; (ii) cardiorespiratory fitness (CRF) among participants and non-participants in organized sport; (iii) several functional and soccer-specific skills of male adolescent players. The final section, Part IV, comprises the general discussion in which the findings of the various studies are summarized, put into context and their implications discussed. Overall, the cross-sectional studies highlighted that: (i) stature, fat mass (FM) and fat-free mass seems the best combination for normalizing LVM in adolescent boys and that when components of body mass are not available, an indicator of biological maturity should be included with stature; (ii) when stature and FM are used for indexing LVM in a sample of male adolescent athletes, biological maturity status should also be considered; (iii) appendicular descriptors and skeletal maturity or that lean body mass and appendicular descriptors combined with sexual maturity explain most of the inter-individual variability in of VO2peak among youth roller hockey and soccer players, respectively; (iv) the new model derived from anthropometry and somatic maturation accurately predicts lower limbs LST in circumpubertal males. As for the longitudinal studies: (i) individual differences in allometric growth of body size dimensions, adiposity and biological maturation influence growth of LVM among male adolescents; (ii) moderate-to-vigorous physical activity, body size and LVM were important predictors of the development of CRF in participants of organized sport; (iii) several functional capacities and skills of adolescent soccer athletes seems partially explained by age, maturation, components of body mass, annual volume of training and playing position. Analytically, the present thesis outlined that multiplicative allometric rather than additive models provide a superior statistical fit and more plausible interpretation of cross-sectional and longitudinal data of cardiac morphology and functional capacity in adolescent boys. Multilevel modelling is a promising statistical technique for the derivation of developmental curves. It has the potential to provide useful information both for clinicians, coaches and conditioning trainers in the explanation of inter-individual differences at a certain age and probably more important to predict and explain changes over time, allowing a critical interpretation of variation within and between individuals.em atletas e não atletas adolescentes do sexo masculino; (ii) apresentar modelos alométricos para normalizar a massa do ventrículo esquerdo e o pico de consumo de oxigénio; (iii) validar um novo modelo para determinar a massa magra dos membros inferiores, usando densitometria radiológica de dupla energia como método de referência. A Parte III da tese (modelos longitudinais mistos; estudos 6 a 10), apresenta dados longitudinais sobre o desenvolvimento: (i) da massa do ventrículo esquerdo de rapazes adolescentes; (ii) da aptidão cardiorrespiratória de praticantes e não praticantes de desporto organizado; (iii) de várias capacidades funcionais e habilidades motoras específicas do futebol em atletas adolescentes masculinos. A secção final, Parte IV, compreende uma discussão geral, na qual os resultados dos diversos estudos são sumariados, contextualizados e, com efeito, discutidas as suas implicações. A partir da análise dos principais resultados, os estudos transversais mostram que: (i) a estatura, massa gorda e massa isenta de gordura se evidenciam como a melhor combinação de preditores para normalizar a massa do ventrículo esquerdo em rapazes adolescentes e que quando a informação sobre as componentes da massa corporal não se encontra disponível, deve ser considerado, em conjunto com a estatura, um indicador de maturação biológica; (ii) quando a estatura e massa gorda são utilizados para a normalização da massa do ventrículo esquerdo em amostras de adolescentes atletas do sexo masculino (e.g., hóquei em patins), o estatuto maturacional deve também ser considerado; (iii) indicadores apendiculares e a idade esquelética ou indicadores de componentes da massa corporal e indicadores apendiculares combinados com os estádios de desenvolvimento da pilosidade púbica, explicam grande parte da variabilidade inter-individual no pico de consumo de oxigénio em jovens atletas (hóquei em patins e futebol, respetivamente); (iv) a nova equação, derivada da antropometria e maturação somática, prediz com precisão a massa magra dos membros inferiores em rapazes pré-adolescentes. Quanto aos estudos longitudinais: (i) as diferenças individuais no crescimento alométrico das dimensões de tamanho corporal, adiposidade e maturação biológica, influenciam o crescimento da massa do ventrículo esquerdo em adolescentes masculinos; (ii) a atividade física de intensidade moderada a vigorosa, o tamanho corporal e a massa do ventrículo esquerdo revelaram ser preditores importantes do desenvolvimento da aptidão cardiorrespiratória em participantes de desporto organizado; (iii) várias capacidades funcionais e habilidades motoras específicas do futebol parecem ser parcialmente explicadas pela idade, maturação biológica, componentes da massa corporal, volume anual de prática e posição ocupada em campo. Analiticamente, conclui-se que as abordagens alométricas se revelam apropriadas e oferecem interpretações biológicas mais plausíveis, de dados transversais e longitudinais da morfologia cardíaca e capacidade funcional, em adolescentes masculinos. A modelação multinível é uma técnica estatística promissora para a extrapolação de curvas do desenvolvimento, detendo o potencial para dispor informações úteis, tanto no âmbito clínico como no âmbito desportivo. Com efeito, permite explicar diferenças inter-individuais e, provavelmente mais importante, antecipar e explicar alterações ao longo do tempo, possibilitando uma interpretação crítica da variação intra e inter-individual.