Contribuição da musculatura inspiratória na limitação ao exercício na insuficiência cardíaca: mecanismos fisiopatológicos

Resumos

BACKGROUND: Heart failure induces histological, metabolic and functional adaptations in the inspiratory muscles. This inspiratory muscle weakness, which occurs in 30% to 50% of the heart failure patients, is associated with reduction in the functional capacity, reduction in the quality of life and with a poor prognosis in these individuals. OBJECTIVES: The objective of this review was to discuss the pathophysiological mechanisms that may explain the role of the inspiratory muscles in the exercise limitation with focus in the reflexes that control the ventilation and the circulation during the exercise. METHOD: We performed searches in the PUBMED database using the terms "inspiratory muscles", "inspiratory muscle training", "metaboreflex" and chemoreflex" and including studies published since 1980. RESULTS: Inspiratory muscle weakness is associated with exercise intolerance and with an exaggerated inspiratory chemoreflex and metaboreflex in heart failure. The inspiratory metaboreflex may be attenuated by the inspiratory muscle training or by the aerobic exercise training improving the exercise performance. CONCLUSIONS: Patients with heart failure may present changes in the inspiratory muscle function associated with inspiratory chemoreflex and metaboreflex hyperactivity, which exacerbate the exercise intolerance.

inspiratory muscle training; rehabilitation; chemoreflex; metaboreflex; heart failure

^ILaboratório de Fisiopatologia do Exercício, Serviço de Cardiologia, Hospital de Clínicas, Porto Alegre, RS, Brasil

^IIDepartamento de Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, RS, Brasil

^IIILaboratório de Fisiologia, Universidade de Cruz Alta (UNICRUZ), Cruz Alta, RS, Brasil

Correspondência para

RESUMO

CONTEXTUALIZAÇÃO: A insuficiência cardíaca (IC) acarreta alterações histológicas, metabólicas e funcionais dos músculos inspiratórios. A fraqueza dos músculos inspiratórios, que ocorre em 30% a 50% dos pacientes com IC, associa-se com a redução da capacidade funcional, prejuízos para a qualidade de vida e piora no prognóstico desses indivíduos.

OBJETIVOS: Discutir os mecanismos fisiopatológicos que potencialmente explicam o papel da musculatura inspiratória na limitação ao exercício, abordando-se os reflexos que controlam a ventilação e a circulação durante o exercício.

MÉTODO: Foram realizadas pesquisas na base de dados PUBMED, utilizando os termos inspiratory muscles, inspiratory muscle training, metaborreflex e chemoreflex e incluindo estudos publicados desde 1980.

RESULTADOS: A fraqueza muscular inspiratória está relacionada com intolerância ao exercício e com exacerbação do quimiorreflexo e do metaborreflexo inspiratório na IC. O metaborreflexo inspiratório pode ser atenuado pelo treinamento muscular inspiratório ou pelo treinamento aeróbico, melhorando o desempenho ao exercício.

CONCLUSÕES: Os pacientes com IC podem apresentar alterações da função muscular inspiratória associadas com hiperatividade quimiorreflexa e metaborreflexa inspiratória, as quais podem agravar a intolerância ao exercício.

Palavras-chave: treinamento inspiratório; reabilitação; quimiorreflexo; metaborreflexo; insuficiência cardíaca.

Introdução

Há vários anos se propôs que prejuízos na função muscular esquelética periférica contribuem para a fisiopatologia da insuficiência cardíaca (IC). Nesse período, demonstrou-se que as anormalidades da musculatura esquelética limitam a capacidade aeróbica durante o exercício, resultando em acúmulo de metabólitos que levam à sensibilização de receptores musculares chamados metaborreceptores. Essa ativação dos metaborreceptores induz uma resposta reflexa, que resulta em hiperventilação, agravando a sensação de dispneia. Além disso, promove vasoconstrição periférica com redução do fluxo sanguíneo, o que contribui para a redução da tolerância ao exercício na IC¹.

Mais recentemente^2-7, estudos demonstram que os músculos inspiratórios também podem limitar o desempenho físico ao exercício em indivíduos saudáveis^8,9 e em atletas^10-13. Da mesma forma, as alterações da musculatura inspiratória desempenham um papel importante na fisiopatologia da limitação ao exercício na IC. Uma dessas alterações trata-se da fraqueza muscular inspiratória, definida arbitrariamente como uma pressão inspiratória máxima (PI_máx) menor que 70% do previsto para o sexo e a idade^14-16. Os pacientes portadores de fraqueza muscular inspiratória podem apresentar uma redução da capacidade funcional determinada pelo consumo de oxigênio de pico (O_{2 pico})¹⁷. Além disso, a força e a resistência muscular inspiratória estão diretamente associadas com o O_{2 pico} em pacientes com infarto agudo do miocárdio recente¹⁸, fortalecendo a ideia de que os músculos inspiratórios podem contribuir para a redução da capacidade funcional. Um estudo recente mostra que a força muscular inspiratória também está associada com medidas hemodinâmicas centrais em repouso, incluindo o débito cardíaco, a pressão arterial média pulmonar e a resistência vascular pulmonar de pacientes com IC¹⁹. Entretanto, não há correlação entre a força muscular inspiratória e a fração de ejeção do ventrículo esquerdo²⁰. Por fim, a força da musculatura inspiratória, avaliada pela PI_máx, apresenta um impacto independente no prognóstico de pacientes com IC^20,21.

Alterações funcionais da musculatura inspiratória podem contribuir para a ativação de reflexos cardiovasculares, que agravam a limitação ao exercício na IC. Dentre esses reflexos, destacam-se a exacerbação do metaborreflexo induzido pelo trabalho da musculatura inspiratória^8,9,15 e o aumento das respostas ventilatórias mediadas pelo quimiorreflexo^22-24 durante o exercício. Nesta revisão, discutiremos o papel do quimiorreflexo e do metaborreflexo inspiratório na limitação ao exercício na IC.

Quimiorreflexo

O aporte adequado de oxigênio aos tecidos é mantido por ajustes da circulação e da ventilação, mediados por meio da interação complexa de vários sistemas, destacando-se barorreflexo arterial, quimiorreflexo central e periférico, ergorreflexo e reflexo de estiramento pulmonar²². Os quimiorreflexos são os principais mecanismos de controle e regulação das respostas ventilatórias às mudanças de concentração do oxigênio e gás carbônico arterial²⁵. Os quimiorreceptores centrais, localizados na face ventral do bulbo, respondem primariamente às variações na pressão parcial de CO₂ (PCO₂) no sangue arterial. Os quimiorreceptores periféricos, localizados na artéria carótida comum e na artéria aorta, com aferências para o centro respiratório no bulbo e para o núcleo do trato solitário, respondem primariamente às variações na pressão parcial de O₂ (PO₂) do sangue arterial²². Dessa forma, ambas as variações na PO₂ e na PCO₂ resultam em alterações da ventilação pulmonar. Além disso, a ativação do quimiorreflexo central e periférico eleva a atividade nervosa simpática, o que resulta no aumento da frequência cardíaca e da pressão arterial^22,26-28. Em contraste, o aumento da ventilação sensibiliza receptores de estiramento localizados nos brônquios, bronquíolos e no pulmão, os quais detectam a excessiva distensão dos pulmões, enviando informações ao grupo respiratório dorsal de neurônios, o que resulta em retroalimentação negativa, impedindo ganhos adicionais de volume inspiratório²⁹. Da mesma forma, o aumento da pressão arterial induzido pelo quimiorreflexo pode ser contrabalançado pela ativação do barorreflexo arterial. A elevação da pressão arterial distende os barorreceptores que transmitem sinais aferentes ao sistema nervoso central, resultando em sinais de retroalimentação negativa à circulação. Dessa forma, ocorre um aumento da atividade vagal eferente e redução da atividade simpática, reduzindo a pressão arterial³⁰. Portanto, o controle reflexo da circulação e da ventilação requer a integração entre diversos sistemas de controle representados na Figura 1²².

A sensibilidade quimiorreflexa está anormalmente aumentada em pacientes com IC^31-37, resultando em aumento exagerado da ventilação pulmonar³⁷ e da atividade nervosa simpática muscular³¹. Esse aumento exagerado da sensibilidade quimiorreflexa está associado com redução do sistema de retroalimentação negativa do barorreflexo arterial³². Isso demonstra um prejuízo nos sistemas de ajuste da ventilação e circulação que contribui para a fisiopatologia da IC, pois o aumento da ativação simpática³⁸ resulta em vasoconstrição adrenérgica e aumento da pós-carga ventricular direita e esquerda, sendo que a hiperativação simpática constitui um importante preditor de mortalidade na IC³⁹. Além disso, a exacerbação do quimiorreflexo está relacionada com prejuízos na capacidade funcional^36,40. Portanto, pacientes com IC e quimiorreflexo exacerbado poderiam apresentar maior limitação do desempenho ao exercício.

As respostas ventilatórias ao exercício podem ser moduladas pelos quimiorreceptores. Estudos sugerem que ambos, quimiorreflexos periférico e central, contribuem para a ocorrência de hiperventilação ao exercício na IC. De fato, os pacientes com elevação anormal da inclinação ventilação/produção de gás carbônico (

_E/_CO2 ) (> 34) apresentam aumento da sensibilidade quimiorreflexa periférica e central⁴¹. No entanto, a inibição do quimiorreflexo periférico, via di-hidrocodeína, pode reduzir a inclinação _E/_CO2 durante o exercício progressivo⁴². A hiperventilação durante o exercício pode ainda ser mediada diretamente pelo metaborreflexo esquelético ou o quimiorreflexo central poderia ser indiretamente induzido⁴³, visto que o metaborreflexo é um forte preditor da atividade quimiorreflexa central nos pacientes com IC³². É importante notar que ambos, quimiorreflexo central e resposta ventilatória induzida pelo metaborreflexo muscular esquelético, correlacionam-se significativamente com a inclinação _E/_CO2 durante o exercício progressivo na IC⁴¹.

Outra resposta ventilatória alterada ao exercício, conhecida como ventilação oscilatória ou ventilação periódica^44,45, pode estar relacionada com respostas anormais do quimiorreflexo. Um estudo em pacientes com IC demonstrou que a sensibilidade quimiorrreflexa periférica participa da gênese da ventilação oscilatória em repouso⁴⁶, uma vez que a inibição do quimiorreflexo periférico normaliza a ventilação nesses pacientes. Além da inibição farmacológica do quimiorreflexo, o treinamento muscular inspiratório pode atenuar a ventilação oscilatória ao exercício em pacientes com IC e fraqueza muscular inspiratória. De fato, o treinamento muscular inspiratório a 30% PI_máx reduz as oscilações da ventilação em 57%, concomitante com aumento de 115% da força muscular inspiratória^14,47. Levando-se em consideração que a ventilação oscilatória pode ser originada pelo quimiorreflexo periférico, testamos a hipótese de que o quimiorreflexo está exacerbado nos pacientes com IC e fraqueza muscular inspiratória. Neste estudo, demonstrou-se uma associação inversa entre quimiorreflexo periférico e PI_máx (r=-0,57, p=0,01), ou seja, a fraqueza muscular inspiratória está relacionada com a exacerbação do quimiorreflexo periférico²⁴ apresentado na Figura 2. De fato, o grupo com fraqueza muscular inspiratória apresentou quimiorreflexo periférico maior do que pacientes com força muscular inspiratória preservada²⁴. Dessa forma, a redução da força muscular inspiratória pode agravar a exacerbação da sensibilidade quimiorreflexa em pacientes com IC, o que potencialmente poderia estar relacionado com reduções da capacidade funcional e intolerância ao exercício^36,41.

Metaborreflexo muscular inspiratório em indivíduos saudáveis

A ativação do metaborreflexo pela contração dos músculos esqueléticos é amplamente conhecida. Entretanto, apenas na última década, descreveu-se que o metaborreflexo também pode ser ativado pelo trabalho dos músculos respiratórios^2-7,48. Inicialmente, demonstrou-se que o exercício físico (intensidade > 85% do consumo máximo de oxigênio [O_{2 máx}]) induz fadiga muscular diafragmática⁴⁹ até mesmo em atletas de elite⁵⁰. Em seguida, evidenciou-se que o aumento do trabalho muscular inspiratório (via resistência inspiratória) eleva os níveis de noradrenalina, reduzindo o fluxo sanguíneo da perna durante exercício máximo em bicicleta⁴⁸. Esses achados originaram a hipótese da existência de um "metaborreflexo inspiratório" ativado durante o exercício físico. Uma teoria confirmada no estudo subsequente comprovou a existência de redistribuição do fluxo sanguíneo dos músculos periféricos ativos para o diafragma, correspondendo a mais de 14 - 16% do débito cardíaco⁵. Além disso, em protocolo experimental de indução do metaborreflexo inspiratório por meio do esforço inspiratório intenso (resistência inspiratória = 60% da PI_máx) e sustentado (razão entre o tempo inspiratório e a duração total do ciclo respiratório [TI/TTot] = 0,70) demonstrou-se que a fadiga muscular inspiratória aumenta a atividade nervosa simpática muscular² e reduz o fluxo sanguíneo da perna inativa^3,4 devido à vasoconstrição adrenérgica. Essa resposta parece ser mediada pela estimulação metabólica de pequenas fibras aferentes dos tipos III e IV provenientes da musculatura respiratória, especialmente do diafragma⁵¹. Os efeitos da redistribuição do fluxo sanguíneo durante o trabalho inspiratório fatigante evidenciam a existência do metaborreflexo inspiratório, representado na Figura 3⁵². Dessa forma, a ativação do metaborreflexo inspiratório durante o exercício físico que induz fadiga muscular inspiratória⁴⁹ pode limitar o desempenho físico^12,53 devido à redução do fluxo sanguíneo para os músculos esqueléticos ativos⁴⁸, exarcebando a fadiga dos músculos periféricos⁸. Por outro lado, nos indivíduos saudáveis, a redução do trabalho muscular inspiratório, por meio da ventilação mecânica, aumenta o tempo de exercício em 14%⁶ e atenua a fadiga do quadríceps ao exercício⁸, provavelmente por inibir o metaborreflexo inspiratório. Além disso, o condicionamento dos músculos inspiratórios poderia minimizar os efeitos da ativação do metaborreflexo inspiratório. Estudos mostram que o treinamento muscular inspiratório, realizado a 50% da PI_máx, atenua a resposta pressora⁵⁴ e reduz a fadiga dos músculos flexores plantares durante ativação do metaborreflexo inspiratório em indivíduos saudáveis⁹. Esses efeitos do treinamento muscular inspiratório poderiam contribuir para melhorar o desempenho ao exercício. De fato, o treinamento muscular inspiratório prolonga o tempo de exercício em bicicleta, além de reduzir a concentração de lactato ao final do teste de exercício progressivo em indivíduos ativos⁵⁵. Adicionalmente, o treinamento aeróbico regular também atenua o metaborreflexo inspiratório. Um estudo recente demonstrou que o metaborreflexo inspiratório está atenuado em indivíduos treinados comparados com indivíduos saudáveis sedentários⁵⁶. De fato, o trabalho muscular inspiratório fatigante induz vasoconstrição periférica com redução do fluxo sanguíneo na panturrilha nos indivíduos sedentários, mas mantém-se praticamente inalterado nos indivíduos treinados aerobicamente (Figura 4)⁵⁶. Esse efeito do treinamento aeróbico sobre o metaborreflexo inspiratório provavelmente está relacionado com o aumento da capacidade oxidativa⁵⁷, da força dos músculos inspiratórios⁵⁸ e da resistência à fadiga do diafragma⁵⁹. Alternativamente, a aplicação de estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS) na região cervicotorácica atenua o metaborreflexo muscular esquelético, provavelmente devido ao bloqueio da atividade nervosa simpática em jovens e em idosos, conforme demonstrado recentemente⁶⁰. Dessa forma, a aplicação de TENS na região cervicotorácica poderia, possivelmente, atenuar o metaborreflexo inspiratório com repercussões no desempenho físico, mas essa hipótese ainda precisa ser mais bem investigada.

Metaborreflexo inspiratório em indivíduos com insuficiência cardíaca

O metaborreflexo inspiratório pode limitar o desempenho ao exercício principalmente nos pacientes com IC que apresentam fraqueza muscular inspiratória¹⁵. De fato, a fraqueza da musculatura inspiratória, frequentemente encontrada em pacientes com IC^16,61-63, pode estar implicada na intolerância ao exercício. Além disso, a redução da oxigenação da musculatura inspiratória mediada pelo exercício físico agudo nos pacientes com IC⁶⁴ poderia aumentar o trabalho ventilatório e exacerbar o metaborreflexo muscular inspiratório, que conforme citado anteriormente, limita a tolerância ao exercício devido à redução da perfusão dos músculos locomotores.

Dessa forma, as estratégias que reduzem o trabalho muscular inspiratório e atenuam o metaborreflexo inspiratório poderiam melhorar a tolerância ao exercício. De fato, a redução do trabalho muscular inspiratório, por meio de uma ventilação não invasiva no modo ventilação assistida proporcional, pode melhorar o desempenho físico em pacientes com IC. Recentemente, demonstrou-se que essa intervenção melhora a oxigenação da microcirculação muscular periférica, o que pode ser compatível com a melhora do fluxo sanguíneo local⁶⁵. Esses achados foram recentemente confirmados por Olson et al.⁶⁶, sendo que a redução do trabalho muscular inspiratório aumentou o fluxo sanguíneo na perna e o débito cardíaco apenas em pacientes com IC, permanecendo inalterado nos controles saudáveis. Isso significa que os pacientes com IC estão mais suceptíveis à intolerância durante o exercício devido aos efeitos da ativação do metaborreflexo pelo trabalho muscular inspiratório, de forma que o treinamento muscular inspiratório atenua o metaborreflexo inspiratório em pacientes com IC e fraqueza da musculatura inspiratória (Figura 5)¹⁵. Esses efeitos do treinamento muscular inspiratório podem contribuir para a melhora das respostas cardiorrespiratórias, da capacidade funcional e da tolerância ao exercício nos pacientes com IC¹⁴. Um estudo recente confirmou os achados de melhora na tolerância ao exercício após o treinamento muscular inspiratório⁶⁷, sendo que a melhora na capacidade funcional ocorre inclusive nos pacientes com IC portadores de aparelho de assistência ventricular esquerda⁶⁸. Dessa forma, o condicionamento dos músculos inspiratórios via treinamento muscular inspiratório poderia atenuar o metaborreflexo inspiratório com possíveis benefícios para a melhora da tolerância ao exercício para pacientes com IC. Portanto, as intervenções que atenuam a ativação do metaborreflexo inspiratório podem ser benéficas para pacientes que apresentam intolerância ao exercício, incluindo os portadores de doença pulmonar obstrutiva crônica. Em modelo animal de IC, demonstrou-se ainda que o treinamento muscular inspiratório melhora a função hemodinâmica, a mecânica respiratória e o controle autonômico cardiovascular⁶⁹.

Alguns estudos sugerem que a ventilação não invasiva poderia atenuar transitoriamente a ativação do metaborreflexo inspiratório devido à redução do trabalho muscular inspiratório nos pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica. No estudo de Borghi-Silva et al.⁷⁰, a ventilação positiva bilevel na via aérea melhorou a saturação periférica de O₂ e reduziu a fadigabilidade do músculo quadríceps durante exercício isocinético. Esses dados foram reforçados por um estudo que demonstrou que a redução do trabalho muscular respiratório, via inalação de uma mistura contendo gás hélio a 79%, contrabalançado com oxigênio, melhorou a tolerância ao exercício em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica que realizaram um protocolo de exercício com carga constante e de alta intensidade⁷¹. Além disso, a utilização de pressão positiva de suporte aumenta a resistência ao exercício nesses pacientes⁷². Dessa forma, a assistência ventilatória não invasiva poderia auxiliar na manutenção do treinamento físico de pacientes que apresentam limitações graves ao exercício relacionadas à doença pulmonar obstrutiva crônica, provavelmente pela atenuação do metaborreflexo inspiratório⁷³.

Implicações para a prática do fisioterapeuta

O treinamento muscular inspiratório melhora a capacidade funcional e a qualidade de vida nos pacientes com IC e fraqueza muscular inspiratória¹⁴. Esses achados foram confirmados em um estudo recente que investigou os efeitos do treinamento muscular inspiratório na IC e que apresentou, em sua amostra, a grande maioria de pacientes com fraqueza muscular inspiratória⁶⁷. Além disso, a associação de treinamento muscular inspiratório com treinamento aeróbico promove efeitos adicionais sobre o O_{2 pico} nos pacientes com fraqueza muscular inspiratória⁵⁸. Ensaios clínicos controlados e randomizados com maior tamanho amostral poderiam investigar os efeitos isolados⁷⁴ e comparados entre treinamento aeróbico e treinamento muscular inspiratório em pacientes portadores de fraqueza muscular inspiratória.

Portanto, recomenda-se ao fisioterapeuta avaliar rotineiramente a força muscular inspiratória de pacientes com IC, visando identificar pacientes com fraqueza muscular inspiratória, os quais poderiam ser beneficiados pelo treinamento da musculatura inspiratória.

Conclusão

Os pacientes com IC podem apresentar alterações da função muscular inspiratória associadas com hiperatividade quimiorreflexa e metaborreflexa inspiratória, as quais podem agravar a intolerância ao exercício.

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Contribuição da musculatura inspiratória na limitação ao exercício na insuficiência cardíaca: mecanismos fisiopatológicos

Jorge P. Ribeiro^I,II; Gaspar R. Chiappa^I; Carine C. Callegaro^I,III

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Jul 2012
• Data do Fascículo
  Ago 2012

Histórico

• Recebido
  28 Jul 2011
• Aceito
  28 Mar 2012
• Revisado
  24 Jan 2012