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Revista Brasileira de Medicina do Esporte

Print version ISSN 1517-8692

Rev Bras Med Esporte vol.13 no.4 Niterói July/Aug. 2007

http://dx.doi.org/10.1590/S1517-86922007000400006 

ARTIGO ORIGINAL

 

Comparação entre diferentes métodos de análise do componente lento do consumo de oxigênio: uma abordagem no domínio muito intenso de exercício

 

 

Marcos G. SantanaI; Sergio TufikI, IV; Giselle S. PassosI; Donald M. SanteeII; Benedito S. DenadaiIII, IV; Marco T. MelloI, IV

IDepartamento de Psicobiologia, Centro de Estudos em Psicobiologia e Exercício, Universidade Federal de São Paulo-SP, Brasil
IIDepartamento de Matemática, Universidade Federal de Goiás – Campus de Catalão, Catalão-GO, Brasil
IIILaboratório de Avaliação da Performance Humana, Universidade Estadual Paulista – Rio Claro-SP, Brasil
IVPesquisador, CNPq

Endereço para correspondência

 

 


RESUMO

O objetivo do presente estudo foi comparar, em domínio muito intenso de exercício, diferentes técnicas utilizadas para medir a amplitude do componente lento (CL) da cinética do consumo de oxigênio. Dez ciclistas treinados, do gênero masculino [média ± DP (idade: 25 ± 3,6 anos, massa corporal: 67,2 ± 4,5kg, altura: 174,8 ± 6,5cm e O2max: 62,4 ± 3,1ml.kg1.min1)], realizaram duas idênticas transições de carga constante (intensidade de 75%D: 75% da diferença entre o O2 no limiar de lactato e o O2max) em dias diferentes. O CL foi calculado a partir de diferentes métodos: (1) modelo biexponencial [O2(t) = O2base + A1 (1 e-(t-TA1/t1)) + A2 (1 e(tTA2/t2))], (2) intervalos predeterminados (o DO26-2: diferença do O2 entre o segundo e o sexto minuto de exercício e o DO263: diferença do O2 entre o terceiro e o sexto minuto de exercício) e (3) diferença entre o O2 obtido no final do exercício e o valor obtido a partir de um ajuste monoexponencial do "componente primário" (tempo predeterminado de 120s) (CL6"CP"). Todos os métodos foram comparados entre si. Os resultados demonstraram significante subestimação do CL obtido pelo método de intervalos predeterminados (DO26-2: 432 ± 126ml.min1 e DO263: 279 ± 88ml.min1) quando comparado com o modelo biexponencial (676 ± 136ml.min1) e ao CL6"CP" [(719 ± 265ml.min1 (p < 0,05)]. Não houve diferenças significativas entre as outras comparações. Os resultados sugerem que a utilização de tempos predeterminados pode subestimar o CL quando comparado com o modelo biexponencial e com o CL6"CP".

Palavras-chave: Cinética. Consumo de oxigênio. Ciclistas. Lactato. Modelo bi-exponencial.


 

 

INTRODUÇÃO

A resposta do consumo de oxigênio (O2) na transição de repouso ou exercício leve, para a condição de exercício (moderado, intenso, muito intenso e supramáximo) em carga constante tem sido bem descrita na literatura(1-3). No início do exercício (após a fase I "cardiodinâmica" – 15 a 20s iniciais) realizado em intensidade moderada (i.é., abaixo do limiar de lactato – LL), o O2 aumenta de acordo com um modelo monoexponencial (fase 2) para alcançar um novo estado estável (fase 3) dentro de 2 a 3 min. Por outro lado, durante exercícios intensos e muito intensos (acima do LL), o componente primário da cinética do O2 é suplementado por um adicional componente lento (CL), o qual causa aumento no O2 e, conseqüentemente, atrasado e aumentado estado estável, podendo alcançar valores de consumo máximo de oxigênio (O2max)(1,3). Durante a realização de exercícios de carga constante em domínio intenso [intensidades entre o LL e a máxima fase estável do lactato (MFEL)], o CL estabiliza-se no decorrer do exercício, mas durante os exercícios denominados muito intensos (intensidades entre a MFEL e o O2max), o CL aumenta progressivamente, podendo alcançar o O2max(4-5).

O CL pode ser calculado por meio de modelos matemáticos, os quais permitem identificar e medir a magnitude da amplitude(2,6), ou por meio de intervalos predeterminados (ex.: DO26-3: diferença do O2 entre o terceiro e o sexto minuto de exercício(1,7-11) ou DO26-2: diferença do O2 entre o segundo e o sexto minuto de exercício(12). Estes últimos tipos de análise simplificam os procedimentos; entretanto, podem gerar dados que não reflitam o adequado comportamento do fenômeno estudado. Nesse sentido, Bearden e Moffatt(13), em um estudo com ciclistas, observaram que os valores do CL obtidos a partir de intervalos predeterminados (DO26-3), durante exercício intenso (D30%: 30% da diferença entre o O2 no LL e o O2max), apresentaram menores amplitudes quando comparados com os dados obtidos pelo modelo matemático de ajuste. No entanto, análises similares à de Bearden e Moffatt(13) não foram ainda realizadas em um domínio de intensidade muito intenso (intensidades em que não há estabilização do CL).

Recentemente, Burnley et al.(14) utilizaram outro modelo matemático para calcular o CL. Esse modelo foi adaptado a partir do estudo de Rossiter et al.(15) e teve como proposta o ajuste do componente primário a partir de um intervalo de tempo fixo (120s). Nesta análise, o CL foi calculado pela diferença entre o valor médio dos últimos segundos de exercício e o valor ajustado do "componente primário" (CL6"CP"). As possíveis diferenças entre esse modelo e os demais não têm sido investigadas. De acordo com Bearden e Moffatt(13), diferentes métodos de análises do CL podem resultar na obtenção de diferentes amplitudes. Diante disso, o objetivo do presente estudo foi comparar diferentes métodos de análise do CL durante exercício muito intenso (75%D-75% da diferença entre o O2 no LL e o O2max).

 

MÉTODOS

Participaram do presente estudo 10 ciclistas treinados do gênero masculino (idade: 25,0 ± 3,6 anos, massa corporal: 67,2 ± 4,5kg e altura: 174,8 ± 6,5cm). A distância média percorrida semanalmente pelos voluntários foi de 378 ± 60,4km e a experiência em competições de 4,6 ± 2,1 anos. Todos os voluntários foram informados sobre o objetivo da pesquisa, assim como seus possíveis riscos e benefícios. Após concordar com a proposta do estudo e com todos os procedimentos experimentais aprovados pelo Comitê de Ética da Universidade Federal de São Paulo (nº 1246/03), os participantes assinaram um Termo de Consentimento Livre e Esclarecido. Os critérios para a inclusão no estudo foram: (a) ciclistas treinados do gênero masculino, (b) idade entre 20 e 35 anos, (c) volume semanal de treino de no mínimo 250km/semana e (d) experiência mínima de um ano em competições nacionais. Foram realizados exames de eletrocardiograma (repouso e esforço) uma semana antes do início do experimento.

Protocolo experimental

Os participantes visitaram o laboratório em quatro ocasiões distintas, durante um período de duas semanas. Na primeira visita, foram familiarizados com o cicloergômetro e demais procedimentos experimentais. Na segunda visita, realizaram um teste incremental de cargas até a exaustão voluntária, com o intuito de avaliar o LL e o O2max. Na terceira e quarta visitas, os voluntários realizaram duas transições de carga constante [75%D = O2 LL + 0,75 x (O2maxO2 LL)]. A carga relativa a essa intensidade de exercício foi determinada por regressão linear, a partir dos valores do O2 e da potência obtidos durante cada estágio do teste incremental.

Os participantes foram instruídos a chegar ao laboratório 1h antes do horário marcado, bem hidratados e não tendo consumido álcool, cafeína ou qualquer tipo de suplementação nos dias de teste, além de evitar exercício físico extenuante nas 24 horas anteriores aos testes. Foi requerido um intervalo mínimo de 48h entre cada visita.

Todos os testes foram realizados em um cicloergômetro de frenagem mecânica (Monark 834 E, Ergomedic, Suécia). A altura do banco e a posição do guidão foram registradas na primeira visita e replicadas nas subseqüentes sessões de testes. As variáveis ventilatórias foram determinadas, respiração por respiração, por um sistema de teste computadorizado de circuito aberto (Sensor Medics – Vmax 29 series – Metabolic Measurement Cart, Yorba Linda, CA). A medida do fluxo expiratório foi realizada por um sensor de fluxo de massa (anemômetro), calibrado antes de cada sessão de teste, por uma seringa de três litros, em três diferentes níveis de fluxo. Uma máscara facial Hans Rudolph flow-by face mask (Kansas City, MO, EUA) foi utilizada para coleta dos gases expirados. Os sistemas de análise do O2 e do CO2 foram calibrados, antes de cada sessão, usando o ar ambiente e uma concentração de gases conhecida (16% de O2 e 4% de CO2). A FC foi registrada a cada 5s, durante todos os testes, por telemetria (Polar, Advantage NV).

Para a determinação do O2 e do LL, os participantes realizaram um teste contínuo progressivo, com carga inicial de 105W e incrementos de 35W a cada três minutos, mantendo cadência constante de 70rpm(16). No final de cada estágio, foi coletada uma amostra de sangue (25µl) do lóbulo da orelha para determinar a concentração de lactato sanguíneo [La]. O LL foi determinado pelo método visual ([La] x potência) e definido como a intensidade de exercício anterior ao primeiro e sustentado aumento da [La] acima das concentrações de repouso(17). Como critério de análise, dois observadores independentes e experientes foram consultados. Houve concordância, por parte dos observadores, sobre o ponto no qual ocorreu o LL para todos os voluntários. O O2 foi definido como o valor mais alto do O2, medido em intervalos de 20s, durante o teste incremental. Todos os voluntários cumpriram, no mínimo, dois dos seguintes critérios para O2max: (1) taxa de troca gasosa > do que 1,1, (2) [La] pico > do que 8mmol. l1, e (3) freqüência cardíaca de pico > 90% do valor máximo esperado para a idade(18).

Na terceira e quarta visitas, os voluntários realizaram transições de carga constante, que foram iniciadas com um período de 4 min, pedalando em uma carga leve (35 watts), seguida por uma abrupta aplicação de carga, por um período de 6 min (intensidade de 75%D). A cadência foi mantida constante em 70rpm. A utilização de dois dias para realização das transições de carga constante, seguindo as recomendações de Lamarra et al.(19), teve como intuito aumentar a confiabilidade dos dados.

Análise da cinética do O2

Para cada transição de carga leve para exercício, os dados do O2 (respiração por respiração) foram interpolados linearmente para obter valores com intervalos de 1s. Os dados referentes às duas transições foram alinhados e, posteriormente, calculadas as médias para os valores do O2. Esse procedimento teve como objetivo diminuir o "ruído" e acentuar as características das respostas fisiológicas. O O2 de linha de base (O2base) foi definido como o valor médio dos 4 min iniciais (pedalando em carga leve). Os primeiros 20s de exercício (fase I "cardiodinâmica") não foram incluídos no modelo do ajuste. A resposta do O2, após os 20s de exercício, foi descrita a partir de dois componentes exponenciais. Cada resposta média foi descrita usando a seguinte equação(2):

1

O modelo exponencial incluiu amplitudes (A1 e A2), constantes de tempo (t1 e t2) e tempos de atraso (TA1 e TA2). Para determinar os parâmetros do melhor ajuste das curvas, foi utilizado um algoritmo não linear dos quadrados mínimos (MatLab, versão 6.5), que adotou a minimização da soma dos erros quadrados como critério de convergência. A A1, a t1 e o TA1 descrevem os parâmetros relacionados ao componente primário, enquanto a A2, a t2 e o TA2 descrevem os parâmetros relacionados ao CL do O2. Como o valor da assíntota A2 pode representar um valor mais alto do que atualmente alcançado no final dos 6 min de exercício, o valor do CL foi definido como A2'.

Para a obtenção dos outros valores referentes ao CL, foram adotados intervalos predeterminados de tempo, tais como, o DO263: diferença entre os valores do O2 no terceiro (média dos 20s iniciais) e sexto (média dos 20s finais) minutos de exercício(1) e o DO262: diferença entre os valores do O2 no segundo (média dos 20s iniciais) e sexto (média dos 20s finais) minutos de exercício(12). Além desses, o CL foi obtido a partir do modelo utilizado por Burnley et al.(14) e adaptado de Rossiter et al.(15). Neste modelo, o componente primário foi ajustado por meio de um tempo fixo (120s). Os primeiros 20s de exercício (fase "cardiodinâmica") foram excluídos do ajuste. A equação utilizada foi a seguinte:

O CL foi calculado como a diferença entre o valor médio dos últimos 20 segundos de exercício e o valor da amplitude "primária" (120s iniciais de exercício), obtida pelo ajuste monoexponencial (CL6-"CP").

Procedimentos estatísticos

Os dados estão apresentados como a média ± desvio-padrão (DP). Foi adotado para a verificação da normalidade dos dados da amostra o teste de Kolmogorov-Smirnov e, para comparação entre os diferentes métodos de análise do CL, a análise de variância para medidas repetidas (ANOVA). O teste de Tukey foi usado para verificar a posição das diferenças. A correlação de Pearson foi utilizada para verificar a relação entre os diferentes modelos. As análises estatísticas foram realizadas pelo software STATISTICA (Statsoft, Inc, versão 6.0). Foi estabelecido nível de significância de p < 0,05. A precisão no procedimento de ajuste da curva foi avaliada pelo cálculo do coeficiente de determinação (r2).

 

RESULTADOS

O valor médio do O2max no teste incremental foi de 62,4 ± 3,1ml.kg1.min1 e o LL ocorreu a 66,3 ± 74% O2max. A potência máxima alcançada foi de 339 ± 33 watts, a [La] pico foi de 9,3 ± 2,1mmol.l1 e a FC máxima foi de 188 ± 6bpm. O O2 referente a 75%D no final do exercício foi de aproximadamente 95% do O2max.

As amplitudes do CL determinadas pelos diferentes métodos e os demais parâmetros obtidos com o ajuste biexponencial estão apresentados na tabela 1. A figura 1 ilustra um ajuste biexponencial do O2 de um voluntário representativo do estudo. Os resultados desse estudo demonstraram que o CL determinado a partir do DO262: 432 ± 126ml.min1 e do DO263: 279 ± 88ml.min1 foram significativamente menores (31,8 e 57,9%, respectivamente) do que a amplitude do CL obtida pelo ajuste biexponencial (A2': 676 ± 136ml.min1; p < 0,05). O CL6"CP" (719 ± 265ml.min1), o qual utilizou um tempo fixo para o ajuste do componente primário, não foi significativamente diferente da A2'. Houve correlação positiva estatisticamente significativa entre DO262 e o DO263 (r = 0,79). As demais correlações (A2' versus DO262: r = 0,07; A2' versus DO263: r = 0,11; A2' versus CL6"CP": r = –0,43; CL6"CP" versus DO262: 0,58; CL6"CP" versus DO263: r = 0,21) não foram estatisticamente significativas. O valor médio encontrado para o r2 foi de 0,97, o que indicou bom ajuste do modelo biexponencial para os dados do O2.

 

 

 

 

DISCUSSÃO

O principal achado deste estudo foi que a magnitude do CL, analisado a partir de intervalos predeterminados de tempo (DO262 e DO263), durante exercícios realizados em domínio muito intenso (75%D) foi subestimada quando comparada com os modelos biexponencial(2) e CL6"CP"(14). Os resultados referentes à comparação entre o modelo biexponencial e o DO263 estão em concordância com os achados de Bearden e Moffatt(13), os quais encontraram efeitos similares em exercícios realizados em domínio intenso (30%D).

Nas últimas décadas, modelos matemáticos têm sido desenvolvidos e aprimorados com o propósito de investigar a resposta da cinética do consumo de oxigênio(2,6). Diversas metodologias têm sido utilizadas para determinar o CL ao longo dos anos(1-2,12). Inicialmente, Whipp e Wasserman(1) propuseram a utilização do DO263 como forma de quantificar o CL. Posteriormente, Barstow e Mole(2) propuseram o modelo matemático de ajuste biexponencial como uma ferramenta importante na determinação da magnitude do CL, tornando-se no decorrer dos anos um modelo muito utilizado. Mais recentemente, na tentativa de readequar o modo de calcular o CL com tempo predeterminado (DO263), Koppo e Bouckaert(12) utilizaram o DO262, baseados em prévias informações de que o surgimento do CL poderia ocorrer em tempo inferior a 3 min (aproximadamente de 70 a 120s). Nesse sentido, o presente estudo demonstrou que, mesmo utilizando DO262, os resultados do CL foram subestimados (31,8%) quando comparado com o modelo biexponencial de ajuste. O mesmo ocorreu com o DO263, o qual foi subestimado em 57,9%. Uma possível justificativa para esse resultado é o precoce surgimento do CL, que no presente estudo teve média de 74s e amplitude de 58-95s. Similares tempos de atraso para o início do CL (TA2) têm sido descritos na literatura(20). Barstow et al.(20), em estudo com indivíduos treinados e não treinados, sugerem que o TA2 independe da aptidão física. Além disso, outros estudos demonstram que o TA2 também independe da intensidade do exercício(21-25). Assim, os resultados encontrados no presente estudo sugerem que esse comportamento diferenciado do CL pode estar presente em outras intensidades de exercício e entre outras populações. Outro fator que pode ter gerado as diferenças existentes entre as análises é a constante de tempo do CL (t2), a qual reflete a taxa de mudança no O2 em função do tempo, fator que não é considerado na análise com tempo predeterminado. Como sugerido no estudo prévio de Bearden e Moffatt(13), as respostas do TA2 e da t2 são fatores que podem ter influenciado de forma significativa as diferenças encontradas entre os modelos analisados.

O modelo CL6"CP" adaptado de Rossiter et al.(15) foi recentemente utilizado por Burnley et al.(14) com a finalidade de detectar pequenas amplitudes do CL, em um protocolo usado para estudar a atenuação do CL em resposta à prática de exercício prévio. No presente estudo, os valores do CL6"CP" foram semelhantes aos valores encontrados pelo modelo de ajuste biexponencial; por outro lado, foram estatisticamente diferentes dos métodos de análise com intervalo predeterminado (tabela 1). Esse segundo resultado pode ser explicado pela diferença significativa encontrada entre a "amplitude primária" obtida com o ajuste monoexponencial dos 120s iniciais de exercícios (3.361 ± 491ml.min1) e as amplitudes do segundo (3.592 ± 372ml.min1) e terceiro (3.766 ± 360ml.min1) minuto de exercício (p < 0,05), valores que são fundamentais para o cálculo do CL nesses modelos. Outro ponto importante a destacar é a baixa correlação entre os resultados obtidos pelos modelos CL6"CP" e ajuste biexponencial (r = –0,43). Essa baixa correlação sugere que essas análises podem não refletir o mesmo comportamento do CL. Isso também ocorreu com as demais correlações entre os diferentes modelos, exceto entre o DO262 e o DO263 (r = 0,79). Nesse caso, existiu boa correlação, sugerindo que ambas as análises estão apresentando o mesmo comportamento do CL.

Existem limitações importantes na utilização de modelos matemáticos para a análise do CL que devem ser consideradas, principalmente quando não se alcança um estado estável no O2, como, por exemplo, em exercícios caracterizados como muito intensos. Nesses casos, não há o alcance de um platô no O2 e isso impossibilita uma determinação totalmente precisa do CL, por meio do ajuste exponencial. Por outro lado, apesar de a determinação do CL por meio de um intervalo predeterminado ser pouco confiável, pois não leva em consideração o início do CL, ele tem sido sugerido para os protocolos de teste que realizam somente uma transição. Nesses casos, há grande variabilidade biológica entre as respirações ("ruído"), o que pode dificultar o processo de interação utilizado pelos modelos matemáticos. Futuros estudos que busquem aprimoramento dos modelos matemáticos são necessários para minimizar essas limitações.

A origem do CL da cinética do O2 ainda não está completamente definida. No entanto, algumas evidências sugerem que o comportamento do CL possa estar relacionado aos processos que conduzem a fadiga. O estudo dos mecanismos que envolvem o CL pode fornecer informações importantes sobre a tolerância ao exercício nas populações saudáveis e com patologias(26). Nesse sentido, os achados do presente estudo sugerem que a utilização de diferentes metodologias para a análise do CL (domínio muito intenso) pode gerar distintas interpretações e, conseqüentemente, pode dificultar a comparação de resultados entre diferentes estudos. Assim, torna-se necessário em futuros trabalhos maior cautela na interpretação e na comparação de resultados quando se utilizam diferentes metodologias de análise do CL.

Em conclusão, os dados do presente estudo sugerem que a magnitude do CL durante exercício muito intenso (75%D) pode sofrer a influência do método de análise. Os valores do CL obtidos a partir do DO26-2 e do DO26-3 podem ser subestimados quando comparados com os valores obtidos pelos modelos de ajuste biexponencial e com tempo fixo de ajuste (120s) do "componente primário". Além disso, o presente estudo sugere que a determinação do CL durante exercício muito intenso, assim como a comparação entre os estudos, deve ser analisada com prudência, pois podem existir diferenças de resultados quando são utilizadas diferentes metodologias de análises.

 

AGRADECIMENTOS

Associação Fundo de Incentivo à Psicofarmacologia (AFIP), CEPID/FAPESP #98/14303-3, CAPES, CNPq, FADA/UNIFESP e CEPE.

 

REFERÊNCIAS

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Endereço para correspondência:
Prof. Dr. Marco Túlio de Mello
Departamento de Psicobiologia
Universidade Federal de São Paulo
Rua Marselhesa, 535, Vila Clementino
04020-060 – São Paulo, SP, Brasil
Tel.: +55-11-5572-0177, fax.: +55-11-5083-6900
E-mail: tmello@psicobio.epm.br

Aceito em 31/1/07.

 

 

Todos os autores declararam não haver qualquer potencial conflito de interesses referente a este artigo.