Influência da idade no comportamento da frequência cardíaca na transição repouso-exercício: uma análise por deltas e regressão linear

Resumos

BACKGROUND: Changes in heart rate during rest-exercise transition can be characterized by the application of mathematical calculations, such as deltas 0-10 and 0-30 seconds to infer on the parasympathetic nervous system and linear regression and delta applied to data range from 60 to 240 seconds to infer on the sympathetic nervous system. The objective of this study was to test the hypothesis that young and middle-aged subjects have different heart rate responses in exercise of moderate and intense intensity, with different mathematical calculations. METHODS: Seven middle-aged men and ten young men apparently healthy were subject to constant load tests (intense and moderate) in cycle ergometer. The heart rate data were submitted to analysis of deltas (0-10, 0-30 and 60-240 seconds) and simple linear regression (60-240 seconds). The parameters obtained from simple linear regression analysis were: intercept and slope angle. We used the Shapiro-Wilk test to check the distribution of data and the "t" test for unpaired comparisons between groups. The level of statistical significance was 5%. RESULTS: The value of the intercept and delta 0-10 seconds was lower in middle age in two loads tested and the inclination angle was lower in moderate exercise in middle age. CONCLUSION: The young subjects present greater magnitude of vagal withdrawal in the initial stage of the HR response during constant load exercise and higher speed of adjustment of sympathetic response in moderate exercise.

Aging; Methods; Heart Rate

ARTIGO ORIGINAL

CLÍNICA MÉDICA DO EXERCÍCIO E DO ESPORTE

Influência da idade no comportamento da frequência cardíaca na transição repouso-exercício: uma análise por deltas e regressão linear

Thomas Beltrame^I; Marlus Karsten^I; Mara Patrícia Traina Chacon-Mikahil^II; Vera Aparecida Madruga^II; Ester da Silva^I,III; Audrey Borghi-Silva^I; Lourenço Gallo Junior^IV; Aparecida Maria Catai^I

^ILaboratório de Fisioterapia Cardiovascular, Núcleo de Pesquisa em Exercício Físico, Departamento de Fisioterapia, Universidade Federal de São Carlos – São Carlos, SP, Brasil

^IILaboratório de Fisiologia do Exercício, Faculdade de Educação Física, Universidade Estadual de Campinas – Campinas, SP, Brasil

^IIILaboratório de Pesquisa em Fisioterapia Cardiovascular e de Provas Funcionais, Faculdade de Ciências da Saúde, Universidade Metodista de Piracicaba – Piracicaba, SP, Brasil

^IVDepartamento de Clínica Médica, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo – Ribeirão Preto, São Paulo, Brasil

^{Correspondência}

RESUMO

INTRODUÇÃO: As modificações da frequência cardíaca (FC) durante a transição repouso-exercício podem ser caracterizadas por meio da aplicação de cálculos matemáticos simples, como: deltas 0-10 e 0-30s para inferir sobre o sistema nervoso parassimpático, e delta e regressão linear aplicados no intervalo 60-240s para inferir sobre o sistema nervoso simpático. Assim, o objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que indivíduos jovens e de meia-idade apresentam diferentes respostas da FC em exercício de intensidade moderada e intensa, com diferentes cálculos matemáticos.

MÉTODOS: Homens aparentemente saudáveis, sendo sete de meia-idade e 10 jovens, foram submetidos a testes de carga constante de intensidade moderada e intensa. Foram calculados os deltas da FC nos períodos de 0-10s, 0-30s e 60-240s e a regressão linear simples no período de 60 a 240s. Os parâmetros obtidos na análise de regressão linear simples foram: intercepto e inclinação angular. Utilizou-se o teste Shapiro-Wilk para verificar a distribuição dos dados e o teste t não pareado para comparação entre os grupos. O nível de significância estatística considerado foi 5%.

RESULTADOS: O valor do intercepto e do delta 0-10s foi menor no grupo meia-idade nas duas cargas e a inclinação do ângular foi menor no grupo meia-idade no exercício moderado.

CONCLUSÃO: Os indivíduos jovens apresentam retirada vagal de maior magnitude no estágio inicial da resposta da FC durante exercício dinâmico em carga constante nas intensidades analisadas e maior velocidade de ajuste da resposta simpática em exercícios moderados.

Palavras-chave: envelhecimento, métodos, frequência cardíaca.

INTRODUÇÃO

Durante a transição do repouso para o exercício físico dinâmico ocorrem modificações do ritmo cardíaco, além de outros ajustes fisiológicos, no intuito de atender a demanda energética imposta pela musculatura ativa^1,2. Algumas destas modificações podem ser observadas por meio da aplicação de ajustes matemáticos que caracterizam, por exemplo, o comportamento da frequência cardíaca (FC) nesta transição.

No exercício de baixa intensidade, a elevação inicial da FC, observada nos primeiros 30s, pode estar associada à inibição da modulação parassimpática sobre o nódulo sinusal, a fim de elevar rapidamente o fluxo sanguíneo periférico e suprir a demanda energética imposta pelos tecidos musculares envolvidos na execução da tarefa^3,4. Após cerca de 30s,

pode-se observar redução da FC decorrente da reativação parassimpática sobre o nódulo sinusal⁵ secundária à elevação do retorno venoso e consequente aumento do volume de ejeção, detectados pelos barorreceptores arteriais e/ou carotídeos. Após esse período, com a continuação do exercício, a FC volta a aumentar quando a intensidade do exercício está no domínio de moderado a intenso, porém em velocidade menor. O incremento lento da FC, que se deve à ativação simpática adrenérgica, prevalece a partir dos 60 a 90s⁴. Este padrão, caracterizado em estudos com^6-8 e sem⁹ bloqueio farmacológico, pode sofrer influências da idade e do grau de condicionamento físico¹⁰.

Alguns recursos matemáticos básicos podem ajudar a caracterizar e compreender o comportamento das respostas da FC na transição repouso-exercício. Assim, as respostas da FC moduladas pelo sistema nervoso parassimpático podem ser caracterizadas por meio do cálculo dos deltas 0-10 e 0-30s (∆0-10s e ∆0-30s)^6,7 e as respostas moduladas pelo sistema nervoso simpático podem ser caracterizadas tanto pelo delta^6,7 como pela regressão linear¹¹ aplicados aos dados do intervalo 60-240s^6,7. Enquanto o delta 60-240s (∆60-240s) representa a amplitude da resposta da FC, a análise de regressão linear fornece informações relativas à velocidade de ajuste da FC neste período, sob o predomínio da modulação simpática¹¹.

Tendo em vista a facilidade de aplicação dos recursos acima descritos, optou-se pelo seu emprego na avaliação da influência da idade sobre as respostas da FC durante exercício dinâmico. Desta forma, o presente estudo justifica-se pela apresentação de metodologia simples para caracterização das respostas autonômicas na transição repouso-exercício em dois grupos de indivíduos em diferentes faixas etárias. Assim, o objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que indivíduos jovens e de meia-idade apresentam diferentes respostas da FC em exercício de intensidade moderada e intensa, utilizando-se dos valores de diferentes constantes de tempo de resposta e de um modelo de regressão linear simples aplicado aos dados. Adicionalmente, avaliamos o consumo de oxigênio (O₂) no momento do limiar de anaerobiose ventilatório (LAv) e no pico de esforço dos voluntários estudados.

METODOLOGIA

Estudo do tipo transversal aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Estadual de Campinas (Resolução 225/1997). Os voluntários foram informados sobre os procedimentos a que seriam submetidos e assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido.

Sujeitos

Os seguintes critérios de inclusão foram empregados: homens com idade entre 19 e 29 anos e entre 50 e 60 anos para compor os grupos de indivíduos jovens (GJ) e de meia-idade (GMI), respectivamente. Os voluntários deveriam apresentar estilo de vida sedentário, não serem fumantes, com ausência de qualquer evidência de doença cardiovascular ou outras anormalidades dos sistemas pulmonar, osteomioarticular ou neurológico. Todos os voluntários foram submetidos a exames clínicos (anamnese e exame físico) e laboratoriais (bioquímicos do sangue, hematológico, urina tipo I, eletrocardiograma convencional de repouso e eletrocardiograma em esforço) para caracterização do seu estado de saúde. Os testes foram realizados no mesmo período do dia, com temperatura ambiental entre 20 e 23°C e umidade relativa do ar entre 40 e 60%. Antes do dia do experimento, os indivíduos foram familiarizados com o pessoal e os procedimentos e equipamentos a serem utilizados.

Procedimentos

Os procedimentos de avaliação foram realizados no Laboratório de Fisiologia do Exercício da Faculdade de Educação Física, Unicamp. Os voluntários foram orientados a não consumir bebidas alcoólicas e/ou estimulantes e não realizar exercícios extenuantes 24 horas antes da realização do teste e fazer uma refeição leve pelo menos duas horas antes do teste.

Foi recomendado que nos dias dos testes o voluntário se apresentasse com roupas e calçados confortáveis, apropriados para a prática de atividade física. Antes do início da coleta de dados, os voluntários foram questionados a respeito da sua condição geral de saúde e da qualidade de sono na noite prévia com o intuito de determinar sua participação nos procedimentos.

Protocolos de testes de exercício

Teste de exercício clínico

Foi realizado em cicloergômetro (Corival 400, Quinton, Seattle, WA, EUA) com o objetivo de avaliar as respostas cardiovasculares ao exercício físico e para determinar a taxa de incremento de potência para o teste de exercício cardiopulmonar (TECP). Foi realizado eletrocardiograma convencional de 12 derivações em repouso. Ainda em repouso, e no final de cada estágio, houve registro do traçado eletrocardiográfico (derivações MC5, aVF e V2) e aferição da pressão arterial (PA) pelo método auscultatório. Os seguintes critérios foram empregados para interrupção do teste: atingir a FC máxima prevista em relação à idade e/ou presença de sinais ou sintomas de exaustão física.

Teste de exercício cardiopulmonar (TECP)

Este teste teve como objetivo avaliar a capacidade e potência aeróbia dos voluntários, bem como identificar a resposta das variáveis cardiovasculares, ventilatórias e metabólicas no momento do limiar de anaerobiose, identificado pelo método ventilatório (LAv), e no pico do esforço. O protocolo incluía um período de três minutos de aquecimento com potência de quatro watts (W). Os incrementos subsequentes foram correspondentes a 10% da potência máxima alcançada no teste de exercício clínico. O LAv foi identificado visualmente quando a taxa de liberação de CO₂ apresentou incremento não linear em relação ao consumo de oxigênio (VO₂)^1,12.

O consumo de oxigênio (O₂) foi captado respiração-a-respiração por meio de um analisador de gases e medidas metabólicas (MMC Horizontal System, Sensormedics, Yorba Linda, CA, EUA) e seus valores foram expressos em médias a cada 15s. A FC foi registrada batimento-a-batimento e expressa em valores médios a cada 10s. No final do TECP, antes da sua interrupção, foi aplicada a escala de Borg-CR10¹³ para avaliação da sensação de dispneia ou fadiga muscular.

Teste de exercício em carga constante (TECC)

Os TECCs foram realizados com objetivo de avaliar o comportamento da FC em diferentes potências, que variaram de 25 a 150W em intervalos de 25W. O protocolo, realizado em cicloergômetro (Corival 400, Quinton, Seattle, WA, EUA), consistiu de uma fase de aquecimento por um minuto em potência de 4W, seguida pelo incremento abrupto da potência, mantida por quatro minutos, e por uma fase de recuperação em potência de 4W, por um minuto. Entre cada TECC houve um período de repouso para que os valores de PA e FC retornassem aos valores basais. Esse período variou entre 15 e 30 minutos. A FC e o O₂ foram registrados durante as três fases do TECC, enquanto a PA foi registrada antes do início e nos 30s finais da aplicação da potência.

Posteriormente, com base nos valores médios do O₂ observado no minuto final de cada TECC em relação ao O₂ observado no LAv identificado no TECP, foram calculadas as isocargas (exercício moderado e intenso). Para a determinação das isocargas de exercício moderado e intenso, foram empregados os valores correspondentes a 50-80% e 110-140% do O₂ no LAv, respectivamente. Este procedimento foi realizado para que as respostas da FC pudessem ser comparadas entre os sujeitos, independentemente da sua capacidade física.

Análise dos deltas e do coeficiente angular da FC

Foram analisados os seguintes deltas de FC: a) ∆0-10s, obtido pela diferença da FC no 10^o s do TECC e a FC média dos 60s pré-teste, a fim de se mensurar a amplitude da retirada vagal até os 10s iniciais; b) ∆0-30s, obtido pela diferença da FC no 30^o s do TECC e a FC média dos 60s pré-teste, a fim de se mensurar a amplitude da retirada vagal nos 30s iniciais; e c) ∆60-240s, obtido pela diferença entre a FC no 240^o s e a FC no 60^o s do TECC, a fim de se mensurar a amplitude do incremento da FC, modulado pelo sistema nervoso simpático.

Foi aplicada uma regressão linear simples¹¹, que utiliza o método dos mínimos quadrados para identificar os melhores parâmetros de ajuste da reta ao comportamento dos dados de FC do 60^o ao 240^o s do TECC. A equação empregada foi:

y = β*x + I

onde, y representa a variável dependente (FC), x a variável independente (tempo), β o coeficiente angular (i.e., velocidade de incremento da FC) e I é o ponto de intersecção da função com o eixo y. Para esta análise, o eixo y foi deslocado no eixo x até o ponto correspondente ao 60^o segundo (figura 1). O coeficiente de correlação r foi utilizado para verificar a qualidade do ajuste linear.

ANÁLISE ESTATÍSTICA

O cálculo amostral foi baseado nos valores do ∆0-10s da resposta da FC obtidos em estudo piloto com quatro voluntários em cada grupo, assumindo valores de β = 0,8 e α = 0,05. O resultado sugeriu sete voluntários em cada grupo. Tendo em vista o tamanho da amostra e a distribuição dos dados, optou-se pela aplicação de testes estatísticos não paramétricos para as comparações intergrupo. Os dados são mostrados em mediana, valor mínimo e máximo. O nível de significância considerado foi de 5%.

RESULTADOS

Características antropométricas

Foram avaliados 17 voluntários, alocados em dois grupos de acordo com a faixa etária (tabela 1). A massa corporal e o IMC foram maiores no GMI em comparação ao GJ (p < 0,05).

TECP

Durante o teste de exercício cardiopulmonar (TECP), os grupos mostraram valores diferentes de FC, O₂ e potência nos momentos relativos ao LAv e ao pico do esforço, sendo que o GJ apresentou os maiores valores (tabela 2). Apesar disso, a percepção de esforço, avaliada pela escala de Borg no pico do exercício, e os valores percentuais de O₂, FC e potência observados no momento do LAv em relação ao pico do exercício (LAv/PICO) não foram diferentes entre os grupos. Na condição repouso, apenas o O₂ foi diferente entre os grupos.

TECC

Na tabela 2 também são apresentados os valores percentuais de O₂ empregados na definição das isocargas correspondentes aos exercícios moderado e intenso. Os valores percentuais correspondem à relação entre o O₂ observado no TECC e o O₂ observado no momento do LAv, identificado no TECP. Pode-se observar que não houve diferença estatística significativa entre os grupos, o que indica que as isocargas foram equivalentes.

Na tabela 3 encontram-se os valores de coeficiente angular (β), intercepto (I) e deltas da FC (∆0-10s, ∆0-30s e ∆60-240s) obtidos nos TECCs e apresentados de acordo com a intensidade de exercício analisada. O GMI apresentou menores valores de I e ∆0-10s no exercício moderado e intenso, e de β no exercício moderado, em comparação ao GJ. Não houve diferença estatística significativa entre os grupos para os valores de ∆0-30s e ∆60-240s.

Na figura 2 são apresentados os comportamentos dos interceptos (I) e coeficientes angulares (b) mediados pelo sistema nervoso autonômico simpático nas intensidades de exercício moderado e intenso. A análise de regressão linear mostra que o GMI apresenta menores valores de intercepto nas duas intensidades e menor velocidade de ajuste (β) no exercício de intensidade moderada.

DISCUSSÃO

Os principais achados do presente estudo foram: em comparação ao GJ, o GMI apresentou menores valores de intercepto I e ∆0-10s nos exercícios moderado e intenso e menor velocidade de ajuste (β) na intensidade moderada. Não houve diferença estatística significante entre os valores de ∆0-30s e ∆60-240s. Adicionalmente, durante o TECP, o GMI apresentou menores valores de O₂, FC e potência nos momentos do LAv e pico de esforço, caracterizando menor capacidade e potência aeróbia.

TECP

Diversos estudos associam o declínio do O₂ no pico do exercício com o envelhecimento, principalmente após os 50 anos^13-15 com a. Este declínio pode estar associado à diminuição da FC_pico, do fluxo sanguíneo periférico e/ou da extração periférica do oxigênio^2,16.

O declínio da FC_pico em decorrência do processo de envelhecimento, fato também observado no presente estudo, associado ou não às limitações periféricas, pode resultar na diminuição do débito cardíaco^6,17,18. Contudo, no intuito de compensar este declínio da FC e manter o débito cardíaco necessário para uma determinada demanda metabólica imposta pelo exercício, pode ocorrer aumento do volume sistólico no pico do exercício(1).⁽¹⁾. Assim, os menores valores de O₂ de pico observados nas faixas etárias mais elevadas parecem ter importante contribuição dos mecanismos de entrega e extração periférica de oxigênio^2,19,20, além dos mecanismos centrais. Tendo em vista que os grupos apresentaram comportamento semelhante na relação LAv/PICO para as variáveis O₂, FC e potência (tabela 2), pode-se inferir que os menores valores de O₂ no LAv observados no GMI também podem estar associados à diminuição da FC, do fluxo sanguíneo periférico e/ou da extração periférica do oxigênio² observados em decorrência do envelhecimento²¹.

TECC

A modulação autonômica da FC é bastante complexa, pois seu comportamento pode ser influenciado por diversos estímulos aferentes periféricos e por mecanismos centrais^7,10. O conceito das eferências dos sinais provindos dos centros cerebrais superiores, que influenciam o comportamento da FC durante o exercício físico, independente do tipo de exercício, foi amplamente estudado^22,23 e tem sido aceito pela comunidade científica.

Em 1986, Maciel et al.⁶ apresentaram um estudo no qual verificaram os efeitos do bloqueio farmacológico dos eferentes simpático e parassimpático na resposta da frequência cardíaca de homens saudáveis, e confirmaram que a taquicardia na transição repouso-exercício tem um comportamento bifásico. Inicialmente, a taquicardia é vago-dependente^4,7 e independe da intensidade de esforço realizada. Posteriormente, em exercício moderado ou intenso, ocorre uma fase de incremento lento na resposta da FC devido à ativação simpática.

No presente estudo, o comportamento inicial da taquicardia foi investigado pela análise dos valores de ∆0-10s e ∆0-30s, nas intensidades estudadas. No GMI, os menores valores de ∆0-10s indicam amplitude de retirada vagal inicial menos proeminente que a observada no GJ neste período. Por outro lado, os grupos não apresentaram diferença na comparação do ∆0-30s, o que indica que o GJ apresenta maior intensidade de retirada vagal na fase mais precoce da transição repouso-exercício (0-10s) e o GMI na fase mais tardia (10-30s). A diminuição da capacidade de resposta reflexa autonômica sofre influência do envelhecimento devido a alterações no barorreflexo em decorrência da diminuição da sensibilidade dos receptores periféricos¹⁰. Este mecanismo pode ter levado ao atraso na elevação da FC observado na fase mais precoce (∆0-10s) da transição repouso-exercício^23,24 no GMI.

Em exercício moderado, após o período de retirada vagal, pode haver retomada da atividade do nervo vago, que leva à diminuição da FC antes do 60^o segundo do exercício^6-8. Quando este mecanismo está presente, a determinação do intercepto, avaliado a partir do intervalo 60-s240^o segundo, pode apresentar menores valores de FC em relação aos valores observados no 30^o segundo. No entanto, após o período de retirada vagal (0-30s) também pode-se observar a participação da modulação simpática sobre a FC no intuito de ajustá-la à demanda metabólica. Desta forma, o ajuste da FC no período 30-60s ocorre por meio dos dois mecanismos de ajuste autonômico⁶.

Nossos resultados mostram que, embora não tenha havido diferença estatística significante para o ∆0-30s, os valores de intercepto foram maiores no GJ. Pode-se então inferir que esse comportamento tenha ocorrido em função da maior contribuição vagal inicial (0-10s), que pode ter perdurado e influenciado as respostas posteriores. No entanto, não se pode excluir a possibilidade de haver contribuição simpática nesse período.

Após o 60^o segundo de exercício moderado ou intenso, ocorre incremento lento da FC devido à contribuição simpática sobre o nódulo sinusal^6,12. Este comportamento, representado pelas variáveis do intervalo 60-240^o segundo (b, I e D), tem sua magnitude correlacionada temporalmente com alterações na concentração de lactato sanguíneo^7,26-28. Embora a magnitude desta contribuição (∆60-240s) não tenha apresentado diferença entre os grupos nas intensidades de exercício estudadas, a velocidade de ajuste da FC (b) foi menor no GMI durante o exercício moderado. Este resultado indica que o GMI apresenta redução da velocidade de ajuste da FC mediado pelo sistema nervoso simpático após 60 s do início 60^o segundo de exercício moderado. Por outro lado, em exercício intenso, a resposta da FC na transição repouso-exercício não foi diferente entre os grupos. Este comportamento pode estar associado à maior complexidade dos ajustes periféricos necessários para suprir a elevada demanda metabólica^17,26.

Implicações clínicas do estudo

A resposta da FC na transição repouso-exercício dinâmico apresenta diferenças em função do envelhecimento e pode ser caracterizada por meio de métodos simples como a análise da regressão linear e a análise dos deltas. Estes métodos de análise da atuação do sistema nervoso autonômico sobre o coração podem ser facilmente aplicados na prática clínica, e o seu emprego contribui para o melhor conhecimento da capacidade de resposta ao exercício físico dinâmico.

CONCLUSÕES

Os indivíduos jovens apresentam retirada vagal de maior magnitude no estágio inicial da resposta da FC durante exercício dinâmico em carga constante nas intensidades analisadas e maior velocidade de ajuste da resposta simpática em exercícios moderados.

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

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  30 Nov 2012
• Data do Fascículo
  Out 2012