Efeito de diferentes intensidades de exercício muscular inspiratório no controle autonômico cardíaco no período de recuperação pós esforço em adultos saudáveis: estudo controlado e randomizadoRESUMO
O objetivo deste trabalho foi investigar o efeito de diferentes intensidades de exercício muscular inspiratório (EMI) no controle autonômico cardíaco no período de recuperação pós esforço em adultos saudáveis. Foi realizado estudo experimental, controlado e randomizado com 15 homens entre 18-40anos, sedentários e saudáveis em quatro sessões de EMI: Sham, 30%, 40% e 60% da pressão inspiratória máxima. Intervalos de pulso foram registrados por fotopletismografia digital infravermelha obtendo valores frequência cardíaca (FC). FC, intervalo entre batimentos, desvio-padrão da média de todos os intervalos RR normais (SDNN), raiz quadrada da média do quadrado das diferenças entre intervalos RR normais adjacentes (RMSSD), porcentagem dos intervalos RR adjacentes com diferença de duração maior que 50ms (pNN50) (domínio do tempo), potência total, potência das bandas espectrais de baixa frequência (LF) e potência das bandas espectrais de alta frequência (HF) (ms²), LF e HF (n.u.) e LF/HF (domínio da frequência) foram medidos simultaneamente por dez minutos no basal e período de recuperação (15, 30, 45 e 60 minutos). Foi utilizado ANOVA two-way, considerando nível de significância de 5%. O RMSSD e pNN50 apresentaram no período de recuperação valores maiores em relação ao basal (efeito tempo: P =0,004; P <0,01, respectivamente). Não houve diferença para variáveis de VFC no domínio da frequência (efeito tempo: P>0,05). Não houve diferença na comparação entre as intensidades para todas as variáveis de VFC (efeito sessões: P>0,05). Concluímos que, independentemente da carga empregada, há aumento semelhante dos índices da modulação autonômica cardíaca parassimpática no período de recuperação pós sessão de EMI em adultos saudáveis.
Descritores
Exercício Respiratório; Sistema Autonômico; Variabilidade da Frequência Cardíaca
ABSTRACT
This study aimed to investigate the effect of different intensities of Inspiratory Muscle Exercise (IME) on cardiac autonomic control during the period of post-exertion recovery in healthy adults. Thus, an experimental, controlled, and randomized study was conducted with 15 men aged from 18 to 40 years, including sedentary and healthy individuals. Participants underwent four IME sessions: a sham session, followed by sessions with 30%, 40%, and 60% of maximal inspiratory pressure. Pulse intervals were recorded using digital infrared photoplethysmography to obtain heart rate (HR) values. Measurements included HR, interbeat interval, standard deviation of all normal RR intervals (SDNN), root mean square of successive differences between adjacent normal RR intervals (RMSSD), percentage of adjacent RR intervals greater than 50ms (pNN50) (time domain), total power, power of low-frequency spectral bands (LF), and power of high-frequency spectral bands (HF) (ms²), LF and HF (n.u.), and LF/HF (frequency domain). These measures were assessed simultaneously for 10 minutes at rest and during recovery period (15, 30, 45, and 60 minutes). Two-way analysis of variance was used, considering a 5% significance level. We observed that RMSSD and pNN50 showed higher values compared to baseline (Time Effect: P=0.004; P<0.01, respectively). No differences were found in HRV measures in the frequency domain (Time Effect: P>0.05). Additionally, there was no difference in the comparison between intensities for all HRV measures (Session Effect: p>0.05). We conclude that, regardless of the applied load, there is a similar increase in parasympathetic cardiac autonomic modulation indices in the post-IME recovery period in healthy adults.
Keywords
Breathing Exercise; Autonomic System; Heart Rate Variability
RESUMEN
Este trabajo tuvo el objetivo de investigar el efecto de diferentes intensidades de entrenamiento muscular inspiratorio (EMI) en el control autonómico cardíaco durante el periodo de recuperación tras el esfuerzo en adultos sanos. Se realizó un estudio experimental, controlado y aleatorizado con 15 hombres de 18 a 40 años, sedentarios y sanos en cuatro sesiones de EMI: Sham, el 30%, el 40% y el 60% de la presión inspiratoria máxima. Se registraron los intervalos de pulso mediante fotopletismografía digital infrarroja obteniendo valores de frecuencia cardíaca (FC). FC, intervalo entre latidos, desviación estándar de la media de todos los intervalos RR normales (SDNN), raíz cuadrada de la media del cuadrado de las diferencias entre intervalos RR normales adyacentes (RMSSD), porcentaje de intervalos RR adyacentes con diferencia de duración mayor que 50ms (pNN50) (dominio del tiempo), potencia total, potencia de las bandas espectrales de baja frecuencia (LF) y potencia de las bandas espectrales de alta frecuencia (HF) (ms²), LF y HF (n.u.) y LF/HF (dominio de la frecuencia) se midieron simultáneamente durante diez minutos en el basal y el periodo de recuperación (15, 30, 45 y 60 minutos). Se utilizó ANOVA dos vías, considerando el nivel de significación del 5%. RMSSD y pNN50 presentaron valores más altos en el periodo de recuperación en comparación con el basal (efecto tiempo: P=0,004; P<0,01, respectivamente). No hubo diferencia para variables de VFC en el dominio de la frecuencia (efecto tiempo: P>0,05). No hubo diferencia en la comparación entre las intensidades para todas las variables de VFC (efecto sesiones: P>0,05). Concluimos que, independientemente de la carga utilizada, hay un aumento similar en los índices de la modulación autonómica cardíaca parasimpática durante el periodo de recuperación tras la sesión de EMI en adultos sanos.
Palabras clave
Entrenamiento Respiratorio; Sistema Autonómico; Variabilidad de la Frecuencia Cardíaca
INTRODUÇÃO
O treinamento muscular inspiratório (TMI), composto por sessões de exercício muscular inspiratório (EMI), tem sido cada vez mais discutido no meio científico e empregado na prática clínica em diferentes populações 1 , 2 . São encontrados diversos benefícios e não somente no que se refere a ganho de força e resistência da musculatura inspiratória, como também melhora na qualidade de vida, aumento da tolerância ao esforço, aumento no consumo máximo de oxigênio e capacidade funcional em indivíduos com insuficiência cardíaca, além de benefícios no controle da pressão arterial 3 - 5 . Nesse sentido, existem trabalhos demonstrando a influência do TMI no sistema nervoso autonômico (SNA) 6 - 8 .
O SNA atua no controle de mecanismos homeostáticos fisiológicos, momento a momento, por meio das alças simpática e vagal do SNA 9 . Alguns estudos têm demonstrado efeito positivo do TMI sobre o controle autonômico cardíaco (CAC), principalmente em relação à variabilidade da frequência cardíaca (VFC) 6 , 10 , 11 . O aumento da VFC está geralmente associado a um bom estado de saúde, enquanto a menor VFC pode significar alterações patológicas 12 . Além disso, a avaliação da VFC pode ser útil para identificar pacientes com maior potencial de eventos cardiovasculares e mortalidade por todas as causas 13 . Sendo assim, O TMI parece melhorar o CAC e ser sistêmico, principalmente em doentes cardiovasculares. Porém, a heterogeneidade entre os estudos quanto às prescrições do TMI parece influenciar a resposta de VFC encontrada 8 . Nesse sentido, os dados parecem indicar que, a longo prazo, o TMI apresenta repercussões no SNA. Contudo, agudamente a literatura não é consistente nos resultados apresentados.
Levando em consideração as diferentes intensidades empregadas nos protocolos de EMI e as repercussões no CAC que o TMI pode gerar, é possível que o EMI possa influenciar agudamente a VFC no período de recuperação pós esforço? Além disso, a carga de uma sessão de EMI influencia o CAC na recuperação de adultos saudáveis? Tendo em vista essas questões, o objetivo deste estudo foi investigar o efeito de diferentes intensidades de exercício muscular inspiratório no CAC no período de recuperação pós esforço em adultos saudáveis.
METODOLOGIA
Desenho do estudo e amostra
Trata-se de um estudo experimental, controlado e randomizado. Este estudo foi desenvolvido na Unidade de Investigação Cardiovascular e Fisiologia do Exercício (InCFEx) do hospital universitário da UFJF. A amostra foi composta por adultos (entre 18 anos e 40 anos) do sexo masculino. Os critérios de elegibilidade foram: não fazer uso de medicações de ação cardiovascular; não possuir doença cardiovascular ou pulmonar previamente diagnosticada; sedentários (não praticar atividade física regular, maior ou igual a uma vez por semana, há no mínimo seis meses); e não tabagistas. Foram excluídos indivíduos com hipertensão arterial 14 , pressão arterial elevada 14 , obesidade (índice de massa corporal igual ou maior a 30kg/m²) e aqueles com alterações no eletrocardiograma detectadas durante a monitorização de repouso. O estudo seguiu o guia CONSORT, quando aplicável 15 .
Medidas e procedimentos
Foi realizada anamnese para detectar possíveis fatores de exclusão. A avaliação eletrocardiográfica foi registrada continuamente, em repouso, por meio do monitor multiparamétrico Dixtal 2023® (Amazônia, Brasil).
Avaliação da força muscular respiratória
A força muscular inspiratória foi identificada por meio da pressão inspiratória máxima (PImáx) mensurada pelo manovacuômetro digital (GlobalMed®). Com o voluntário na posição sentada, foi solicitado realizar, após expiração completa, esforço inspiratório máximo, o qual deveria ser mantido por ao menos um segundo. Esse procedimento foi repetido três vezes, entre as quais não poderia haver variação maior que 10% entre as medidas. Para caracterização da PImáx, foi considerado o maior valor em módulo verificado 16 , assim como para a força muscular expiratória, porém solicitando-se um esforço expiratório máximo com o mesmo procedimento. Para o cálculo da PImáx e PEmáx predito pela idade e sexo, foram utilizadas fórmulas previamente descritas 17 .
Exercício muscular inspiratório
As quatro sessões foram realizadas em dias diferentes, com pelo menos 72 horas de intervalo, utilizando dispositivo Powerbreathe®. Foram utilizadas as intensidades: 30%, 40% (oito séries de dois minutos, com um minuto de intervalo) 18 e 60% da PImáx (quatro séries de dois minutos, com um minuto de intervalo), assim como uma sessão Sham (sem carga inspiratória) com oito séries de dois minutos, com um minuto de intervalo. A ordem das sessões foi randomizada por meio de um site, e os voluntários não foram previamente informados à qual sessão seriam submetidos. Além disso, os voluntários foram orientados a realizarem respiração diafragmática, mantendo uma frequência respiratória (FR) de 12 a 15 incursões por minuto (ipm) (controle por feedback do avaliador) ( Figura 1 ).
Familiarização e orientações
A familiarização foi realizada com o aparelho sem carga, com clipe nasal e com controle da FR.
Os voluntários receberam orientações sobre a técnica de respiração diafragmática. Adicionalmente, foram orientados a absterem-se de bebidas alcoólicas e cafeinadas, a não realizarem exercício físico intenso por 24 horas antes das sessões e a ingerirem uma refeição leve até hora antes da avaliação.
Avaliação da VFC
Os sinais dos intervalos entre batimentos (IEB) registrados por meio de fotopletismografia digital infravermelha (FinometerPro) 19 por dez minutos em repouso e por 60 minutos da recuperação pós-exercício foram utilizados para análise do efeito das diferentes sessões sobre a modulação autonômica cardíaca (MAC). Foram considerados os cinco minutos finais de cada sinal da seguinte maneira: basal do quinto ao décimo minuto e na recuperação do décimo ao 15º minuto, do 25º ao 30º minuto, do 40º ao 45º minuto e do 55º ao 60º minuto.
Protocolos
Na primeira visita, foram realizadas anamnese, antropometria, eletrocardiograma, avaliação da força muscular respiratória e familiarização. Da segunda a quinta visita, houve o registro dos IEB em repouso, seguido do EMI de acordo com a randomização do voluntário.
Processamento dos sinais de intervalo de pulso
As séries temporais foram transferidas para o software Kubios HRV Analysis, versão 3.1.0, para cálculo FC e das medidas de VFC no domínio do tempo (DT): IEB, desvio padrão dos iNN (SDNN), raiz média quadrática da diferença entre iNN sucessivos (RMSSD), proporção número de pares de NNs sucessivos que se diferem em mais de 50ms dividida pelo número total de NNs (pNN50).
Para o domínio da frequência (DF), por meio da estimativa da função densidade espectral de potência, utilizou-se a Transformada Rápida de Fourier 20 . Para isso, efetuou-se a remoção da componente de tendência da série temporal de iNN, pelo método de suavização a priori 21 . Foram calculados no DF: potência total, potência das bandas espectrais de baixa frequência (LF; 0,04-0,15 Hz) em unidades absolutas (ms²) e em unidades normalizadas (u.n.); potência das bandas espectrais de alta frequência (HF; 0,15-0,4 Hz), em ms² e u.n. e razão LF/HF 22 .
Análise estatística
O pressuposto de normalidade foi testado por meio do teste de Shapiro-Wilk .
A análise de variância de dois fatores para medidas repetidas foi empregada para análise do efeito da intervenção na VFC comparando sessões de exercício e entre os períodos pré e pós-exercício. Quando detectada diferença significativa, a ANOVA foi seguida do post-hoc de bonferroni . Os pressupostos de esfericidade por meio do teste de Mauchly foram testados e, quando necessário, foi feita a correção de Huynh-Feldt . O nível de significância adotado foi de 5%.
Para a análise do tamanho de efeito, foi utilizado o cálculo de partial eta squared ( η p 2 ). Foi considerado como efeito pequeno valores entre 0,01 e 0,06; para efeito médio, entre 0,07 e 0,14; e efeito grande para valores acima de 0,14 . Além disso, foi utilizado o cálculo do poder observado das análises estatísticas realizadas.
Todos os testes foram realizados no programa SPSS versão 20.0.0.
RESULTADOS
O fluxograma de entrada e exclusão dos participantes está representado pela Figura 2 . As características físicas, demográficas e de força muscular respiratória da amostra encontram-se descritas na Tabela 1 .
Resposta da VFC entre as diferentes intensidades de EMI
Os valores da FC diminuíram de forma estatisticamente significativa durante todo período de recuperação em comparação com o basal para todas as intensidades (tempo: P <0,01; η p 2 =0,569; poder observado: 1,000; grupo: P =0,360; η p 2 =0,073; poder observado: 0,275) ( Figura 3 A), enquanto os IEB aumentaram durante todo período de recuperação (tempo: P <0,01; η p 2 =0,633; poder observado: 1,000; grupo: P =0,388; η p 2 =0,069; poder observado: 0,260) ( Figura 3 B). O RMSSD apresentou valores significativamente maiores em relação ao basal nos minutos 30, 45 e 60 para todas as intensidades (tempo: P =0,004; η p 2 =0,280; poder observado: 0,898; grupo: P =0,262; η p 2 =0,090; poder observado: 0,340) ( Figura 3 D), bem como o pNN50 apresentou valores aumentados em relação ao basal nos minutos 15, 30, 45 para todas as intensidades (tempo: P <0,01; η p 2 =0,345; poder observado: 0,994; grupo: P =0,244; η p 2 =0,093; poder observado: 0,354) ( Figura 3 E). Vale ressaltar que para todas essas variáveis apresentadas não houve diferença em relação às diferentes intensidades avaliadas.
Já os índices de VFC do DF representados pelo LF(ms²) (tempo: P =0,761; η p 2 =0,025; poder observado: 0,110; grupo: P =0,355; η p 2 =0,073; poder observado: 0,255) ( Figura 4 B) e HF(ms²) (tempo: P =0,375; η p 2 =0,071; poder observado: 0,269; grupo: P =0,437; η p 2 =0,062; poder observado: 0,236) ( Figura 4 C) não apresentaram alterações significativas tanto para o tempo como para grupo, assim como LF (n.u.) (tempo: P =0,682; η p 2 =0,037; poder observado: 0,156; grupo: P =0,511; η p 2 =0,053; poder observado: 0,203) ( Figura 4 D) e HF (n.u.) (tempo: P =0,734; η p 2 =0,032; poder observado: 0,142; grupo: P =0,500; η p 2 =0,054; poder observado: 0,208) ( Figura 4 E). A relação LF/HF também não obteve diferenças significativas em nenhum momento, sem diferença entre as intensidades (tempo: P =0,539; η p 2 =0,044; poder observado: 0,151; grupo: P =0,232; η p 2 =0,096; poder observado: 0,364) ( Figura 4 F).
DISCUSSÃO
Nossos principais achados mostraram que, independentemente da carga de trabalho empregada, há um aumento em medidas de VFC que refletem modulação vagal cardíaca no período de recuperação pós EMI.
Foi observado um aumento do RMSSD e do pNN50 nos minutos 15, 30 e 45 da recuperação, demonstrando um predomínio parassimpático no período pós esforço. Além disso, foi possível observar uma diminuição da FC em comparação com o basal durante os 60 minutos de recuperação, assim como um aumento do IEB. Essa diminuição de FC corrobora os achados com índices parassimpáticos aumentados.
Estudos anteriores mostraram que, possivelmente, o efeito do EMI sobre o CAC é influenciado pela carga empregada 10 , 11 . Agudamente, o efeito do EMI à 60% da PImáx em comparação com 30% PImáx obteve maior MAC em indivíduos saudáveis com aumento do LF(n.u.) e uma diminuição significativa do HF(n.u.) para a carga de 60% da PImáx em comparação com a menor carga durante o período de recuperação 11 . Porém, o protocolo empregado foi igual entre as duas intensidades com ciclos de 30 respirações e 30 segundos de intervalo com duração de 15 minutos totais. Portanto, o trabalho total realizado pela intensidade de 60% da PImáx foi maior. Sendo assim, seus resultados devem ser interpretados com cautela. Em contrapartida, comparando diferentes cargas de 30%, 60% e 80% da PImáx por quatro minutos de esforço e separados por cinco minutos de descanso demonstrou que cargas menores são capazes de promover maiores ganhos autonômicos a partir da modulação parassimpática em idosos 10 .
A fim de equalizar o trabalho e verificar o efeito da intensidade do EMI sobre o CAC, mais especificamente na VFC, realizamos uma subanálise em que comparamos as intensidades 30% Vs. 60% da PImáx com trabalho equalizado e constatamos não haver diferença na resposta autonômica (RA) encontrada para nenhuma das variáveis em comparação aos grupos (dados não apresentados). Esse resultado demonstra que, pelo menos do ponto de vista autonômico, o EMI parece influenciar a RA cardíaca não tendo influência da carga empregada.
O fato de a sessão Sham (sem carga) ter demonstrado aumento de variáveis no DT pode ser explicado, pelo menos em parte, pelo controle da FR durante a sessão. É sabido que a respiração é um dos fatores que implicam diretamente nos valores de VFC 23 , 24 . Descrito como arritmia sinusal respiratória, quando a VFC está em sincronia com a respiração, faz com que o iRR seja encurtado durante a inspiração e prolongado durante a expiração 25 . O controle da FR durante a sessão de EMI Sham pode ter contribuído, em parte, na redução da FC e no aumento de índices vagais durante o período de recuperação.
Cabe ressaltar que este estudo manteve a FR dentro de um padrão respiratório considerado normal. Tal fato nos leva a interpretar que o EMI aplicado nessa população em diferentes intensidades pode ter contribuído para uma alteração na MAC, justificado principalmente pelo controle da FR.
Após exercício, há um efeito descrito na literatura como bradicardia, em que os valores de FC podem ser diminuídos abaixo de seus valores basais 26 , 27 , assim como ocorreu neste estudo. Tal raciocínio atribui mais uma evidência de que o EMI pode ser capaz de promover tais resultados no sistema autonômico cardíaco desses indivíduos.
Assim, entender os efeitos gerados por diferentes intensidades de EMI no que se refere ao CAC, em especial durante o período de recuperação pós esforço, é de suma importância, pois nesse período ocorrem ajustes fisiológicos cardíacos em resposta à sessão de exercício físico que foi realizada. Dessa forma, tal entendimento pode, em parte, contribuir na prática clínica para uma prescrição de EMI de forma mais segura, de acordo com a população que está sendo trabalhada.
Sendo assim, nossos achados sugerem que, independentemente da carga empregada, há uma mobilização do SNA. E isso mostra que essa modalidade de exercício pode ser segura, já que apresentou índices parassimpáticos aumentados na recuperação, não causando riscos ao sistema cardiovascular. Portanto, sabendo que maiores cargas apresentam maiores resultados em outras variáveis e que essas maiores cargas não apresentam prejuízo na RA cardíaca, torna-se viável a aplicação dessa modalidade. Contudo, a literatura acerca dessa temática ainda é limitada e os protocolos utilizados ainda são bastante distintos, com resultados discrepantes uns dos outros, o que dificulta cravar algum tipo de conclusão.
Limitações do estudo
Este apresenta algumas limitações. Uma possível limitação é o pequeno tamanho amostral e, por isso, nossos resultados devem ser entendidos com cautela e não devem ser generalizados a diversas populações e/ou diversas idades. Além disso, outra limitação é a não mensuração do volume corrente durante as sessões de EMI e a ausência de controle dos tempos de inspiração e expiração durante as sessões. Para minimizar esse viés, a FR foi controlada entre 12 e 15ipm. Assim, acreditamos que essas possíveis limitações não tenham afetado os resultados.
CONCLUSÃO
Independentemente da intensidade empregada nas sessões de EMI, observa-se CAC semelhante no período de recuperação pós esforço em adultos saudáveis, representado por aumento semelhante da modulação autonômica cardíaca parassimpática e ausência de alteração na modulação autonômica cardíaca simpática nesse período.
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Trabalho realizado na Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) – Juiz de Fora (MG), Brasil.
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Fonte de financiamento:
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), código de financiamento 001
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Aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa local sob CAAE nº 1,995,992.
EMI: Exercício Muscular Inspiratório; PImáx: Pressão Inspiratória máxima; f: frequência respiratória
Dados em média ± desvio padrão da média. (A)FC: frequência cardíaca; (B)IEB: intervalos entre batimentos; (C)SDNN: desvio padrão dos intervalos R-R de origem sinusal; (D)RMSSD: raiz média quadrática da diferença entre os intervalos R-R de origem sinusal sucessivos; (E)pNN50: porcentagem dos intervalos RR adjacentes com diferença de duração maior que 50ms;*=p≤0,05 vs. basal.
Dados em média ± desvio padrão da média. (A)Potência Total (B)lnLF (ms 2 ): logaritmo natural da banda espectral de baixa frequência em unidade absoluta; (C)lnHF(ms 2 ): logaritmo natural da banda espectral de alta frequência em unidades absolutas; (D)LF(u.n.): banda espectral de baixa frequência em unidade normalizada; (E)HF(u.n.): banda espectral de alta frequência em unidade normalizada; (F)F/HF: balanço simpato-vagal.