Predição da FCmáx em Adultos Saudáveis: Equações e Comparação com Medições, Notas de estudo de Cálculo

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Análise dos Métodos de Previsão Teórica

da

Frequência Cardíaca Máxima

Sérgio Antunes Marques Coimbra, 2009

Sérgio Antunes Marques

Análise dos Métodos de Previsão Teórica

da

Frequência Cardíaca Máxima

Trabalho de Seminário integrado no plano de estudos do grau de Licenciatura em Educação Física, pela Faculdade de Ciências do Desporto e Educação Física da Universidade de Coimbra

Orientadora: Prof. Drª. Paula Tavares

Coimbra

Resumo Frequência cardíaca ou ritmo cardíaco define-se pelo número de batimentos cardíacos por minuto (bpm) e apesar de aparentemente ser um conceito simples, cada vez mais estudos se têm debruçado sobre este parâmetro. A frequência cardíaca, expressa em batimentos por minuto, depende habitualmente do nódulo sinoauricular (SA), que se encontra situado na parede posterior da aurícula direita do coração. O período compreendido entre o começo de um batimento cardíaco e o começo do seguinte é chamado de ciclo cardíaco. Cada ciclo é iniciado pela geração espontânea de um potencial de acção no nodo sinusal. O objectivo deste estudo foi fazer uma breve referência à anatomia do coração, à sua regulação e à análise dos métodos de previsão teórica da frequência cardíaca máxima, confrontando estudos realizados por Tanaka e Karvonnen, entre outros. Muito se fala sobre a frequência cardíaca, nomeadamente, sobre o cálculo da frequência cardíaca ideal para a prática de exercícios físicos. Numerosos estudos têm relatado a importância da FC na avaliação funcional e na prescrição do treino através da estimativa de parâmetros de aptidão aeróbia, sendo que alguns autores têm proposto modelos que permitem identificar a FCmáx de forma indirecta, sem a necessidade de se empregar sessões de exercício máximo, possibilitando assim a prescrição de intensidade de exercício utilizando-se de intensidades relativas a FCmáx. Um dos modelos indirectos mais conhecidos envolvendo a FC é o que determina a predição da FCmáx a partir da equação FCmáx = 220 – idade. Também a autoria desta equação tem suscitado algumas dúvidas, apontando para Karvonnen et al, no entanto, ele nunca publicou a pesquisa original desta fórmula, tendo recomendado que se investigasse o trabalho do doutor Astrand, para encontrar a pesquisa original. Outra questão que se tem levantado é a eficácia em determinar a FC Max para as diferentes idades. Observou-se que na maioria das pesquisas há uma tendência em sobre prever a FCmax de indivíduos jovens e de sub prever em indivíduos idosos. Como conclusão, a equação FC Max = 220 – idade, subestima a FC Max após os 40 anos, propondo-se uma equação de regressão para estimar a FC máx, FC Max = 208

• 0.7 x idade, para adultos são.

Contudo não existem dúvidas quanto à realização de mais pesquisas sobre equações de previsão de FC Max, envolvendo outras variáveis (estado de saúde, condição física e modalidade praticada).

Palavras chave: Regulação cardíaca, equações de estimativa, frequência cardíaca, frequência cardíaca máxima

As conclusion, the equation maximal heart rate= 220-age underestimates the maximal heart rate after 40 years, and here an equation of regression is proposed to appreciate the maximal heart rate for healthy adults: maximal heart rate= 208-0.7 x age. Nevertheless there are not doubts for the realization of more inquiries on equations predicting the maximal heart rate, considering other variables (health state, physical condition and practiced activity).

Keywords: heart regulation, estimative equation, cardiac frequency, maximum heart rate

Lista de gráficos

Gráfico 1 - Relação entre FCmáx (valores médios) e grupo idade obtido através da meta análise………………………………………………………… (^17)

Gráfico 2 - Relação entre FCmáx e idade, obtido no estudo laboratorial ……. 18

Gráfico 3 - Declínio da linha de regressão da relação entre a FCmáx e idade obtida através dos resultados derivados da equação (208 – 0.7 x idade) (linha a cheio com 95% de intervalo de confiança), em comparação com os resultados derivados da equação tradicional 220 – idade (linha a tracejado). A diferença entre as duas equações de previsão da FCmáx, corrente equação e a equação tradicional, são visíveis no quadro acima do gráfico…………………. 19

Gráfico 4 - Correlação de Pearson entre FCmáx medida e a equação de predição de Karvonen "220-idade", (r=0,72; r2=0,52; n=2047) ……………… (^24)

Gráfico 5 - Correlação de Pearson entre FCmáx medida e a equação de predição de Tanaka "208- (0,7 x idade) ", (r=0,72; r2=0,52; n=2047) ……… (^24)

Gráfico 6 - Histograma da distribuição da FCmáx medida em teste de esforço... 31

Gráfico 7 - Distribuição da FCmáx medida e da FCmáx estimadas em relação à idade……………………………………………………………………………. (^31)

Gráfico 8 - Resultados residuais para equação (220 - idade) e para FCmáx medida em teste de esforço em relação à idade………………………………... (^31)

Gráfico 9 - Resultados residuais para equação proposta por Jones et al e para FCmáx medida em teste de esforço em relação à idade……………………… (^31)

Gráfico 10 - Resultados residuais para equação Tanaka et al. (2001) e para FCmáx medida em teste de esforço em relação à idade………………………… (^32)

Gráfico 11 - Resultados residuais para as diferentes equações de estimativa da FCmáx e da FCmáx medida em teste de esforço em relação à idade…………. (^32)

Índice

6.1.1 – A surpreendente história de “ FCmax = 220 – idade”, por Robert Robergs e Roberto Landwehr…………………

• 1 – Introdução…………………………………………………………………..
• 2 – Metodologia………………………………………………………………...
• 3 – Frequência Cardíaca………………………………………………………..
• 4 – Anatomia do Coração…………………………………………………….
• 5 – Regulação Cardíaca………………………………………………………...
  • 5.1 – Regulação Intrínseca………………………………………………. - 5.1.1 – O nódulo sinusal como marca passo cardíaco…………….
  • 5.2 – Regulação Extrínseca………………………………………………
• 6 – Equação de estimativa, cálculo e registo da frequência cardíaca máxima…
  • 6.1 – Equação de estimativa e cálculo da frequência cardíaca máxima…
  • 6.2 – Registo da frequência cardíaca……………………………………
    • 6.2.1 – Cardiofrequencímetro…………………………………….
    • 6.2.2 – Teste Ergométrico e Teste Ergoespirométrico……………..
• 7 – Conclusão…………………………………………………………………..
• 8 – Referências Bibliográficas………………………………………………….

1 – Introdução Um dos parâmetros fisiológicos mais utilizados para a avaliação e controlo do treino é a Frequência cardíaca (FC). De facto, a FC é um parâmetro de fácil medição e apresenta uma boa estimativa do esforço dispendido. No entanto, para a mesma carga, podemos obter diferentes frequências cardíacas em sujeitos diferentes. Assim, é importante a determinação da Frequência Cardíaca Máxima (FCmáx), uma vez que a maioria dos programas de treino utilizam uma determinada percentagem da FCmáx, a qual é individual (Willmore, 2005). Como a prova de exercício máxima não é fiável em muitas situações, a FCmáx é muitas vezes estimada usando a equação baseada na idade 220 – idade. Contudo, a validade da equação de FCmáx baseada na idade não foi estabelecida, em particular num estudo que incluiu um adequado número de adultos mais velhos (p. ex.,> 60 anos de idade). Esta última limitação é crucial visto que em adultos mais velhos a prevalência de doenças cardiovasculares e outras doenças crónicas é mais alta. Acredita-se que o maior problema esteja relacionado com o processo ético que envolve a equação 220-idade, essa tem sido relacionada ao nome de Karvonen em seu estudo de 1957, facto é que esse estudo teve uma outra abordagem que não envolvia a elaboração desta equação. Nesse estudo, o autor teve como objectivo o desenvolvimento da seguinte equação FCt = (FCtreino - Fcrepouso/FCmáx -FCrepouso) x 100, que teve como amostra cinco alunos do curso de Medicina, sendo que um dos indivíduos realizou o teste duas vezes. Na realidade, há na literatura uma série de trabalhos que atribuem a autoria da equação 220 - idade a vários autores, Astrand, Fox, Mesquita e Robergs, na realidade não se sabe quem é o verdadeiro autor da equação supracitada, o que se observa é que a maioria das citações podem não ter tido o cuidado ético com a transmissão do conhecimento (Policarpo, 2004). O presente trabalho de revisão bibliográfico pretende fazer uma abordagem à anatomia do coração, sua regulação, analisar os métodos de previsão teórica da frequência cardíaca máxima e registo da frequência cardíaca.

2 - Metodologia Para este trabalho foram utilizados livros, revistas e artigos da Biblioteca da Faculdade de Ciências do Desporto e Educação Física da Universidade de Coimbra, da Escola Superior de Educação de Leiria e da Faculdade de Motricidade Humana de

5 - Regulação Cardíaca Durante o exercício físico, o débito cardíaco pode aumentar muitas vezes acima dos valores em repouso, logo a frequência cardíaca também aumenta. Este controlo do débito cardíaco é efectuado por mecanismos intrínsecos e extrínsecos. 1 - A regulação intrínseca é o produto de características funcionais do coração e não depende da enervação ou da regulação hormonal. Funciona normalmente sob condições adequadas quer o coração esteja colocado no corpo ou fora dele. 2 - Já na regulação extrínseca, o sistema nervoso autónomo e as hormonas têm um papel preponderante na regulação do coração, e nomeadamente na regulação da frequência cardíaca.

5.1 – Regulação Intrínseca O nodo sinusal é uma tira pequena, achatada, de forma elipsóide, de músculo especializado, com cerca de 3 mm de largura, comprimento de 15 mm e espessura de 1 mm; fica situado na parede superolateral da aurícula direita, imediatamente abaixo e ao lado da abertura da veia cava superior. As fibras desse nodo quase não contêm filamentos contrateis, contudo as fibras sinusais são contínuas com as fibras auriculares, de modo que qualquer potencial de acção gerado no nodo sinusal se propaga imediatamente para as aurículas (Guyton, 1996). A maioria das fibras cardíacas á capaz de contrair ritmicamente, principalmente devido a um grupo de células especializadas do sistema de condução, situadas na parede superior da aurícula direita, na junção da veia cava superior, formando o nódulo sinoauricular (SA), onde se inicia o sistema de condução, sendo o marca passo de todo o miocárdio. Os potenciais de acção que se iniciam no nódulo SA, cerca de 60 bpm a 100bpm, são propagados para todo o coração e produzem a contracção rítmica de todo o miocárdio da aurícula até ao nódulo auriculoventricular (AV). O nódulo VA, localizado próximo da válvula tricúspide, é outro grupo de células especializadas semelhante ao nódulo SA, mas a sua frequência é menor, cerca de 40 bpm a 60 bpm. Este nódulo coordena os impulsos que chegam do nódulo SA e, depois de uma breve pausa, liberta-os para os ventrículos através de um feixe de células – o feixe de His – que percorre o septo que separa os ventrículos.

O feixe de His divide-se em dois ramos, direito e esquerdo, que terminam em feixes de fibras chamados de sistema de Purkinge. O sistema de Purkinge transmite os impulsos com velocidade cinco vezes maior que a do músculo cardíaco normal.

5.1.1- O nódulo sinusal como marca passo cardíaco A frequência de descarga do nódulo sinusal é bastante mais alta que a do nódulo AV e das fibras Purkinje. Cada vez que o nódulo sinusal dispara, o seu impulso é conduzido para o nódulo AV e para as fibras de Purkinje, o que provoca a descarga das suas membranas excitáveis. Esses tecidos, assim como o nódulo sinusal, recuperam do potencial de acção e ficam hiperpolarizadas. Contudo, o nódulo sinusal perde a hiperpolarização de uma forma muito mais rápida que os outro dois e gera novo impulso, antes que qualquer deles possa atingir o seu próprio limiar para auto-excitação. O novo impulso, descarrega novamente o nódulo AV e as fibras de Purkinje. Esse processo continua sem interrupção, o nódulo sinusal sempre a excitar essas estruturas, potencialmente auto-excitatórias, antes que essa auto-excitação possa, na verdade ocorrer. Dessa forma, o nódulo sinusal controla o batimento cardíaco porque a frequência de sua descarga rítmica é maior que a de qualquer outra parte do coração. Por conseguinte, o nódulo sinusal é o marca passo cardíaco.

5.2 – Regulação Extrínseca O sistema nervoso autónomo é dividido em duas partes: simpático e parassimpático, uma divisão baseada nas características anatómicas de cada divisão e nas funções que desempenham. A estimulação parassimpática tem uma influência inibitória sobre o coração, principalmente através da diminuição da frequência. Esta estimulação sendo contínua, e em condições de repouso, inibe o coração em pequeno grau. Uma estimulação forte pode diminuir a frequência cardíaca em 20 a 30 batimentos por minuto. As fibras nervosas parassimpáticas são transportadas para o coração pelos nervos vagos. As fibras pré-ganglionares do nervo vago estendem-se até aos gânglios terminais, situados dentro da parede do coração, e as fibras pós-ganglionares estendem-se desde os gânglios até ao

autoria desse modelo ainda é pouco esclarecida. Porém, a autoria desta equação foi atribuída a Karvonnen que a descreveu em 1957 (Moreno, 2007). Karvonen sugere para o cálculo da FCmáx= 220 – idade da pessoa ± 10, até 25 anos e a partir de 25 anos permite-se uma abrangência maior, de ± 12. Já Sheffield, vai mais longe e faz a diferenciação entre indivíduos treinados e não treinados: Frequência Cardíaca Máxima (FCM para indivíduos não treinados) = 205

• (0,42 x idade) e Frequência Cardíaca Máxima (FCM para indivíduos treinados) = 198
• (0,42 x idade) (Sheffield et al, 1968). Entretanto, apesar das evidências encontradas por Londree & Moeschberger (1982), Sheffield e tal (1978) mostraram que a FCmáx pode variar de acordo com sexo, sendo diferente a relação entre idade e FCmáx em homens e mulheres (Moreno, 2007). Outros autores (Tanaka e tal, 2001) propuseram equações com ajustes matemáticos que levam em consideração idade, nível de condicionamento e outros parâmetros que, teoricamente, seriam capazes de predizer a FCmáx mais fidedignamente. Tanaka et al (2001) propuseram três equações diferentes:
  • para sedentários: FCmáx =211 – (0,8*idade (anos));
  • para fisicamente activos: FCmáx =207 – (0,7*idade (anos));
  • para atletas de endurance: FCmáx =206 – (0,7*idade (anos)); Estas três equações propostas demonstraram ter uma alta correlação (r^2 =0,81) entre os valores reais e os preditos, o que as torna muito válidas. Tanaka et al, procuraram determinar uma equação generalizada para predizer a FCmáx em adultos sãos. A equação de FCmáx predita pela idade (isto é, 220-idade) é usualmente usada como uma base para prescrever programas de exercício, como um critério para realizar o esforço máximo e como um guia clínica durante a prova de exercício diagnóstica. Apesar da sua importância e uso comum, a validade da equação FCmáx nunca foi estabelecida numa amostra que incluísse um número suficiente de adultos mais velhos (por ex.:> 60 anos). A FCmáx é um dos valores mais usados em medicina clínica e fisiológica. Por exemplo, uma percentagem directa de FCmáx ou uma percentagem de frequência cardíaca reserva (FCres) (FCmáx - frequência cardíaca em repouso) é usada como base para prescrever intensidade de exercício quer em reabilitação quer em programas de prevenção de doença (Williams & Wilkins, 2000). Além disso, em algumas situações

clínicas, a prova de exercício é terminada quando os sujeitos conseguem uma percentagem arbitrária da FCmáx predita pela idade (p. ex., 85 % da FCmáx) (Gibbons, Balady, Beasley, 1997). A frequência cardíaca máxima também é largamente usada como um critério para realizar o esforço máximo na determinação de capacidade aeróbica máxima (Tanaka, DeSouza, Jones, Stevenson, Davy, Seals, 1997). Como a prova de exercício máxima não é fiável em muitas situações, a FCmáx é muitas vezes estimada usando a equação baseada na idade de 220 - idade. Contudo, a validade da equação de FCmáx baseada na idade não foi estabelecida, em particular num estudo que incluiu um adequado número de adultos mais velhos (p. ex.,> 60 anos de idade). Esta última limitação é crucial visto que em adultos mais velhos a prevalência de doenças cardiovasculares e outras doenças crónicas é mais alta. Como tal, esta é a população mais prevalecente sob diagnóstico de prova de exercício, representando um alvo clínico de prescrição de exercício. Noutra linha, os adultos mais velhos são uma população na qual há muitas vezes uma relutância ou uma incapacidade para medir directamente a FCmáx, devido ao stress fisiológico imposto por exercício intenso. Assim, ironicamente, a equação de previsão de FCmáx, 220 - idade é usada nesta população mais do que em alguma outra. Consequentemente, o objectivo deste estudo consistiu em determinar uma equação para prever a FCmáx em humanos sãos e não medicados dentro de um largo espectro de idades. Para isto, Tanaka et al., usaram uma aproximação meta- analítica em que valores médios de FCmáx foram obtidos dos dados publicados. Posteriormente, validada a equação obtida por cruzamento com um estudo bem controlado, à base de laboratório. Com cada aproximação tentaram estabelecer uma generalização da equação determinando se o género ou a actividade física habitual exerceu uma influência significativa na relação de FCmáx -idade. A meta-análise utilizada por Tanaka et al nesse estudo foi conduzida como descrito em detalhe anteriormente pelo laboratório. Numa primeira fase, uma pesquisa extensa dos dados publicados foi efectuada para identificar tantos estudos quanto possível no qual a FCmáx foi medida. Depois foi seleccionado a seriação de critérios. Os critérios de inclusão foram os seguintes: 1) estudos em língua inglesa publicado em jornais revistos por pares; 2) dados em homens e as mulheres reportados em separado;

3. pelo menos 5 indivíduos por grupo; 4) só os resultados mais recentemente publicados de determinado grupo de estudo; 5) sujeitos adultos; 6) máximo exercício documentado por critérios objectivos; e 7) só grupos sãos, (p. ex., sem resposta eletrocardiográfica de

Gráfico 1 – Relação entre FCmáx (valores médios) e grupo idade obtido através da meta-análise. (Tanaka,

espirometria assistida por computador em circuito aberto. Depois de um aquecimento de 6 a 10 minutos, cada sujeito correu ou andou numa velocidade cómoda mas viva. A passadeira foi aumentada em 2.5% a cada 2 minuto até exaustão. No final de cada etapa foi pedido a cada sujeito a sua percepção do esforço efectuado, usando uma escala de categoria Borg (avaliação entre 6 e 20). A FCmáx foi definida como o valor mais alto registado durante o teste. Para assegurar que cada sujeito atingiu o esforço máximo, pelo menos três dos seguintes quatro critérios foram obtidos por cada sujeito: 1) um estabilização em VO2 com intensidade de exercício crescente (< 100 ml); 2) uma taxa de troca respiratória de pelo menos 1.15; 3) uma frequência respiratória máxima de pelo menos 35 respirações/minuto; e 4) uma avaliação dos esforços de pelo menos 18 unidades na escala de Borg (Howley, Bassett, Welch, 1995). As análises de regressão lineares foram realizadas para determinar a associação entre variáveis. Em todos os casos, a idade foi usada como a variável de predição. Os coeficientes de correlação de produto momento de Pearson foram usados para indicar a magnitude e direcção de relações entre varáveis. Os declives das linhas de regressão foram comparados usando análise de co-variância. A análise múltipla de regressão foi usada para identificar determinantes significativos independentes para declínios relacionados com idade em FCmáx. Para isso, só aquelas variáveis que tiveram correlação uni variável significativa com a FCmáx (p. ex., idade, massa corporal) foram introduzidas no modelo. Todos os dados foram usados como valor médio ± SD. O nível de significância estatístico foi estabelecido, a priori, em p<0.01 para todas as análises (Tanaka, DeSouza, Jones, Stevenson, Davy, Seals, 1997). O gráfico 1, ilustra o declínio da FCmáx em homens e mulheres incluídas na meta-análise. A FCmáx esteve forte e inversamente relacionada com a idade, tanto em homens como em mulheres (r = -0.90). A taxa de declínio e a intersecção em y não foram

Gráfico 2 – Relação entre FCmáx e idade, obtido no estudo laboratorial (Tanaka et al, 2001).

diferentes entre homens e mulheres nem entre indivíduos sedentários (211 - 0.8 x idade), activos (207 - 0.7 x idade) e sujeitos treinados por resistência (206 - 0.7 x idade). A equação de regressão, quando todos os sujeitos foram combinados, foi 208 - 0.7 x idade. Regressão gradual da análise revelou que a idade sozinha explicou 80 % da variação individual da taxa de FCmáx. Relativamente ao estudo realizado em laboratório, a razão de troca respiratória máxima (1.17 ± 0.06) e avaliação máxima de percepção do esforço (19.1 ± 0.8) não foi diferente através das idades, sugerindo esforços máximos voluntários constantemente semelhantes. A relação entre FCmáx e idade obtida nos estudos de laboratório é apresentado no gráfico 2. A FCmáx relaciona-se inversamente com a idade tanto em homens como em mulheres. Houve variação substancial em FCmáx através do intervalo de idades, com desvios padrão de 7 até 11 bpm. A equação de regressão de FCmáx (209 - 0.7 x idade) foi praticamente idêntica à obtida na meta-análise. Novamente, nenhuma diferença significativa na equação FCmáx foi observada entre homens e mulheres ou entre indivíduos sedentários (212 -0.7 x idade) e treinados aeróbicamente (205 - 0.6 x idade). Os relatórios originais que propõem 220 - idade como equação de FCmáx parecem ser revisões de Fox e Haskell nos anos 1970. A equação determinada "arbitrariamente" de um total de 10 estudos. A idade mais alta incluída foi <65 anos, com a maioria dos sujeitos com idade abaixo ou igual a 55 anos. Por causa destas limitações, houve algumas tentativas para estabelecer uma equação mais apropriada para predizer a FCmáx. Contudo, tal como originalmente proposto por Fox e Haskell, esses estudos provavelmente (ou quase de certeza) incluíram sujeitos com doença cardiovascular que fumavam e/ou tomavam medicações cardíacas. Cada uma dessas condições influencia a FCmáx