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ISSN (Print): 2359-4802 | ISSN (Online): 2359-5647




Edition: 27.3 - 11 Article(s)




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ORIGINAL ARTICLE

Heart rate variability while using incentive spirometers
Variabilidade da frequência cardíaca durante a utilização de espirômetros de incentivo

Floripes Alves Lacerda1; Sara Alexandra Garro1; Stephanie Grayce de Aguiar1; Bruno Porto Pessoa2; Pedro Henrique Scheidt Figueiredo3; Gisele do Carmo Leite Machado Diniz4

1. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - Curso de Graduação em Fisioterapia - Betim, MG - Brasil
2. Hospital Júlia Kubitschek - Serviço de Fisioterapia - Belo Horizonte, MG - Brasil
3. Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri - Departamento de Fisioterapia - Diamantina, MG - Brasil
4. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - Departamento de Fisioterapia - Betim, MG - Brasil

Corresponding author

Gisele do Carmo Leite Machado Diniz
Rua do Rosário, 1081 - Angola
32604-115 - Betim, MG - Brasil
E-mail: giselemdiniz@yahoo.com.br

Received in 5/20/2014
Accepted em 6/10/2014

Abstract

BACKGROUND: Due to the influence of breathing on the autonomic system, some studies have evaluated heart rate variability (HRV) while using respiratory physiotherapy techniques.
OBJECTIVES: To assess and compare the effects of flow-oriented (FIS) and volume-oriented (VIS) incentive spirometry on HRV in healthy subjects.
METHODS: A crossover prospective study with 33 volunteers (25.88 ± 4.65 years old). The subjects underwent FIS and VIS randomly. Their HRV was recorded during a day at five moments: initial rest, first incentive spirometry, at rest, second incentive spirometry and final rest, with each phase lasting five minutes. The pNN50 and rMSSD variables were analyzed, comparing the effects of FIS and VIS on HRV through two-way variance analysis, followed by post-hoc analysis using the Tukey test, when necessary. Differences were considered significant when p<0.05.
RESULTS: During both incentive spirometry sessions, the pNN50 increased significantly compared to the respective initial rest time (FIS: 8.11±7.31% vs. 13.12±7.15%, p<0.001; VIS: 7.12±5.39% vs. 13.44±6.79%, p<0.001;) The same occurred with the rMSSD rating (FIS: 36.56±19.34ms vs. 50.91±20.48ms, p<0.001; VIS: 34.93±13.48ms vs. 50.75±18.93ms, p<0.001). However, there were no significant differences between the types of incentive spirometry.
CONCLUSION: Incentive spirometry causes increased vagal modulation in healthy individuals, occurring similarly in the flow and volume devices.

Keywords: Types of physiotherapy; Breathing exercises; Autonomic nervous system

 

INTRODUÇÃO

 Alterações na frequência cardíaca, definidas como variabilidade da frequência cardíaca (VFC), são normais e indicam a habilidade do coração em responder aos múltiplos estímulos fisiológicos e ambientais, como exercício físico, compensação de desordens induzidas por doenças, respiração, entre outros1. A respiração modula o fluxo autonômico ao coração e contribui para alterações da VFC2. A arritmia sinusal respiratória3 e a VFC4-6 aumentam em magnitude quando ocorre diminuição voluntária da frequência respiratória.

Evidências científicas demonstram que a realização de um padrão respiratório diafragmático lento e profundo melhora a sensibilidade do barorreflexo em sujeitos saudáveis7, assim como em pacientes com insuficiência cardíaca8 e com doença cardíaca isquêmica associada a diabetes9. Assim, exercícios de respiração lenta e profunda têm sido utilizados em diversas condições de saúde para aumentar o tônus parassimpático e, inclusive, como teste para avaliação da função cardiovagal10-11.

Devido à influência da respiração sobre o sistema autonômico, alguns estudos têm avaliado a VFC durante a realização de técnicas utilizadas pela fisioterapia respiratória12-15. Esta última integra a gestão dos cuidados com o paciente cardiopata e alguns estudos demonstraram que sua atuação, tanto no pré quanto no pós-operatório de cirurgia cardíaca, pode contribuir significativamente para um melhor prognóstico desses pacientes. Técnicas como exercícios de respiração profunda, tosse, treinamento muscular inspiratório, deambulação precoce e espirometria de incentivo (EI) têm sido amplamente utilizadas em pacientes cardiopatas16.

A EI é uma técnica da fisioterapia respiratória que estimula inspirações lentas e profundas, o que poderia influenciar a modulação autonômica. Sabe-se que, conforme o padrão de ativação, os EI podem ser classificados em EI a volume e EI a fluxo. Ambos provêm estímulo visual para o aumento da expansão pulmonar, sendo que o EI a fluxo demanda maior fluxo inspiratório que o EI a volume17. Além disso, estudos têm demonstrado que o EI a volume está associado a maior mobilidade diafragmática18, com a geração de maiores volumes pulmonares, menor atividade da musculatura acessória da respiração e menor frequência respiratória do que o EI a fluxo em indivíduos saudáveis19,20. Tais diferenças podem gerar estímulos cardiovasculares de magnitudes diferentes. Entretanto não foram encontrados nas bases de dados pesquisadas, estudos em cardiopatas ou em indivíduos saudáveis que tivessem avaliado VFC durante a EI, assim como comparado os efeitos dos dispositivos de EI a fluxo e a volume na modulação autonômica cardíaca.

Assim, o presente estudo teve por objetivo avaliar a modulação autonômica durante a EI, bem como comparar a VFC entre os dois tipos de EI. A hipótese do presente estudo foi se é fato de a EI a volume produzir menores fluxos inspiratórios e maiores volumes pulmonares, então seria observada uma maior atividade parassimpática durante a realização da mesma quando comparado com a EI a fluxo.

 

MÉTODOS

Trata-se de estudo prospectivo, cruzado e randomizado com amostragem realizada por conveniência. Foram incluídos estudantes universitários sem doenças respiratórias e/ou metabólicas, que não fizessem uso de tabaco, álcool e drogas, e com idade entre 18-35 anos. Foram excluídos os indivíduos que, durante a filtragem dos sinais da VFC, apresentaram baixa qualidade dos registros dos batimentos cardíacos. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC-MG) sob o nº 0211.0.213.000-11 e todos os participantes assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

A coleta de dados foi realizada no ambulatório de Fisioterapia Respiratória do Centro Clínico de Fisioterapia da PUC Minas, em Betim, no período entre fevereiro e junho de 2012. Inicialmente, foi realizada breve entrevista sobre as condições de saúde dos voluntários e os indivíduos selecionados foram orientados a não consumir estimulantes como café, chá e refrigerante por, pelo menos, 12 horas antes do experimento. Todos os indivíduos foram avaliados no período entre 18:00h e 21:00h para evitar a influência do ciclo circadiano na modulação autonômica.

Para caracterização da amostra, os indivíduos foram avaliados quanto ao peso utilizando balança (Tanita Iroman, Illinois 60005, USA) e altura. Em seguida, os voluntários foram colocados confortavelmente em maca, na posição supina e com cabeceira inclinada a 45º19,20. Após 10 minutos de repouso, foram coletados os seguintes dados vitais: pressão arterial (PA), mensurada pelo método indireto (BD® esfigmomanômetro aneroide e estetoscópio, New Jersey, USA), e saturação periférica de oxigênio (SpO2) avaliada através do oxímetro de pulso (NoninOnyx® modelo 9 500, Plymouth, MN, USA). Além disso, a amostra foi caracterizada quanto ao nível de atividade física através do Questionário Internacional de Atividade Física (IPAQ) versão curta21.

Foram utilizados os dispositivos orientados a volume (Voldyne; Hudson RCI, Temecula, CA, USA) e a fluxo (Respiron; Hudson RCI, Temecula, CA, USA). Durante a realização do EI a volume, o voluntário deveria elevar o pistão e mantê-lo suspenso. Na EI a fluxo, deveria elevar uma ou mais esferas dentro das colunas e também mantê-las suspensas. Os voluntários foram instruídos a sustentar a inspiração por pelo menos três segundos e a realizar uma expiração passiva17. Durante a realização do EI a fluxo, o fluxo inspiratório foi livre.

Inicialmente, a ordem de realização dos espirômetros para cada indivíduo foi determinada de forma aleatória, por meio de sorteio simples. Para minimizar a influência da frequência respiratória sobre a VFC, o número de incursões respiratórias foi padronizada em sete incursões por minuto em ambos os dispositivos de EI. Para controlar a frequência respiratória, os voluntários foram orientados a iniciar a inspiração imediatamente após um estímulo sonoro, emitido a cada 8,57 segundos, por um simulador de ventilador mecânico (Mechanical Ventilation Simulator Intermed, version 1,07). Dessa forma, foram realizadas 35 incursões respiratórias durante os 5 minutos de realização de cada EI. O protocolo do presente estudo foi embasado em conhecimentos fisiológicos prévios, uma vez que não foram encontrados na literatura estudos que avaliassem a VFC durante a EI.

Para permitir a captação dos impulsos elétricos do coração e a detecção dos intervalos R-R durante a execução dos EI, uma cinta com eletrodos do cardiofrequencímetro (Polar® S810 Heart Rate Monitor, Kempele, Finland) foi posicionada sobre o tórax, na altura do processo xifoide. A VFC foi registrada durante cinco momentos distintos: repouso prévio ao primeiro EI, realização do primeiro EI, repouso prévio ao segundo EI, realização do segundo EI e repouso final, sendo que cada uma dessas etapas teve duração exata de 5 minutos.

Os batimentos registrados foram direcionados a um computador por meio de interface IR® de emissão de sinais infravermelhos, para que se pudesse proceder a análise da VFC pelo uso do software Polar Precision Performance®. Houve especial preocupação com a qualidade de todos os registros dos batimentos cardíacos através do cardiofrequencímetro e, por esse motivo, realizou-se filtragem dos sinais em duas etapas. A primeira, por meio de um filtro-padrão do próprio software do equipamento e a outra manual, caracterizada pela inspeção visual dos intervalos RR e exclusão de intervalos anormais. Somente séries com mais de 95 % de batimentos sinusais foram incluídas no estudo. Essa última etapa do processo de filtragem do sinal foi realizada por um pesquisador que não conhecia a ordem de execução dos EI.

A VFC foi avaliada no domínio do tempo por meio dos índices rMSSD (raiz quadrada da média do quadrado das diferenças entre intervalos RR sucessivos) e pNN50 (percentual de pares de intervalos RR consecutivos com diferença >50 ms). Para análise utilizou-se o software Polar Precision Performance®.

O programa SPSS 20.0 foi utilizado para análise estatística. Os dados estão apresentados em valores absolutos ou média±desvio-padrão, conforme as características das variáveis. Para avaliação do padrão de distribuição dos dados (normalidade) foi aplicado o teste Shapiro-Wilk. A comparação dos dados relativos à VFR no momento pré e durante a realização da espirometria (intragrupos), assim como para comparação entre os efeitos da EI a fluxo e a volume (intergrupos) na VFC, foi realizada pela análise de variância por medidas repetidas (ANOVA two way), seguida da análise post hoc pelo teste de Tukey, quando necessário. A comparação das variáveis PA sistólica (PAS), PA diastólica (PAD), SpO2 e FR antes da execução dos incentivadores respiratórios foi realizada pelo teste t pareado ou Wilcoxon, conforme a prova de normalidade. As diferenças foram consideradas estatisticamente significativas quando p<0,05.

 

RESULTADOS

Foram recrutados 36 voluntários para o estudo, sendo 3 excluídos por apresentar, à filtragem dos sinais da VFC, uma baixa qualidade em relação aos registros dos batimentos cardíacos. Assim, 33 voluntários (22 mulheres) com média de idade 25,88±4,65 anos, participaram do estudo. A Tabela 1 apresenta a caracterização da amostra. Não houve diferenças significativas em relação aos dados vitais e de VFC dos voluntários no momento de repouso que antecedeu a execução do EI a fluxo e a volume. Segundo a randomização quanto à ordem de utilização dos aparelhos, 15 participantes realizaram primeiro o EI a fluxo e 18 o EI a volume.

 

 

Na Tabela 2 observa-se que o índice rMSSD apresentou aumento significativo durante o uso do EI a fluxo e a volume, quando comparado aos seus respectivos tempos de repouso prévios (fluxo: 36,56±19,34 ms vs. 50,91±20,48 ms, p<0,001; volume: 34,93±13,48 ms vs. 50,75±18,93 ms, p<0,001). O mesmo ocorreu com o índice pNN50 (fluxo: 8,11±7,31 % vs. 13,12±7,15 %, p<0,001; volume: 7,12±5,39 % vs. 13,44±6,79 %, p<0,001). Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre a execução da EI fluxo e a EI a volume nas variáveis analisadas.

 

 

DISCUSSÃO

O principal achado do presente estudo foi que a realização da EI desencadeia aumento dos índices de VFC no domínio do tempo, que refletem a atividade parassimpática. Entretanto não houve diferenças na modulação autonômica observada durante a EI a fluxo e a volume. Dessa forma, a frequência respiratória de sete incursões por minuto padronizada durante os dois tipos de EI com o aumento do volume corrente em ambos foram, provavelmente, os principais fatores que influenciaram as alterações da modulação autonômica observadas.

Na respiração voluntária sob diferentes frequências respiratórias ocorre um ajuste automático do volume corrente. Esse ajuste se dá para que um volume minuto seja garantido, a fim de manter a ventilação alveolar adequada5. Devido ao aumento do volume corrente durante a respiração profunda, há uma ativação doreflexo de Hering-Breuer e, consequentemente, uma redução da sensibilidade quimiorreflexa, aumento do barorreflexo e redução da atividade simpática. Assim, o aumento do volume corrente pode reduzir a atividade simpática ao aumentar o ritmo inibitório central22-24, o que justifica os achados do presente trabalho.

Entretanto, Paisani et al.25 demonstraram através de pletismografia optoeletrônica que a realização da EI aumenta os volumes inspiratórios, principalmente durante a EI a volume. Outros estudos19,20, nos quais a EI foi realizada na posição supina com cabeceira elevada a 450, também observaram maiores volumes pulmonares durante a EI a volume do que durante a EI a fluxo. Nesse sentido, seria esperado que o dispositivo a volume levasse a aumentos do tônus vagal de maiores magnitudes, o que não foi observado no presente estudo. Isto sugere que a diferença de volumes pulmonares gerados entre os dois tipos de EI parece não ter influenciado a amplitude da resposta autonômica da amostra estudada. Porém, como os volumes gerados pelos voluntários não foi registrado, não há como confirmar essa hipótese.

Tharion et al.26, em estudo randomizado realizado com sujeitos saudáveis, demonstraram que os voluntários do grupo que realizaram exercício de respiração lenta (seis incursões por minuto), por 30 minutos diários, durante um mês, apresentaram aumento da VFC o que coincide com os achados do presente trabalho. Outros estudos também já demonstraram os efeitos benéficos da inspiração profunda e lenta no balanço autonômico, conforme demonstrado na revisão de Sharma et al.27 Além disso, a inspiração profunda e lenta é citada como modalidade de tratamento não farmacológico a ser instituída para controle da PA de indivíduos hipertensos28. O que não é conhecido é se o estímulo visual desencadeado pela EI pode potencializar as variações de volumes pulmonares e, dessa forma, os benefícios induzidos pela inspiração profunda nos desfechos citados.

Não foi possível comparar diretamente os resultados do presente estudo com aqueles que avaliaram a VFC durante outras técnicas utilizadas pela fisioterapia respiratória, visto que as técnicas são diferentes entre si. Além disso, apesar de amplamente utilizada em diversas condições de saúde, não se encontrou consenso na literatura sobre a superioridade da EI sobre outras técnicas, assim como entre os dispositivos de EI, quanto a desfechos clínicos e fisiológicos29,30. Carvalho et al.31 conduziram uma revisão sistemática para avaliar as evidências sobre o uso da EI para a prevenção de complicações pulmonares pós-operatórias e para a recuperação da função pulmonar em pacientes submetidos a grandes cirurgias, inclusive cardíacas. Esses autores não encontraram evidências que suportassem o uso de EI naquela população e associaram esse resultado a uma série de fatores: a maioria dos estudos não avalia a EI de forma isolada, há um pequeno número de indivíduos incluídos nos estudos sobre o tema e um período curto de seguimento dos pacientes avaliados. Assim, há necessidade iminente de estudos com maior rigor metodológico sobre a EI.

O presente estudo apresentou algumas limitações que devem ser consideradas. Os dois diferentes dispositivos para a realização da EI foram comparados em indivíduos saudáveis com o intuito de verificar diferenças nas repercussões autonômicas provocadas por cada um deles. Entretanto, como foi realizado em indivíduos jovens e saudáveis, seus resultados não podem ser extrapolados para pessoas em outras condições de saúde. Assim, tendo em vista que em pacientes com doença cardiovascular a redução da VFC é um preditor independente de morte32 e que a EI é amplamente utilizada nessa população, estudos sobre o comportamento da VFC durante a realização da EI em pacientes cardiopatas e suas possíveis repercussões clínicas a longo prazo podem ser relevantes. Além disso, é recomendado que a VFC seja avaliada por meio de registros prolongados (Holter de 24 horas), o que não se adequaria ao desenho do estudo. Dessa forma, optou-se pelo registro por períodos curtos utilizando cardiofrequencímetro, que é uma ferramenta validada para tal avaliação.

 

CONCLUSÃO

Os resultados deste estudo sugerem que a realização da EI ocasione aumento da modulação vagal de indivíduos saudáveis, que ocorre de forma similar nos dispositivos a fluxo e a volume.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.

Fontes de Financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação Acadêmica

Este estudo representa o Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) em Fisioterapia de Floripes Alves Lacerda, Sara Alexandra Garro e Stephanie Grayce Aguiar pela Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Betim.

 

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