Dissertação de Mestrado
EFEITOS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA SOBRE O CONTROLE
AUTONÔMICO CARDIOVASCULAR: PROTOCOLO NORMALIZADO PELA
FREQUÊNCIA RESPIRATÓRIA ESPONTÂNEA
Liliane Appratto de Souza
INSTITUTO DE CARDIOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL
FUNDAÇÃO UNIVERSITÁRIA DE CARDIOLOGIA
Programa de Pós-Graduação em Medicina
Área de Concentração: Cardiologia e
Ciências Cardiovasculares
EFEITOS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA SOBRE O
CONTROLE AUTONÔMICO CARDIOVASCULAR: PROTOCOLO NORMALIZADO
PELA FREQUÊNCIA RESPIRATÓRIA ESPONTÂNEA
AUTOR(A): LILIANE APPRATTO DE SOUZA
ORIENTADOR(A): KARINA RABELLO CASALI
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA
COMO
REQUISITO
OBTENÇÃO
DO
GRAU
PARA
DE
MESTRADO AO PROGRAMA DE
PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS
DA
SAÚDE,
ÁREA
DE
CONCENTRAÇÃO: CARDIOLOGIA,
DA FUNDAÇÃO UNIVERSITÁRIA
DE CARDIOLOGIA / INSTITUTO DE
CARDIOLOGIA DO RIO GRANDE
DO SUL.
PORTO ALEGRE
2013
S729e
Souza, Liliane Appratto de.
Efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle
autonômico cardiovascular: protocolo normalizado pela frequência
respiratória espontânea / Liliane Appratto de Souza; orientação
[por] Karina Rabello Casali - Porto Alegre, 2013.
58 f; tab.
Dissertação (Mestrado) - Instituto de Cardiologia do Rio Grande
do Sul / Fundação Universitária de Cardiologia - Programa de PósGraduação em Ciências da Saúde, 2013.
1.Ventilação controlada.2.Controle autonômico.I.Karina Rabello
Casali.II.Título.
CDU: 616.24
Bibliotecária Responsável: Marlene Tavares Sodré da Silva
CRB 10/1850
SUMÁRIO
BASE TEÓRICA
1.VENTILAÇÃO .............................................................................................................................. 1
2. VENTILAÇÃO E CONTROLE CARDIOVASCULAR ............................................................................. 4
2.1.
Avaliação do Controle Autonômico....................................................................5
2.2.
Influência da ventilação sobre o controle cardiovascular ..................................8
3. M ANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA .................................................................................. 8
3.1. Implicações Fisiológicas da Manobra de Ventilação Controlada....................................9
4. JUSTIFICATIVA ......................................................................... ................................................12
5. HIPÓTESES.............................................................................................................................. 13
5.1. Hipótese Nula ........................................................................................... 13
5.2. Hipótese Alternativa ................................................................................. 13
6. OBJETIVOS.............................................................................................................................. 14
6.1. Objetivo Geral ....................................................................................... 14
6.2. Objetivos Específicos ........................................................................... 14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................................15
ARTIGO
RESUMO........................................................................................................................................26
INTRODUÇÃO.................................................................................................................................27
MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................................................29
RESULTADOS.................................................................................................................................32
DISCUSSÃO...................................................................................................................................34
PERSPECTIVAS..............................................................................................................................38
LIMITAÇÕES DO ESTUDO................................................................................................................38
CONFLITOS DE INTERESSE..............................................................................................................38
FINANCIAMENTO............................................................................................................................38
AGRADECIMENTOS.........................................................................................................................38
REFERÊNCIAS................................................................................................................................39
FIGURA 1.......................................................................................................................................44
FIGURA 2.......................................................................................................................................44
FIGURA 3.......................................................................................................................................45
FIGURA 4.......................................................................................................................................46
FIGURA 5.......................................................................................................................................46
TABELA 1......................................................................................................................................47
TABELA 2......................................................................................................................................48
TABELA 3......................................................................................................................................49
LISTA DE ABREVIATURAS DA BASE TEÓRICA
O2 – oxigênio
CO2 – gás carbônico
pH - produto hidrogeniônico
SNC – sistema nervoso central
HAS – hipertensão arterial sistêmica
DPOC – doença pulmonar obstrutiva crônica
NTS – núcleo do trato solitário
SNA – sistema nervoso autônomo
FC – frequência cardíaca
VFC – variabilidade da frequência cardíaca
VPA – variabilidade da frequência respiratória
PAS – pressão arterial sistólica
PAD – pressão arterial diastólica
SRA – sistema renina angiotensina
ECG – eletrocardiograma
LF – do inglês low frequency
HF – do inglês high frequency
VLF - do inglês very low frequency
LFnu – low frequency normalizado
HFnu – high frequency normalizado
SNP – sistema nervosa parassimpático
IC – insuficiência cardíaca
IAM – infarto agudo do miocárdio
FR – frequência respiratória
ivpm – incursões ventilatórias por minuto
FRE – frequência ventilatória espontânea
LISTA DE FIGURAS DA BASE TEÓRICA
Figura 1: Construção da metodologia da Análise Simbólica.
Figura 2: Diagrama ilustrativo do posicionamento do indivíduo durante a aplicação da Manobra
de Ventilação Controlada e o sistema de aquisição utilizado para o registro não invasivo de sinais
biológicos.
Figura 3: representação do panorama atual da literatura referente aos efeitos da Manobra de
Ventilação Controlada sobre o sistema autonômico cardiovascular em sujeitos hígidos e
submetidos a uma FR fixa.
BASE TEÓRICA
______________________________________________________
1. VENTILAÇÃO
A respiração tem como objetivos prover oxigênio (O2) aos tecidos e remover o dióxido de
carbono. O sistema respiratório é um condutor de O2 através do sistema cardiovascular, por isso
a ventilação é uma das funções do processo respiratório, responsável tanto pela captação e
oferta de oxigênio (O2), afim de oxigenar os tecidos, quanto pela retirada do gás carbônico (CO2)
1
produzido pelos processos fisiológicos e seus principais centros reguladores são: a) o de
Comando Central, originado de regiões específicas do encéfalo e b) o Centro Respiratório,
localizado no tronco encefálico. Para que seja mantida a homeostase do organismo, o ato de
ventilar requer movimentos coordenados da musculatura e, para isso, o Sistema Nervoso Central
(SNC) precisa produzir um ritmo ventilatório adequado à ventilação alveolar, à homeostase de
gases, ao equilíbrio ácido-base (pH) e sincronizar os movimentos ventilatórios às outras
atividades corporais, como por exemplo, a fala, a deglutição, a locomoção, as mudanças
posturais, dentre outras. Essa integração é possível pela presença de uma complexa rede de
aferências e eferências neurais que permite o processamento das informações originadas a partir
de diversos receptores sensoriais visando a execução dos ajustes necessários a partir das
2
inervações de diversos órgãos envolvidos na fisiologia respiratória .
O Centro de Comando Central localiza-se no córtex cerebral, conhecido também como
região dos Centros Superiores, e é responsável pelo controle voluntário (ou comportamental) da
ventilação, pois possui vias de condução de estímulos eferentes aos motoneurônios que inervam
os músculos ventilatórios, permitindo que o padrão ventilatório seja modificado voluntariamente e,
quando estimulado, se sobreponha ao automatismo. Já o controle involuntário da ventilação
(automático) responde principalmente aos estímulos químicos, como por exemplo, a alteração na
2,3
concentração de gases e de pH e à insuflação pulmonar, devido ao estiramento do tecido .
O Centro Respiratório, localizado na região bulbar do tronco encefálico, conhecido
também como Medula Oblonga, é composto por grupos de neurônios localizados bilateralmente e
divididos em três grandes grupos: a) Dorsal, localizado no bulbo e responsável principalmente
pela inspiração; b) Ventral, também localizado no bulbo e responsável tanto pela expiração
1
quanto pela inspiração, dependendo do estímulo recebido e c) Centro Pneumotáxico, localizado
4
na ponte e auxilia no controle tanto da frequência quanto do padrão respiratório . Além disso, o
Centro Respiratório é responsável pela natureza periódica do ciclo ventilatório, a ventilação
espontânea, uma vez que é capaz de gerar a ritmicidade da ventilação, a qual por sua vez é
controlada pelas alterações de gases, de pH e pelo estímulo de estiramento. No entanto, essa
automatização pode ser interrompida no momento em que se conscientiza o controle da
2
ventilação, prevalecendo o controle voluntário .
O controle da ventilação, realizado tanto pelo Comando Central quanto pelo Centro
Respiratório, é modulado pelas informações mediadas por terminações nervosas denominadas
quimioceptores respiratórios. Tais receptores são sensíveis a alterações químicas sanguíneas e
responsáveis por ajustar a ventilação a fim de manter as pressões de O2 e CO2 (PO2 e PCO2,
respectivamente) dentro de determinados limites fisiológicos, os quais podem ser alterados pela
5,6
própria ventilação .
As primeiras sinapses provenientes dos quimioceptores periféricos são recebidas e
7
processadas no Núcleo do Trato Solitário (NTS) , responsável por transmitir as informações
periféricas a diferentes núcleos encefálicos que controlam as respostas reflexas simpáticas e
8
ventilatórias eferentes . Esse controle é realizado, mais especificamente, através de uma
9
complexa rede de regulação nas porções caudal e rostral da Medula Ventro Lateral do NTS .
Além disso, o NTS está envolvido nas atividades simpáticas e respiratórias basais, já que
processa informações provenientes tanto dos quimioceptores periféricos, como dos receptores de
estiramento
pulmonar
10,11
.
Independentemente
da
origem
do
comando
ventilatório,
o
neurotransmissor L-glutamato, dentro do NTS, é considerado o principal responsável por
desencadear respostas ventilatórias e também da atividade simpática torácica aos estímulos
oriundos não só dos receptores do barorreflexo, do reflexo de Hering-Breuer e dos
quimioceptores, mas também em gerar um padrão ventilatório eupnéico
12,13
.
O controle do equilíbrio ácido-base representa outro importante mecanismo que influencia
a regulação da ventilação, uma vez que em uma situação de acidose metabólica, ocorre
2
pronunciada estimulação ventilatória a fim de expelir o CO 2 acumulado e reduzir a concentração
+)
sanguínea de hidrogênio (H . Contrariamente, numa situação de alcalose metabólica, a
+
ventilação é deprimida no intuito de elevar a pressão de O 2 e aumentar a concentração de H aos
níveis normais. Nesse sentido, quando a ventilação é regulada voluntariamente (hiper ou
hipoventilação), podem ocorrer situações de acidose ou alcalose ventilatórias ativando centros de
5
controle ventilatório para restabelecimento da homeostase .
Além disso, algumas alterações não químicas, medidas por receptores de estiramento
localizados nas vias aéreas e nos pulmões, podem interferir sobre a regulação da ventilação. A
insuflação pulmonar, através do estímulo do estiramento do tecido, provoca a ativação de um
reflexo mediado pelo nervo vago, que inibe a inspiração após determinado nível de insuflação e é
14
denominado reflexo de Hering-Breuer . Este reflexo desempenha papel importante na regulação
15
da frequência e profundidade ventilatória e sua atividade depende das aferências vagais . Os
receptores de estiramento são inervados por fibras vagais mielinizadas (de adaptação lenta e
rápida) e não-mielinizadas (fibras do tipo C pulmonares e brônquicas) cujas funções estão
diretamente relacionadas ao prolongamento ou redução das capacidades inspiratórias e
expiratórias, sendo estimuladas principalmente pela hiperinsuflação pulmonar. A resposta reflexa
produzida, neste caso, pode provocar não só alterações na dinâmica ventilatória, mas também
5
em parâmetros cardiovasculares como bradicardia e hipotensão .
Desde o século XIX se tem registros de observações envolvendo a relação entre o ato de
respirar e as alterações na dinâmica cardiovascular. Carl Ludwig em 1847, percebeu em seus
experimentos com cães que quando o animal inspirava, ocorria uma leve taquicardia e,
opostamente, quando expirava, observava leve bradicardia. Essas flutuações da frequência
cardíaca (FC) poderiam ser moduladas pela dinâmica ventilatória, uma vez que a ventilação lenta
e regular era capaz de provocar agudamente efeitos benéficos através dos sistemas de controle
reflexo cardiovasculares
16,17,18
.Estudos subsequentes utilizaram a ventilação controlada como
metodologia auxiliar para investigações relacionadas ao sistema cardiovascular, já que a partir
3
dessa relação era possível interferir e analisar a interação cardiovascular e ventilatória, tanto em
situações fisiológicas quanto patológicas
1,19,20
.
Desordens ventilatórias têm diferentes efeitos sobre o equilíbrio ácido-base, o diâmetro
arterial e a retenção de sódio pelos rins, por isso cronicamente podem contribuir para a
fisiopatologia de diversas doenças como a hipertensão arterial sistêmica (HAS), angina,
desordens funcionais torácicas, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), além de interferir na
reabilitação cardíaca. Nesse sentido, um padrão ventilatório regular é importante para a
manutenção de um volume corrente adequado para a manutenção das necessidades metabólicas
do organismo, sendo capaz de suavizar ou evitar as injúrias envolvidas no desenvolvimento e/ou
3
evolução de diversas patologias .
2. VENTILAÇÃO E CONTROLE CARDIOVASCULAR
A influência da ventilação sobre as variáveis cardiovasculares vem sendo estudada a
muito tempo, mas ainda existem muitas lacunas quanto à interação entre os mecanismos
fisiológicos envolvidos
14,21,22
.
A variabilidade natural dos parâmetros cardiovasculares reflete uma interação de diversos
fatores que, em sua maioria, envolvem a influência do Sistema Nervoso Autônomo (SNA) sobre o
funcionamento cardiovascular, como o estresse ambiental, mudanças de postura e efeito
mecânico da ventilação
23,24,25
.
As alterações no balanço simpatovagal cardíaco, produzem variações na FC em
situações patológicas
26,27
e fisiológicas
28,29
. Tais variações são obtidas através da ação dos
sistemas simpático e parassimpático, que interagem rapidamente no nó sino-atrial, produzindo a
camada Arritmia Sinusal Respiratória, modulando a FC e a pressão arterial (PA) de forma
28
diferenciada .
A análise do controle autonômico pode fornecer informações importantes em relação às
condições clínicas dos indivíduos, principalmente quando os mesmos já apresentam algum grau
de desbalanço simpatovagal por diferentes etiologias, levando a algum grau de comprometimento
4
30
do controle cardiovascular . Desta forma, o uso de uma técnica não invasiva, capaz de obter o
29
máximo de informações a respeito desse sistema é de extrema importância .
2.1.
AVALIAÇÃO DO CONTROLE AUTONÔMICO
As variabilidades da frequência cardíaca (VFC) e da pressão arterial (VPA) fornecem
informações importantes a respeito do controle autonômico, permitindo a avaliação quantitativa
das modulações simpática e vagal sobre o sistema cardiovascular. Quanto menor a VFC, maiores
serão os riscos de doenças cardíacas
23,24
. A diminuição da VFC constitui um importante fator
prognóstico para o aparecimento de eventos cardíacos tanto em indivíduos previamente sadios
quanto em portadores de cardiopatias
31,32,33,34,35,36
. Esses resultados são confirmados em
pacientes pós infarto agudo do miocárdio (IAM), por exemplo, quando foi observada uma redução
na VFC, considerada um fator de risco independente para eventos arrítmicos e mortalidade
global
23,37
. Por outro lado, a VPA, apresenta relação contrária, apresentando valores maiores em
condições patológicas. Quanto maiores os valores de PA ou quanto maior a idade do paciente,
maior será a VPA, representando risco aumentado para o desenvolvimento e evolução de
38
desordens vasculares .
Além de avaliações simples no domínio do tempo, a análise no domínio da frequência, ou
análise espectral, pode fornecer informações quantitativas da função cardiovascular, através de
metodologias de ampla aplicação e potencialidade, por usar em grande parte, registros não
invasivos
24,28,39
. A análise espectral de séries temporais de FC, ou tacograma, e de pressão
arterial sistólica (PAS), ou sistograma, permite não apenas a avaliação da variabilidade como
também a sua caracterização em componentes frequenciais específicos. As oscilações rítmicas
de PA e FC apresentam três faixas distintas: a faixa de alta frequência HF (do inglês, High
Frequency), similar à atividade respiratória normal; a faixa de baixa frequência LF (do inglês, Low
Frequency) e a faixa de muito baixa frequência VLF (do inglês, Very Low Frequency)
29,40,41
. Tais
oscilações variam em amplitude e frequência de acordo com o comportamento, com as condições
fisiológicas e patológicas
24,28,42
.
5
As componentes LF e HF da VFC e da VPA estão relacionadas às modulações simpática
e vagal, respectivamente. Entretanto, por serem obtidas de forma indireta, diferentemente das
medidas diretas de tônus simpático e vagal, as alterações sobre tais componentes de frequência
não estão sempre diretamente ligadas ao aumento ou redução da atividade simpática e/ou vagal.
A avaliação da VFC, por caracterizar resposta à ação do sistema nervoso sobre o coração,
permite avaliar o controle autonômico através da relação entre as componentes espectrais LF/HF,
ou seja, a relação entre as modulações simpática e vagal sobre o ritmo cardíaco
43,44
.
Devido ao fato do sinal pressórico representar o resultado da interação de diversos
mecanismos fisiológicos envolvidos no controle pressórico, componentes de frequência da VPA
estão associadas a diferentes modulações, tanto do sistema nervoso simpático quanto da função
vascular miogênica, do óxido nítrico derivado do endotélio e até mesmo da modulação do sistema
39
renina angiotensina (SRA) sobre a PA . Como a faixa de oscilação de tais mecanismos na
maioria das vezes é coincidente, pouca informação pode ser extraída de forma precisa sobre a
ação isolada de cada um deles. Em humanos, a informação fisiológica direta, retirada a partir da
análise espectral da VPA está ligada à componente LF que permite a análise quantitativa da
28
modulação simpática vascular . Evidências mostram que em animais há uma associação entre o
39
SRA e a faixa de frequência VLF. No entanto, esta relação não está estabelecida em humanos .
Apesar da grande aplicabilidade da análise espectral, limitações impostas pela
metodologia podem impedir o uso de tais métodos em algumas situações. Em particular, quando
a FR é inferior a 9 incursões ventilatórias por minuto (ivpm), há sobreposição das faixas de
frequência associadas às modulações simpática e vagal
28,40,45
, e a análise espectral não é capaz
de quantificar tais modulações separadamente. Neste sentido, a análise simbólica
46,47
apresenta-
se como uma metodologia alternativa, de bases não-lineares, que permite distinguir as
modulações cardíacas simpática e parassimpática mesmo em situações de não-estacionariedade
ou quando há deslocamento de faixas de frequência imposto por alterações na frequência
respiratória
46,47,48
.
6
A análise simbólica busca distinguir as modulações cardíacas simpática e vagal através
da análise de sequências de três batimentos consecutivos
46,47
. O método desenvolvido por Porta
46
e cols. (2001) , já foi aplicado a situações caracterizadas por ativação simpática (tilt test,
handgrip e administração de nitroprussiato de sódio e altas doses de atropina) ou ativação
parassimpática (administração de fenilefrina e baixas doses de atropina) em humanos
49,50,51
. A
análise decompõe séries de VFC em padrões de três batimentos e classifica em três categorias:
padrão não variável, padrão variável e padrão muito variável, chamados de 0V, 1V e 2V,
respectivamente (Figura. 1). Em situações de estimulação simpática farmacológica e por
manobra padrão os autores observaram aumento do padrão 0V, relacionando-o à modulação
47
simpática cardíaca .
(B)
(A)
Figura 1: (A) Série de intervalos RR obtidos através de ECG em humanos. A serie foi separada
em seis níveis (de 0 a 5) e cada nível é identificado por um símbolo. Os padrões de 3 batimentos
são construídas. (B) Classificação dos padrões. 0V indica o padrão sem variação; 1V, padrão
com uma variação; e 2V o padrão com duas variações. Fonte: Guzzetti et al., 2005
49
No estudo de Porta e cols. (2007) , foram avaliados 17 sujeitos jovens e saudáveis nas
situações de repouso e de manobra de ativação simpática (ortostatismo passivo) gradual. A
análise dos sinais foi realizada tanto por análise espectral quanto por análise simbólica. Os
resultados mostraram que o incremento na modulação simpática cardíaca, demonstrado pelo
7
aumento do componente espectral LFnu e a redução da modulação vagal cardíaca, demonstrada
pela redução do componente espectral HFnu, foram acompanhados pelo aumento do padrão 0V
e redução do padrão 2UV da análise simbólica, respectivamente, mostrando que esses dois
padrões podem ser capazes de descrever aspectos diferentes e potencialmente correlacionados
às respostas autonômicas ao ortostatismo passivo gradual.
Os estudos envolvendo a análise simbólica tanto em experimentação animal
em humanos
46,47,49,51,53
48,52
quanto
, garantem sua aplicabilidade como alternativa na avaliação do controle
autonômico através da VFC. Os dois principais índices sugeridos pelos autores como
representativos dessa modulação autonômica são os padrões 0V e 2UV, pois possuem alto
potencial para detectar alterações não recíprocas nas modulações simpática e parassimpática ou
49
alterações recíprocas, porém de magnitudes diferentes .
2.2.
INFLUÊNCIA DA VENTILAÇÃO SOBRE O CONTROLE CARDIOVASCULAR
Alguns autores relatam que a FC pode ser afetada pelo mecanismo da ventilação
14,54,55
e
que tal alteração parece estar relacionada à resposta central aos estímulos do sistema somatosensorial, através dos componentes do SNA, intervindo sobre o equilíbrio cardiovascular pela
ativação do Sistema Nervoso Parassimpático (SNP), promovendo um predomínio da modulação
44
cardíaca vagal . De fato, estudos que aplicaram a ventilação controlada demonstraram que, sob
ventilação espontânea lenta, ocorre melhora da função autonômica
56,57
.
3. M ANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA
O ato de ventilar pode facilmente ser controlado pelo indivíduo, o qual adaptará o seu
14
ciclo ventilatório de acordo com a dinâmica que lhe é imposta . A dinâmica ventilatória controlada
pode induzir alterações tanto químicas quanto mecânicas no organismo que, por sua vez, são
percebidas pelo sistema de receptores sensoriais envolvidos no controle ventilatório e
cardiovascular.
A Manobra de Ventilação Controlada é uma metodologia muito aplicada em protocolos
para avaliação do controle autonômico cardiovascular e não apenas como manobra de ativação
8
parassimpática
58,59,60
61
, pois também é utilizada como forma de controle do padrão ventilatório , já
que o efeito dessa intervenção depende da frequência respiratória (FR) imposta durante o
protocolo.
O método consiste do próprio indivíduo controlar voluntariamente sua ventilação, tanto
através da FR, quanto por outros parâmetros como, por exemplo, o tempo inspiratório e/ou
expiratório, dependendo dos objetivos do estudo. Em geral, mantém-se o indivíduo em posição
supina
62
ou sentado
63
e utiliza-se um estímulo sonoro (metrônomo) e/ou visual (biofeedback) para
auxiliá-lo na adequada execução da técnica. Elege-se um método de avaliação dos parâmetros
fisiológicos, dependendo dos desfechos preconizados pelo estudo. Nesse estudo, elegemos a
análise indireta do parâmetro vascular de PA, através do sistema de aquisição das oscilações
pressóricas periféricas aferidas no dedo médio (Finapres), ilustrado na Figura. 2.
Transdutor
Conversor
A/D
Figura 2: diagrama ilustrativo do posicionamento do indivíduo durante a aplicação da
Manobra de Ventilação Controlada e o sistema de aquisição utilizado para o registro não
invasivo de sinais biológicos. Fonte: próprio autor
3.1.
IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA
Apesar da grande aplicabilidade da manobra de ventilação controlada, os efeitos de tais
metodologias sobre o sistema cardiovascular ainda são contraditórios e parecem depender do
protocolo, tipo de patologia e do grau de comprometimento cardíaco. Rossi Caruso e cols.
(2011)
64
mostraram que o exercício de ventilação controlada em pacientes com Insuficiência
Cardíaca (IC) promoveu efeitos benéficos sobre controle autonômico avaliado através da VFC.
Por outro lado, Adams e cols. (2009)
20
não observaram melhora no sistema cardiovascular em
resposta ao treinamento por ventilação controlada em pacientes pós IAM.
9
Outra aplicação da manobra de ventilação controlada, amplamente utilizada, consiste na
padronização da ventilação em protocolos de avaliação do SNA onde a FR é fixada, em geral,
para 12 e/ou 15 incursões ventilatórias por minuto (ivpm)
21,40,62,65,66
. No entanto, os resultados
ainda são contraditórios e possivelmente relacionados a FRE e sua ligação com a atividade
67
simpática em repouso já demonstrada por alguns autores .
Pinna e cols.(2006)
21
avaliaram 41 indivíduos hígidos através da Manobra de Ventilação
Controlada, utilizando FR fixa de 15 ivpm (0,25Hz) e compararam com a condição de ventilação
espontânea. Apesar dos resultados terem demonstrado um aumento da componente espectral
HF, os autores sugerem que esse fenômeno tenha ocorrido em virtude do aumento do volume de
ar inspirado provocado pela manobra, já que a influência da respiração sobre a PA é
principalmente mediada pelas variações na pressão intratorácica e pelo estiramento pulmonar
(reflexo de Hering-Breuer).
A Figura 3 sintetiza a contradição existente na literatura resultado na falta de
padronização na escolha da FR utilizada para a Manobra de Ventilação Controlada.
Amostra do Estudo (sujeitos hígidos)
Situação 1
FR basal = 6ivpm
VC = 15ivpm
Aumento na
modulação simpática
Evidências:
Souza LA et al, 2011
Telles S et al, 2011
Situação 2
FR basal = 12ivpm
VC = 15ivpm
Aumento na
modulação simpática ou
nenhum efeito
autonômico
Evidências:
Bernardi L et al, 2000
DeBeck LD et al, 2010
Situação 3
FR basal =15ivpm
VC = 15ivpm
Nenhum efeito
autonômico
Evidências:
Pinna GD et al, 2006
Diedrich A et al, 2009
Situação 4
FR basal = 20ivpm
VC = 15ivpm
Aumento na
modulação vagal
Evidências:
Souza LA et al, 2011
Reimann M et al, 2010
Figura 3: representação do panorama atual da literatura referente aos efeitos da Manobra de
Ventilação Controlada sobre o sistema autonômico cardiovascular em sujeitos hígidos e
submetidos a uma FR fixa. Fonte:próprio autor
10
Uma possível explicação para as diferentes respostas obtidas na aplicação da mesma
manobra envolve a variabilidade das características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo
em situação basal. Alguns trabalhos já demonstraram relação direta da frequência respiratória
espontânea (FRE) com o tônus simpático basal
68,69
, indicando uma possível associação entre a
resposta autonômica à manobra e a frequência respiratória espontânea basal.
Portanto, a
padronização de um protocolo normalizado de ventilação controlada, otimizado para indução da
atividade vagal, depende ainda de uma investigação sistemática dos efeitos da manobra de
ventilação controlada sobre o controle autonômico. Tal padronização seria relevante não só para
fins de avaliação, como para intervenção não medicamentosa, já que o aumento da modulação
vagal agrega um potencial terapêutico sobre diversas patologias
14,19,70
.
11
4. JUSTIFICATIVA
A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para
avaliação do controle autonômico cardiovascular e para ativação vagal cardíaca através da
redução da frequência respiratória. No entanto, manobras que utilizam FR mais lentas
apresentam resultados contraditórios dependentes do protocolo e da frequência respiratória
adotada. Tais variações podem estar relacionadas às características autonômicas intrínsecas de
cada indivíduo, como a relação direta da frequência respiratória espontânea com o tônus
simpático basal, já demonstrada em alguns estudos, indicando uma possível associação entre a
resposta autonômica à manobra e a frequência respiratória espontânea basal.
Desta forma, a padronização de uma metodologia baseada nos valores da frequência
respiratória espontânea de cada sujeito poderia fornecer um melhor controle do efeito da
intervenção sobre o sistema autonômico cardiovascular favorecendo a homogeneidade dos
resultados no âmbito da pesquisa e permitindo a otimização dos resultados de intervenções não
medicamentosas, reforçando a sua aplicabilidade clínica.
12
5. HIPÓTESES
5.1.
HIPÓTESE NULA
H0: O protocolo de ventilação controlada induz alterações autonômicas que independem da
frequência respiratória espontânea.
5.2.
HIPÓTESE ALTERNATIVA
H1: O protocolo de ventilação controlada induz alterações autonômicas que dependem da
frequência respiratória espontânea, exigindo uma padronização baseada nas condições basais de
cada indivíduo.
13
6. OBJETIVOS
6.1.
OBJETIVO GERAL
Avaliar as alterações provocadas por diferentes frequências respiratórias sobre o controle
autonômico cardiovascular, de forma aguda, em indivíduos hígidos, e propor uma metodologia
baseada na frequência respiratória otimizada de acordo com a frequência respiratória espontânea
individualizada.
6.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar de forma aguda as alterações autonômicas provocadas por protocolo de
ventilação controlada com diferentes frequências respiratórias sobre:
1) Frequência cardíaca, pressão arterial, variabilidades da frequência cardíaca (VFC) e da
pressão arterial (VPA);
2) Parâmetros derivados da análise espectral como a relação entre as componentes de baixa e
alta frequências (LF/HF) da VFC, relacionados ao balanço simpato-vagal cardíaco, e a
componente baixa frequencia (LF) da VPA, correspondente à modulação simpática vascular.
3) Parâmetros derivados da análise simbólica: 0V e 2V, relacionados às modulações simpática e
vagal cardíacas, respectivamente.
14
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24
ARTIGO
______________________________________________________
Efeitos de manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico cardiovascular:
protocolo normalizado pela frequência respiratória espontânea.
1
1
1
2
2
2
3
Souza LA ; Shein ASO , Dartora DR ; Casali AG ; Montano N ; Guzzetti S ; Porta A ; Irigoyen
4
MC ; Casali KR
1
1,5
Programa de pós-graduação em ciências da saúde do Instituto de Cardiologia do Rio Grande do
Sul / Fundação Universitária de Cardiologia (IC/FUC), Porto Alegre – Brasil
2 Departamento de Ciências Clínicas, Hospital Luigi Sacco, Universidade de Milão, Milão - Itália
3
Departamento of Technologies for Health, Galeazzi Orthopedic Institute, Universidade de Milão,
Milão - Itália
4
Unidade de hipertensão, Instituto do Coração, Hospital de Clínicas, Faculdade de Medicina,
Universidade de São Paulo (USP), São Paulo - Brasil
5
Departamento de Endocrinologia, Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA), Porto Alegre -
Brasil
Corresponding author: Drª. Karina Rabello Casali
Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul, Unidade de Pesquisa
Rua Princesa Isabel, 370 - Santana
,
CEP: 90620-000 - Porto Alegre - RS - Brasil
Email: [email protected]
Telephone: Cel: +55-51 93548084 Fixo: +55-51 32237393
25
RESUMO
A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para avaliação do
controle autonômico cardiovascular e para ativação vagal cardíaca através da redução da
frequência respiratória (FR). No entanto, manobras que utilizam FR mais lentas apresentam
resultados contraditórios dependentes do protocolo e da FR adotada. Tais variações podem estar
relacionadas às características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo, como a relação direta,
já demonstrada em alguns estudos, da frequência respiratória espontânea (FRE) com o tônus
simpático basal. Neste trabalho, empregamos análise espectral e simbólica para avaliar o efeito
da manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico cardiovascular em 26 sujeitos
saudáveis e divididos em dois protocolos experimentais: um protocolo onde os sujeitos foram
submetidos a três frequências respiratórias consideradas padrões na literatura (0.17Hz, 0.25Hz e
0.33Hz) e um protocolo onde as frequências respiratórias eram normalizadas pela frequência
espontânea (100%, 80%, 70% e 50% da FRE). Em geral, nossos resultados demonstraram
respostas autonômicas em favor da modulação vagal nas manobras que utilizam FR mais lentas.
Porém, enquanto tal ativação foi variável entre os indivíduos do protocolo padrão, o protocolo
normalizado produziu uma ativação otimizada e todos os sujeitos obtiveram aumento do
componente de modulação vagal a 80% da FRE (HFnu basal = 42% versus HFnu 80% = 73%,
p<0,001). A análise simbólica indicou ainda um aumento da componente simpática quando a
ventilação foi imposta a percentuais muito baixos da FRE (0V basal = 13,32 versus 0V 50% =
16,62, p=0,016). Esses resultados sugerem que os protocolos que utilizam manobra de ventilação
controlada para indução de ativação vagal, empregados inclusive em situações patológicas,
deveriam considerar a FRE na normalização das frequências impostas, limitando-as a valores
moderadamente menores que a FRE individual.
Palavras-chave: ventilação controlada; controle autonômico
26
INTRODUÇÃO
A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para
avaliação do controle autonômico cardiovascular (Adams e cols., 2009; Ferreira e cols., 2011;
Stein e cols., 2011; Porta e cols., 2012; Pinna e cols., 2006; Krasnikov e cols., 2012).
Há
numerosas evidências que apontam para efeitos significativos das características ventilatórias
(frequência, amplitude e regularidade) na variabilidade cardiovascular batimento-a-batimento
(Sakakibara e cols., 1995; Cooke e cols., 1998; Bernardi e cols., 2001; Pinna e cols., 2006), e
diversos autores propõem o controle voluntário da respiração como uma forma efetiva de evitar
confundidores em avaliações a curto-prazo da variabilidade cardiovascular (Radaelli e cols., 1994;
Pinna e cols., 2006; DeBeck e cols., 2010). Em particular, alguns estudos verificaram que a
redução controlada da frequência respiratória (FR) é responsável pelo aumento da modulação
vagal cardíaca, (Montano e cols., 1994; Bernardi e cols., 2000; Fan e cols., 2010), o que motivou
a aplicação da manobra de ventilação controlada como protocolo para indução de ativação vagal,
indicado inclusive em situações patológicas, como na hipertensão (Radaelli e cols., 1994;
Grossman e cols., 2001; Gavish e cols., 2010; Mourya e cols., 2009) e diabetes (Brown e cols.,
2008).
Porém, os resultados que associam manobras de controle da ventilação em FR mais
lentas com o aumento da modulação vagal são ainda contraditórios. Em estudos com sujeitos
hígidos submetidos à manobra, reportou-se aumento do componente simpático cardíaco (LF) na
respiração mais lenta (0,1 Hz) e aumento do componente vagal (HF) na respiração mais rápida
(0,2 Hz) (Reimann e cols., 2010; Brown e cols., 1993). Outros trabalhos realizados com
protocolos semelhantes, com ventilação controlada a FR de 0,1 e/ou 0,25 Hz, também em
sujeitos saudáveis, não demonstraram mudanças significativas nas análises espectrais tanto da
variabilidade da frequência cardíaca (VFC) quanto da pressão arterial (VPA), sugerindo que
manobras nestas FR específicas não alteram os parâmetros cardiovasculares (Pinna e cols.,
2006; Tzeng e cols., 2009).
27
Uma possível explicação para as diferentes respostas obtidas na aplicação da mesma
manobra envolve a variabilidade das características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo
em situação basal. Alguns trabalhos já demonstraram relação direta da frequência respiratória
espontânea (FRE) com o tônus simpático basal (Naughton e cols., 1998; Narkiewicz e cols.,
2006), indicando uma possível associação entre a resposta autonômica à manobra e a frequência
respiratória espontânea basal.
Portanto, a padronização de um protocolo normalizado de
ventilação controlada, otimizado para indução da atividade vagal, depende ainda de uma
investigação sistemática dos efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle
autonômico. Tal padronização seria relevante não só para fins de avaliação, como para
intervenção não medicamentosa, já que o aumento da modulação vagal agrega um potencial
terapêutico sobre diversas patologias (Grossman e cols., 2001; Bernardi e cols., 2001; Joseph e
cols., 2005),
Porém, a avaliação do controle autonômico cardiovascular em condições de baixa
frequência respiratória enfrenta desafios metodológicos. A decomposição espectral da
variabilidade da frequência cardíaca (VFC) e da pressão arterial (VPA) é o principal método
empregado para avaliar o controle autonômico cardiovascular e obter informações sobre as
modulações simpática e vagal cardíacas, permitindo uma ligação interpretativa entre diferentes
componentes oscilatórios e mecanismos fisiológicos específicos (Montano e cols., 1994; Task
Force HRV, 1996; Thayere cols., 2012). Entretanto, limitações impostas pela metodologia linear
de decomposição espectral podem impedir o uso de tais métodos em algumas situações. Em
particular, quando a FR é inferior a 9 incursões ventilatórias por minuto (ivpm), há sobreposição
das faixas de frequência associadas às modulações simpática e vagal (Radaelli e cols., 1994.
Malliani e cols., 1991; Bernardi e cols., 2000), e a análise espectral não é capaz de quantificar tais
modulações separadamente. Neste sentido, a análise simbólica (Porta e cols, 2001; Guzzetti e
cols, 2005) apresenta-se como uma metodologia alternativa, de bases não-lineares, que permite
distinguir as modulações cardíacas simpática e parassimpática mesmo em situações de nãoestacionariedade ou quando há deslocamento de faixas de frequência imposto por alterações na
FR (Porta e cols., 2001; Guzzetti e cols., 2005; Tobaldini e cols., 2009).
28
Neste estudo, empregamos tanto os métodos espectrais quanto a análise simbólica com
o objetivo de avaliar os efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico
cardiovascular de indivíduos hígidos em um largo espectro de frequências respiratórias (de 6ivpm
até 22ivpm). Os nossos resultados sugerem a padronização de um protocolo otimizado para
indução da ativação vagal que é baseado na normalização da frequência respiratória espontânea
individual. Esta metodologia protocolar tem o potencial de favorecer a homogeneidade dos
resultados no âmbito da pesquisa e permitir a otimização dos resultados de intervenções não
medicamentosas, reforçando a sua aplicabilidade clínica.
M ATERIAIS E MÉTODOS
Foram avaliados 26 voluntários hígidos, de ambos os sexos e não fumantes. Nenhum dos
sujeitos era portador de doenças crônicas, como hipertensão, diabetes mellitus, doenças
respiratórias crônicas, disfunções autonômicas, bem como tabagismo, alcoolismo e outras
drogas. Todos os sujeitos foram instruídos 12 horas antes do teste a não ingerir cafeína e álcool,
dormir bem e não realizar exercício físico intenso. O estudo foi aprovado pelos comitês locais de
pesquisa com seres humanos e consentimento escrito foi obtido de cada sujeito antes da
participação no estudo. Os voluntários foram divididos para participação em dois protocolos
diferentes.
Protocolo Padrão (PP)
Dez indivíduos, com idades entre 24 a 32 anos, foram avaliados no Laboratório de
Investigação Clínica, no Hospital Luiggi Sacco, em um ambiente silencioso, com temperatura (±
23 ° C) e iluminação controladas. O eletrocardiograma (ECG) foi registrado a 300 Hz e o sinal de
pressão de pulso foi adquirido a 1000 Hz, de forma contínua e não invasiva (Finapres 2300,
Ohmeda, Englewood, CO), em posição supina. O protocolo padrão consistiu da aplicação de
manobras de ventilação controlada a frequências respiratórias consideradas padrão na literatura.
No primeiro bloco o indivíduo era mantido em repouso, respirando de forma espontânea por 10
minutos de registro. Nos blocos subsequentes, de forma aleatória, os indivíduos foram instruídos
29
a seguir o estímulo sonoro, gerado por um metrônomo digital, para controle da ventilação em
diferentes frequências respiratórias : 0,17 Hz, 0,25 Hz e 0,33 Hz, equivalentes respectivamente a
10 (bloco R10), 15 (bloco R15) e 20 ivpm (bloco R20). Os registros foram de 10 minutos em cada
bloco, com um intervalo de 5 minutos entre eles para estabilização dos sinais.
Protocolo Normalizado (PN)
Dezesseis indivíduos, com idades entre 24 a 38 anos, foram avaliados no Laboratório de
Investigação Clínica do Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul, em um ambiente
silencioso, com temperatura (± 23 ° C) e iluminação controladas. O sinal de pressão de pulso foi
adquirido a 1000 Hz, de forma contínua e não invasiva (Finapres 2300, Ohmeda, Englewood,
CO), em posição supina. O protocolo normalizado consistiu da aplicação de manobras de
ventilação controlada a frequências respiratórias normalizadas pela frequência respiratória
espontânea de cada indivíduo. No primeiro bloco de registro o indivíduo era mantido em repouso
por 10 minutos e a sua frequência respiratória espontânea (FRE) era aferida, sem que o sujeito
percebesse, através da média de três medidas visuais. Nos blocos subsequentes, de forma
aleatória, os indivíduos foram instruídos a seguir o estímulo sonoro, gerado por um metrônomo
digital, para controle da ventilação em diferentes frequências respiratórias calculadas sobre a
FRE: 100%, 80%, 70%, 60% e 50%. O registro de cada bloco foi de 10 minutos, com um intervalo
de 5 minutos para retorno às condições basais.
Avaliação do Controle Autonômico
As séries temporais de tacograma foram construídas a partir do intervalo entre dois picos
consecutivos de ondas R, para o Protocolo 1, ou pelos intervalos de pulso das ondas pressóricas,
para o Protocolo 2. As séries de sistograma foram geradas pela detecção dos picos sistólicos dos
registros de pressão arterial. Foram selecionados trechos estacionários de 200-300 batimentos
em cada bloco, coincidentes em ambas as séries (Porta e cols., 2004).
As séries de tacograma e sistograma foram submetidas à análise espectral, que permite o
estudo no domínio da frequência da VFC e da VPA respectivamente. A decomposição espectral
30
foi realizada por modelagem autoregressiva com ênfase nas faixas de baixa frequência - LF (Low
frequency: 0,04-0,15 Hz) e alta frequência - HF (High frequency: 0,15-0,40 Hz). A potência total
2
do espectro contido até 0,40Hz corresponde à VFC total, expressa em valores absolutos (ms ).
Os valores de potência correspondente a cada faixa são expressos em valores absolutos (abs) e
normalizados pela soma das componentes LF e HF (nu). No espectro da VFC, tais faixas estão
relacionadas às modulações simpática e parassimpática cardíacas, sendo que a razão LF/HF
reporta o balanço simpatovagal cardíaco (Malliani e cols., 1991; Montano e cols., 2008). No
estudo da VPA, a faixa LF, em valores absolutos, está ligada à modulação simpática vascular
(Stauss 2007) e a relação entre os componentes LF da VFC e VPA, em valores absolutos,
conhecido como Índice αLF, determina a sensibilidade barorreflexa espontânea (Fazan e cols.,
2005).
Os mesmos trechos estacionários avaliados pela decomposição espectral foram
submetidos à análise simbólica. O método divide a sequência em seis níveis e avalia a série de
tacograma em padrões curtos de três batimentos. Os possíveis padrões são divididos em quatro
grupos: o padrão 0V corresponde a sequência de 3 batimentos sem variação de níveis, o padrão
1V corresponde a uma variação de nível e o 2V associa-se ao caso de duas variações de níveis
na sequência de 3 batimentos. O padrão 2V é subdividido em 2UV e 2LV, de acordo com o tipo
de variação diferente ou semelhante, respectivamente. Ao final, os padrões iguais são agrupados
e calculam-se os percentuais de ocorrência em cada serie (Porta e cols., 2001). Os padrões 0V e
2UV têm sido correlacionados às modulações simpática e vagal cardíacas respectivamente
(Guzzetti e cols., 2005 ; Porta e cols., 2007).
Análise Estatística
Os dados foram avaliados através da análise de variância ANOVA de uma via com
medidas repetidas, seguido de post hoc Tukey para comparação entre os diferentes estágios de
FR. Para as distribuições não normais, o teste aplicado foi o ANOVA de Friedman com medidas
repetidas. As correlações foram calculadas pelo método de Pearson. Foram consideradas
diferenças estatisticamente significativas aquelas com P ≤ 0,05.
31
RESULTADOS
Protocolo Padrão (PP)
Os sujeitos avaliados no protocolo padrão tiveram média de FRE = 14,5 ± 1,7 ivpm. De
acordo com os resultados mostrados na Tabela 1, as manobras não induziram modificações nos
valores de frequência cardíaca (FC) e pressão arterial sistólica (PAS). No entanto, a avaliação do
controle autonômico através da análise espectral apontou alterações importantes na VFC,
sobretudo no bloco de ventilação R10. Apesar do valor total de potência espectral, que reporta o
valor da VFC, não ter sido alterado, a manobra em 10 ivpm evocou modificações ligadas às
componentes espectrais com aumento na banda HF, comparado aos blocos em situação Basal,
R15 e R20, tanto em valores absolutos (p= 0,022, p= 0,015 e p= 0,011, respectivamente), como
em normalizados (p= 0,041) (Figura 1). Além disso, o índice LF/HF, que relaciona-se ao balanço
simpato-vagal, foi menor no bloco R10 quando comparado aos blocos R15 e R20 (p=0,028). Não
houve alteração nos parâmetros de VPA e seus componentes espectrais, bem como no índice α,
ligado à sensibilidade barorreflexa espontânea.
Em relação à análise simbólica, não houve diferença significativa no padrão 0V, que
representa a modulação simpática cardíaca. Já em R20, o padrão 2UV, relacionado à modulação
vagal cardíaca em ortostatismo (Porta e cols., 2007), foi significativamente maior quando
comparado ao bloco Basal e aos blocos R15 e R10 (p< 0,001). Além disso, em R20, o padrão
2LV, cujo significado fisiológico não é conhecido, foi significativamente menor em relação ao
bloco R10.
A Figura 2 mostra o efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente
HFnu para cada sujeito nos diferentes blocos do protocolo padrão. Os protocolos induziram
aumento da ativação vagal em 80% dos indivíduos de R10 (Figura 2-A), em 50% de R15 (Figura
2-B) e de 40% dos indivíduos em R20 (Figura 2-C).
32
Protocolo Normalizado (PN)
No protocolo normalizado, os sujeitos avaliados tiveram média de FRE = 16,3±2,5 ivpm.
Blocos com imposição de frequências respiratórias percentuais menores que a FRE geraram o
deslocamento do componente espectral HF em direção à faixa LF. A Figura 3 exibe os espectros
de VFC e do sinal respiratório de um indivíduo para as situações de ventilação controlada a
100%(A); 70%(B) e 50%(C) da FRE, apresentando o deslocamento da banda de maior coerência
entre os componentes espectrais, de acordo com a FR imposta. Somente para os casos de 100%
e 80% as faixas da FR permaneceram dentro da banda HF em todos os sujeitos. Portanto, os
resultados da avaliação do controle autonômico obtidos por análise espectral estão demonstrados
apenas nas situações Basal, 100% e 80%, (Figura 4(A); Tabela 2) e aqueles obtidos a partir da
análise simbólica, que não depende de tal alteração, estão descritos para todos os blocos (Figura
4(B); Tabela 3).
Não houve alteração nos valores de FC e PAS, bem como nos valores de suas
variabilidades VFC e VPA. A avaliação do controle autonômico por decomposição espectral
demonstrou alterações nas componentes LF e HF, ligados às modulações simpática e vagal
cardíacas (Tabela 2, Figura 4(A)). O controle da ventilação a 100%, quando comparado com a
situação basal, apontou aumento significativo do componente HF (p<0,001), com redução
recíproca do LF(p<0,001), e redução do índice LF/HF (p<0,001), ligado ao balanço simpatovagal
cardíaco. Da mesma forma, o controle da ventilação a 80% apontou aumento do componente HF
(p<0,001), redução recíproca do LF (p<0,001) e redução do índice LF/HF (p<0,001) em relação à
situação basal e também ao bloco de 100%. Não houve alteração nos parâmetros espectrais da
VPA, exceto no componente HF cujo significado fisiológico não é determinado.
A Tabela 3 demonstra os resultados obtidos para a avaliação do controle autonômico
pela análise simbólica em todos os blocos estudados. Com relação aos parâmetros da análise
simbólica, o padrão 0V, ligado a modulação simpática cardíaca, foi significativamente maior no
bloco de 50% quando comparado aos blocos de 100%, 80% e 70% (p= 0,005, p= 0,002 e p=
0,004, respectivamente) (Figura 4(B)). Não houve diferença nos padrões 1V e 2LV. O padrão
33
2UV, relacionado à modulação vagal cardíaca em ortoestatismo, apresentou uma redução linear,
significativa com relação aos blocos basal e 100%, acompanhando a redução da FR(p< 0,001)
(Tabela 3). Além disso, observou-se diferença significativa no padrão 2UV quando os blocos de
60% e 50% foram comparados aos blocos 80% (p= 0,001 e p<0,001, respectivamente) e 70% (p=
0,004 e p< 0,001, respectivamente).
A Figura 5 exibe o efeito do protocolo normalizado sobre a componente HFnu para os
blocos de 100% e 80% em cada sujeito individualmente. Os protocolos induziram aumento da
ativação vagal em 81% dos indivíduos impostos à ventilação controlada na FRE (Figura 5-A). No
bloco de ventilação a 80% da FRE todos os indivíduos apresentaram aumento do componente de
modulação vagal (Figura 5-B).
DISCUSSÃO
A manobra de ventilação controlada é empregada na promoção da ativação vagal,
inclusive sendo indicada para tratamento da hipertensão no intuito de reduzir a pressão arterial e
melhorar o quadro clínico (Grossman e cols., 2001; Radaelli e cols., 1994; Reimann e cols., 2010;
Pinna e cols., 2006; Cooke e cols., 1998; Sakakibara e cols., 1996). Todos estes estudos, porém,
consideram frequências respiratórias absolutas de 10 ou 15ivpm a serem aplicadas
indiscriminadamente aos indivíduos e pacientes. Em particular, a FR respiratória indicada pelas
Diretrizes Brasileiras de Hipertensão é de 10 ivpm (VI Diretrizes Bras. De HAS, 2010). Nossos
resultados ressaltam a importância de se considerar a frequência respiratória espontânea
individual e sua ação no tônus simpático basal em protocolos da ativação vagal. Apesar de
observarmos aumento significativo da ativação vagal a 10 ivpm (Figura 1), a análise individual
dos sujeitos submetidos ao protocolo padrão (Figura 2) evidencia a heterogeneidade das
respostas deste grupo, com aumento da ativação vagal em 80% dos indivíduos de R10, em 50%
de R15 e de 40% dos indivíduos em R20. Ao levarmos em consideração a FRE individual e
aplicarmos o protocolo normalizado, somente o controle da ventilação, mesmo na FRE individual,
já evocou um aumento da modulação vagal em 80% dos indivíduos (Figura 5A) e a ativação vagal
34
foi atingida com homogeneidade, em todos os indivíduos com frequência respiratória de 80% da
FRE (Figura 5B).
Sabe-se que a respiração lenta induz uma diminuição generalizada na regulação das vias
excitatórias dos sistemas cardiovascular e respiratório (Joseph e cols., 2005). Alguns autores já
demostraram que a ventilação controlada, particularmente a respiração lenta de 3 a 6 ciclos/min,
reduz a FC e PA tanto em indivíduos hígidos (Sakakibara e cols., 1995; Krasnikov e cols., 2012)
como em pacientes hipertensos (Joseph e cols., 2005). Os mecanismos envolvidos nas
alterações impostas pela ventilação lenta, porém, ainda não são totalmente conhecidos. Alguns
autores atribuem tais efeitos a modificações reflexas, como aumento da sensibilidade baroreflexa
(Reimann e cols., 2010; Bernardi e cols., 2001; Joseph e cols, 2005) e redução no quimireflexo
(Bernardi e cols., 2001).
Além disso, alterações anatômicas de distensão pulmonar podem
evocar respostas autonômicas (Bernardi e cols., 2001). Também o reflexo de Hering-Breuer, que
induz inibição da inspiração após a insulflação do pulmão, é mediado pela inervação vagal e
parece ter um papel importante na regulação da frequência respiratória e profundidade
ventilatória (Clark e cols., 1972). Nossos resultados não apontaram variações na sensibilidade
barorreflexa espontânea, o que pode ser atribuído tanto ao método de avaliação, que no nosso
caso foi indireto (Fazan e cols., 2005) ou devido às próprias variações metodológicas (Tzeng e
cols. (2009)). De qualquer modo, nossos resultados sugerem que a ordem e magnitude de ação
de tais possíveis mecanismos durante a manobra de ventilação controlada podem depender de
características individuais, como a frequência respiratória espontânea. Em um mesmo grupo ao
qual é imposta uma frequência respiratória fixa de 10 ivpm, podemos encontrar indivíduos
respirando em sua própria FRE e outros respirando próximos a 50% da FRE. Nosso estudo
corrobora a hipótese de que estas manobras têm efeitos distintos nos dois casos, sendo que
nestes últimos indivíduos tal manobra poderia não apenas ser ineficaz na redução da PA, como
poderia evocar ativação simpática.
De fato, os resultados da análise simbólica sugerem um aumento da modulação
simpática cardíaca quando a FR imposta é de cerca de 50% da FRE. Protocolos que impõem FR
35
muito lentas podem induzir alterações fisiológicas na função pulmonar em busca da adaptação ao
tempo de ventilação prolongado. Tais alterações podem ocorrer de forma aguda e ser suprimidas
quando o protocolo envolve treinamento com avaliação do efeito crônico. Tanto a hipóxia quanto
a hipercapnia aumentam a ventilação e podem aumentar o tônus simpático, a FC, a PAS (Van de
Borne e cols., 2000; Somers e cols., 1989a,b). Nosso estudo não avaliou os parâmetros de
função respiratória devido ao fato de a metodologia ser capaz de inserir alterações autonômicas
confundidoras na análise (Bernardi e cols., 2000).
Um possível aumento do componente simpático cardíaco possui importância tanto de
caráter investigativo quanto clínico uma vez que a ventilação controlada vem sendo aplicada
como intervenção medicamentosa em diversas patologias como na hipertensão (Radaelli e cols.,
1994; Grossman e cols., 2001; Gavish e cols., 2010; Mourya e cols., 2009), diabetes (Brown e
cols., 2008), infarto agudo do miocárdio (Adams e cols., 2009). A modulação respiratória anormal
é frequentemente relacionada com disfunção autonômica e a manipulação do padrão respiratório
pode promover efeitos benéficos para o controle cardiovascular e respiratório tanto em condições
fisiológicas quanto patológicas. Abre-se então uma nova área para futuras pesquisas visando à
melhora do manejo de pacientes com disfunção autonômica cardiovascular (Bernardi e cols.,
2001). No entanto, o sucesso do método depende muito da interação do paciente e das
condições associadas à patologia (Gavish e cols., 2010).
Cabe ressaltar, porém, que a interpretação dos resultados da análise simbólica não foi
ainda validada em protocolos de ventilação controlada. Demonstrou-se uma correlação do padrão
0V com a modulação simpática somente em situações de ativação simpática farmacológica por
manobras padrões (Guzzetti e cols., 2005) e em protocolo de estimulação simpática gradual
imposta por ortoestatismo passivo, quando correlações positiva e negativa dos padrões 0V e
2UV, respectivamente, foram observadas em relação ao grau de ativação simpática (Porta e
cols., 2007). Nossos resultados da análise simbólica para o grupo 50% da FRE não puderam ser
confrontados com valores obtidos através da análise espectral porque frequências inferiores a 9
ivpm implicam no deslocamento do componente respiratório para a banda LF (Figura 3),
36
impossibilitando a avaliação do controle autonômico por análise espectral (Radaelli e cols., 1994.
Malliani e cols., 1991; Bernardi e cols., 2000; Kox e cols., 2011).
Como conclusão, evidenciamos a importância na avaliação da FRE para a aplicação das
manobras de ventilação controlada. Demonstramos pela primeira vez o comportamento do
controle autonômico com a variação da FR, propondo um protocolo normalizado pelas condições
basais de cada indivíduo. Demonstramos que tal protocolo permite avaliar de forma mais
homogênea indivíduos de FRE variadas e apresentamos algumas evidências que podem indicar
que o uso de FR em torno de 50% da FRE induz ativação simpática cardíaca. O uso da manobra
de ventilação controlada a 80% da FRE evocou aumento do componente vagal cardíaco em
todos os indivíduos avaliados potencializando sua aplicação em protocolos que visem a ativação
vagal em indivíduos hígidos e motivando o estudo de tal protocolo em situações patológicas.
37
PERSPECTIVAS
Como perspectivas, o protocolo normalizado poderia ser aplicado à populações de
diferentes patologias tanto para avaliações do efeito agudo como para estudo crônico por
treinamento de forma adaptativa, buscando a construção de modelos individualizados para
respostas mais eficientes. Além disso, o estudo sobre o efeito agudo das FR lentas, com rigor
metodológico, avaliando de forma direta o tônus simpático e a função respiratória, poderia
fornecer informações mais precisas sobre o efeito da FR a 50% da FRE sobre o controle
autonômico cardiovascular.
LIMITAÇÕES DO ESTUDO
Devido às possíveis implicações da metodologia de análise de gases sobre o controle
autonômico, optamos por não realizar o teste de espirometria para quantificação da eficiência da
função pulmonar. A ausência destes dados é uma limitação do nosso estudo, pois impossibilita a
análise mais precisa sobre as possíveis adaptações fisiológicas durante as manobras como a
hipoxia ou hiperventilação. Outra limitação está relacionada à logistica metodológica que devido
ao período longo de experimento impossibilitou a aplicação dos dois protocolos, padrão e
normalizado, ao mesmo grupo de indivíduos.
CONFLITOS DE INTERESSE
Os autores declaram não haver conflitos de interesse que prejudicariam a imparcialidade
desse estudo.
FINANCIAMENTO
Este trabalho foi financiado por recursos provenientes de agências de fomento à
pesquisa: CNPq, CAPES e FAPERGS.
AGRADECIMENTOS
Grupo de pesquisa em fisiologia da UFCSPA, em especial à Profa. Dra. Katya Vianna
Rigatto, ao Prof. Dr. Rodrigo DellaMéa Plentz e à doutoranda Cinara Stein.
38
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43
#
#
#
#
Figura 1: Parâmetros relativos a avaliação do controle autonômico através da análise espectral
(n=10) aplicada às séries de intervalo de pulso do Protocolo Padrão. O painel (A) mostra a
potência espectral em valores absolutos da banda de alta frequência HF (HFabs) e o painel (B)
reporta os valores normalizados da mesma componente. Diferença estatisticamente significativa
comparada aos blocos: Basal (*) e R10 (#)
Figura 2: Efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente HF normalizado nos
sujeitos submetidos ao protocolo padrão. Linhas contínuas denotam transições com aumento da
componente HF com relação à situação basal durante a manobra de ventilação controlada. As
linhas pontilhadas marcam diminuição desta componente durante a manobra. Os protocolos
induziram aumento da componente HF em 8 de 10 indivíduos em R10 (A), em 5 de 10 em R15
(B) e em 4 de 10 em R20 (C).
44
Figura 3: Exemplo de espectros da variabilidade da frequência cardíaca (acima) e do sinal
respiratório (abaixo) nas situações de controle ventilatório na frequência respiratória espontânea
FRE (A), na frequência normalizada em 70% da FRE (B) e na frequência normalizada em 50% da
FRE. A área grifada corresponde à maior coerência espectral e demonstra o deslocamento dos
picos em direção à banda denominada LF (0,04-0,15Hz). A linha pontilhada marca o limite entre
as bandas de frequência LF e HF (0,15Hz).
45
*#
*#+&
*
Figura 4: Parâmetros relativos a avaliação do controle autonômico através da análise espectral
(n=16) (A) e da análise simbólica (n=16)(B) aplicadas às séries de intervalo de pulso do Protocolo
Normalizado. O painel (A) mostra a potência espectral normalizada da banda de alta frequência
HF (HFnu) e o painel (B) reporta os valores percentuais de ocorrência do padrão 0V da análise
simbólica. Diferença estatisticamente significativa comparada aos blocos: Basal (*), 100% (#),
80% (+) e 70% (&).
Figura 5: Efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente HFnu nos sujeitos
submetidos ao protocolo normalizado. Linhas contínuas denotam transições com aumento da
componente HF com relação à situação basal durante a manobra de ventilação controlada. As
linhas pontilhadas marcam diminuição desta componente durante a manobra. Os protocolos
induziram aumento da componente HF em 13 de 16 indivíduos no grupo 100% (A) e em todos os
16 indivíduos no grupo 80% (B).
46
Tabela1: Avaliação do controle autonômico no Protocolo Padrão. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desvio padrão da média
e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis 25% e 75%). Diferenças significativas testadas pelo método de ANOVA
de uma via com medidas repetidas, seguido pela comparação múltipla de Tukey, são assinaladas como (*) em relação a condição Basal, (#) em relação ao
bloco R10 e (+) em relação ao bloco R15.
Basal
R10
R15
R20
p
FC (bpm)
60,69±10,92
60,03±11,95
59,79±11,17
59,43±11,04
0,832
PAS (mmHg)
104,86±16,04
102,57±8,82
101,22±13,4
104,19±9,48
0,776
2
1786,18 (1057,9-4281,95)
2959,62 (1619,57-4794,65)
2797,81 (1364,5-5163,25)
1957,86 (880,13-3382,84)
0,451
LFa (ms )
2
493,16 (246,3-1473,93)
434,51 (161,06-1004,96)
452,55 (192,82-2266,79)
518,67 (264,83-646,21)
0,229
LF nu
43,44(33,73-51,33)
31,80(9,87-4,21)*
46,42(21,98-84,65)
HFa (ms )
1093,92±1054,26
1832,73±1610,46*
920,37±1098,35
HF nu
55,71(38,30-59,01)
66,87(46,10-88,53)*
45,98(13,62-76,12)
13,04 (5,46-21,23)
12,53 (6,1-46,67)
10,25 (4,37-24,95)
9,06 (2,45-17,31)
0,494
2
1,63±1,10
5,57±6,48
5,52±5,69
2,32±2,72
0,09
HFabs (mmHg )
2
0,98 (0,5-1,37)
1,98 (1,4-3,81)
0,63 (0,32-0,93)
0,61 (0,46-1,05)
índice-α
26,63±20,99
14,65±11,37
27,98±25,36
31,20±24,63
0,136
0v
12,75 (5,69-19,46)
9,4 (5,02-17,73)
9,04 (6,38-15,1)
11,09 (3,03-14,05)
0,782
1v
48,07 (47,57-48,83)
44,37 (41,95-49,5)
48,66 (41,47-52,84)
44,35 (35,79-47,830
0,145
2lv
18,28±4,82
23,69±12,07
20,39±6,24
12,85±5,18
2uv
21,29±6,91
18,92±7,1
20,55±9,72
36,07±12,45*
Análise Espectral
VFC (ms )
2
2
VPA (mmHg )
LFabs (mmHg )
#
#
54,62(34,18-63,49)
804,46±773,96
#
#
#
43,81(33,81-61,05)
0,034
0,009
#
#
0,041
0,008
Análise Simbólica
#
#+
0,033
<0,001
47
Tabela 2: Avaliação do controle autonômico no Protocolo Normalizado (n=16) pela análise
espectral. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desvio padrão da
média e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis
25% e 75%). Diferenças significativas obtidas pela análise de ANOVA de uma via com
medidas repetidas, seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey, são assinaladas
como (*) em relação a condição Basal (*) e (#) em relação ao bloco de 100%.
Basal
100%
80%
p
FC
70±10
70±10
69±10
0,0785
PAS
114(102-124)
113(103-123)
113(107-128)
0,305
2377±1932
2603±2158*
2877±2008*
#
0,644
LFabs (ms )
932 (349-1376)
551 (186-1130)
438 (248-939)
0,105
LF nu
51±19
39±23*
30±21*
<0,001
HFabs (ms )
933±998
1253±1203
1707±1527
0,058
HF nu
42 (33-61)
62 (41-72)*
73 (50-82)*
LF/HF index
1,15 (0,61-1,94)
0,51 (0,29-1,29)*
0,32 (0,17-0,645)*
18,22 (8,2-35,8)
15,67 (8,2-31,7)
18,08 (12,1-30,5)
0,210
2
3,4 (2,2-5,5)
2,7 (1,6-9,1)
2,3 (0,9-19,1)
0,740
HF abs (mmHg )
2
2 (1-3)
2,8 (2-4,3)*
4,5 (2,9-7,3)*
Índice-α
13,25±5,51
15,18±11,96
14,54±11,10
Análise Espectral
2
HRV (ms )
2
2
2
SAPV (mmHg )
LF abs (mmHg )
#
<0,001
#
#
<0,001
<0,001
0,735
48
Tabela 3 - Avaliação do controle autonômico no Protocolo Normalizado (n=16) pela análise simbólica. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desv
padrão da média e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis 25% e 75%). Diferenças significativas obtidas pela análise de ANOVA
uma via com medidas repetidas, seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey, são assinaladas como (*) em relação a condição Basal (*), (‡)em relação ao bloco 100%
(#) em relação ao bloco 80%, (†) em relação ao bloco 70% e (&) em relação ao bloco 60%
.
Basal
100%
80%
70%
60%
0V
13,32 (6,0-23,94)
11,87 (4,61-21,36)
9,34 (4,77-18,59)
12,62 (5,54-18,3)
16,57 (9,39-21,15)
1V
2LV
45,97 (39,44-47,89)
19,44±8,16
48,37 (44,75-50,66)*
19,44±9,77
2UV
22,68±11,75
20,74±8,88
50,01 (47,71-52,74)*
22,53±8,95
‡#†
15,04±6,07*
48,24 (43,73-50,25)*
25,17±11,16
‡#†
14,09±6,37*
48,36 (45,44-52,26)*
24,75±8,36
‡#†
9,72±5,36*
p
50%
(entre blocos de FR
‡#†&
16,62 (15,06-24,37)*
0,016
0,025
48,64 (45,04-51,79)*
23,65±10,77
‡#†
7,68±4,76*
0,061
<0,001
49