Abstract

ABC HF

ABC: Heart Failure & Cardiomyopathy

ABC Heart Fail Cardiomyop

0000-0000

Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC

abchf.20210006

10.36660/abchf.20210006

Original Article

Acute Inspiratory Muscle Training Modifies Hemodynamic Indices in Patients with Heart Failure with Preserved Ejection Fraction

0000-0001-8158-6151

Menezes

Márcio Garcia

0000-0002-8126-7211

Garcia

Eduardo Lima

¹ ³

0000-0002-6327-1428

Franzoni

Leandro Tolfo

¹ ³ ⁴ Grings

Vanessa

0000-0002-5774-2780

Danzmann

Luiz Claudio

¹ ² 1 Universidade Luterana do Brasil Departamento de Cardiologia Faculdade de Medicina

Canoas

Brazil Departamento de Cardiologia, Faculdade de Medicina da Universidade Luterana do Brasil, Canoas, RS - Brazil 2 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUCRS

Porto Alegre

Brazil Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUCRS, Porto Alegre, RS - Brazil 3 Hospital de Clínicas de Porto Alegre Setor de Reabilitação Cardíaca

Porto Alegre

Brazil Setor de Reabilitação Cardíaca, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Porto Alegre, RS - Brazil 4 Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Porto Alegre

Brazil Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Cardiologia e Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS - Brazil

Mailing Address: Luiz Claudio Danzmann • Rua Visconde do Herval, 472/903. Postal Code 90130-150, Porto Alegre, RS - Brazil. E-mail luiz.danzmann@ulbra.br

Author Contributions

Conception and design of the research and Acquisition of data: Menezes MG, Garcia EL, Grings V, Danzmann LC; Analysis and interpretation of the data: Menezes MG, Grings V, Danzmann LC; Statistical analysis: Menezes MG, Franzoni LT, Danzmann LC; Obtaining financing: Menezes MG, Danzmann LC; Writing of the manuscript and Critical revision of the manuscript for intellectual content: Menezes MG, Garcia EL, Franzoni LT, Grings V, Danzmann LC.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

06 07 2021

Jul-Sep 2021

1 1 27 32 28 04 2021 30 05 2021 12 05 2021

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License

Abstract Background:

Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF), a syndrome associated to decrease functional capacity, is quite difficult to manage. Inspiratory muscle training (IMT) has been used to treat symptoms and to improve functional capacity of patients with HFpEF. Thus, we aimed to evaluate the immediate effects and after 1 h of IMT on arterial pulsatile hemodynamics and on hemodynamic indices of left ventricular filling derived from Doppler echocardiography in patients with HFpEF.

Methods:

Eighteen patients with HFpEF who underwent IMT at an intensity of 80% of maximum inspiratory pressure were evaluated by Doppler echocardiogram in the pre, post-immediate and post-late periods; furthermore, pulsatile hemodynamic variables were collected. Functional capacity was assessed using the 6-minute walk test.

Results:

The population was composed predominantly of women (66.7%), mean age of 61.3 (7.2) years. Modifications were observed in the non-invasive LV filling pressure index (E/e’) (pre: 10.33 (SD, 3.15) vs post: 8.73 (SD, 2.24); p < 0.001) and in the pulse wave velocity (pre: 8.33 (SD, 1.67) vs post: 7.63 (SD, 1.66) m/s; p < 0.001), as well as pulse pressure (pre: 54.81 (SD, 18.73) vs post: 48.52 (SD, 15.74) mm Hg; p = 0.023).

Conclusion:

Our results demonstrated that a unique session of high-intensity IMT improved hemodynamic indices of LV filling and arterial stiffness in patients with HFpEF.

Keywords: Heart Failure/physiopathology Stroke Volume Inspiratory Reserve Volume Hemodynamic Echocardiography/methods Rehabilitation Pulmonary Medicine Respiratory System Dyspnea

Introduction

Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) is a clinical syndrome of greater prevalence in women, older adults, and patients with hypertension and diabetes.¹^,² Its main mechanism of action is pathophysiological dysfunction in left ventricle (LV) filling. Such dysfunction can result in increased LV filling pressure, left atrial pressure, and pulmonary artery pressure, which can be altered at baseline or during exercise.³ Dyspnea and fatigue are common symptoms in patients with HFpEF, being one of the main causes of exercise intolerance.⁴^,⁵

Central and peripheral arterial stiffness represents another important mechanism for HFpEF development. Altered pulsatile hemodynamic indices are associated with intolerance to effort, as they indicate worsening of ventriculo-arterial coupling, basically due to excessively increased LV afterload, hindering LV ejection performance.⁶^-⁸

In addition to cardiovascular factors, respiratory muscles strength (RMS) has an additional role in global hemodynamic performance, influencing cardiac output, pulmonary pressure, and pulmonary arterial resistance, which contributes to activation of cardiovascular reflexes, limiting exercise tolerance in patients with HFpEF.⁹^-¹²

Inspiratory muscle training (IMT) at moderate intensity (30% of maximal inspiratory pressure [MIP]) has already shown benefits in functional capacity and quality of life in patients with HFpEF.¹³ However, data about the effects of IMT on LV filling function and on behavior of arterial pulsatile hemodynamics have not been properly investigated, especially at intensities greater than 30% of MIP. Therefore, this study aimed to evaluate the immediate effect and after 1 h of IMT at 80% of MIP on LV diastolic function and arterial stiffness in patients with HFpEF.

Methods Study design and population

This is a quasi-experimental cross-sectional study. Patients from a tertiary hospital in southern Brazil, aged over 45 years, who met the European Society of Cardiology criteria for HFpEF at the time the study was designed¹⁴^,¹⁵ and who were clinically stable without previous hospitalization of 30 days were included. Patients with angina pectoris, atrial fibrillation, or atrial flutter during examination, pericardiopathies and musculoskeletal problems that prevented performance of functional capacity test were excluded.

After initial invitation, patients were informed about the echocardiogram to assess cardiac indexes and confirm the diagnosis; RMS assessment by MIP and maximal expiratory pressure (MEP); 6-minute walk test (6MWT); and assessment of arterial pulsatile hemodynamics. Patients who agreed to participate in the present study signed a free and informed consent form, according to the project approved by the ethics committee of the corresponding institution (39338614.0000.53.49).

Variables evaluation Echocardiography

The evaluation of LV hemodynamic was performed by a 2-dimensional (2D) M-mode 10 standard Doppler echocardiogram (Siemens Acuson X 300, Siemens Medical Solutions USA Malvern, PA, USA) according to the recommendations of the American Society of Echocardiography.¹⁶ The echocardiograms were performed by the same operator. All echocardiographic recordings were obtained in digital format and recorded with an average of 3 cardiac cycles for analysis. The spectral Doppler recordings of mitral flow were obtained from the apical 4-chamber view to assess LV filling dynamics. The following variables were measured: peak early (E wave) and late (A wave) transmittal filling velocities in centimeters per second; E/A ratio; deceleration time of the E velocity in milliseconds (from the peak of E velocity to baseline). Spectral tissue Doppler was performed in the apical portion of the 4 chambers, the sample volume was set at 5 x 5 mm and placed at the junction of the LV septal and lateral wall with the mitral ring and 3 consecutive cardiac cycles, which were transferred to a workstation and analyzed. Peak velocities during systole, onset of diastole (E’) and late diastole (a’) were measured and the mean of both sites was analyzed. The non-invasive LV filling pressure index was assessed by early diastolic mitral inflow velocity and mitral annular tissue velocity ratio (E/e’). The test was performed before RMS assessment, immediately after IMT (post-immediate), and 1 hour after IMT (post-late).

Arterial stiffness measured by pulse wave velocity

The assessment of arterial stiffness was performed by analyzing pulse wave velocity (PWV) and pulse pressure (PP) based on the oscillometric method, using data from the brachial artery pressure. The recordings were made at a diastolic pressure level for about 10 s using a conventional adult blood pressure cuff available in 2 sizes (24-34 and 32-42 cm) and a high accuracy pressure sensor (Mobil-O-Graph NG, IEM GmbH, Stolberg, Germany).¹⁷

Respiratory muscle strength test

RMS was always assessed by the same evaluator measuring MIP and MEP. Measurements were obtained using a pressure analyzer (Globalmed MVD300, Porto Alegre, Brazil). The procedures were repeated 6 times and the 3 greatest measures were considered valid, as long as the variation between them was not greater than 10%, following the guideline for pulmonary function tests.¹⁸ The patients were positioned seated, elbows supported, and a nasal clip was applied. The air passed through a nozzle transmitted the pressure level to the pressure transducer. MIP and MEP were considered to be the highest value of 3 measures selected.¹⁹ IMT intensity was determined by the highest value MIP (80%) for training protocol. The test was conducted after echocardiography and pulsatile hemodynamics.

Six-minute walk test

The 6MWT was always performed by the same evaluator according to recommendations by the American Thoracic Society.²⁰ The test was conducted in an adapted corridor with markings of 30 meters. Patients were instructed to walk the longest distance possible over 6 minutes, always with encouragement. Pre-effort and post-effort blood pressures were checked, and heart rate was monitored during test.

Intervention protocol Inspiratory muscle training

Individuals were submitted to an IMT session with an intensity of 80% of MIP. The PowerBreathe Classic light resistance model was used with intensity adjusted from 10 to 90 cm H₂O. Three sets of 10 minutes were performed with recovery of 1 minute between each set. After IMT end, patients underwent echocardiogram and pulsatile hemodynamics evaluations again to assess immediate effects. In addition, they waited for 1 hour at rest to repeat the assessments.

Statistical analysis

The variables were described in simple and relative frequency for categorical variables, and mean and standard deviation for continuous variables. To analyze the differences between continuous and categorical variables in the pre-, post-immediate, and post-late periods, the Generalized Estimation Equations method and Bonferroni correlation were used for multiple comparisons. For the sample calculation, expecting to reach a difference of 3.3 in the E/e’ index between pre- and post-protocol and considering a power of 80% and an alpha error of 5%, we estimated a sample of 18 participants. The data were analyzed using the SPSS version 18.0 statistical program.

Results

The study population consisted of 18 individuals with predominance of the female gender. The main associated comorbidities were systemic arterial hypertension, diabetes mellitus and obesity. In addition, drug therapy beta-blockers were the most used.

Despite the sample showed characteristic values for moderate diastolic dysfunction (E/e’), the distance covered in 6MWT demonstrates a good functional capacity, representing absolute average by Weber's class A individuals. In addition, PWV values appear to be within normal range for arterial stiffness, as well as cardiac output (3.94 (SD, 0.17) L/min) and cardiac index (2.05 (SD, 0.09) L/min/m²). However, PP values are high, identifying possible aortic stiffness with valve regurgitation. The baseline sample characteristics are described in Table 1.

Table 1 Anthropometric, respiratory, echocardiographic, and hemodynamic characteristics

Variables (N = 18)	Values (mean (SD) or %)
Anthropometric data
Age (years)	61.3 (7.2)
Height (cm)	160 (0.9)
Body mass (kg)	84.1 (16.4)
BMI (kg/m²)	32 (4.6)
Female (%)	66.7
Drug therapy (%)
Beta-blocker	76.5
ACEi	47.1
ARB	35.3
CCB	41.2
Furosemide	41.2
Thiazide	52.9
ARA	29.4
Nitrate	23.5
Hydralazine	11,8
Antiplatelet	52.9
Comorbidities (%)
Systemic hypertension	94.1
Diabetes	41.2
Obesity	47.1
Smoking	5.9
Coronary artery disease	35.3
Chronic obstructive pulmonary disease	5.9
Renal failure	7.3
Stroke	4.7
Rheumatic disease	6.8
Functional capacity
NYHA I – II (%)	94.4
NYHA III (%)	5.6
6MWT (meters)	431.4 (117.2)
Respiratory variables
MIP (cm H₂O)	73.6 (17.8)
Predicted MIP (cm H₂O)	115.8 (6.9)
70% of predicted MIP (cm H₂O)	80.8 (4.9)
MEP (cm H₂O)	124 (28.9)
Predicted MEP (cm H₂O)	90.8 (19)
70% of predicted MEP (cm H₂O)	65.6 (14.8)
Inspiratory weakness (%)	61.1
Echocardiographic variables
Simpson EF (%)	64.2 (11.7)
E/e'	9.8 (3.6)
E/A	1 (0.7)
IRT	103.8 (87)
LAV	73.7 (25.7)
iLAV	39.4 (10.2)
Teicholz iLVM (g/m²)	119.4 (47.3)
Pulsatile hemodynamics variables
PWV (m/s)	8.3 (1.7)
CPP	54.8 (4.3)
Aix	32.2 (12.8)

BMI: body mass index; ACEi: angiotensin-converting enzyme inhibitor; ARB: angiotensin receptor blocker; CCB: calcium channel blocker; ARA: angiotensin receptor antagonists; NYHA: New York Heart Association; 6MWT: 6-minute walk test; MIP: maximal inspiratory pressure; MEP: maximal expiratory pressure; EF: ejection fraction; IRT: isovolumetric relaxation time; E: peak E-wave velocity; e’: peak early diastolic velocity on tissue Doppler; LAV: left atrial volume; iLAV: indexed left atrial volume; iLVM: indexed left ventricular mass; PWV: pulse wave velocity; CPP: central pulse pressure; Aix: augmentation index.

After 1 h of IMT, a significant change in E/e’ was observed compared to the initial values (10.33 (SD, 3.15) vs 8.73 (SD, 2.24); p < 0.001) and also a reduction between the post-immediate and the post-late periods (10.38 (SD, 3.23) m/s vs 8.73 (SD, 2.24) m/s; p < 0.011) (Figure 1).

Figure 1 Estimation of left ventricle filling pressure pre, post-immediate and post-late. * p < 0.05 between pre- and post-immediate; # p < 0.05 between post-immediate and post-late. E/e’: non-invasive index of LV filling.

In relation to arterial stiffness, there were significant changes in PWV between pre- and post-late periods (8.33 (SD, 1.67) vs 7.63 (SD, 1.66) m/s; p < 0.001) and between post-immediate and post-late periods (8.24 (SD, 1.78) vs 7.63 (SD, 1.66) m/s; p < 0.001) (Figure 2). Similarly, PP showed significant changes between pre- and post-late periods (54.81 (SD, 18.73) mm Hg vs 48.52 (SD, 15.74) mm Hg; p < 0.001) and between post-immediate and post-late periods (57.92 (SD, 16.21) mm Hg vs 48.52 (SD, 15.68) mm Hg; p < 0.001) (Figure 3).

Figure 2 Pulse wave velocity pre, post-immediate and post-late. * p < 0.05 between pre- and post-immediate; # p < 0.05 between post-immediate and post-late. Figure 3 Pulse pressure pre, post-immediate and post-late. * p < 0.05 between pre- and post-immediate; # p < 0.05 between post-immediate and post-late. Discussion

The present study evaluated the immediate effect and 1 hour after IMT on hemodynamic indexes of LV filling, as well as on pulsatile arterial hemodynamic indexes in patients with HFpEF. The main finding of the present study was that IMT modified hemodynamic indexes of LV filling and pulsatile hemodynamics, demonstrating the positive effects of high-intensity training.

There was a significant effect immediately after IMT for E/e’ ratio. We also found a significant effect from the post-immediate to the post-late. These results confirm our hypothesis that IMT would promote positive effects on hemodynamic indexes of LV filling. Some evidences suggest that IMT is effective in modifying E/e’ ratio; however, when performed at an intensity of 30%.¹³ Contrary to the literature, we demonstrated that high-intensity IMT (80% of MIP) is able to modify hemodynamic indexes of LV filling. In addition, it is noteworthy that we conducted only 1 supervised IMT session. We believe that maintaining high-intensity IMT for weeks can promote adequate mechanical action in the respiratory muscles, facilitating the redirection of peripheral blood flow, which can generate a stimulus in the bioavailability of nitric oxide and consequently in vasodilation.²¹

With regard to PWV, we found significant differences in comparison between post-immediate and post-late periods. PWV is an important predictor of cardiovascular disease and mortality.²² In addition, studies show that PWV is directly related to amendment to ventriculo-arterial coupling leading to exercise intolerance and causing hemodynamic changes in the afterload, with consequent increase in dyspnea to small and moderate efforts.¹⁰^,¹² Although PWV values are within normal range in our sample, PP is high, identifying possible aortic stiffness and valve regurgitation for these patients. Evidence indicates that a value of 50 mm Hg for PP is related to ventricular hypertrophy and mortality from cardiovascular diseases.²³^,²⁴ In the present study, we were able to demonstrate that there was a significant reduction in PP immediately after a high-intensity IMT session (p = 0.023).

Another important result that we found in the present study was that 61.1% of the sample presented respiratory muscle weakness, with a cutoff point of < 80 cm H₂0 for MIP.¹⁹ We know that BMI > 30 kg/m² found for the present individuals is directly related to reductions in MIP, due to distension of diaphragm muscle fibers caused by the mechanical action of abdominal fat.²⁵ A lower BMI is also associated with greater resistance of the respiratory muscles, demonstrating that the reduction of body mass is fundamental for these patients.²⁶^,²⁷

It is important to reduce the hemodynamic indexes values of LV filling, arterial stiffness and PP, as well as to increase MIP in patients with HFpEF, since all these factors are integrated for the onset of dyspnea and fatigue during efforts.⁹ The reduced performance of this integrative system related to dyspnea and fatigue can be explained by abnormal chemoreflex activity, thus resulting in greater ventilation and greater sympathetic activity, hindering arterial baroreflex adjustments and increasing the time of adrenergic vasoconstriction, which results in increased right ventricular afterload.¹¹^,²⁸ This inadequate hyperventilation during exercise modulates the chemoreflex activity due to a higher production of CO₂, making peripheral O₂ extraction difficult and causing inefficiency of metabolic buffer, thus being able to increase neurohumoral activity.²⁹ Finally, we can affirm that the metaboreflex activity of the respiratory muscles also influences ventilatory response and exercise intolerance in patients with HFpEF. This metaboreflex overload leads to increased phrenic nerve, ventilation, and sympathetic activity, consequently increasing vasoconstriction and fatigue of peripheral muscles.³⁰^,³¹

Therefore, the integration processes related to dyspnea and fatigue can directly influence myocardial work and blood flow redistribution.²⁹ IMT has the potential to rehabilitate patients with HFpEF, and the rationale is related to improving venous return, increasing cardiac output, reducing ventricular afterload regardless of training mode.¹¹^,²⁸^,³²^,³³ In addition, IMT can improve functional capacity and consequently promote a better quality of life for patients with HFpEF, since dyspnea and fatigue are associated with a worse prognosis.

The results of the present study are important to promote new questions about the intensity of IMT, since only 1 session with 80% of MIP promoted significant improvements in hemodynamic indices of LV filling and arterial stiffness, without complications during the protocol. Therefore, our results demonstrate that a high-intensity IMT session is effective for improving the parameters evaluated in patients with HFpEF. Nevertheless, it is worth mentioning that high-intensity IMT seems to be a promising strategy in the rehabilitation scenario.

Limitations

The present study has some limitations, among which we can mention the absence of a control group, which would add important information about the effects of IMT. Another limitation is that only 1 IMT session was conducted, causing a gap in the literature on the chronic effects of high-intensity IMT. Finally, we emphasize the importance of research in the area of IMT for patients with HFpEF. Here, we suggest that future studies assess the effects of different intensities of IMT with comparisons to a control group.

Conclusion

Our results demonstrated that a unique session of high-intensity IMT improved hemodynamic indices of LV filling and arterial stiffness in patients with HFpEF. Future studies should test high-intensity IMT consecutive sessions as a rehabilitation method for patients with HFpEF.

Ethics approval and consent to participate

This study was approved by the Ethics Committee of the Universidade Luterana do Brasil under the protocol number 393386.14.1.0000.5349. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This study is not associated with any thesis or dissertation work.

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Danzmann

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PJC

Meurer

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Chiappa

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LSP

Leitão

SAT

Ribeiro

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Training and Functional Electrical Stimulation for Treatment of Heart Failure With Preserved Ejection Fraction: The TRAINING-HF Trial

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Artigo Original

Treinamento Muscular Inspiratório Agudo Modifica os Índices Hemodinâmicos em Pacientes com Insuficiência Cardíaca com Fração de Ejeção Preservada

0000-0001-8158-6151

Menezes

Márcio Garcia

0000-0002-8126-7211

Garcia

Eduardo Lima

¹ ³

0000-0002-6327-1428

Franzoni

Leandro Tolfo

¹ ³ ⁴ Grings

Vanessa

0000-0002-5774-2780

Danzmann

Luiz Claudio

¹ ² 1

Canoas

Brasil Departamento de Cardiologia, Faculdade de Medicina da Universidade Luterana do Brasil, Canoas, RS - Brasil 2

Porto Alegre

Brasil Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUCRS, Porto Alegre, RS - Brasil 3

Porto Alegre

Brasil Setor de Reabilitação Cardíaca, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Porto Alegre, RS - Brasil 4

Porto Alegre

Brasil Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Cardiologia e Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS - Brasil

Correspondência: Luiz Claudio Danzmann • Rua Visconde do Herval, 472/903. CEP 90130-150, Porto Alegre, RS - Brasil. E-mail luiz.danzmann@ulbra.br

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa e Obtenção de dados: Menezes MG, Garcia EL, Grings V, Danzmann LC; Análise e interpretação dos dados: Menezes MG, Grings V, Danzmann LC; Análise estatística: Menezes MG, Franzoni LT, Danzmann LC; Obtenção de financiamento: Menezes MG, Danzmann LC; Redação do manuscrito e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Menezes MG, Garcia EL, Franzoni LT, Grings V, Danzmann LC.

Potencial conflito de interesse

Não há conflito com o presente artigo

Resumo Fundamento:

A insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEp), uma síndrome associada a diminuição da capacidade funcional, é difícil de manejar. O treinamento muscular inspiratório (TMI) tem sido utilizado para tratar sintomas e para melhorar a capacidade funcional de pacientes com ICFEp. Portanto, objetivamos avaliar os efeitos imediatos e 1 h após TMI na hemodinâmica arterial pulsátil e nos índices hemodinâmicos de enchimento do ventrículo esquerdo derivados de ecocardiograma Doppler em pacientes com ICFEp.

Métodos:

Dezoito pacientes com ICFEp submetidos a TMI a uma intensidade de 80% da pressão inspiratória máxima foram avaliados por ecocardiograma Doppler nos períodos pré, pós-imediato e pós-tardio; além disso, foram coletadas variáveis hemodinâmicas pulsáteis. A capacidade funcional foi avaliada utilizando o teste de caminhada de 6 minutos.

Resultados:

A população foi composta predominantemente de mulheres (66,7%), média de idade de 61,3 (DP,7,2) anos. Foram observadas modificações no índice não invasivo de pressão de enchimento do VE (E/e’) (pré: 10,33 (DP, 3,15) vs pós: 8,73 (DP, 2,24); p < 0,001) e na velocidade de onda de pulso (pré: 8,33 (DP, 1,67) vs pós: 7,63 (DP, 1,66) m/s; p < 0,001), assim como na pressão de pulso (pré: 54,81 (DP, 18,73) vs pós: 48,52 (DP, 15,74) mm Hg; p = 0,023).

Conclusão:

Nossos resultados demonstraram que uma única sessão de TMI de alta intensidade melhora os índices hemodinâmicos de enchimento do VE e rigidez arterial em pacientes com ICFEp.

Palavras-chave: Insuficiência Cardíaca/fisiopatologia Volume Sistólico Volume de Reserva Respiratório Hemodinâmica Ecocardiografia/métodos Reabilitação Pneumologia Sistema Respiratório Dispneia

Introdução

A insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEp) é uma síndrome clínica com maior prevalência em mulheres, idosos, hipertensos e diabéticos.¹^,² Seu principal mecanismo de ação é a disfunção fisiopatológica do enchimento do ventrículo esquerdo (VE). Tal disfunção pode resultar em aumento da pressão de enchimento do VE, da pressão atrial esquerda e da pressão arterial pulmonar, as quais podem estar alteradas no momento basal ou durante exercício.³ Dispneia e fadiga são sintomas comuns em pacientes com ICFEp, sendo uma das principais causas de intolerância ao exercício.⁴^,⁵

Rigidez arterial, tanto central quanto periférica, representa outro mecanismo importante para o desenvolvimento da ICFEp. Alterações nos índices hemodinâmicos pulsáteis estão associadas a intolerância ao esforço, pois indicam piora do acoplamento ventrículo-arterial, basicamente devido ao aumento excessivo da pós-carga do VE, prejudicando o desempenho da ejeção do VE.⁶^-⁸

Além dos fatores cardiovasculares, a força muscular respiratória (FMR) tem papel adicional no desempenho hemodinâmico global, influenciando o débito cardíaco, a pressão pulmonar e a resistência arterial pulmonar, o que contribui para a ativação dos reflexos cardiovasculares, limitando a tolerância ao exercício em pacientes com ICFEp.9-12

O treinamento muscular inspiratório (TMI) em intensidade moderada [30% da pressão inspiratória máxima (PIM)] já tem apresentado benefícios na capacidade funcional e na qualidade de vida de pacientes com ICFEp.¹³ Entretanto, dados sobre os efeitos do TMI na função de enchimento do VE e no comportamento da hemodinâmica arterial pulsátil não foram devidamente investigados, especialmente em intensidades superiores a 30% da PIM. Portanto, este estudo tem o objetivo de avaliar o efeito imediato e 1 h após o TMI a 80% da PIM na função diastólica do VE e na rigidez arterial em pacientes com ICFEp.

Métodos Desenho e população do estudo

Trata-se de um estudo transversal quase-experimental. Foram incluídos pacientes de um hospital terciário do sul do Brasil com idade acima de 45 anos que atendiam aos critérios da Sociedade Europeia de Cardiologia (European Society of Cardiology) para ICFEp no momento em que o estudo foi elaborado¹⁴^,¹⁵ e que estavam clinicamente estáveis sem hospitalização prévia de 30 dias. Foram excluídos pacientes com angina pectoris, fibrilação atrial ou flutter atrial durante o exame, pericardiopatias e problemas musculoesqueléticos que impedissem a realização do teste de capacidade funcional.

Após convite inicial, os pacientes foram informados sobre o ecocardiograma para avaliar os índices cardíacos e confirmar o diagnóstico; sobre avaliação da FMR pela PIM e pela pressão expiratória máxima (PEM); sobre o teste de caminhada de 6 minutos (TC6M); e sobre a avaliação da hemodinâmica arterial pulsátil. Os pacientes que concordaram em participar do presente estudo assinaram um formulário de consentimento livre e esclarecido, de acordo com o projeto aprovado pelo comitê de ética da respectiva instituição (39338614.0000.53.49).

Avaliação das variáveis Ecocardiograma

A avaliação da hemodinâmica do VE foi realizada por ecocardiograma Doppler dimensional utilizando o modo M-10 padrão (Siemens Acuson X 300, Siemens Medical Solutions USA Malvern, EUA), seguindo as recomendações da Sociedade Americana de Ecocardiografia (American Society of Echocardiography).¹⁶ Os ecocardiogramas foram realizados pelo mesmo operador. Todos os registros ecocardiográficos foram obtidos em formato digital e registrados com uma média de 3 ciclos cardíacos para análise. Os registros do Doppler espectral do fluxo mitral foram obtidos a partir da visualização das 4 câmaras para avaliar a dinâmica do enchimento do VE. Foram mensuradas as seguintes variáveis: velocidades de transmissão durante os picos inicial (onda E) e tardio (onda A) do enchimento em centímetros por segundo; razão E/A; tempo de desaceleração da onda E em milissegundos (do pico da velocidade de E ao momento basal). Foi realizado Doppler tecidual espectral com visualização apical das 4 câmaras, o volume da amostra foi definido em 5 x 5 mm e posicionado na junção das paredes septal e lateral do VE com o anel mitral e 3 ciclos cardíacos consecutivos, o que foi transferido para uma estação de trabalho e analisado. Os picos de velocidade durante a sístole, o início da diástole (E’) e o fim da diástole (a’) foram mensurados e a média de ambos os locais foi analisada. O índice não invasivo de pressão de enchimento de VE foi avaliado pela razão entre a velocidade do fluxo transmitral no início da diástole e a velocidade de movimentação do tecido anular mitral (E/e’). O exame foi realizado antes da avaliação da FMR, imediatamente após o TMI (pós-imediato), e 1 hora após TMI (pós-tardio).

Rigidez arterial mensurada por velocidade de onda de pulso

A avaliação da rigidez arterial foi realizada através da análise da velocidade de onda de pulso (VOP) e pressão de pulso (PP) baseada no método oscilométrico, utilizando os dados da pressão da artéria braquial. Os registros foram realizados em nível de pressão diastólica por aproximadamente 10 s utilizando um manguito adulto convencional para medição da pressão arterial, disponível em 2 tamanhos (24-34 e 32-42 cm), e um sensor de pressão de alta precisão (Mobil-O-Graph NG, IEM GmbH, Stolberg, Alemanha).¹⁷

Teste de força muscular respiratória

A FMR sempre foi avaliada pelo mesmo examinador através da mensuração da PIM e da PEM. As medições foram obtidas utilizando um monitor de pressão (Globalmed MVD300, Porto Alegre, Brasil). Os procedimentos foram repetidos 6 vezes, e as 3 maiores medidas foram consideradas válidas, desde que a variação entre elas não fosse superior a 10%, de acordo com a diretriz para testes de função pulmonar.¹⁸ Os pacientes permaneceram sentados, com os ombros apoiados, e foi utilizado um clipe nasal. O ar passava através do bocal transmitia o nível de pressão para o transdutor de pressão. A PIM e a PEM foram definidas como os valores mais elevados das 3 medidas selecionadas.¹⁹ A intensidade do TMI foi determinada pela maior PIM (80%) para o protocolo de treinamento. O teste foi realizado após o ecocardiograma e a avaliação da hemodinâmica pulsátil.

Teste de caminhada de 6 minutos

O TC6M sempre foi realizado pelo mesmo avaliador, de acordo com as recomendações da Sociedade Torácica Americana (American Thoracic Society).²⁰ O teste foi realizado em um corredor adaptado com marcações a cada 30 metros. Os pacientes foram orientados a caminhar a maior distância possível em 6 minutos, sempre com encorajamento. Foram verificadas as pressões arteriais pré e pós-esforço, e a frequência cardíaca foi monitorada durante o teste.

Protocolo de intervenção Treinamento muscular inspiratório

Os indivíduos foram submetidos a 1 sessão de TMI com intensidade de 80% da PIM. Foi utilizado o modelo PowerBreathe Classic light resistance, com a intensidade ajustada de 10 a 90 cm H₂O. Foram realizadas 3 séries de 10 minutos, com um intervalo de 1 minuto entre cada série. Após a conclusão do TMI, os pacientes foram submetidos novamente a avaliação ecocardiográfica e da dinâmica pulsátil para avaliar os efeitos imediatos. Além disso, esperaram 1 hora em descanso para repetir as avaliações.

Análise estatística

As variáveis foram descritas em frequência simples e relativa para variáveis categóricas, e média e desvio padrão para variáveis contínuas. Para analisar as diferenças entre variáveis contínuas e categóricas nos períodos pré, pós-imediato e pós-tardio, foram utilizados o método de equações de estimação generalizadas e a correlação de Bonferroni para múltiplas comparações. Para o cálculo do tamanho da amostra, esperando-se obter uma diferença de 3,3 na razão E/e’ antes e depois do protocolo e considerando um poder de 80% e um erro alfa de 5%, estimamos uma amostra de 18 participantes. Os dados foram analisados utilizando o programa estatístico SPSS, versão 18.0.

Resultados

A população do estudo consistiu em 18 indivíduos, com predominância do gênero feminino. As principais comorbidades associadas foram hipertensão arterial sistêmica, diabetes melito e obesidade; além disso, a terapia medicamentosa mais utilizada foi betabloqueadores.

Embora a amostra tenha apresentado valores característicos de disfunção diastólica moderada (E/e’), a distância percorrida no TC6M demonstrou boa capacidade funcional, representando a média absoluta para indivíduos classificados na classe A de Weber. Ademais, os valores de VOP pareciam estar dentro da normalidade para rigidez arterial, assim como para débito cardíaco (3,94 (0,17) L/min) e índice cardíaco (2,05 (0,09) L/min/m²). Entretanto, os valores de PP estavam elevando, identificando possível rigidez aórtica com regurgitação valvar. As características basais da amostra estão descritas na Tabela 1.

Tabela 1 Características antropométricas, respiratórias, ecocardiográficas e hemodinâmicas

Variáveis (N = 18)	Valores (média (DP) ou %)
Dados antropométricos
Idade (anos)	61,3 (7,2)
Altura (cm)	160 (0,9)
Massa corporal (kg)	84,1 (16,4)
IMC (kg/m²)	32 (4,6)
Sexo feminino (%)	66,7
Terapia medicamentosa (%)
Betabloqueador	76,5
IECA	47,1
BRA	35,3
BCC	41,2
Furosemida	41,2
Tiazida	52,9
ARA	29,4
Nitrato	23,5
Hidralazina	11,8
Antiplaquetário	52,9
Comorbidades (%)
Hipertensão arterial sistêmica	94,1
Diabetes	41,2
Obesidade	47,1
Tabagismo	5,9
Doença arterial coronariana	35,3
Doença pulmonar obstrutiva crônica	5,9
Insuficiência renal	7,3
Acidente vascular cerebral	4,7
Doença reumática	6,8
Capacidade funcional
NYHA I – II (%)	94,4
NYHA III (%)	5,6
TC6M (metros)	431,4 (117,2)
Variáveis respiratórias
PIM (cm H₂O)	73,6 (17,8)
PIM prevista (cm H₂O)	115,8 (6,9)
70% da PIM prevista (cm H₂O)	80,8 (4,9)
PEM (cm H₂O)	124 (28,9)
PEM prevista (cm H₂O)	90,8 (19)
70% da PEM prevista (cm H₂O)	65,6 (14,8)
Fraqueza inspiratória (%)	61,1
Variáveis ecocardiográficas
FE Simpson (%)	64,2 (11,7)
E/e'	9,8 (3,6)
E/A	1 (0,7)
TRI	103,8 (87)
VAE	73,7 (25,7)
VAEi	39,4 (10,2)
MVEi Teicholz (g/m²)	119,4 (47,3)
Variáveis da hemodinâmica pulsátil
VOP (m/s)	8,3 (1,7)
PPC	54,8 (4,3)
Aix	32,2 (12,8)

IMC: índice de massa corporal; IECA: inibidor da enzima conversora de angiotensina; BRA: bloqueador do receptor de angiotensina; BCC: bloqueador do canal cálcio; ARA: antagonista do receptor de angiotensina; NYHA; New York Heart Association; TC6M: teste de caminhada de 6 minutos; PIM: pressão inspiratória máxima; PEM: pressão expiratória máxima; FE: fração de ejeção; TRI: tempo de relaxamento isovolumétrico; E: pico de velocidade da onda E; e’: pico de velocidade no início da diástole na Doppler tecidual; VAE: volume do átrio esquerdo; VAEi: volume do átrio esquerdo indexado; MVEi: massa do ventrículo esquerdo indexada; VOP: velocidade da onda de pulso; PPC: pressão de pulso central; Aix: índice de incremento (augmentation index).

Após 1 h de TMI, observou-se uma mudança significativa na razão E/e’ em comparação aos valores iniciais (10,33 (DP, 3,15) vs 8,73 (DP, 2,24); p < 0,001), além de uma redução entre os períodos pós-imediato e pós-tardio (10,38 (DP, 3,23) m/s vs 8,73 (DP, 2,24) m/s; p < 0,011) (Figura 1).

Figura 1 Estimativa da pressão de enchimento do ventrículo esquerdo nos períodos pré, pós-imediato e pós-tardio. * p < 0,05 entre pré e pós-imediato; # p < 0,05 entre pós-imediato e pós-tardio. E/e’: índice não invasivo de enchimento do VE.

Com relação à rigidez arterial, houve mudanças significativas na VOP entre os períodos pré e pós-tardio (8,33 (DP, 1,67) vs 7,63 (DP, 1,66) m/s; p < 0,001) e entre os períodos pós-imediato e pós-tardio (8,24 (DP, 1,78) vs 7,63 (DP, 1,66) m/s; p < 0,001) (Figura 2). Da mesma forma, a PP apresentou mudanças significativas entre os períodos pré e pós-tardio (54,81 (DP, 18,73) mm Hg vs 48,52 (DP, 15,74) mm Hg; p < 0,001) e entre os períodos pós-imediato e pós-tardio (57,92 (DP, 16,21) mm Hg vs 48,52 (DP, 15,68) mm Hg; p < 0,001) (Figura 3).

Figura 2 Velocidade de onda de pulso nos períodos pré, pós-imediato e pós-tardio. * p < 0,05 entre pré e pós-imediato; # p < 0,05 entre pós-imediato e pós-tardio. Figura 3 Pressão de pulso nos períodos pré, pós-imediato e pós-tardio. * p < 0,05 entre pré e pós-imediato; # p < 0,05 entre pós-imediato e pós-tardio. Discussão

O presente estudo avaliou o efeito imediato e 1 hora após TMI nos índices hemodinâmicos de enchimento do VE, assim como nos índices hemodinâmicos pulsáteis em pacientes com ICFEp. O achado principal do presente estudo foi que o TMI modificou os índices hemodinâmicos de enchimento do VE e da hemodinâmica pulsátil hemodinâmica, demonstrando efeitos positivos da alta intensidade.

Houve um efeito significativo imediatamente após o TMI para E/e’. Também encontramos um efeito significativo do período pós-imediato para o pós-tardio. Esses resultados confirmam nossa hipótese de que o TMI promoveria efeitos positivos sobre os índices hemodinâmicos de enchimento do VE. Algumas evidências sugerem que o TMI é eficaz em modificar a razão E/e’, porém, quando realizado em uma intensidade de 30%.¹³ Contrariamente à literatura, demonstramos que TMI de alta intensidade (80% da PIM) é capaz de modificar os índices hemodinâmicos de enchimento do VE. Além disso, vale mencionar que realizamos apenas 1 sessão de TMI supervisionado. Acreditamos que manter o TMI de alta intensidade por semanas pode promover a ação mecânica adequada nos músculos respiratórios, facilitando o redirecionamento do fluxo sanguíneo periférico, que pode gerar um estímulo na biodisponibilidade do óxido nítrico e consequentemente na vasodilatação.²¹

Com relação à VOP, observamos diferenças significativas na comparação entre os períodos pós-imediato e pós-tardio. A VOP é um importante preditor de doença cardiovascular e mortalidade.²² Além disso, estudos demonstram que a VOP está diretamente relacionada à correção do acoplamento ventrículo-arterial, resultando em intolerância ao exercício e causando alterações hemodinâmicas na pós-carga, com consequente aumento da dispneia aos esforços pequenos e moderados.¹⁰^,¹² Embora os valores de VOP em nossa amostra estejam dentro da normalidade, a PP está elevada, identificando possível rigidez aórtica e regurgitação para esses pacientes. Evidências indicam que um valor de 50 mm Hg para PP está relacionado a hipertrofia ventricular e mortalidade por doenças cardiovasculares.²³^,²⁴ No presente estudo, fomos capazes de demonstrar que houve uma redução significativa da PP imediatamente após 1 sessão de TMI de alta intensidade (p = 0,023).

Outro resultado importante que observamos no presente estudo foi que 61,1% da amostra apresentou fraqueza muscular respiratória, com ponto de corte de < 80 cm H₂0 para PIM.¹⁹ Sabemos que IMC > 30 kg/m² observado para os presentes indivíduos está diretamente relacionado à redução da PIM, devido à distensão das fibras musculares do diafragma causada pela ação mecânica da gordura abdominal.²⁵ Um menor IMC também está associado a maior resistência dos músculos respiratórios, demonstrando que a redução da massa corporal é fundamental para esses pacientes.²⁶^,²⁷

É importante reduzir os índices hemodinâmicos de enchimento do VE, a rigidez arterial e a PP, além de aumentar a PIM nos pacientes com ICFEp, pois todos esses fatores estão integrados para o surgimento da dispneia e da fadiga durante esforços.⁹ A redução do desempenho desse sistema integrativo relacionado à dispneia e à fadiga pode ser explicada pela anormalidade na atividade quimiorreflexa, resultando assim em maior ventilação e maior atividade simpática, dificultando ajustes barorreflexos arteriais e aumentando o tempo de vasoconstrição adrenérgica, o que resulta em um aumento da pré-carga do ventrículo direito.¹¹^,²⁸ Essa hiperventilação inadequada durante o exercício modula a atividade quimiorreflexa, devido a uma maior produção de CO₂, dificultando a extração de O₂ periférico e levando à ineficácia do tampão metabólico, possibilitando assim o aumento da atividade neuro-humoral.²⁹ Por fim, podemos afirmar que a atividade metaborreflexa dos músculos respiratórios também influencia na resposta ventilatória e na intolerância ao exercício em pacientes com ICFEp. Essa sobrecarga metaborreflexa acarreta um aumento da atividade do nervo frênico, e também da atividade ventilatória e simpática, aumentando consequentemente a vasoconstrição e fadiga dos músculos periféricos.³⁰^,³¹

Entretanto, os processos de integração relacionados a dispneia e a fadiga podem ter influência direta no trabalho miocárdico e redistribuição do fluxo sanguíneo.²⁹ O TMI tem o potencial de reabilitar pacientes com ICFEp, e a justificativa está relacionada à melhoria do retorno venoso, ao aumento do débito cardíaco, e à redução da pré-carga ventricular, independente do modo de treinamento.¹¹^,²⁸^,³²^,³³ Além disso, o TMI pode melhorar a capacidade funcional e consequentemente promover uma melhor qualidade de vida para esses pacientes, visto que dispneia e fadiga estão associadas a pior prognóstico.

Os resultados do presente estudo são importantes para levantar novas questões sobre a intensidade do TMI, pois apenas 1 sessão com 80% de PIM promoveu melhorias significativas nos índices hemodinâmicos de enchimento do VE e na rigidez arterial, sem complicações durante o protocolo. Portanto, nossos resultados demonstram que 1 sessão de TMI de alta intensidade é eficaz na melhoria dos parâmetros avaliados em pacientes com ICFEp. Entretanto, vale mencionar que o TMI de alta intensidade parece ser uma estratégia promissora no cenário da reabilitação.

Limitação

O presente estudo tem algumas limitações, entre as quais podemos mencionar a ausência de um grupo controle, que acrescentaria informações importantes sobre os efeitos do TMI. Outra limitação é o fato de que realizamos apenas 1 sessão de TMI, causando uma lacuna na literatura sobre os efeitos crônicos do TMI de alta intensidade. Por fim, enfatizamos a importância da pesquisa na área do TMI para pacientes com ICFEp. Aqui, sugerimos que estudos futuros avaliem os efeitos de diferentes intensidades de TMI com comparações em relação a um grupo controle.

Conclusão

Nossos resultados demonstraram que uma única sessão de TMI de alta intensidade melhorou os índices hemodinâmicos de enchimento do VE e a rigidez arterial em pacientes com ICFEp. Estudos futuros devem testar sessões consecutivas de TMI de alta intensidade como método de reabilitação de pacientes com ICFEp.

Aprovação ética e consentimento informado

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Luterana do Brasil sob o número de protocolo 393386.14.1.0000.5349. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes incluídos no estudo.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.