Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC NDfZB8YtnWypszVJQNgLgDd S0066-782X2016000200097 S0066-782X2016005003103 10.5935/abc.20160014 Original Articles Alternatives to Aerobic Exercise Prescription in Patients with Chronic Heart Failure Oliveira Mayron F 1 Zanussi Gabriela 1 Sprovieri Bianca 1 Lobo Denise M. L. 1 Mastrocolla Luiz E 2 Umeda Iracema I. K. 1 Sperandio Priscila A 1 Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Setor de Reabilitação Cardiovascular Equipe de Fisioterapia São Paulo SP Brazil Setor de Reabilitação Cardiovascular - Equipe de Fisioterapia - Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia São Paulo, SP - Brazil Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Setor de Reabilitação Cardiovascular Equipe Médica São Paulo SP Brazil Setor de Reabilitação Cardiovascular - Equipe Médica - Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia São Paulo, SP - Brazil Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Mailing Address: Mayron Faria Oliveira , Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia. Avenida Dr Dante Pazzanese, 500, Vila Mariana. Postal Code 04012-180, São Paulo, SP - Brazil. E-mail: mayronfaria@hotmail.com

Author contributions

Conception and design of the research: Oliveira MF, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA; Acquisition of data: Zanussi G, Sprovieri B, Mastrocolla LE; Analysis and interpretation of the data: Oliveira MF, Zanussi G, Sprovieri B, Lobo DM, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA; Statistical analysis: Oliveira MF, Lobo DM; Writing of the manuscript: Oliveira MF, Zanussi G, Sprovieri B, Lobo DM; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Oliveira MF, Lobo DM, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA.

Potential Conflict of Interest

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

 22 01 2016 02 2016 106 2 97 104 04 06 2015 14 10 2015 30 10 2015 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Background:

Exercise is essential for patients with heart failure as it leads to a reduction in morbidity and mortality as well as improved functional capacity and oxygen uptake (v̇O2). However, the need for an experienced physiologist and the cost of the exam may render the cardiopulmonary exercise test (CPET) unfeasible. Thus, the six-minute walk test (6MWT) and step test (ST) may be alternatives for exercise prescription.

 Objective:

The aim was to correlate heart rate (HR) during the 6MWT and ST with HR at the anaerobic threshold (HRAT) and peak HR (HRP) obtained on the CPET.

 Methods:

Eighty-three patients (58 ± 11 years) with heart failure (NYHA class II) were included and all subjects had optimized medication for at least 3 months. Evaluations involved CPET (v̇O2, HRAT, HRP), 6MWT (HR6MWT) and ST (HRST).

 Results:

The participants exhibited severe ventricular dysfunction (ejection fraction: 31 ± 7%) and low peak v̇O2 (15.2 ± 3.1 mL.kg-1.min-1). HRP (113 ± 19 bpm) was higher than HRAT (92 ± 14 bpm; p < 0.05) and HR6MWT (94 ± 13 bpm; p < 0.05). No significant difference was found between HRP and HRST. Moreover, a strong correlation was found between HRAT and HR6MWT (r = 0.81; p < 0.0001), and between HRP and HRST (r = 0.89; p < 0.0001).

 Conclusion:

These findings suggest that, in the absence of CPET, exercise prescription can be performed by use of 6MWT and ST, based on HR6MWT and HRST

 Exercise Prescription Chronic Heart Failure Cardiopulmonary Exercise Test Six-minute Walk Test Rehabilitation Introduction

Heart failure (HF) is a complex systemic condition. In recent years, consistent scientific evidence has indicated that aerobic physical exercise is an effective non-pharmacological treatment strategy.1 3 Determination of exercise intensity is the most important factor in achieving benefits while maintaining a safe level of cardiovascular rehabilitation.4 5 To that end, the cardiopulmonary exercise test (CPET) is the gold standard for maximum aerobic exercise intensity prescription.6 7 This test provides objective measures of metabolic, respiratory, and cardiovascular responses at anaerobic threshold and respiratory compensation point.6 However, the CPET is not always available at cardiovascular rehabilitation centers.

A number of formulas for predicting maximum and training heart rate (HR) have been proposed in the literature,8 9 as it is an easy and inexpensive way of monitoring and prescribing aerobic exercise.4 However, those formulas have been developed in an arbitrary fashion and their effectiveness has not been proven using scientific criteria.10 Moreover, none of the formulas are specific to the HF population or take into consideration medications used by these patients. Thus, alternative exercise prescription methods are needed for HF patients.

In the absence of the CPET, the six-minute walk test (6MWT) and step test (ST) constitute alternatives for evaluating HF patients. The 6MWT is a simple, low-cost, easily administered method of evaluating submaximal capacity.11 13 The ST requires minimal physical space, and evidence presented in recent years has revealed its usefulness in estimating exercise tolerance.14 The ST is classified as a maximum or nearly maximum capacity test for moderate to severe HF.15 16

While 6MWT and ST are used consistently for the evaluation of functional capacity and exercise tolerance in patients with HF, the reliability of exercise prescriptions based on these tests has been widely questioned. Considering the 6MWT as a submaximal test and the ST as a maximum test in this population, we hypothesized that HR at the anaerobic threshold can be determined by the 6MWT and that peak HR can be determined by the ST, thus allowing for a trustworthy exercise prescription for HF patients when it is not possible to perform the CPET.

 Methods

A cross-sectional study was carried out involving 83 sedentary patients recruited from the Cardiovascular Rehabilitation Unit of Dante Pazzanese Institute of Cardiology, São Paulo, Brazil. All of the patients had left ventricle ejection fraction < 40% and were classified as functional class II [New York Heart Association (NYHA)]. They were stable, with optimal treatment that included beta-blockers (carvedilol, maximum dosage 50 mg/day), angiotensin-converting enzyme inhibitors or angiotensin-receptor blockers and diuretics. None of the patients had undergone cardiac resynchronization therapy or had a left ventricular assistance device. Patients with clinical and/or functional evidence of chronic expiratory flow limitation (FEV1/FVC < 0.7; FEV1: forced expiratory volume in the first second; FVC: forced vital capacity), smoking habit, unstable angina, significant cardiac arrhythmia, pacemaker, atrial fibrillation, myocardial infarction within the previous 12 months, or participation in cardiac rehabilitation (within 6 months) were excluded. All participants provided written informed consent, and the study protocol was approved by the institutional ethics research committee (nº 4093).

Study Protocol

All patients performed an individualized ramp-incremental exercise test to determine the difference between HR at the anaerobic threshold (HRAT) and HR at peak exercise (HRP). On different days, they performed the 6MWT and the ST to determine HR at the end of the tests (HR6MWT and HRST, respectively). All tests were randomized and performed in the morning, with a minimum 48-hour interval. The medications were maintained.

 Cardiopulmonary exercise testing

CPET were performed on an ATL treadmill (Inbramed, Porto Alegre, Brazil) with breath-by-breath variables measured using a commercially available metabolic cart (ULTIMA System™; MGC - USA). Heart rate was continuously monitored using a 12-lead electrocardiogram, and oxyhemoglobin saturation was determined by pulse oximetry (SpO2, %; Nonin™ portable oximeter - USA). The subjects were asked to rate their sensations of shortness of breath and leg discomfort at the end of the CPET using the modified Borg scale of perceived exertion (0 to 10).17 Spirometric tests were performed before CPET.

Anaerobic threshold was determined by V-slope method, that means the break point between carbon dioxide and oxygen uptake (v̇O2) increase or measured by ventilatory equivalent for oxygen and end-tidal carbon dioxide partial pressure. The maximal exercise capacity, peak v̇O2, was determined as the maximum v̇O2 attained at the end of CPET - when the patient could not perform cycle ergometer velocity at 60 rpm.18 20

Six-minute walk test and step test

The 6MWT was performed following the guidelines of the American Thoracic Society.21 Before and after the test, blood pressure (BP) (Unilec™ sphygmomanometer and Littmann Quality stethoscope - USA), HR (Polar® RS800 - Polar Electro OY, Finland) and SpO2 (Nonin™ portable oximeter - USA) were measured. Heart rate and SpO2 were continuously measured during the test, and the modified Borg scale of perceived exertion was used at the end of the test.

The duration of the ST was 4 minutes. Patients were instructed to go up and down a 0.20 m high single-step platform with no handrails and to perform the test at a velocity within their own limitations. The examiner offered verbal stimulation to encourage and to inform the participant regarding test performance. Heart rate and SpO2 were measured continuously during the test. The modified Borg scale of perceived exertion was used and BP was measured before and after the test, as well as 2 minutes after recovery.

 Statistical analysis

Statistical analysis was carried out using the SPSS program (version 15.0; SPSS Inc.) The data are expressed as mean ± standard deviation and percentage. The Kolmogorov-Smirnov test was used to determine the normality of the data distribution. The t-test was used for related samples, and Pearson's ρ, for correlations between variables. Both slope and intercept were examined. In addition, a Bland-Altman plot was used to examine HR variables. Moreover, standard error of estimate (SEE) was applied for HR6MWT and HRATand for HRST and HRP. For all analyses, statistical significance was set at 5% (p < 0.05).

 Results

Eighty-three patients with HF were enrolled in the study (Table 1). None of the patients had spirometric signs of chronic obstructive pulmonary disease (FVC: 84.9 ± 10.3% predicted; FEV1: 80.3 ± 13.2% predicted; FEV1/FVC: 0.78 ± 0.12) or exhibited any criteria for CPET, 6MWT, or ST interruption (ventricular arrhythmia, arterial pressure drop, low SpO2, or signs of lower cardiac output).

Characteristics of 83 patients with chronic heart failure
Anthropometrics/Demographics
Male/Female, n 65/18
Age, years 58 ± 11
Weight, kg 76.7 ± 12.5
Height, m 1.64 ± 9.4
BMI, kg/m2 26.7 ± 6.2
LVEF, % 31 ± 7
Main comorbidities
Hypertension, n (%) 60 (72.3%)
Dyslipidemia, n (%) 56 (67.5%)
Diabetes mellitus, n (%) 23 (27.7%)
Etiology
Ischemic, n (%) 62 (74.7%)
Non-ischemic, n (%) 14 (16.9%)
Chagasic, n (%) 7 (8.4%)
Main medications
β-blocker, n (%) 83 (100%)
ACE inhibitors or ARBs, n (%) 83 (100%)
Diuretics, n (%) 83 (100%)

kg: kilogram; m: meters; BMI: body mass index; LVEF: left ventricular ejection fraction; ACE: angiotensin-converting enzyme; ARBs: angiotensin II receptor blockers. Values are expressed as mean ± standard deviation or frequency (n).

The patients exhibited low v̇O2 during peak exercise and an extremely reduced O2 uptake efficiency slope (Table 2). On the CPET, HRP was higher than HRAT (113 ± 19 bpm vs. 92 ± 14 bpm, respectively; p < 0.05) and HR6MWT (94 ± 13; p < 0.05), but no statistically significant difference was found between HRP and HRST (113 ± 19 bpm vs. 110 ± 17 bpm; p > 0.05). There was also no significant difference between HRAT and HR6MWT. The percentages of predicted HR for HRAT and HR6MWT were similar, as well as the percentages of predicted HR for HRP and HRST (Table 2).

Cardiopulmonary Exercise Test (CPET), six-minute walk test (6MWT) and step test (ST)
Cardiopulmonary Exercise Test
v̇O2 peak (mL.kg-1.min-1) 15.2 ± 3.1
v̇O2 peak (% predicted) 28.9 ± 5.0
RER 1.12 ± 0.09
v̇E/v̇CO2 Slope 37.7 ± 7.9
O2 uptake efficiency slope 1204.5 ± 25.9
O2 Pulse (mL/bpm) 10.2 ± 2.6
Rest HR (bpm) 68 ± 11
HRAT (bpm) 92 ± 14
HRAT (% predicted) 55 ± 13
HRP (bpm) 113 ± 19
HRP (% predicted) 70 ± 16
Borg dyspnea 7 ± 2
Six-minute walk test
6MWT (m) 456 ± 83
HR6MWT (bpm) 94 ± 13
HR6MWT (% predicted) 58 ± 10
SBP6MWT (mmHg) 121 ± 18
SpO2 6MWT (%) 96 ± 2
Borg dyspnea 3 ± 1
Step test
Steps (number of steps) 92 ± 20
HRST (bpm) 110 ± 17
HRST (% predicted) 67 ± 19
SBPST (mmHg) 120 ± 23
SpO2 ST (%) 96 ± 1
Borg dyspnea 6 ± 2

v̇O2: oxygen uptake; mL: milliliter; kg: Kilogram; min: minute; RER: respiratory exchange ratio; v̇E: minute ventilation; v̇CO2: carbon dioxide output; O2: oxygen; bpm: beats per minute; HR: heart rate; AT: anaerobic threshold; P: peak; m: meters; mmHg: millimeters of Hg; SBP: systolic blood pressure; SpO2: oxyhemoglobin saturation. Values are expressed as mean ± standard deviation.

Significant correlations were found between HRAT and HR6MWT (r = 0.81; p = 0.0001; Figure 1) and between HRST and HRP (r = 0.89; p = 0.0001; Figure 2) with slope and intercept for HRAT and HR6MWT (y = 0.8555x + 15.408; r2 = 0.78) and HRST and HRP (y = 0.8947x + 10.28; r2 = 0.82). No correlations were found between HRP and HR6MWT (p > 0.05) or between HRST and HRAT (p > 0.05).

Correlation between HR<sub>AT</sub> and HR<sub>6MWT</sub>.

Correlation between HR<sub>P</sub> and HR<sub>ST</sub>

Despite on variations in HR, Bland-Altman method was used to compare HR6MWT and HRAT (Figure 3) and to compare HRST and HRP (Figure 4). In addition, no differences were found in SEE between HRAT and HR6MWT (SEE = 6.05 bpm) and between HRP and HRST (SEE = 7.69 bpm). Twenty-two patients (26%) showed a difference higher than 5 bpm between HRAT and HR6MWT; twenty-three patients (28%) showed a difference higher than 5 bpm between HRP and HRST.

Bland-Altman plot of HR<sub>6MWT</sub> and HR<sub>AT</sub>.

Bland-Altman plot of HR<sub>ST</sub> and HR<sub>P</sub>.

Significant differences in the modified Borg scale of perceived exertion were found between 6MWT and ST, as well as between 6MWT and peak CPET (Table 2). No significant difference was found between ST and CPET. There were no differences in SpO2 or BP at the end of the tests between CPET and 6MWT and ST (Table 2).

 Discussion

While CPET is the gold standard for determining HR at anaerobic threshold and at peak exercise, many rehabilitation centers do not have the necessary equipment to perform CPET.22 This study demonstrates that aerobic exercise can be prescribed based on 6MWT and ST for patients with clinically stable HF (NYHA class II). Thus, the aim of the present study was to offer alternatives to exercise prescription in patients with HF when CPET cannot be performed. The hallmark findings of this study are that HRP was correlated with HRST, and that HRAT was correlated with HR6MWT, enabling exercise prescription based on 6MWT and ST.

Other studies on exercise prescription take into consideration formulas for healthy populations,9 and the examiner must choose the most adequate formula for the individual or target population. To facilitate this process, the formula proposed by Fox and Haskell in the 1970s (220 minus age) has been used for a long time to calculate maximum HR.23 24 However, it has no validation for chronic HF patients, and it was based only on observations. In the absence of an adequate formula for individuals with disease, a suggestion for exercise prescription was proposed by Cooper (2001)25 based on the use of maximal v̇O2 calculated from age, gender, height, and weight. In the present study, however, aerobic exercise prescription was determined without formulas. Moreover, the use of 6MWT and ST for exercise prescription provides a direct measure of the physical condition, HR, BP, and related symptoms (modified Borg scale of perceived exertion) of patients with HF.

In the present study, similar results were found between HR6MWT and HRAT, suggesting that the 6MWT is a submaximal test26 27 and that a safe exercise prescription can be determined based on the results of this test. The ST literature is scarce, especially with regard to the evaluation of HF patients. A previous study that evaluated exercise capacity in patients and healthy controls based on the results of the CPET and ST found that maximum limits were often achieved on the ST, demonstrating that this is a maximum test for certain populations.28 29 The same was found in the present study, in which a strong correlation was demonstrated between HRST and HRP.

According to the American College of Sports Medicine, exercise intensity is considered the most important variable,30 and to achieve the benefits provided by the regular practice of physical exercise, exercise prescription should be individual and follow basic principles regarding mode, intensity, frequency, and duration.4 31 The American Heart Association recommends at least 30 minutes of moderate aerobic exercise to achieve exercise benefits (at 60%-75% of maximal predicted HR).32 On the other hand, exercise can be prescribed between anaerobic threshold and critical power without additional risk.7 33 However, determining critical power is extremely complex, and a CPET is mandatory.

Aerobic exercise prescription can be accomplished using HR, and it can be determined using the prescription method proposed in this study, with either moderate-intensity (6MWT) or high-intensity (ST) exercise. Some authors have reported that the 6MWT was related to percentage of v̇O2, corresponding with anaerobic threshold in HF patients,34 35 and that HR was closely related to v̇O2 in patients with HF.36 38In addition, the American Heart Association and some authors suggest exercising at moderate HR intensities.32 39 40In order to determine exercise intensity based on 6MWT and ST, HR "moderate-load" training should be calculated based on HR6MWT, and HR "high-load" training should be based on HRST. The authors suggest two types of exercise prescription using the 6MWT and ST to ideal target of HR: (i) HR6MWT plus 10% (HR6MWT + 10%) or (ii) HR6MWT until HRST minus 10% (HR6MWT to HRST - 10%).

Modified Borg scale of perceived exertion exertion is an alternative measure that should be included in exercise prescription. It has been used to control exercise intensity during cardiovascular rehabilitation sessions.22 41 43 Some studies have shown that the modified Borg scale of perceived exertion is valid and positively correlated with HR and blood lactate in healthy and chronic HF populations, even on beta-blocker therapy.41 However, the criteria for exercise interruption should be followed when the patient reports any symptom or when the value of any variable is above the desired level for the exercise.4 Furthermore, HR cannot always be used for prescribing exercises (such as in cases of atrial fibrillation or the inability to perform 6MWT and ST). In such cases, the modified Borg scale of perceived exertion constitutes an alternative for exercise prescription.7 In the present study, the modified Borg scale of perceived exertion provided low scores for the 6MWT compared with the ST, demonstrating the usefulness of this scale when HR is not applicable. Moreover, HR monitoring in combination with modified Borg scale of perceived exertion is recommended when prescribing exercises for HF patients on beta-blockers.38 41

Study limitations

The present study has some limitations that should be addressed, due to the small sample size and lack of validation of ST for cardiac patients. This alternative exercise prescription method should be demonstrated in cardiac rehabilitation with different groups of aerobic exercise prescription (CPET prescription vs. 6MWT/ST prescription). However, the present results, albeit obtained in a selected group of stable patients, justify larger longitudinal investigations involving a sizeable number of patients with different NYHA classifications. Other limitations take into account that the tests were not administered in duplicate to ensure reproducibility of the data, and v̇O2 was not measured during the 6MWT or ST. In addition, while significant correlations were found, the method was not administered to the population studied during the rehabilitation process.

 Conclusion

While CPET remains the gold standard for exercise prescription, the present findings suggest a new alternative of exercise prescription for patients with HF based on 6MWT and ST.

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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Dubach P Myers J Dziekan G Goebbels U Reinhart W Muller P Effect of high intensity exercise training on central hemodynamic responses to exercise in men with reduced left ventricular function J Am Coll Cardiol 1997 29 7 1591 1598 34 Faggiano P, D'Aloia A, Gualeni A, Lavatelli A, Giordano A. Assessment of oxygen uptake during the 6-minute walking test in patients with heart failure: preliminary experience with a portable device. Am Heart J. 1997;134(2 Pt 1):203-6. Faggiano P D'Aloia A Gualeni A Lavatelli A Giordano A Assessment of oxygen uptake during the 6-minute walking test in patients with heart failure: preliminary experience with a portable device Am Heart J 1997 134 2 Pt 1 203 206 35 Kervio G, Ville NS, Leclercq C, Daubert JC , Carre F. Cardiorespiratory adaptations during the six-minute walk test in chronic heart failure patients. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2004;11(2):171-7. Kervio G Ville NS Leclercq C Daubert JC Carre F Cardiorespiratory adaptations during the six-minute walk test in chronic heart failure patients Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2004 11 2 171 177 36 Carvalho VO, Guimaraes GV, Bocchi EA. The relationship between heart rate reserve and oxygen uptake reserve in heart failure patients on optimized and non-optimized beta-blocker therapy. Clinics (Sao Paulo). 2008;63(6):725-30. Carvalho VO Guimaraes GV Bocchi EA The relationship between heart rate reserve and oxygen uptake reserve in heart failure patients on optimized and non-optimized beta-blocker therapy Clinics (Sao Paulo) 2008 63 6 725 730 37 Fernandes Silva MM, Bacal F, Roque JM, Teixeira Neto IS, Carvas Junior N, Bocchi EA, et al. Age-related maximum heart rate among ischemic and nonischemic heart failure patients receiving beta-blockade therapy. J Card Fail. 2012;18(11):831-6. Fernandes Silva MM Bacal F Roque JM Teixeira IS Neto Carvas N Junior Bocchi EA Age-related maximum heart rate among ischemic and nonischemic heart failure patients receiving beta-blockade therapy J Card Fail 2012 18 11 831 836 38 Ciolac EG, Bocchi EA, Fernandes da Silva MM, Tavares AC, Teixeira-Neto IS, Guimaraes GV. Effects of age on aerobic capacity in heart failure patients under beta-blocker therapy: possible impact in clinical decision-making? Cardiol J. 2013;20(6):655-61. Ciolac EG Bocchi EA Fernandes da Silva MM Tavares AC Teixeira-Neto IS Guimaraes GV Effects of age on aerobic capacity in heart failure patients under beta-blocker therapy: possible impact in clinical decision-making? Cardiol J 2013 20 6 655 661 39 Belardinelli R, Georgiou D, Cianci G , Purcaro A. Randomized, controlled trial of long-term moderate exercise training in chronic heart failure: effects on functional capacity, quality of life, and clinical outcome. Circulation. 1999;99(9):1173-82. Belardinelli R Georgiou D Cianci G Purcaro A Randomized, controlled trial of long-term moderate exercise training in chronic heart failure: effects on functional capacity, quality of life, and clinical outcome Circulation 1999 99 9 1173 1182 40 Meyer T, Gorge G, Schwaab B, Hildebrandt K, Waldorf J, Schafer C, et al. An alternative approach for exercise prescription and efficacy testing in patients with chronic heart failure: a randomized controlled training study. Am Heart J. 2005;149(5):e1-7. Meyer T Gorge G Schwaab B Hildebrandt K Waldorf J Schafer C An alternative approach for exercise prescription and efficacy testing in patients with chronic heart failure: a randomized controlled training study Am Heart J 2005 149 5 e1 e7 41 Levinger I, Bronks R, Cody DV, Linton I, Davie A. Perceived exertion as an exercise intensity indicator in chronic heart failure patients on Beta-blockers. J Sports Sci Med. 2004;3(YISI 1)):23-7. Levinger I Bronks R Cody DV Linton I Davie A Perceived exertion as an exercise intensity indicator in chronic heart failure patients on Beta-blockers J Sports Sci Med 2004 3 YISI 1 23 27 42 Ciolac EG, Castro RE, Greve JM, Bacal F, Bocchi EA , Guimaraes GV. Prescribing and regulating exercise with RPE after heart transplant: a pilot study. Med Sci Sports Exerc. 2015;47(7):321-7. Ciolac EG Castro RE Greve JM Bacal F Bocchi EA Guimaraes GV Prescribing and regulating exercise with RPE after heart transplant: a pilot study Med Sci Sports Exerc 2015 47 7 321 327 43 Carvalho VO, Bocchi EA, Guimaraes GV. The Borg scale as an important tool of self-monitoring and self-regulation of exercise prescription in heart failure patients during hydrotherapy. A randomized blinded controlled trial. Circ J. 2009;73(10):1871-6. Carvalho VO Bocchi EA Guimaraes GV The Borg scale as an important tool of self-monitoring and self-regulation of exercise prescription in heart failure patients during hydrotherapy. A randomized blinded controlled trial Circ J 2009 73 10 1871 1876 Artigo Alternativas para Prescrição de Exercício Aeróbio a Pacientes com Insuficiência Cardíaca Oliveira Mayron F 1 Zanussi Gabriela 1 Sprovieri Bianca 1 Lobo Denise M. L. 1 Mastrocolla Luiz E 2 Umeda Iracema I. K. 1 Sperandio Priscila A 1 Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Setor de Reabilitação Cardiovascular Equipe de Fisioterapia São Paulo SP Brazil Setor de Reabilitação Cardiovascular - Equipe de Fisioterapia - Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia São Paulo, SP - Brasil Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Setor de Reabilitação Cardiovascular Equipe Médica São Paulo SP Brazil Setor de Reabilitação Cardiovascular - Equipe Médica - Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia São Paulo, SP - Brasil Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia Correspondência para: Mayron Faria Oliveira , Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia. Avenida Dr Dante Pazzanese, 500, Vila Mariana. CEP 04012-180, São Paulo, SP - Brasil. E-mail: mayronfaria@hotmail.com

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Oliveira MF, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA; Obtenção de dados: Zanussi G, Sprovieri B, Mastrocolla LE; Análise e interpretação dos dados: Oliveira MF, Zanussi G, Sprovieri B, Lobo DM, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA; Análise estatística: Oliveira MF, Lobo DM; Redação do manuscrito: Oliveira MF, Zanussi G, Sprovieri B, Lobo DM; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Oliveira MF, Lobo DM, Mastrocolla LE, Umeda II, Sperandio PA.

Potencial conflito de interesse

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 Fundamento:

O exercício físico é fundamental para pacientes com insuficiência cardíaca, pois reduz a morbimortalidade e melhora a capacidade funcional e o consumo de oxigênio (v̇O2). Entretanto, a realização do teste de exercício cardiopulmonar (TECP) pode se tornar inviável, devido à necessidade de médico capacitado e ao alto custo deste exame. Assim, o teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) e o teste do degrau (TD) emergem como alternativas para a prescrição de exercício.

 Objetivo:

Correlacionar a frequência cardíaca (FC) durante o TC6M e o TD com a FC no limiar aeróbio (FCLA) e a FC no pico do exercício (FCP), obtidas no TECP.

 Métodos:

Foram incluídos 83 pacientes (58 ± 11 anos) com insuficiência cardíaca (NYHA classe II), com medicação otimizada por pelo menos 3 meses. Foram realizados TECP (v̇O2, FCLA e FCP), TC6M (FCTC6M) e TD (FCTD).

 Resultados:

Os pacientes apresentavam disfunção ventricular grave (fração de ejeção: 31 ± 7%) e baixo v̇O2 pico (15,2 ± 3,1 ml.kg-1.min-1). A FCP (113 ± 19 bpm) foi maior que a FCLA (92 ± 14 bpm; p < 0,05) e a FCTC6M (94 ± 13 bpm; p < 0,05). Não houve diferença entre FCP e FCTD. Além disso, observou-se forte correlação entre a FCLA e a FCTC6M (r = 0,81; p < 0,0001) e entre a FCP e a FCTD (r = 0,89; p < 0,0001).

 Conclusão:

Os resultados obtidos sugerem ser viável a prescrição de exercício através do TC6M e do TD, com base na FCTC6M e na FCTD, na ausência do TECP.

 Prescrição de Exercício Insuficiência Cardíaca Teste Cardiopulmonar Teste de Caminhada de 6 Minutos Teste do Degrau Reabilitação Introdução

A insuficiência cardíaca (IC) é uma condição clínica complexa, de caráter sistêmico. Nos últimos anos, evidências científicas consistentes têm demonstrado que o exercício aeróbio é uma estratégia não-farmacológica eficiente no tratamento dessa patologia.1 3 A determinação da intensidade do exercício é um importante fator para a segurança da prescrição do exercício e para atingir os benefícios da reabilitação cardiovascular.4 5 O teste de exercício cardiopulmonar (TECP) é o padrão ouro para a prescrição da intensidade máxima do exercício aeróbio.6 7 Esse teste fornece medidas objetivas das respostas metabólicas, respiratórias e cardiovasculares no limiar anaeróbio e no ponto de compensação respiratória.6 Entretanto, o TECP não está disponível em todos os centros de reabilitação cardiovascular.

Diversas fórmulas para a predição da frequência cardíaca (FC) máxima e de treinamento foram propostas,8 9 por ser uma forma fácil e de baixo custo para monitorar e prescrever o exercício físico aeróbio.4 Entretanto, essas fórmulas foram desenvolvidas de maneira arbitrária, e suas eficiências não foram comprovadas por meio de critérios científicos.10 Além disso, nenhuma das fórmulas propostas é específica para pacientes com IC e não levam em consideração as medicações utilizadas. Assim, métodos alternativos de prescrição de exercício são necessários para pacientes com IC.

Na ausência do TECP, o teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) e o teste do degrau (TD) emergem como alternativas para a avaliação de pacientes com IC. O TC6M é um teste simples, de baixo custo e de fácil aplicação para a avaliação da capacidade submáxima.11 13 O TD requer espaço físico mínimo, e evidências recentes sugerem ser um teste útil para a estimativa da tolerância ao exercício.14 O TD é classificado como teste máximo ou próximo do máximo em pacientes com IC moderada a grave.15 16

Ainda que o TC6M e o TD sejam frequentemente utilizados para a avaliação da capacidade funcional e da tolerância ao exercício em pacientes com IC, a confiabilidade da prescrição de exercício com base nesses testes tem sido amplamente questionada. Considerando-se o TC6M como um teste submáximo e o TD como um teste máximo nessa população, levantamos a hipótese de que a FC no limiar anaeróbio possa ser determinada pelo TC6M, e que a FC máxima possa ser determinada pelo TD, permitindo a prescrição de exercício nos pacientes com IC, na ausência do TECP.

 Métodos

Foi realizado um transversal com 83 pacientes sedentários recrutados da Unidade de Reabilitação Cardiovascular do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, São Paulo, Brasil. Todos apresentavam fração de ejeção do ventrículo esquerdo < 40%, e estavam em classe funcional II [New York Heart Association (NYHA)]. Todos encontravam-se estáveis, com tratamento medicamentoso otimizado, que incluía betabloqueador (carvedilol, dose máxima de 50 mg/dia), inibidor da enzima de conversão da angiotensina ou bloqueador do receptor da angiotensina e diurético. Nenhum paciente possuía ressincronizador cardíaco ou dispositivo de assistência ventricular esquerda. Foram excluídos os pacientes com evidência clínica e/ou funcional de limitação crônica do fluxo expiratório (VEF1/CVF < 0,7; VEF1: volume expiratório forçado no primeiro segundo; CVF: capacidade vital forçada), tabagistas, angina instável, arritmia cardíaca significativa, marcapasso, fibrilação atrial, infarto do miocárdio nos últimos 12 meses, ou participação em programas de reabilitação cardíaca (nos últimos 6 meses). Todos os participantes leram e assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido. Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética e pesquisa da instituição (nº 4093).

Protocolo do estudo

Todos os pacientes foram submetidos ao TECP com protocolo de rampa individualizado para determinar a diferença entre a FC no limiar anaeróbio (FCLA) e a FC no pico do exercício (FCP). O TC6M e o TD foram realizados em dias diferentes, para determinar a FC ao final desses testes (FCTC6M e FCTD, respectivamente). Todos os testes foram randomizados e realizados no período da manhã com um intervalo mínimo de 48 horas, mantendo-se as medicações.

 Teste de exercício cardiopulmonar

O TECP foi realizado em esteira ATL (Inbramed, Porto Alegre, Brasil) com mensuração das variáveis a cada respiração para análise metabólica (Ultima System™, MGC, EUA). A FC foi monitorada de forma contínua através de eletrocardiograma de 12 derivações e a saturação da oxihemoglobina de pulso foi mensurada por oximetria (SpO2, %; Nonin™ oxímetro portátil - USA). No final do TECP, os pacientes classificaram suas sensações de "falta de ar" e "desconforto nas pernas" por meio da escala de percepção de esforço de Borg modificada (0 a 10).17 A espirometria foi realizada antes do TECP.

O limiar anaeróbio foi determinado pelo método V-slope, o qual corresponde ao ponto de inflexão da reta representativa da relação entre a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio (v̇O2), ou pelos equivalentes ventilatórios de pressão expiratória final de oxigênio e pressão expiratória final de dióxido de carbono. A capacidade máxima de exercício, v̇O2 pico, foi determinada pelo máximo v̇O2 obtido no final do TECP - quando o paciente não foi capaz de manter a velocidade de 60 rpm, no cicloergômetro.18 20

Teste de caminhada de 6 minutos e teste do degrau

O TC6M foi realizado conforme as diretrizes da American Thoracic Society.21 Antes e após o teste, foram medidas a pressão arterial (PA) (esfigmomanômetro Unilec™ e estetoscópio Littmann Quality, EUA), a FC (Polar® RS800 - Polar Electro OY, Finlândia) e a SpO2 (Nonin™ oxímetro portátil - USA). A FC e a SpO2 foram continuamente monitoradas durante o teste, e a escala de percepção de esforço de Borg modificada foi aplicada ao término do mesmo.

A duração do TD foi de 4 minutos. Os pacientes foram orientados a subir e descer um degrau único com 0,20 m de altura, sem corrimãos, e realizar o teste com velocidade dentro de suas próprias limitações. O examinador utilizou estimulação verbal para encorajar os participantes e informá-los sobre o seu desempenho. Antes e após o teste, foram mensuradas a PA, FC e SpO2. A FC e a SpO2 foram monitoradas durante todo o teste, e a escala de percepção de esforço de Borg modificada foi aplicada ao término do mesmo.

 Análise estatística

A análise estatística foi realizada no programa SPSS (versão 15.0; SPSS Inc.) Os dados estão expressos em média ± desvio padrão e porcentagem. O teste Kolmogorov-Smirnov foi utilizado para analisar a normalidade dos dados. O teste t foi utilizado para amostras relacionadas e a correlação de Pearson (Pearson's ρ) para correlações entre as variáveis. A inclinação e o intercepto foram analisados. Adicionalmente, o método Bland-Altman foi aplicado para avaliar as variáveis de FC. O erro padrão da estimativa (SEE) foi aplicado para FCTC6M e FCLA e para FCTE e FCP. Para todas as análises, adotou-se o nível de significância estatística de 5% (p < 0,05).

 Resultados

Oitenta e três pacientes com IC foram incluídos neste estudo (Tabela 1). Nenhum deles apresentou valores espirométricos de doença pulmonar obstrutiva crônica (CVF: 84,9 ± 10,3% predito; VEF1: 80,3 ± 13,2% predito; VEF1/CVF: 0,78 ± 0,12) ou critérios para interrupção do TECP, TC6M ou TD (arritmia ventricular, queda na pressão arterial, queda na SpO2, ou sinais de baixo débito cardíaco).

Características dos 83 pacientes com insuficiência cardíaca
Dados antropométricos/demográficos
Masculino/feminino, n 65/18
Idade, anos 58 ± 11
Peso, kg 76,7 ± 12,5
Altura, m 1,64 ± 9,4
IMC, kg/m2 26,7 ± 6,2
FEVE, % 31 ± 7
Principais comorbidades
Hipertensão, n (%) 60 (72,3%)
Dislipidemia, n (%) 56 (67,5%)
Diabetes mellitus, n (%) 23 (27,7%)
Etiologia
Isquêmica, n (%) 62 (74,7%)
Não isquêmica, n (%) 14 (16,9%)
Chagásica, n (%) 7 (8,4%)
Principais medicações
Betabloqueador, n (%) 83 (100%)
Inibidores da ECA ou BRA, n (%) 83 (100%)
Diuréticos, n (%) 83 (100%)

IMC: índice de massa corporal; FEVE: fração de ejeção do ventrículo esquerdo; ECA: enzima conversora de angiotensina; BRA: bloqueadores dos receptores da angiotensina II. valores expressos em média ± desvio padrão ou frequência (n).

Os pacientes apresentaram baixo v̇O2 durante o pico do exercício e eficiência ventilatória para o consumo de O2 reduzida (Tabela 2). No TECP, a FCP foi maior que a FCLA (113 ± 19 bpm vs. 92 ± 14 bpm, respectivamente; p < 0,05) e FCTC6M (94 ± 13; p < 0,05), mas não houve diferença entre FCP e FCTD (113 ± 19 bpm vs. 110 ± 17 bpm; p > 0,05). Também não houve diferença entre FCLA e FCTC6M. As porcentagens da FC predita para FCLA e FCTC6M foram similares, assim como as porcentagens da FC predita para FCP e FCTE (Tabela 2).

Teste de exercício cardiopulmonar (TECP), teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) e teste do degrau (TD)
TCPE
Pico v̇O2 (mL,kg-1,min-1) 15,2 ± 3,1
Pico v̇O2 (% predito) 28,9 ± 5,0
RER 1,12 ± 0,09
v̇E/v̇CO2 37,7 ± 7,9
Eficiência ventilatória para o consumo de O2 1204,5 ± 25,9
Pulso de O2 (mL/bpm) 10,2 ± 2,6
FC de repouso (bpm) 68 ± 11
FCLA (bpm) 92 ± 14
FCLA (% predito) 55 ± 13
FCP (bpm) 113 ± 19
FCP (% predito) 70 ± 16
Dispneia (Borg) 7 ± 2
TC6M
TC6M (m) 456 ± 83
FCTC6M (bpm) 94 ± 13
FCTC6M (% predito) 58 ± 10
PASTC6M (mmHg) 121 ± 18
SpO2 TC6M (%) 96 ± 2
Dispneia (Borg) 3 ± 1
TD
Degraus (número de degraus) 92 ± 20
FCTD (bpm) 110 ± 17
FCTD (% predito) 67 ± 19
PASTD (mmHg) 120 ± 23
SpO2 TD (%) 96 ± 1
Dispneia (Borg) 6 ± 2

v̇O2: consumo de oxigênio; RER: razão de troca respiratória; v̇E: ventilação minuto; v̇CO2: produção de dióxido de carbono; O2: oxigênio; bpm: batimentos por minuto; FC: Frequência cardíaca; LA: limiar anaeróbio; P: pico; PAS: pressão arterial sistólica; SpO2: saturação da oxihemoglobina de pulso. Valores expressos em média ± desvio padrão.

Houve correlação significativa entre FCLA e FCTC6M (r = 0,81; p = 0,0001; Figura 1) e entre FCTD e FCP (r = 0,89; p = 0,0001; Figura 2) com inclinação e intercepto para FCLA e FCTC6M (y = 0,8555x + 15,408; r2 = 0,78) e para FCTD e FCP (y = 0,8947x + 10,28; r2 = 0,82). Não foram observadas correlações entre FCP e FCTC6M (p > 0,05) e entre FCTD e FCLA (p > 0,05).

Correlação entre FC<sub>LA</sub> e FC<sub>TC6M</sub>.

Correlação entre FC<sub>P</sub> e FC<sub>TD</sub>.

Quanto à análise das variações da FC, o método Bland-Altman foi aplicado para comparar as variações entre FCTC6M e FCLA (Figura 3) e entre FCTD e FCP (Figura 4). Não houve diferença quanto ao SEE entre FCLA e FCTC6M (SEE = 6,05 bpm) e entre FCP e FCTD (SEE = 7,69 bpm). Vinte e dois pacientes (26%) apresentaram diferença maior que 5 bpm entre as variáveis de FCLA e FCTC6M e 23 pacientes (28%) apresentaram diferença maior que 5 bpm entre as variáveis de FCP e FCTD.

Gráfico de Bland-Altman de FC<sub>TC6M</sub> e FC<sub>LA</sub>.

Gráfico de Bland-Altman de FC<sub>TD</sub> e FC<sub>P</sub>.

Foi encontrada diferença significativa na escala de percepção de esforço de Borg modificada entre o TC6M e o TD, e entre o TECP e o TC6M (Tabela 2). Não houve diferenças entre o TD e o TECP. Não foram encontradas diferenças entre as variáveis de SpO2 e PA ao final do TECP, TD e TC6M (Tabela 2).

 Discussão

Ainda que o TECP seja padrão ouro para a determinação da FC no limiar anaeróbio e no pico do exercício, muitos centros de reabilitação não possuem o equipamento necessário para realizá-lo.22 Este estudo demonstra que a prescrição de exercício para pacientes com IC (NYHA classe II) pode ser baseada no TC6M e no TD. Assim, o presente estudo teve por objetivo oferecer alternativas para a prescrição de exercício para pacientes com IC, na ausência do TECP. Os principais achados deste estudo são que a FCP correlacionou-se com a FCTD e a FCLA com a FCTC6M, sendo possível a prescrição de exercício com base no TC6M e no TD.

Outros estudos sobre prescrição de exercício levam em consideração fórmulas para populações saudáveis,9 devendo o avaliador escolher aquela mais adequada para o indivíduo ou a população-alvo. Para facilitar esse processo, a fórmula proposta por Fox e Haskell na década de 1970 (220 menos idade) tem sido utilizada por longo tempo para calcular a FC máxima.23 24 Entretanto, ela não possui validação para pacientes com IC, sendo baseada apenas em observações. Na ausência de uma fórmula adequada para indivíduos com doença, Cooper (2001)25 propôs a prescrição de exercício baseada no uso do v̇O2 máximo, calculado a partir da idade, gênero, altura e peso. No presente estudo, entretanto, a prescrição de exercício foi determinada sem fórmulas. Além disso, o uso de TC6M e TD para a prescrição de exercício fornece uma medida direta da condição física, FC, PA e sintomas relacionados (escala de percepção de esforço de Borg modificada) de pacientes com IC.

Nosso estudo demonstra que a FCTC6M e a FCLA são semelhantes, sugerindo que o TC6M seja um teste submáximo,26 27 e que uma prescrição de exercício segura pode ser baseada nos resultados desse teste. O TD possui literatura escassa, principalmente quando relacionada à pacientes com IC. Estudo prévio que avaliou a capacidade de exercício em pacientes e indivíduos saudáveis, baseado no TECP e no TD, mostou que limites máximos são frequentemente alcançados no TD, demonstrando que este teste pode ser máximo para determinadas populações.28 29 O mesmo foi observado no presente estudo, que demonstrou uma forte correlação entre a FCTD e a FCP.

De acordo com o American College of Sports Medicine, a intensidade do exercício é considerada a variável mais importante,30 e, para que se obtenha os benefícios do exercício físico regular, sua prescrição deve ser individualizada e seguir princípios básicos referentes a modo, intensidade, frequência e duração.4 31 A American Heart Association recomenda pelo menos 30 minutos de exercício moderado (60%-75% da FC máxima predita) para que se atinjam os benefícios do exercício.32 Por outro lado, o exercício pode ser prescrito entre o limiar anaeróbio e a potência crítica sem risco adicional.7 33 Entretanto, a determinação da potência crítica é extremamente complexa e requer o TECP.

A prescrição de exercício pode ser realizada por meio da FC, que pode ser determinada através do método proposto neste estudo, com intensidade moderada (pelo TC6M) ou intensidade alta (pelo TD). Alguns autores têm reportado a relação entre a porcentagem do v̇O2 do LA com o TC6M nos pacientes com IC,34 35 e que a FC possui estreita relação com o v̇O2 nesta população.36 38 Adicionalmente, a American Heart Association e alguns autores sugerem a realização do exercício em intensidades moderadas.32 39 40 Para determinar a intensidade do exercício baseada no TC6M e no TD, a FC para intensidade moderada pode ser baseada na FCTC6M, e a intensidade alta pode ser baseada na FCTD. Nós sugerimos duas possibilidades para a prescrição de exercício utilizando o TC6M e o TD, visando ao alvo ideal de FC: (i) FCTC6M mais 10% (FCTC6M + 10%) ou (ii) FCTC6M até FCTD menos 10% (FCTC6M até FCTD - 10%).

A escala de percepção de esforço de Borg modificada é uma medida alternativa que deve ser incluída na prescrição de exercício. Essa tem sido utilizada para controlar a intensidade do exercício durante as sessões de reabilitação cardiovascular.22 41 43Alguns estudos mostraram que essa escala é válida e se correlaciona positivamente com a FC e o lactato sérico em indivíduos saudáveis e com IC crônica, mesmo aqueles em terapia betabloqueadora.41 Entretanto, os critérios para a interrupção do exercício devem ser seguidos quando o paciente relatar sintomas ou quando o valor de alguma variável apresentar-se acima do desejável para o nível de exercício.4 Não é sempre que a FC pode ser utilizada para a prescrição de exercício (como em casos de fibrilação atrial ou impossibilidade de realizar o TC6M e o TD). Nesses casos, a escala de percepção de esforço de Borg modificada é uma alternativa para a prescrição de exercício.7 No presente estudo, o valor da escala de percepção de esforço de Borg modificada obtida no TC6M foi menor que a obtida no TD, sugerindo a possibilidade do uso dessa escala quando o exercício não pode ser prescrito pela FC. A combinação da monitorização da FC com a escala de percepção de esforço de Borg modificada é recomendada para a prescrição de exercícios para pacientes com IC crônica em uso de betabloqueadores.38 41

Limitações do Estudo

O presente estudo apresenta algumas limitações, como o pequeno tamanho da amostra e a falta de validação do TD para cardiopatas. Essa alternativa para prescrição de exercício deve ser demonstrada em diferentes grupos na reabilitação cardíaca (prescrição de TECP vs. prescrição de TC6M/TD). No entanto, os resultados apresentados, ainda que obtidos em um seleto grupo de pacientes, justificam investigações longitudinais que envolvam maior número de pacientes e com diferentes classes funcionais (NYHA). Outras limitações incluem o fato de que os testes não foram realizados em duplicata para garantir a reprodutibilidade dos dados, e o v̇O2 não foi medido durante TC6M ou TD. Mesmo que fortes correlações tenham sido demonstradas, nosso método sugerido para prescrição de exercício não foi testada durante o programa de reabilitação.

 Conclusão

Embora o TECP permaneça o padrão ouro para a prescrição de exercício, os achados deste estudo sugerem uma nova alternativa para pacientes com IC baseada no TC6M e no TD.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

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