Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC FTshffgg6r8hZTqBH8JLG4C S0066-782X2017000900185 10.5935/abc.20170104 Original Article Minute-Ventilation Variability during Cardiopulmonary Exercise Test is Higher in Sedentary Men Than in Athletes Castro Renata Rodrigues Teixeira de 1 2 Lima Sabrina Pedrosa 2 Sales Allan Robson Kluser 1 Nóbrega Antonio Claudio Lucas da 1 Universidade Federal Fluminense Laboratório de Ciências do Exercício Niterói RJ Brazil Laboratório de Ciências do Exercício (LACE) - Universidade Federal Fluminense (UFF), Niterói, RJ; Universidade Federal Fluminense Marinha do Brazil Hospital Naval Marcílio Dias Rio de Janeiro RJ Brazil Hospital Naval Marcílio Dias - Marinha do Brazil, Rio de Janeiro, RJ - Brazil Mailing Address: Renata Rodrigues Teixeira de Castro, • LACE-UFF - Rua Professor Hernani Pires de Melo, 101 / Sala 106. Postal Code 24210-130, São Domingos, Niterói, RJ - Brasil. E-mail: castrorrt@gmail.com, rrcastro@cardiol.br

Author contributions

Conception and design of the research: Castro RRT, Nóbrega ACL; Acquisition of data and Writing of the manuscript: Castro RRT, Lima SP, Sales ARK; Analysis and interpretation of the data, Statistical analysis and Critical revision of the manuscript for intellectual content: Castro RRT.

Potential Conflict of Interest

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

 09 2017 109 3 185 190 12 10 2016 30 01 2017 29 03 2017 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. Abstract Background:

The occurrence of minute-ventilation oscillations during exercise, named periodic breathing, exhibits important prognostic information in heart failure. Considering that exercise training could influence the fluctuation of ventilatory components during exercise, we hypothesized that ventilatory variability during exercise would be greater in sedentary men than athletes.

 Objective:

To compare time-domain variability of ventilatory components of sedentary healthy men and athletes during a progressive maximal exercise test, evaluating their relationship to other variables usually obtained during a cardiopulmonary exercise test.

 Methods:

Analysis of time-domain variability (SD/n and RMSSD/n) of minute-ventilation (Ve), respiratory rate (RR) and tidal volume (Vt) during a maximal cardiopulmonary exercise test of 9 athletes and 9 sedentary men was performed. Data was compared by two-tailed Student T test and Pearson´s correlations test.

 Results:

Sedentary men exhibited greater Vt (SD/n: 1.6 ± 0.3 vs. 0.9 ± 0.3 mL/breaths; p < 0.001) and Ve (SD/n: 97.5 ± 23.1 vs. 71.6 ± 4.8 mL/min x breaths; p = 0.038) variabilities than athletes. VE/VCO2 correlated to Vt variability (RMSSD/n) in both groups.

 Conclusions:

Time-domain variability of Vt and Ve during exercise is greater in sedentary than athletes, with a positive relationship between VE/VCO2 pointing to a possible influence of ventilation-perfusion ratio on ventilatory variability during exercise in healthy volunteers.

 Keywords: Breathing Respiratory Function Tests Sedentary Lifestyle Athletes Pulmonary Ventilation Exercise Introduction

During a progressively increasing work rate exercise test, ventilation is expected to exhibit a curvilinear behavior when plotted against time, as work rate is increased above anaerobic threshold.1 Some heart failure patients' ventilation versus time plot does not comply with this physiological pattern and exhibits oscillations, with sequenced ups and downs in their ventilation versus time graphics during a cardiopulmonary exercise test. The presence of abnormal ventilatory oscillations in exercise test, named periodic breathing, is a powerful predictor of adverse outcome which prevalence varies from 25 to 31% of heart failure patients, depending on the criteria used to define it2 and regardless of the presence of other classic prognostic parameters.3,4

Recently, the prognostic value of oscillatory ventilation has been described in patients with heart failure with preserved ejection fraction5,6 and its occurrence has been described in apparently healthy people.7 Despite the prognostic value of this ventilatory parameter, there is still disagreement about the criteria that should be used to detect this phenomenon.2,8 Noteworthy, many variables that indicate prognosis in cardiopulmonary exercise tests are analyzed in a dichotomized approach. This means that a cut-off point categorize patients regarding their risk. Although this is convenient, there may be loss of important information.9 In fact, we have previously shown that some patients' ventilation versus time plot exhibits modest oscillations that although are not normal neither comply to any established criteria of periodic breathing.10 Thus there is a grey area of ventilation variability pattern that is usually neglected by a binary approach. This is probably indicating that periodic breathing is the abnormal extreme of a more insidious process characterized by the inability to keep minute ventilation varying around an accepted set point. Thus, a method capable of quantifying the ventilation variability may not only add to the understanding of ventilatory patterns during exercise, but also to analyze prognosis in a leveled approach that could be more detailed than a binary one.

Time-domain variability techniques are used in cardiology for the analysis of heart rate variability. We have previously replicated this technique to analyze ventilatory variability in heart failure patients during a maximal exercise test.10,11

Exercise training confers adaptations capable of modifying not only resting ventilatory parameters, but also their acute responses to a single exercise section.12 The adaptability of ventilatory variability to physical training is still unknown, but we have previously reported the reversal of periodic breathing, and reduction of ventilatory variability, after 14 weeks of cardiac rehabilitation in a patient with heart failure.10

Considering that exercise training could influence the fluctuation of ventilation during a progressive exercise test, we hypothesized that time-domain ventilatory variability during exercise would be greater in sedentary men than in athletes. Thus, the present study was designed to compare time-domain minute-ventilation variability of sedentary healthy men and athletes during a progressive maximal exercise test.

 Methods Volunteers

Eighteen male volunteers (9 sedentary and 9 athletes) were invited to participate in the study. All of them were considered healthy after clinical history and physical examination. None of them was a smoker or had been in regular use of any medication. Sedentary men were not involved in any regular physical activity during the last three months and have never been considered as athletes before. Athletes were professional soccer players from the same soccer team, playing first division in Rio de Janeiro, Brazil.

 Study protocol

All volunteers provided written informed consent to participate in the study after full explanation of the procedures and their potential risks. The investigation conformed to the principles outlined in the Declaration of Helsinki and have been approved by the Institutional Research Ethics Committee on Human Research.

All volunteers performed a maximal cardiopulmonary treadmill (Trackmaster 30x30, USA) exercise test following an individualized ramp protocol up to exhaustion. All tests achieved at least three of the following criteria to be considered maximum:13 achievement of oxygen consumption (VO2) plateau; perceived exertion (modified BORG scale) = 10; achievement of maximal predicted heart rate (220-age); respiratory exchange ratio ≥ 1,10.

Cardiopulmonary exercise tests were performed with gas exchange and ventilatory variables being analyzed breath-by-breath using a calibrated computer-based exercise system (Ultima CardiO2 System, Medical Graphics Corporation, USA). The O2 and CO2 analyzers were calibrated before each test using a reference gas (12% O2; 5% CO2; nitrogen balance). The pneumotachograph used was also calibrated, with a 3L syringe using different flow profiles. During each cardiopulmonary exercise test, a 12-lead electrocardiogram was continuously recorded (Cardioperfect, Welch Allin, USA) and heart rate automatically derived. Carbon dioxide production (CO2), VO2, tidal volume (Vt) and respiratory rate (RR), were registered breath-by-breath. Minute ventilation (VE), O2 and CO2 ventilatory equivalents (VE/VO2 and VE/VCO2) were automatically calculated (Breeze Software 6.4.1, Medical Graphics, USA). All breath-by-breath results were exported to an Excel spreadsheet (Microsoft Corporation, USA), where standard deviation (SD) and root mean square successive difference (RMSSD) of VE during exercise test were calculated for each patient. Considering that the number of observations has a direct influence on variability measurement, results (SD and RMSSD) were normalized to the number of respiratory cycles during the test, reducing the probability that a greater number of observations registered in longer tests would be the sole responsible for greater variability (SD/n and RMSSD/n, respectively).14

Statistical analysis

Statistical analysis was performed using the software Statistica 7.0 (Statsoft Inc, USA). Variables from the cardiopulmonary exercise tests showed normal distribution when analyzed by the Shapiro Wilk's test. Exercise variables in both groups were compared by paired two-tailed Student T test. Significance was set at p < 0.05. Results are presented as mean ± standard deviation.

A sample size of twelve individuals (6 in each group) would be needed to provide an 80% power with a 2-sided alpha of 0.05 to detect a difference of 10 ± 5 ml/min x breaths in SD/n ventilation variability between the two groups. Considering that ventilatory variability is a new variable, and that there are no published data to guide us regarding expected values, we have decided to increase sample in 50% and that is why the presented study included 18 individuals. After finishing the study, the calculated power of ventilatory variability is 100%.

 Results

The demographic and anthropometric characteristics of both groups are described in table 1. All tests achieved the oxygen consumption plateau and a respiratory quotient greater than 1.10, and thus were considered maximum testes. Peak cardiopulmonary exercise data of both groups are shown in table 2.

Demographic and anthropometric data of volunteers (n = 18)
Variable Sedentary men (n = 9) Athletes (n = 9) p value*
Age (years) 26 ± 6 22 ± 2 0.128
Weight (kg) 77.7 ± 11.0 70.6 ± 1.3 0.134
Height (m) 1.75 ± 0.06 1.75 ± 0.03 0.866
BMI (kg/m2) 25.4 ± 3.04 23.05 ± 1.14 0.064

Comparison between groups by student T test. BMI: body mass index.

 Peak exercise data during graded maximal cardiopulmonary exercise test performed by athletes and sedentary men in a treadmill
Athletes (n = 9) Sedentary men (n = 9) p value
VO2 (mL/kg/min) 47.8 ± 0.3 42.6 ± 4.2 0.029
VCO2 (mL/kg/min) 64.1 ± 1.2 54.8 ± 6.0 0.009
RER 1.3 ± 0.3 1.29 ± 0.3 0.380
Ve (L/min) 128.7 ± 0.3 123.4 ± 14.7 0.550
Respiratory rate (breaths/min) 57 ± 3 54 ± 6 0.540
Vt (L) 2.3 ± 0.3 2.3 ± 0.3 0.837
Heart rate (beats/min) 181 ± 3 186 ± 3 0.343
VE/VO2 2.7 ± 0.3 2.9 ± 0.3 0.309
VE/VCO2 2.0 ± 0.3 2.3 ± 0.3 0.106
RR/VO2(breaths/ml/Kg/min) 1.2 ± 0.3 1.3 ± 0.3 0.363
VO2/HR (ml/ beat) 0.3 ± 0.3 0.2 ± 0.3 0.015

VO2: peak oxygen consumption; VCO2: peak carbon dioxide production; RER: respiratory exchange ratio; Ve: minute-ventilation; Vt: tidal volume. P value refers to the result of paired student’s T test.

Sedentary men exhibited higher time-domain variability of minute-ventilation than athletes during cardiopulmonary exercise test, as showed in figure 1.

Minute-ventilation variability (SD/n and RMSSD/n) of athletes (green bars) and sedentary men (blue bars) during a graded maximal exercise test. * p < 0.05 vs. sedentary.

Discussion

The analysis of minute-ventilation curve during exercise has gained interest since the first reports of exercise oscillatory ventilation.15,16 Although a lot of progress has been done regarding the prognosis value of this phenomenon since then,4,6,17 there was almost no progress in the quantification of this phenomenon.18 There are currently two major diagnostic definitions of exercise oscillatory ventilation.3,17 Both definitions require the visualization of the ventilatory pattern during exercise to determine the presence or absence of exercise oscillatory ventilation, in a dichotomized way. We have previously shown that applying time-domain variability techniques can be easily performed and may help quantifying exercise ventilatory oscillations. Olson and Johnson18 have also proposed a software application to quantify measures of exercise oscillatory ventilation in heart failure patients.

Considering that most ventilatory parameters exhibit some adaptation to physical training, it is conceivable to hypothesize that ventilatory variability would also be affected by chronic exposure to physical exercise. The present study compared ventilatory variability throughout exercise in athletes and sedentary men and concluded that untrained volunteers exhibited greater minute-ventilation variability than soccer athletes.

It is important to note that all volunteers were healthy and without any cardiovascular or respiratory disease. Therefore, some mechanisms involved in Cheyne-Stokes respiration and periodic breathing, such as hypocapnia, and pulmonary blood flow fluctuations,19 which are considered key mechanisms of periodic breathing in heart failure, would probably not be useful in understanding physiological ventilatory variability during exercise in healthy subjects. Increased central and peripheral chemosensitivity20 is also involved with Cheyne-Stokes respiration. Ohyabu et al showed that ventilatory sensitivity during hypoxia was attenuated in long-distance runners and sprinters compared to non-athletes.21 In fact, endurance training reduces the ventilatory response to a given level of work due to an attenuated chemosensitivity.22,23 So, it is possible that reduced chemosensitivity would explain the findings of the present study.

Although there was no statistical difference regarding weight or body mass index between groups, volunteers in the sedentary group exhibited near significantly higher weight and BMI. One could hypothesize that this slight and non-significant difference could have influenced the different breathing patterns found in the study. In fact, in morbid obese individuals, excessive body weight can induce chest wall restriction24 and loosing body weight may improve lung function.25 Nevertheless, although there was some overweight volunteers in both groups, there was not a single obese volunteer in this study. We could not found any study that compared ventilatory parameters in overweight and not overweight individuals during exercise. Regarding rest breathing patterns, it seems that body mass only influences lung function when obese individuals are in supine position. Our volunteers were non-obese and all tests were performed in the upright position. Thus, it seems unlikely that the slight and non significant difference in BMI between groups would have influenced the ventilatory variability results of the present study.

The analysis of table 2 shows maximal VO2 that is not as high as expected for professional soccer players. There are several possible explanations for this finding. First of all, data was collected in the beginning of the season, just after holydays. So, athletes were not in their best shape. It is also important to note that there is clear VO2max variation profiles between soccer players accordingly to their playing position and style.26 We have included athletes from all playing positions, from the same team, in the athlete group. So, there were differences between their VO2max. Finally, players in Brazil appear to be shorter in stature, similar in body mass and have a lower overall aerobic capacity when compared to their European equivalents.26

Study limitations

Some operational and technical aspects could have influenced the results of the present study. Subjects were not submitted to rest pulmonary function tests before entering the study. Considering none of them had any past history of pulmonary disease or smoking, the absence of rest pulmonary function tests, although desirable, does not seem to be a major issue influencing the present results.

The use of different interfaces to breath analysis may influence the depth and rate of breathing.27 Although this effect appears to be restricted to lower levels of exercise,28 it seems reasonable not to interchangeably compare ventilatory variability results recorded using mask, mouthpiece or canopy. All breath-by-breath data in this study was collected throughout a face mask. Thus, the selected interface could not have influenced the different results when both groups were compared.

This is a cross-sectional study where trained and untrained men were compared. A study that evaluates the effects of physical training would rather have a longitudinal than the present design. Nevertheless, the only difference between both studied groups was their peak VO2, which was higher in athletes, as expected. Thus, although athletes were not longitudinally evaluated, it seems that the different exercise responses in both groups could be directly attributable to physical training.

 Conclusions

The presence of periodic breathing is a powerful predictor of adverse outcome in heart failure.2 This is an extreme presentation of a ventilatory variation that although unseen by our eyes can be mathematically calculated. The present study adds information regarding the quantification of exercise minute-ventilation variability, and points to the direction that this is a trainable exercise variable. The exact mechanisms that influence ventilatory variability during exercise remain to be studied.

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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Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Castro RRT, Nóbrega ACL; Obtenção de dados e Redação do manuscrito: Castro RRT, Lima SP, Sales ARK; Análise e interpretação dos dados, Análise estatística e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Castro RRT.

Potencial conflito de interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 Resumo Fundamento:

A ocorrência de oscilações de variabilidade ventilatória durante o exercício, denominada respiração periódica, apresenta importantes informações prognósticas na insuficiência cardíaca. Considerando que o treinamento físico poderia influenciar a flutuação dos componentes ventilatórios durante o exercício, nós hipotetizamos que a variabilidade ventilatória durante o exercício seria maior nos homens sedentários do que nos atletas.

 Objetivo:

Comparar a variabilidade temporal das componentes ventilatórias de homens sedentários saudáveis e atletas durante um teste de esforço máximo progressivo, avaliando sua relação com outras variáveis normalmente obtidas durante um teste de exercício cardiopulmonar.

 Métodos:

Foi realizada uma análise da variabilidade temporal (SD/n e RMSSD/n) da ventilação por minuto (Ve), da frequência respiratória (RR) e do volume corrente (Vt) durante um teste de exercício cardiopulmonar máximo em 9 atletas e 9 homens sedentários. Os dados foram comparados pelo teste T de Student bicaudal e pelo teste de correlação de Pearson.

 Resultados:

Os homens sedentários apresentaram maior variabilidade Vt (SD/n: 1,6 ± 0,3 vs 0,9 ± 0,3 mL/respirações, p < 0,001) e Ve (SD/n: 97,5 ± 23,1 vs. 71,6 ± 4,8 mL/min x respirações; p = 0,038) do que os atletas. VE/VCO2 correlacionou-se à variabilidade de Vt (RMSSD/n) em ambos os grupos.

 Conclusões:

A variabilidade temporal de Vt e Ve durante o exercício é maior em sedentários do que em atletas, com uma relação positiva entre VE/VCO2 apontando para uma possível influência da relação ventilação-perfusão na variabilidade ventilatória durante o exercício em voluntários saudáveis

 Palavras-chave: Respiração Testes de Função Respiratória Estilo de Vida Sedentário Atletas Ventilação Pulmonar Exercício Introdução

Durante um teste de esforço carga de trabalho com incrementos progressivos, espera-se que a ventilação exiba um comportamento curvilíneo quando a carga de trabalho ultrapassa o limiar anaeróbico.1 A curva ventilação x tempo em alguns pacientes com insuficiência cardíaca não obedece a este padrão fisiológico e exibe oscilações, com altos e baixos sequenciados em seus gráficos de ventilação versus tempo durante um teste de exercício cardiopulmonar. A presença de oscilações ventilatórias anormais no teste de esforço, denominada ventilação periódica, é um poderoso preditor de desfecho adverso cuja prevalência varia de 25 a 31% dos pacientes com insuficiência cardíaca, dependendo dos critérios utilizados para defini-la2 e independentemente da presença de outros clássicos parâmetros prognósticos.3,4

Recentemente, o valor prognóstico da ventilação periódica tem sido descrito em pacientes com insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada5,6 e sua ocorrência tem sido também descrita em pessoas aparentemente saudáveis.7 A despeito do valor prognóstico deste parâmetro ventilatório, ainda há discordância quanto aos critérios que devem ser utilizados para a detecção desse fenômeno.2,8 Digno de nota que muitas variáveis que indicam prognóstico em testes de exercício cardiopulmonar são analisadas em uma abordagem dicotomizada. Isto significa que um ponto de corte categoriza os pacientes quanto ao seu risco. Embora isso seja conveniente, pode haver perda de informações importantes.9 De fato, já mostramos anteriormente que a curva de ventilação plotada contra o tempo exibe oscilações modestas que, embora não sejam normais, não atendem a qualquer critério estabelecido de ventilação periódica.10 Assim, há uma área cinzenta do padrão de variabilidade da ventilação que é geralmente negligenciada por uma abordagem binária. Isto provavelmente indica que a ventilação periódica é o extremo anormal de um processo mais insidioso caracterizado pela incapacidade de manter a ventilação-minuto variando em torno de um set point aceito. Assim, um método capaz de quantificar a variabilidade da ventilação pode não só aumentar a compreensão dos padrões ventilatórios durante o exercício, mas também analisar o prognóstico em uma abordagem estratificada que poderia ser mais detalhada do que uma binária.

As técnicas de variabilidade no domínio do tempo são utilizadas na cardiologia para a análise da variabilidade da frequência cardíaca. Nós já já utilizamos essa técnica essa técnica para analisar a variabilidade ventilatória em pacientes com insuficiência cardíaca durante um teste de esforço máximo.10,11

O treinamento físico confere adaptações capazes de modificar não apenas os parâmetros ventilatórios de repouso, mas também suas respostas agudas a uma única seção de exercícios.12 A adaptabilidade da variabilidade ventilatória ao treinamento físico ainda é desconhecida, mas já relatamos a reversão da respiração periódica e a redução da variabilidade ventilatória após 14 semanas de reabilitação cardíaca em paciente com insuficiência cardíaca.10

Considerando que o treinamento físico poderia influenciar a flutuação da ventilação durante um teste de esforço progressivo, nós hipotetizamos que a variabilidade ventilatória no domínio do tempo durante o exercício seria maior nos homens sedentários do que nos atletas. Assim, o presente estudo foi desenhado para comparar a variabilidade temporal da ventilação-minuto de homens saudáveis sedentários e atletas durante um teste de esforço máximo progressivo.

 Métodos Voluntários

Dezoito voluntários do sexo masculino (9 sedentários e 9 atletas) foram convidados a participar do estudo. Todos foram considerados saudáveis após o exame físico e anamnese. Nenhum deles era fumante ou estava em uso regular de qualquer medicação. Homens sedentários não estavam envolvidos em qualquer atividade física regular durante os últimos três meses e nunca foram considerados atletas antes. Os atletas eram jogadores de futebol profissional da mesma equipe de futebol, jogando na primeira divisão no Rio de Janeiro, Brasil.

 Protocolo de estudo

Todos os voluntários forneceram consentimento informado por escrito para participar do estudo após explicação completa dos procedimentos e seus riscos potenciais. A investigação foi realizada em conformidade com os princípios enunciados na Declaração de Helsinque e foi aprovado pela Institutional Research Ethics Committee on Human Research.

Todos os voluntários realizaram um teste de exercício cardiopulmonar máximo (Trackmaster 30x30, EUA) seguindo um protocolo de rampa individualizado até a exaustão. Todos os testes obtiveram pelo menos três dos seguintes critérios para serem considerados máximos:13 A ocorrência de platô de consumo de oxigênio (VO2); esforço percebido (escala BORG modificada) = 10; alcance da frequência cardíaca máxima prevista (220-idade); razão de troca respiratória ≥ 1,10.

Os testes de exercício cardiopulmonar foram realizados com análise de trocas gasosas e das variáveis ventilatórias sendo analisadas respiração a respiração usando um sistema de exercício computadorizado calibrado (Ultima CardiO2 System, Medical Graphics Corporation, EUA). Os analisadores de O2 e CO2 foram calibrados antes de cada ensaio utilizando um gás de referência (12% de O2; 5% de CO2; e balanço de nitrogênio). O pneumotacógrafo utilizado também foi calibrado, com uma seringa 3L utilizando diferentes perfis de fluxo. Durante cada teste de exercício cardiopulmonar, um eletrocardiograma de 12 derivações foi registrado continuamente (Cardioperfect, Welch Allin, EUA) e a frequência cardíaca foi obtida automaticamente. A produção de dióxido de carbono (CO2), VO2, volume corrente (Vt) e frequência respiratória (RR) foram registrados respiração por respiração. A ventilação por minuto (VE), O2 e os equivalentes ventilatórios de CO2 (VE/VO2 e VE/VCO2) foram calculados automaticamente (Breeze Software 6.4.1, Medical Graphics, EUA). Todos os resultados, ventilação à ventilação, foram exportados para uma planilha do Excel (Microsoft Corporation, EUA), onde foram calculados o desvio padrão (SD) e a variação sucessiva da raiz quadrada média (RMSSD) de VE durante o teste de esforço para cada paciente. Considerando que o número de observações tem uma influência direta na medida da variabilidade, os resultados (SD e RMSSD) foram normalizados pelo número de ciclos respiratórios durante o teste, reduzindo a probabilidade de que um maior número de observações registradas em testes mais longos fosse o único responsável pela maior variabilidade (SD/n e RMSSD/n, respectivamente).14

Análise estatística

A análise estatística foi realizada utilizando o software Statistica 7.0 (Statsoft Inc, EUA). As variáveis dos testes de exercício cardiopulmonar mostraram distribuição normal quando analisadas pelo teste de Shapiro Wilk. As variáveis de exercício em ambos os grupos foram comparadas por teste t de Student pareado bicaudal. A significância foi estabelecida em p < 0,05. Os resultados são apresentados como média ± desvio padrão.

Uma amostra de doze indivíduos (6 em cada grupo) seria necessária para fornecer uma potência de 80% com um alfa bicaudal de 0,05 para detectar uma diferença de 10 ± 5 ml/min x respirações na variabilidade de ventilação SD/n entre os grupos. Considerando que a variabilidade ventilatória é uma nova variável e que não há dados publicados que nos orientem sobre os valores esperados, decidimos aumentar a amostra em 50% e é por isso que o estudo apresentado incluiu 18 indivíduos. Após o término do estudo, o poder calculado da variabilidade ventilatória é de 100%.

 Resultados

As características demográficas e antropométricas de ambos os grupos estão descritas na tabela 1. Todos os testes alcançaram o patamar de consumo de oxigênio e um quociente respiratório maior que 1,10 e, portanto, foram considerados testes máximos. Os dados de pico do exercício cardiopulmonar de ambos os grupos são apresentados na tabela 2.

Dados demográficos e antropométricos dos voluntários (n = 18)
Variável Homens Sedentários (n = 9) Atletas (n = 9) Valor de p*
Idade (anos) 26 ± 6 22 ± 2 0,128
Peso (kg) 77,7 ± 11,0 70,6 ± 1,3 0,134
Altura (m) 1,75 ± 0,06 1,75 ± 0,03 0,866
IMC (kg/m2) 25,4 ± 3,04 23,05 ± 1,14 0,064

Comparação entre grupos pelo teste Student T. IMC: índice de massa corporal.

 Dados de pico do exercício durante o teste cardiopulmonar de exercício máximo realizado por atletas e homens sedentários em esteira rolante
Atletas (n = 9) Homens sedentários (n = 9) Valor de p
VO2 (mL/kg/min) 47,8 ± 0,3 42,6 ± 4,2 0,029
VCO2 (mL/kg/min) 64,1 ± 1,2 54,8 ± 6,0 0,009
RER 1,3 ± 0,3 1,29 ± 0,3 0,380
Ve (L/min) 128,7 ± 0,3 123,4 ± 14,7 0,550
Frequência respiratória (resp./min) 57 ± 3 54 ± 6 0,540
Vt (L) 2,3 ± 0,3 2,3 ± 0,3 0,837
Frequência cardíaca (batidas/min) 181 ± 3 186 ± 3 0,343
VE/VO2 2,7 ± 0,3 2,9 ± 0,3 0,309
VE/VCO2 2,0 ± 0,3 2,3 ± 0,3 0,106
RR/VO2(respirações/ml/Kg/min) 1,2 ± 0,3 1,3 ± 0,3 0,363
VO2/HR (ml/freq. cardíaca) 0,3 ± 0,3 0,2 ± 0,3 0,015

VO2: pico de consumo de oxigênio; VCO2: pico de produção de CO2; RER: relação de troca respiratória; Ve: ventilação-minuto; Vt: volume corrente. O valor de p refere-se ao resultado do teste t Student.

Os homens sedentários apresentaram maior variabilidade temporal da ventilação-minuto do que os atletas durante o teste de exercício cardiopulmonar, conforme demonstrado na figura 1.

 Discussão

A análise da curva ventilação-minuto durante o exercício ganhou interesse desde os primeiros relatos de ventilação-periódica no exercício.15,16 Embora tenha havido muito progresso no que diz respeito ao valor prognóstico deste fenômeno,4,6,17 praticamente não houve progresso na quantificação desse fenômeno.18 Atualmente, existem duas definições diagnósticas principais da ventilação periódica no exercício.3,17 Ambas as definições requerem a visualização do padrão ventilatório durante o exercício para determinar a presença ou ausência de ventilação-periódica do exercício, de forma dicotomizada. Já mostramos que a aplicação de técnicas de variabilidade temporal pode ser facilmente realizada e pode ajudar a quantificar as oscilações ventilatórias do exercício. Olson e Johnson18 também propuseram um aplicativo para quantificar medidas de ventilação oscilatória nos pacientes com insuficiência cardíaca.

Considerando que a maioria dos parâmetros ventilatórios apresenta alguma adaptação ao treinamento físico, é concebível a hipótese de que a variabilidade ventilatória também seria afetada pela exposição crônica ao exercício físico. O presente estudo comparou a variabilidade ventilatória ao longo do exercício em atletas e homens sedentários e concluiu que os voluntários não treinados exibiram maior variabilidade de variabilidade de ventilação-minuto do que os atletas de futebol.

É importante notar que todos os voluntários todos os volutários eram saudáveis saudáveis e sem qualquer doença cardiovascular ou respiratória. Portanto, alguns mecanismos envolvidos na respiração de Cheyne-Stokes e respiração periódica, como hipocapnia e flutuações do fluxo pulmonar,19 considerados mecanismos-chave da respiração periódica na insuficiência cardíaca, provavelmente não seriam úteis na compreensão da variabilidade ventilatória fisiológica durante o exercício em indivíduos saudáveis. O aumento da quimiossensibilidade central e periférica20 também está envolvido com a respiração de Cheyne-Stokes. Ohyabu e colegas demonstraram que a sensibilidade ventilatória durante a hipóxia foi atenuada em corredores de longa distância e velocistas em comparação com não-atletas.21 De fato, o treinamento de resistência reduz a resposta ventilatória a um determinado nível de trabalho devido a uma quimiossensibilidade atenuada.22,23 Assim, é possível que a quimiossensibilidade reduzida explique os achados do presente estudo.

Embora não tenha havido diferença estatística quanto ao peso ou índice de massa corporal entre os grupos, os voluntários no grupo sedentário exibiram peso e IMC significativamente maiores. Poder-se-ia supor que esta ligeira e não significativa diferença teria influenciado os diferentes padrões respiratórios encontrados no estudo. De fato, em indivíduos obesos mórbidos, o peso corporal excessivo pode induzir a restrição da parede torácica24 e a perda de peso corporal pode melhorar a função pulmonar.25 No entanto, embora houvesse alguns voluntários com sobrepeso em ambos os grupos, não houve um único voluntário obeso neste estudo. Não foi possível encontrar qualquer estudo que comparasse parâmetros ventilatórios em indivíduos com sobrepeso e sem sobrepeso durante o exercício. Em relação aos padrões respiratórios de repouso, parece que a massa corporal só influencia a função pulmonar quando os indivíduos obesos estão em posição supina. Nossos voluntários não eram obesos e todos os testes foram realizados na posição vertical. Assim, parece improvável que a discreta e não significativa diferença no IMC entre os grupos tenha influenciado os resultados da variabilidade ventilatória do presente estudo.

A análise da tabela 2 mostra VO2 máximo que não é tão alto quanto o esperado para jogadores de futebol profissional. Existem várias explicações possíveis para essa descoberta. Em primeiro lugar, os dados foram coletados no início da temporada, logo após as férias. Assim, os atletas não estavam em sua melhor forma. Também é importante notar que há claros perfis de variação de VO2max entre os jogadores de futebol de acordo com sua posição de jogo e estilo.26 Incluímos atletas de todas as posições do jogo, da mesma equipe, no grupo de atletas. Assim, havia diferenças entre seu VO2max. Finalmente, os jogadores no Brasil parecem ter menor estatura, semelhantes em massa corporal e têm uma menor capacidade aeróbica geral quando comparados aos seus equivalentes europeus.26

Variabilidade da ventilação-minuto (SD/n e RMSSD/n) de atletas (barras verdes) e sedentários (barras azuis) durante um teste de exercício máximo progressivo. * p < 0,05 vs. sedentários.

Limitações do estudo

Alguns aspectos operacionais e técnicos poderiam ter influenciado os resultados do presente estudo. Os sujeitos não foram submetidos a testes de função pulmonar de repouso antes de entrarem no estudo. Considerando que nenhum deles teve antecedentes de doença pulmonar ou tabagismo, a ausência de testes de função pulmonar de repouso, embora desejável, não parece ser uma questão importante que influencie o presente resultado.

O uso de diferentes interfaces para a análise da respiração pode influenciar a profundidade e a taxa de respiração.27 Embora pareça restringir este efeito a níveis mais baixos de exercícios,28 parece razoável não comparar de forma intercambiável os resultados da variabilidade ventilatória registrados usando máscara, bucal ou snorkel. Todos os dados ventilação à ventilação neste estudo foram coletados por uma máscara facial. Assim, a interface selecionada não poderia ter influenciado os diferentes resultados quando ambos os grupos foram comparados.

Trata-se de um estudo transversal em que homens treinados e não treinados foram comparados. Um estudo que avaliasse os efeitos do treinamento físico teria melhor design com uma abordagem longitudinal do que a do presente projeto. No entanto, a única diferença entre os dois grupos estudados foi o pico de VO2, que foi maior nos atletas, como esperado. Assim, embora os atletas não fossem avaliados longitudinalmente, parece que as diferentes respostas ao exercício em ambos os grupos poderiam ser diretamente atribuíveis ao treinamento físico.

 Conclusões

A presença de ventilação periódica é um poderoso preditor de desfecho adverso na insuficiência cardíaca.2 Esta é uma apresentação extrema de uma variação ventilatória que, embora invisível aos nossos olhos, pode ser calculada matematicamente. O presente estudo acrescenta informações sobre a quantificação da variabilidade da ventilação-minuto do exercício, e aponta para a direção de que esta é uma variável do condicionamento físico. Os mecanismos exatos que influenciam a variabilidade ventilatória durante o exercício permanecerão pendentes para serem estudados.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

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