OBJECTIVE: To assess the influence of skeletal muscle mass on ventilatory and hemodynamic variables during exercise in patients with chronic heart failure (CHF). METHODS: Twenty-five male patients underwent maximum cardiopulmonary exercise testing on a treadmill with a ramp protocol and measurement of the skeletal muscle mass of their thighs by using magnetic resonance imaging. The clinically stable, noncachectic patients were assessed and compared with 14 healthy individuals (S) paired by age and body mass index, who underwent the same examinations. RESULTS: Similar values of skeletal muscle mass were found in both groups (CHF group: 3863 ± 874 g; S group: 3743 ± 540 g; p = 0.32). Significant correlations of oxygen consumption in the anaerobic threshold (CHF: r = 0.39; P= 0.02 and S: r = 0.14; P = 0.31) and of oxygen pulse also in the anaerobic threshold (CHF: r = 0.49; P = 0.01 and S: r =0.12; P = 0.36) were found only in the group of patients with chronic heart failure. CONCLUSION: The results obtained indicate that skeletal muscle mass may influence the capacity of patients with CHF to withstand submaximal effort, due to limitations in their physical condition, even maintaining a value similar to that of healthy individuals. This suggests qualitative changes in the musculature.
Influence of skeletal muscle mass on ventilatory and hemodynamic variables during exercise in patients with chronic heart failure
São Paulo, SP - Rio de Janeiro, RJ - Instituto do Coração do Hospital das Clinicas FMUSP and Hospital Pró-Cardíaco, Rio de Janeiro. São Paulo, SP - Rio de Janeiro, RJ - Brazil
Despite the marked reduction in mortality and morbidity of cardiovascular diseases observed in recent decades, the incidence and prevalence of heart failure (HF) have significantly increased in both developed and developing countries 1.
Heart failure in its chronic form manifests with several signs and symptoms; its most significant clinical characteristic is the incapacity to tolerate progressively milder physical effort, which is an indicator of the severity of heart failure itself 2. The hemodynamic parameters at rest of patients with heart failure have been shown not to correlate with those during effort 3, the latter having an independent prognostic power for overall and cardiovascular mortality 4. In addition, the symptoms usually reported by CHF patients underestimate their true physical capacity, which may be better assessed on cardiopulmonary exercise testing 5,6 that provides an assessment of the integrated cardiopulmonary function 7,8.
In the genesis of heart failure syndrome, central hemodynamic abnormalities are present, as are changes in skeletal muscle function, which have been held responsible for fatigue and its consequent exercise limitation 9,10. These muscle changes reflexly activate the autonomous nervous system, playing an important role not only in the origin of the exercise limiting symptoms, but also in the progression of heart failure 11,12.
Despite the existence of some studies on the influence of the skeletal musculature on the functional capacity of patients with heart failure, no report exists about the relation between skeletal muscle mass and ventilatory and hemodynamic variables, such as anaerobic threshold and oxygen pulse, which have been considered important functional and risk markers in that syndrome. Therefore, the present study aimed at assessing the influence of skeletal muscle mass on different ventilatory and hemodynamic variables in patients with chronic heart failure during exercise.
This study selected 25 male patients with chronic heart failure in NYHA functional class III with the following etiologies: idiopathic (44%), arterial hypertension (32%), and alcoholism (24%). Patients with the following characteristics were excluded from the study: hospitalization or therapeutic change, or both, within less than 3 months; neurologic or locomotor afflictions, or another disease that could interfere with the tests to be performed; episodes of nonsustained ventricular tachycardia at rest; intracavitary thrombus with emboligenic potential; and cachexia.
All patients were using angiotensin-converting enzyme inhibitors, digoxin, and furosemide, in addition to the following medications: carvedilol (24%), spironolactone (40%), amiodarone (20%), and warfarin sodium (12%).
The resting electrocardiogram showed the following changes: left bundle-branch block (36%), left ventricular hypertrophy (32%), left bundle-branch anterior divisional block (12%), atrial fibrillation (12%), and left atrial hypertrophy (8%).
A control group paired by age and body mass index was recruited for comparison. This group comprised 14 healthy individuals according to the results of a clinical examination, electrocardiography, echocardiography, and cardiopulmonary exercise testing. They were using no medication and were not engaged in a formal physical exercise program. Their characteristics are shown in
This study was approved by the Committee on Ethics for the Analysis of Research Projects of the Hospital das Clínicas of the Medical School of USP and the Committee on Ethics in Research of the Hospital Procardíaco (Rio de Janeiro). All volunteers signed the formal written consent after receiving the necessary explanations.
All patients underwent treadmill testing (ATL10200, Inbramed, Brazil) with simultaneous analysis of pulmonary ventilation and expired gases with a metabolic analyzer (TEEM100, Aerosport, USA), 12-lead electrocardiographic recordings (Mason Likar system), and blood pressure measurement through sphygmomanometry. The ramp protocol was used adjusted to the clinical and biomechanical conditions of the patients, with a progressive increase in the intensity of effort and estimated duration between 8 and 12 minutes, being interrupted by fatigue or dyspnea. Considering the occurrence of natural adaptation to exercise testing, 2 tests were performed at an approximate interval of 1 week, the results of the second test being used for analysis.
The anaerobic threshold, obtained in all cases, was determined by 3 experienced examiners and defined when agreement, at least between 2 of them, occurred. The criteria used for its determination were as follows 13,14: a nonlinear increase in ventilation, ie, exponentiation of the ventilation curve; point of beginning of the consistent elevation of the curve of the oxygen ventilatory equivalent; and curve elevation referring to the expired oxygen fraction.
The muscle mass of the thigh was determined with magnetic resonance imaging with the patient lying in the dorsal decubitus position. The examinations were performed in a Sigma 1.5 T Horizon LX 8.2 device with torso coil (General Electric, USA). The sequences processed were spin-echo T1 in 5.0-mm thick axial views at 8.0-mm intervals. Topogram was performed in the coronal plane. The skeletal muscle mass (MM) of the right and left thighs was measured in the spin-echo T1 sequence using an irregular cursor around the muscle groups, excluding the fat tissue and bones 15,16. The anatomic landmark for the first view of the thigh was the hip joint, and the last view was that immediately before the patella. All muscle mass values were added and multiplied by 13 mm and by muscle density (1.05); then, the mean muscle volume was calculated 17.
All variables had a normal distribution and homogeneity of variances. Therefore, parametric procedures were used for all analyses. The Student
The results of the variables obtained in cardiopulmonary exercise testing and magnetic resonance imaging are shown in
Our study found a correlation between the skeletal muscle mass of the thighs and the variables obtained in the cardiopulmonary exercise test in patients with heart failure. A correlation between muscle mass and the variables was found not only at the peak of effort, but also at the anaerobic threshold.
Quantitative similarity in the muscle mass obtained on magnetic resonance imaging was observed in patients with heart failure and in the control group. This may be explained by the fact that the patients were stable and not cachectic.
The anaerobic threshold was used for the functional assessment of patients, and more elevated values were observed in the control group (P<0.001). This parameter is obtained in submaximal intensities of effort accompanying most of the individuals´ daily activities and is used for programming physical activity 18,19.
In our study, the behavior of the VE x VCO2 slope related to ventilatory inefficiency and intolerance to exercise is worth noting, being an independent variable to estimate the prognosis in patients with heart failure 20. The mean values of the VE x VCO2 slope in the patients studied (32±9) are bellow 34, a value confirmed in the study by Chua et al 21 as characterizing severity and a poor prognosis.
Other studies have reported an inverse and significant relation between muscle mass and the VE x VCO2 slope, confirming the existence of a correlation with the accentuation of the ergoreflex 12,13 with values equivalent to those obtained in this study.
The participation of hemodynamic factors in this study was assessed with oxygen pulse 22,23, which correlates with systolic volume 24. In the group of patients with heart failure, a direct and significant relation was found between oxygen pulse and muscle mass at the peak of effort and anaerobic threshold. A report on the behavior of this hemodynamic variable related to skeletal muscle has not been found in the literature. One may suppose that the reduced values of oxygen pulse during exercise obtained in all patients cause secondary hemodynamic changes that interfere with muscle mass, with elevation in the arterial-venous oxygen content difference.
A direct and significant relation between skeletal muscle mass and oxygen consumption at the peak of effort was obtained in our study, and these values are similar to those reported by other authors 25,26.
According to the muscle hypothesis 27, the functional limitation of these patients could be attributed to the action of metabolic and structural factors in the skeletal musculature, triggering the ergoreflex, with elevation in the sympathetic activity consequent to peripheral vasoconstriction, leading to ventilatory dysfunctions 28.
Another study on skeletal muscle mass by Toth et al 29 assessed 14 stable and noncachectic patients with NYHA functional class III heart failure and 52 healthy individuals. The values of muscle mass in the heart failure group and in the healthy individuals were, respectively, 3200±400 g and 3300±600 g (NS), and a significant relation to oxygen consumption was found at peak effort. Toth et al 29 used the same methodology used in our study with almost overlapping results. Those authors concluded that qualitative and not quantitative factors of skeletal musculature interfere with the functional condition of these patients; however, the factors were not studied at the anaerobic threshold.
The intrinsic changes in skeletal muscle influencing physical activity have been shown in several studies, such as that by Massie et al 30, who assessed 18 patients in NYHA functional class III and with an inverse and significant correlation between type II ab muscle fibers and peak VO2. Those authors found a metabolic change in skeletal muscle with a reduction in the oxidative activity of the enzymes.
The study by Okita et al 31 is worth noting. They assessed 12 patients with heart failure and 7 controls and correlated the tolerance to exercise assessed at VO2 peak to the depletion in phosphocreatine and to the pH reduction in skeletal musculature. The strong relation between oxygen consumption at peak effort and cellular acidosis confirmed that these intrinsic changes are an important limiting factor to exercise.
The relation between muscle mass and oxygen consumption at the anaerobic threshold was a characteristic assessed in our study, but not in other studies published. This relation was direct and significant in patients with heart failure, but nonsignificant in healthy individuals. This shows that the more altered the muscle mass, the lower the tolerance to lactacidemia during exercise, with a reduction in the functional capacity of these patients.
In conclusion, patients with heart failure have a correlation between the skeletal muscle mass of the thighs and the ventilatory and hemodynamic variables at the anaerobic threshold and at the peak effort that participate in the mechanisms that reduce physical capacity.
Correspondence to Ricardo Vivacqua C. Costa Av. Afrânio de Melo Franco, 365/101 Cep 22430-060 - Rio de Janeiro, RJ, Brazil E-mail:
Received: 11/04/02
Accepted: 03/31/03
English version by Stela Maris C. e Gandour
OBJETIVO: Avaliar a influência da massa muscular esquelética sobre as variáveis ventilatórias e hemodinâmicas ao exercício em portadores de insuficiência cardíaca crônica (ICC). MÉTODOS: Foram realizados testes ergoespirométricos máximos, com protocolo de rampa em esteira rolante e medidas da massa muscular esquelética de coxas pela ressonância magnética em 25 homens, clinicamente estáveis, não caquéticos, avaliados e comparados com 14 indivíduos sadios (S), pareados por faixa etária e índice de massa corporal, submetidos aos mesmos exames. RESULTADOS: Verificaram-se valores semelhantes da massa muscular em ambos os grupos (ICC: 3863 ± 874g; S: 3743 ± 540g; p = 0,32) e suas correlações significativas com o consumo de oxigênio no limiar anaeróbico (ICC: r= 0,39 p = 0,02; S: r = -0,14; p = 0,31), e com o pulso de oxigênio também no limiar anaeróbio (ICC: r = 0,49 p=0,01; S: r =0,12; p = 0,36), apenas nos pacientes com insuficiência cardíaca. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos indicam que a massa muscular esquelética pode influenciar a capacidade desses pacientes em sustentar esforços submáximos, relacionando-se à limitação da condição física, mesmo mantendo valor semelhante a dos indivíduos normais, sugerindo alterações qualitativas dessa musculatura.
Influência da massa muscular esquelética sobre as variáveis ventilatórias e hemodinâmicas ao exercício em pacientes com insuficiência cardíaca crônica
Instituto do Coração do Hospital das Clinicas - FMUSP e Hospital Pró-Cardíaco, Rio de Janeiro. São Paulo, SP - Rio de Janeiro, RJ
Apesar da acentuada redução da mortalidade e morbidade das doenças cardiovasculares nas últimas décadas, a incidência e a prevalência da insuficiência cardíaca (IC) têm se intensificado de maneira importante, tanto em países desenvolvidos como nos em desenvolvimento 1.
A insuficiência cardíaca, em sua forma crônica, manifesta-se com diversos sinais e sintomas, porém a sua característica clínica mais evidente é a incapacidade de sustentar esforços físicos, progressivamente menores, constituindo um balizador da gravidade da própria insuficiência cardíaca2. Tem sido demonstrado que os parâmetros hemodinâmicos em repouso nos portadores de insuficiência cardíaca não se correlacionam com os do esforço 3, os quais apresentam poder prognóstico independente para mortalidade global e cardiovascular 4. Além disto, sintomas habitualmente referidos pelos pacientes, subestimam a verdadeira capacidade física que pode ser melhor avaliada pela ergoespirometria5,6, que permite uma avaliação da função integrada cardiopulmonar7,8.
Na gênese da síndrome da insuficiência cardíaca, anormalidades hemodinâmicas centrais estão presentes, assim como alterações na função muscular esquelética, consideradas por alguns investigadores como responsáveis pela fadiga e conseqüente limitação do exercício 9,10. Essas alterações musculares ativam reflexamente o sistema nervoso autônomo, desempenhando um papel importante não só na origem dos sintomas limitantes do exercício, como também na progressão da insuficiência cardíaca 11,12.
Muito embora existam estudos investigando a influência da musculatura esquelética na capacidade funcional em pacientes com insuficiência cardíaca, não existem publicações sobre a relação entre a massa muscular esquelética e variáveis ventilatórias e hemodinâmicas consideradas como importantes marcadores funcionais e de risco nesta síndrome, como limiar anaeróbio e pulso de oxigênio.Assim, o presente estudo tem como proposta avaliar a influência da massa muscular esquelética sobre diferentes variáveis ventilatórias e hemodinâmicas em pacientes com insuficiência cardíaca crônica durante o exercício.
Foram selecionados 25 homens, portadores de insuficiência cardíaca crônica em classe funcional III (NYHA) com as seguintes etiologias: idiopática (44%), hipertensão arterial (32%) e alcoolismo (24%). Foram excluídos indivíduos com internação hospitalar e/ou modificação da terapêutica há menos de três meses; portadores de afecção neurológica, locomotora ou outra doença que pudesse interferir nos testes a serem executados; episódios de taquicardia ventricular não sustentada em repouso; trombo intracavitário com potencial emboligênico e estado de caquexia.
Todos estavam usando inibidores da enzima conversora de angiotensina, digoxina e furosemida, acrescidos dos medicamentos: carvedilol: (24%), espironolactona: (40%), amiodarona: (20%) e warfarina sódica (12%).
O eletrocardiograma de repouso apresentou alterações de: bloqueio de ramo esquerdo (36%), sobrecarga ventricular esquerda (32%), bloqueio divisional anterior do ramo esquerdo (12%), fibrilação atrial (12%) e sobrecarga atrial esquerda (8%).
Para comparação, recrutamos um grupo controle, pareado por idade e índice de massa corporal, composto de 14 indivíduos sadios, segundo resultados do exame clínico, eletrocardiograma, ecocardiograma e teste ergoespirométrico, sem uso de qualquer medicação e não engajados em programas formais de exercício físico, cujas características encontram-se na
Este estudo foi aprovado pela Comissão de Ética Para Análise de Projetos de Pesquisa do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da USP e pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital Procardíaco (Rio de Janeiro) e todos os voluntários assinaram o termo de consentimento após receber os esclarecimentos necessários.
Todos os indivíduos foram avaliados por meio da ergometria realizada em esteira rolante (ATL10200, Inbramed, Brasil) com análise simultânea da ventilação pulmonar e gases expirados através de analisador metabólico (
O limiar anaeróbio foi determinado por três examinadores experientes e definido quando ocorria concordância de, pelo menos dois deles, obtido em todos os casos. Os critérios utilizados foram 13,14: aumento não linear da ventilação, ou seja, exponenciação da curva de ventilação, ponto de início da elevação consistente da curva do equivalente ventilatório de oxigênio e elevação da curva referente à fração expirada de oxigênio.
A determinação da massa muscular de coxas foi realizada por meio da ressonância magnética com o paciente em decúbito dorsal. Os exames foram executados em um equipamento Signa 1,5 T Horizon LX 8.2, General Electric, com bobina de torso, EUA. As sequências processadas foram T1
Todas as variáveis apresentaram distribuição normal e homogenidade das variâncias. Portanto, utilizamos procedimentos paramétricos para todas as análises. Utilizou-se o teste t de Student para amostras independentes na comparação dos resultados entre pacientes e controles. O coeficiente de correlação de Pearson foi utilizado para medir o grau de associação entre cada par de variáveis, tendo como valor crítico para o número de pacientes estudados 0,323 e para o grupo controle 0,426. A análise de regressão linear pelo método dos mínimos quadrados foi empregada para determinar a equação do primeiro grau, que descreve a relação entre VE e VCO2. Em todos os casos, o coeficiente de correlação foi >0.95. O coeficiente angular (
Os resultados das variáveis obtidas na ergoespirometria e ressonância magnética encontram-se na
A
Em nosso estudo houve uma correlação entre a massa muscular esquelética de coxas e as variáveis obtidas no teste ergoespirométrico em portadores de insuficiência cardíaca. Houve, também, correlação entre massa muscular e variáveis, não só no pico do esforço, mas inclusive no limiar anaeróbio.
Verificamos semelhanças quantitativas da massa muscular obtida pela ressonância magnética nos portadores de insuficiência cardíaca e no grupo controle. Achado que pode ser explicado pelo fato dos pacientes serem estáveis e não caquéticos.
O limiar anaeróbio foi utilizado na avaliação funcional dos pacientes e apresentou valores mais elevados no grupo controle (p < 0,001). Consiste em um parâmetro obtido em intensidades submáximas de esforço que acompanham a maioria das atividades quotidianas dos pacientes e é utilizado para programação de atividade física18,19.
Merece atenção, na presente pesquisa, o comportamento do coeficiente angular
Outros estudos obtiveram uma relação inversa e significativa da massa muscular e o
A participação dos fatores hemodinâmicos nesta pesquisa, foi avaliada pelo pulso de O222,23, que se correlaciona com o volume sistólico24. Encontramos, no grupo dos portadores de insuficiência cardíaca, uma relação direta e significativa do pulso de oxigênio com a massa muscular no pico do esforço e no limiar anaeróbio. O comportamento desta variável hemodinâmica, correlacionada à musculatura esquelética, não foi encontrado na literatura pesquisada. Pode-se admitir que os valores reduzidos do pulso de oxigênio durante o exercício, obtidos em todos os pacientes, ocasionem modificações hemodinâmicas secundárias que interferem na massa muscular com elevação da diferença arteriovenosa de oxigênio.
Uma relação direta e significativa da massa muscular esquelética com o consumo de oxigênio no pico do esforço foi obtida no nosso estudo, cujos valores são similares aos demonstrados por outros autores25,26.
De acordo com a hipótese muscular27, a limitação funcional desses pacientes teria sido atribuída à ação de fatores metabólicos e estruturais na musculatura esquelética, que desencadeia o ergorreflexo, com elevação da atividade simpática, conseqüente vasoconstrição periférica, conduzindo a disfunções ventilatórias28.
Outra pesquisa sobre a massa muscular esquelética foi a de Toth e cols.29, avaliando 14 pacientes com insuficiência cardíaca, classe funcional III (NYHA), estáveis e não caquéticos, e 52 normais, obtendo valores da massa muscular de insuficiência cardíaca, 3200±400g e indivíduos normais, 3300±600g (NS), e relação significativa com o consumo de oxigênio no pico do esforço. Nesse trabalho foi aplicada a mesma metodologia do nosso estudo, com resultados, praticamente, superpostos. Toth e cols. concluíram que fatores qualitativos e não quantitativos na musculatura esquelética interferem na condição funcional desses pacientes, porem, não foram estudados os fatores ao nível do limiar anaeróbio.
As alterações intrínsecas da musculatura esquelética que exercem influência na atividade física foram demonstradas em vários estudos, como o de Massie e cols.30 que encontraram uma mudança metabólica na musculatura esquelética com redução da atividade oxidativa das enzimas, avaliando 18 pacientes, classe funcional III (NYHA) com relação inversa e significativa da relação das fibras musculares tipo II ab com o VO2 pico.
Vale citar o estudo de Okita e cols.31 que relacionou a tolerância ao exercício, avaliada no VO2 pico, com a depleção da fosfocreatina e a redução do pH na musculatura esquelética de 12 pacientes com insuficiência cardíaca e sete controles. A forte relação do consumo de oxigênio no pico do esforço com a acidose celular comprovou que essas alterações intrínsecas constituem um importante fator limitante do exercício.
Um aspecto avaliado no nosso estudo e não encontrado nas publicações pesquisadas foi a relação da massa muscular com o consumo de oxigênio no momento do limiar anaeróbio. Nos portadores de insuficiência cardíaca esta relação foi direta e significativa, sem significância nos indivíduos normais. Este achado demonstra que quanto mais alterada a massa muscular, menor a tolerância à lactoacidemia durante o exercício, com redução da capacidade funcional nesses pacientes.
Em conclusão, verificamos que portadores de insuficiência cardíaca apresentam uma correlação entre massa muscular esquelética de coxas e variáveis ventilatórias e hemodinâmicas no limiar anaeróbico e no pico do esforço, participando dos mecanismos que reduzem a capacidade física.
ndereço para correspondência Ricardo Vivacqua C. Costa Av. Afrânio de Melo Franco, 365/101 Cep 22430-060 - Rio de Janeiro, RJ E-mail:
Recebido para publicação em 4/11/02
Aceito em 31/3/03