abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil VqQpSmGVgLb7QvCsQvR5srn 00008 S0066-782X2006000600008 S0066-782X(06)08600608 10.1590/S0066-782X2006000600008 Artigos Originais Exercício resistido na avaliação da disfunção endotelial na insuficiência cardíaca Carvalho Ricardo Tavares de Vieira Marcelo Luis Campos Romano Ângela Kopel Liliane Lage Silvia G. São Paulo São Paulo Universidade de São Paulo Hospital das Clínicas Instituto do Coração Brazil 06 2006 86 6 459 465 03 12 2005 10 03 2005 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: Avaliar o uso de exercício físico resistido no estudo da disfunção endotelial na insuficiência cardíaca comparativamente à hiperemia reativa (HR). MÉTODOS: Dezoito portadores de insuficiência cardíaca (IC) e 15 voluntários realizaram esforço físico manual de preensão intermitente em bolsa pneumática com intensidade correspondente a 75% da carga máxima previamente avaliada. Foram avaliados por ultra-sonografia vascular de alta resolução para análise dos diâmetros da artéria braquial e fluxos bem como determinação do débito cardíaco em repouso, após HR e após exercício. Foram calculados o índice de fluxo sistólico na artéria braquial e o índice cardíaco. RESULTADOS: Houve aumento do índice de fluxo sistólico na artéria braquial nas condições HR e exercício físico sendo maior nessa última. Houve aumento do índice cardíaco nas condições de estudo comparativamente ao repouso. CONCLUSÃO: O exercício físico resistido, na carga avaliada, aumenta o fluxo sanguíneo local de forma mais intensa que a HR, constituindo-se numa opção fisiológica à avaliação da disfunção endotelial na IC .

 Disfunção endotelial insuficiência cardíaca exercício 26 06 2006

ARTIGOS ORIGINAIS

INSUFICIÊNCIA CARDÍACA

Exercício resistido na avaliação da disfunção endotelial na insuficiência cardíaca

Ricardo Tavares de Carvalho; Marcelo Luis Campos Vieira; Ângela Romano; Liliane Kopel; Silvia G. Lage

Instituto do Coração do Hospital das Clínicas – FMUSP - São Paulo, SP

Correspondência

RESUMO

OBJETIVO: Avaliar o uso de exercício físico resistido no estudo da disfunção endotelial na insuficiência cardíaca comparativamente à hiperemia reativa (HR).

MÉTODOS: Dezoito portadores de insuficiência cardíaca (IC) e 15 voluntários realizaram esforço físico manual de preensão intermitente em bolsa pneumática com intensidade correspondente a 75% da carga máxima previamente avaliada. Foram avaliados por ultra-sonografia vascular de alta resolução para análise dos diâmetros da artéria braquial e fluxos bem como determinação do débito cardíaco em repouso, após HR e após exercício. Foram calculados o índice de fluxo sistólico na artéria braquial e o índice cardíaco.

RESULTADOS: Houve aumento do índice de fluxo sistólico na artéria braquial nas condições HR e exercício físico sendo maior nessa última. Houve aumento do índice cardíaco nas condições de estudo comparativamente ao repouso.

CONCLUSÃO: O exercício físico resistido, na carga avaliada, aumenta o fluxo sanguíneo local de forma mais intensa que a HR, constituindo-se numa opção fisiológica à avaliação da disfunção endotelial na IC .

Palavras-chave: Disfunção endotelial, insuficiência cardíaca, exercício.

A insuficiência cardíaca (IC) caracteriza-se pelo comprometimento do desempenho ventricular com limitação física progressiva dos indivíduos acometidos à medida que a doença evolui. Entretanto, um dos dados mais interessantes dessa síndrome é que o grau de disfunção ventricular não está relacionado com a capacidade funcional avaliada pela tolerância ao esforço físico1-3. Embora as alterações centrais (cardíacas) iniciem e perpetuem a IC, a maior limitação ao exercício é periférica, envolvendo alterações no transporte e consumo de oxigênio4.

A base fisiopatológica desse dado consiste na presença de modificações histológicas e metabólicas nas fibras musculares esqueléticas5,6, bem como na capacidade dos vasos distribuírem o fluxo sangüíneo aos músculos em atividade.

As características funcionais dos vasos periféricos são importantes determinantes do desempenho do ventrículo esquerdo na IC e estão sujeitas a ação de substâncias liberadas pelo endotélio em resposta ao fluxo local7. Entre elas destaca-se o óxido nítrico (NO). Além disso, a resposta vascular não dependente do endotélio pode também estar alterada nesses pacientes8-10.

A disfunção endotelial é um fenômeno sistêmico. Ela pode ser avaliada por métodos celulares e moleculares11,12 em animais. Em seres humanos destaca-se a avaliação da vasodilatação mediada por fluxo em território periférico13.

Com a descrição do uso da HR como método de avaliação da disfunção endotelial dependente de fluxo14, passou-se a utilizar amplamente esse recurso. Entretanto, apenas recentemente houve padronização dessa técnica15.

O exercício físico também pode ser utilizado na avaliação da função endotelial. A base dessa observação está no aumento do fluxo sangüíneo nos territórios em atividade16,17.

Sessões diárias de exercícios têm se mostrado benéficas em aumentar a expressão de NO em indivíduos normais e aumentar a vasodilatação dependente do endotélio nos pacientes com IC18,19. Uma revisão de estudos randomizados e controlados corrobora o efeito benéfico do exercício físico na IC20. O aumento do débito cardíaco que ocorre durante o exercício aumentaria a força de cisalhamento sobre o endotélio e, assim, a expressão de NO. Não é consenso que a isquemia relativa produzida durante a atividade muscular localizada seja um estímulo suficiente para causar vasodilatação.

Dessa forma, testamos a hipótese de que o exercício resistido possa ser eficaz na avaliação da disfunção endotelial na IC e seja comparável à hiperemia reativa (HR).

MÉTODOS

Foram estudados 33 indivíduos com idade entre 18 e 65 anos, divididos em dois grupos: 18 pacientes portadores de insuficiência cardíaca congestiva (grupo ICC) e 15 voluntários normais (grupo NL) (tab.1).

No grupo ICC, a fração de ejeção do ventrículo esquerdo ao ecocardiograma, para inclusão no estudo, foi menor do que 40%.

Foram excluídos do estudo pacientes portadores de insuficiência coronária, hipertensão arterial sistêmica, marcapasso definitivo, arritmias cardíacas incluindo extra-sístoles supraventriculares e ventriculares freqüentes, flutter e fibrilação atriais, bloqueio atrioventricular do II e III grau. Além disso, foram excluídos pacientes portadores de doença pulmonar obstrutiva crônica, diabete melito, insuficiência renal, insuficiência hepática, gestantes, dislipidêmicos e tabagistas.

A medicação habitual foi suspensa em todos os pacientes antes do estudo em intervalo mínimo de doze horas.

Os pacientes estavam clinicamente compensados e sem edema periférico.

A causa da insuficiência cardíaca foi cardiomiopatia dilatada em sete casos, cardiomiopatia chagásica em nove casos, cardiomiopatia alcoólica em um caso e cardiomiopatia secundária ao uso de quimioterápicos em um caso.

A fração de ejeção média do ventrículo esquerdo avaliada pelo ecocardiograma em repouso foi de 0,31 ± 0,05.

Baseado na classificação funcional da NYHA, nove pacientes encontravam-se em classe funcional II, cinco em classe funcional III, e quatro pacientes em classe funcional IV.

Protocolo de estudo - O estudo foi realizado com os pacientes em posição supina e iniciado após pelo menos vinte minutos de repouso em ambiente silencioso, pouco iluminado e com temperatura controlada (21ºC).

Antes do início do estudo, foi avaliada a capacidade máxima de preensão com a mão esquerda por meio de dinamômetro manual com escala em quilogramas (kg) e, depois, em uma bolsa pneumática acoplada a uma escala de pressão em milímetros de mercúrio (mmHg). Foi solicitado a cada indivíduo que realizasse três preensões máximas. O valor considerado como força máxima foi a média aritmética da força nas três preensões realizadas na bolsa pneumática21. Esse dado foi usado para o cálculo da carga de exercício a ser aplicada.

Foi feita a correlação entre as duas medidas (r = 0,90, p < 0,01 n = 33). Foram utilizadas, no estudo, apenas as medidas feitas com a bolsa pneumática, pois somente dessa forma era possível que o indivíduo conseguisse adequar a força realizada pela visualização da coluna na qual se encontrava marcado o ponto até onde deveria elevar o mercúrio.

O ritmo cardíaco foi monitorado com eletrocardiograma para realização da ecocardiografia.

Ultra-sonografia vascular de alta resolução foi realizada para a captação de imagens das curvas de velocidade de fluxo sangüíneo, por Doppler, na artéria braquial, bem como imagens em corte longitudinal desse vaso, simultaneamente ao registro de eletrocardiograma, para medida do diâmetro arterial.

Dentro do protocolo de estudo foram avaliados inicialmente, em repouso, o diâmetro arterial e a curva de velocidade de fluxo (condição B1). Em seguida, foi avaliada a resposta vascular pela HR após cinco minutos de oclusão com manguito em antebraço esquerdo, insuflado com pressão de 200 mmHg (condição HR). Após trinta minutos de repouso, os parâmetros de diâmetro e velocidade de fluxo na artéria braquial foram reavaliados como uma nova condição basal (condição B2). Em seguida, foi fornecida a cada indivíduo a mesma bolsa pneumática com a qual realizaram a avaliação da força de preensão máxima, e foi solicitado que efetuassem movimentos repetidos de preensão e relaxamento, com a mão esquerda, com 75% da carga máxima (condição EX75), em adaptação de protocolo desenvolvido para esse fim21. Após o primeiro minuto de exercício foram avaliados os parâmetros já descritos em território braquial.

O débito cardíaco foi avaliado pelo ecocardiograma, modo bidimensional, durante cada fase do estudo imediatamente após a análise dos parâmetros periféricos. Isso foi feito para avaliar se existia relação entre o aumento de fluxo local e o aumento de débito que poderia ocorrer com o exercício.

Aquisição dos diâmetros arteriais - Equipamento de ultra-sonografia (Apogee 800 plus, ATL Inc., Bothell WA, USA) com transdutor plano de alta resolução vascular de 5-10MHz, foco automático, foi utilizado para aquisição da imagem bidimensional, em corte longitudinal, da artéria braquial, a aproximadamente 5 cm distal à prega do cotovelo. O transdutor foi posicionado a 90 graus do vaso, de tal forma que se pudesse ver as paredes do vaso. A aquisição das imagens do diâmetro vascular na condição HR foi feita ao término do primeiro minuto após a liberação do manguito de pressão e, nas condições de exercício, ao término do primeiro minuto após o início do exercício. A obtenção das imagens arteriais foi realizada sempre pelo mesmo observador, acoplada ao registro simultâneo do sinal eletrocardiográfico. Foram gravadas em fitas de videocassete para posterior determinação do diâmetro arterial.

A gravação em videocassete foi utilizada para que, baseado no registro eletrocardiográfico, as imagens fossem selecionadas no momento da expansão sistólica, correspondente aos primeiros 60 milissegundos da onda T. Para a determinação do diâmetro arterial foi utilizado um programa de computador especialmente desenvolvido para essa finalidade22 (fig.1).

Fluxo arterial periférico - Um equipamento de ultra-sonografia (Apogee -800 plus, ATL Inc., Bothell Wa, USA), com transdutor plano de alta resolução vascular de 5,0–10,0 MHz, foi empregado para avaliação da velocidade de fluxo na artéria braquial, utilizando-se o Doppler pulsado.

As imagens das curvas de velocidade de fluxo arterial, acopladas ao registro simultâneo do eletrocardiograma, foram adquiridas sempre pelo mesmo observador e gravadas em fitas de videocassete. Cinco imagens foram selecionadas e gravadas em computador equipado com videoframe grabber (Willow PublishersVGA, Willow Peripherals, Inc., Bronx, NY, USA), para posterior análise. A seguir, assinalava-se o ponto da curva referente a velocidade sistólica máxima (*) (fig.2). A quantificação da velocidade sistólica máxima de fluxo arterial foi realizada empregando-se um programa de computador desenvolvido para essa finalidade.

Na condição HR foi analisada sempre a curva de velocidade de fluxo do primeiro batimento após a liberação do manguito de pressão (fig.3). Na condição de exercício foram analisadas sempre as curvas de velocidade do quinto batimento da fase de relaxamento muscular (fig. 4).

Uma vez mensuradas as velocidades de fluxo e os diâmetros arteriais em sístole, calculou-se o índice de fluxo sistólico (IFS) pela fórmula:

onde: AST (área da seção transversa do vaso)= p.raio2, Vsi: velocidade de pico sistólico (m/s), SC: superfície corpórea (m2) e 0,06 é o fator de correção necessário para conversão das unidades para l/min.

Avaliação cardíaca - A avaliação cardíaca foi feita utilizando-se equipamento de ultra-sonografia (Apogee-800 plus, ATL Inc., Bothell Wa, USA), com transdutor setorial mecânico de 3 MHz. Foram realizados, sempre pelo mesmo observador, o ecocardiograma modo M e o bidimensional, além do estudo dos fluxos intracardíacos com Doppler pulsátil. O ecocardiograma Doppler foi gravado em fitas de videocassete. Todas as quantificações foram realizadas a partir das imagens gravadas em três a cinco batimentos, sendo o valor médio dessas medidas considerado para a análise.

As imagens do ecocardiograma bidimensional foram adquiridas segundo as normas da Sociedade Americana de Ecocardiografia23.

O corte longitudinal paraesternal esquerdo ao modo bidimensional foi utilizado para a mensuração do diâmetro do anel aórtico, necessária para o cálculo do volume sistólico. O fluxo sistólico da via de saída do ventrículo esquerdo foi obtido a partir do corte apical, sendo a integral de velocidade de fluxo determinada por software próprio do equipamento de ultra-som. O volume sistólico (VS) foi então calculado com a seguinte fórmula:

VS = IVF . AST

onde: IVT: integral da velocidade de fluxo e AST: área da secção transversa do anel aórtico.

A freqüência cardíaca foi obtida com base no intervalo RR do eletrocardiograma. O débito cardíaco foi calculado como produto do volume sistólico pela freqüência cardíaca. Dividindo-se o débito cardíaco pela superfície corpórea obteve-se o índice cardíaco.

Análise estatística - Para averiguar o comportamento dos grupos consi-derando as condições estudadas fez-se uso da técnica de análise de variância com medidas repetidas (TIMM, 1975). A técnica de análise de variância com medidas repetidas pressupõe distribuição normal dos dados. O nível de significância utilizado para os testes foi de 5%. Os cálculos foram realizados pelo sistema SAS (Statistical Analysis System) (SAS, 1989).

RESULTADOS

Para o grupo normal, os valores das médias dos índices de fluxo sistólico na artéria braquial foram, para as condições basais (B1e B2) e para as condições pós-HR e esforço com 75% da carga máxima (EX75), respectivamente: 0,25 ± 0,08 l/min/m2; 0,20 ± 0,06 l/min/m2; 0,48 ± 0,17 l/min/m2 e 0,60 ± 0,24 l/mim/m2.

Para o grupo ICC, as médias dos índices do fluxo sistólico na artéria braquial nas condições basais (B1, B2) foram, respectivamente: 0,19 ± 0,08 l/min/m2 e 0,21 ± 0,09 l/min/m2. Nas condições HR e exercício com 75% da carga máxima (EX75), as médias dos índices de fluxo sistólico em território braquial foram, respectivamente: 0,43 ± 0,14 l/min/m2 e 0,45 ± 0,18 l/min/m2 .

Houve correlação positiva e significante entre os índices de fluxo sistólico nas condições HR e EX75 (r = 0,66, p = 0,005)

Os grupos não apresentaram diferença significante de comportamento ao longo das avaliações realizadas (p = NS). Os grupos não apresentaram diferença significante entre suas médias em cada um dos momentos avaliados (p = NS). Houve alteração desse parâmetro ao longo das avaliações (p < 0,001) para os dois grupos.

Analisando as médias dos índices de fluxo sistólico nas condições de estímulo (HR, EX75) observamos que não houve diferença significante entre elas (p = NS).

Na comparação entre os basais e as condições que os sucederam (B1xHR e B2xEX75) houve diferença significante em todas as avaliações realizadas, para os dois grupos (p < 0,001) (fig.5).

Para o grupo ICC, as médias dos índices cardíacos nas condições basal e após exercício com 75% da carga máxima foram, respectivamente, 1,93 ± 0,35 L/min/m2 e 2,01 ± 0,39 L/min/m2 (p < 0,001).

A análise das variações percentuais dos parâmetros foi feita avaliando-se o dado em uma condição pós-estímulo, considerado-o relativamente ao seu respectivo basal. Dessa forma, chamamos de delta 1 (D1) aquele observado entre as condições B1 e HR, e delta 2 (D2) aquele observado entre as condições B2 e EX75.

As variações percentuais das médias dos índices de fluxo sistólico da artéria braquial (D1 e D2) para o grupo ICC foram, respectivamente: 134,1 ± 48,5% e 208,3 ± 96,5%. Para o grupo normal os mesmos parâmetros foram, respectivamente: 94,5 ± 56,8% e 193,3 ± 90,1%. Os grupos não apresentaram diferença de comportamento (p = NS) e nem entre as médias, tanto no D1 como no D2 (p = NS). Houve diferença entre as condições 1 (B1 e HR) e 2 (B2 e EX75) para os dois grupos (p < 0,001). O D1 apresentou diferença significante com o D2 (p < 0,001) (fig.6).

DISCUSSÃO

Este estudo traz a proposta de uma nova metodologia na avaliação da reatividade vascular dependente de endotélio.

A prática de exercícios físicos tem sido cada vez mais difundida na IC24,25. Apesar disso, são poucos os estudos que associam essa prática à resposta hemodinâmica periférica nesses pacientes18,26.

Estudamos pacientes clinicamente compensados, principalmente no que diz respeito à presença de edema periférico. Esse fator pode interferir na resposta vasodilatadora em razão do aumento da rigidez vascular27, relacionada ao aumento da taxa de sódio na parede do vaso. Além disso, o edema pode levar a aumento de pressão tecidual com compressão mecânica dos capilares da microcirculação28.

Na condição EX75, a escolha do quinto batimento na fase de relaxamento foi feita de forma a facilitar a padronização da análise das curvas de velocidade de fluxo, já que esta apresenta decaimento rápido e progressivo até a sua normalização, no decorrer do tempo (fig. 4).

A escolha do esforço manual envolvendo pequena massa muscular, em vez de exercício utilizando os membros inferiores, pareceu-nos uma intervenção fisiologicamente mais interessante. A avaliação da resposta vascular a um esforço submáximo estaria mais compatível com a realidade dos pacientes limitados para atividade física e que desempenhem tarefas domésticas que exijam maior resistência muscular do que condicionamento aeróbio.

No estudo em questão não foi possível observar diferença no fluxo sangüíneo local, mesmo sob carga elevada, entre a HR e o exercício localizado. Entretanto, em termos porcentuais, a variação de fluxo pós-exercício foi mais intensa que pós-HR, principalmente levando-se em conta que a análise pós-exercício foi feita no quinto batimento após interrupção desse, e não no primeiro batimento como na condição HR.

Na avaliação do fluxo em panturrilha e em antebraço, após cinco minutos de isquemia local, em pacientes com IC compensados, sem edemas, e em indivíduos normais de idade semelhante observou-se diminuição do fluxo, comparativamente aos voluntários normais, apenas na panturrilha29. Neste estudo também não ocorreu diferença do fluxo em antebraço entre os dois grupos.

Assim, sugere-se que as anormalidades vasculares na ICC sejam regionalmente específicas não só pelas diferenças de fluxo observadas em territórios distintos, mas também pela distribuição do fluxo dentro do próprio músculo, favorecendo fibras oxidativas30.

Além disso, é possível que, hierarquicamente, à medida que a ICC progrida, as alterações inicialmente evidentes em membros inferiores passem a ocorrer também em membros superiores. Dessa forma, parece que a disparidade entre os estudos que avaliam reatividade vascular na insuficiência cardíaca diante de exercício se deve à diferenciação quanto à gravidade, ao estado de compensação clínica da população estudada e ao tipo de estímulo empregado (aeróbio, exercício contra resistência, cargas distintas e do território muscular avaliado).

Salientamos que, do ponto de vista metodológico, os estudos não-invasivos utilizando ultra-som arterial são mais apropriados e acurados para a análise em membros superiores do que para os inferiores.

Concluímos que o estudo de um território muscular menor, que mimetiza as atividades diárias tanto pelo tipo de trabalho como pela carga, demonstrou que o exercício com 75% da carga máxima aumentou o fluxo periférico de forma mais intensa que a HR, em termos porcentuais. Assim, é possível afirmar que a avaliação da reatividade vascular utilizando exercício resistido seja uma opção fisiológica, mais confortável, de fácil realização e comparável à HR no estudo da vasodilatação mediada pelo endotélio.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.

Correspondência:

Ricardo Tavares de Carvalho

Av. Dr. Enéas de Carvalho Aguiar, 44

05403-900 – São Paulo, SP

E-mail:

ricardo.carvalho@incor.usp.br

Recebido em 10/03/05

Aceito em 08/12/05

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A double-blind, placebo controlled trial Circulation. 1989 491 502 79 Drexler H Banhardt U Meinertz T Wollschläger H Lehmann M Just H. Original Articles Resistive exercise in the evaluation of endothelial dysfunction in heart failure

OBJECTIVE: To evaluate the use of resistive exercise in the study of endothelial dysfunction in heart failure (HF) comparatively to reactive hyperemia (RH). METHODS: Eighteen patients with heart failure and 15 normal volunteers were submitted to intermittent handgrip exercise in a pneumatic bag, at an intensity that corresponds to 75% of the previously assessed maximum load. Patients underwent high-resolution vascular ultrasonography for brachial artery diameter and flow evaluation as well as cardiac output determination at rest, RH and after exercise. The systolic flow index in the brachial artery and cardiac index were calculated. RESULTS: Systolic flow index increase in the brachial artery was observed after RH and physical exercise, with the latter presenting the highest increase. There was an increase in the cardiac index after the study conditions in comparison to resting conditions. CONCLUSION: Resistive exercise, performed at the assessed load, increases blood flow more intensively than RH, constituting a physiological option for the evaluation of endothelial function in HF.

 Endothelial dysfunction heart failure exercise

ORIGINAL ARTICLES

Resistive exercise in the evaluation of endothelial dysfunction in heart failure

Ricardo Tavares de Carvalho; Marcelo Luis Campos Vieira; Ângela Romano; Liliane Kopel; Silvia G. Lage

Instituto do Coração do Hospital das Clínicas – FMUSP - São Paulo, SP - Brazil

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ABSTRACT

OBJECTIVE: To evaluate the use of resistive exercise in the study of endothelial dysfunction in heart failure (HF) comparatively to reactive hyperemia (RH).

METHODS: Eighteen patients with heart failure and 15 normal volunteers were submitted to intermittent handgrip exercise in a pneumatic bag, at an intensity that corresponds to 75% of the previously assessed maximum load. Patients underwent high-resolution vascular ultrasonography for brachial artery diameter and flow evaluation as well as cardiac output determination at rest, RH and after exercise. The systolic flow index in the brachial artery and cardiac index were calculated.

RESULTS: Systolic flow index increase in the brachial artery was observed after RH and physical exercise, with the latter presenting the highest increase. There was an increase in the cardiac index after the study conditions in comparison to resting conditions.

CONCLUSION: Resistive exercise, performed at the assessed load, increases blood flow more intensively than RH, constituting a physiological option for the evaluation of endothelial function in HF.

Key words: Endothelial dysfunction, heart failure, exercise.

Heart failure (HF) is characterized by the impairment of the ventricular function, with progressive physical limitation of affected individuals as the disease advances. However, one of the most remarkable facts regarding this syndrome is that the severity of ventricular dysfunction is not related to the functional capacity assessed by exercise tolerance1-3. Although the central (cardiac) alterations start and perpetuate the HF, the main limitation to exercise is of peripheral origin, involving alterations in oxygen transportation and consumption4.

The physiopathological basis of this fact consists in the presence of histological and metabolic modifications in the skeletal muscle fibers5,6, as well as alterations in the capacity of the vessels to distribute flow to muscles.

The characteristics of peripheral vessels are important determinants of left ventricular function in HF and are subject to the action of substances released by the endothelium in response to local flow7. Among these substances, nitric oxide (NO) is particularly relevant. Additionally, the endothelial-independent vascular response can also be altered in such patients8-10.

Endothelial dysfunction is a systemic phenomenon and can be assessed by cellular and molecular methods11-12 in animals. In humans, it is noteworthy the assessment of flow-mediated vasodilation in peripheral sites13.

With the description of RH utilization as an assessment method of flow-dependent endothelial dysfunction14, this technique started to be extensively employed; however, only recently this assessment method has been standardized15.

Physical exercise can also be utilized for endothelial function assessment. The basis of this observation is in the increase of blood flow in active muscular sites16,17.

Daily exercise sessions has shown to be beneficial for the increase of NO expression in normal individuals and for endothelial-dependent vasodilation increase in HF patients18,19. A review of randomized and controlled studies corroborates the beneficial effect of physical exercise in HF20. The cardiac output increase that occurs during the exercise would augment shear stress, and thus, NO expression. It is not a consensus that the relative ischemia produced during localized muscular activity is enough stimulation to cause vasodilation.

Therefore, we tested the hypothesis that resistive exercise can be effective in assessing endothelial dysfunction in HF and it is comparable to reactive hyperemia.

METHODS

Thirty-three individuals aged between 18 and 65 yrs were studied. They were divided in two groups: 18 patients with congestive heart failure (CHF group) and 15 normal volunteers (NL group) (Table 1).

In the CHF group, left ventricular ejection fraction < 40% at the echocardiogram was the inclusion criterion for the study. Patients with coronary insufficiency, hypertension, permanent pacemaker, cardiac arrhythmias including frequent ventricular and supraventricular extrasystoles, atrial flutter and fibrillation and II-III degree atrioventricular block were excluded from the study.

The usual medication was withdrawn in all patients before the study for at least twelve hours. Patients were clinically stable with no peripheral edema.

The cause of heart failure was defined as dilated cardiomyopathy in 7 cases, Chagas' cardiomyopathy in 9 cases, alcoholic cardiomyopathy in 1 case and cardiomyopathy secondary to chemotherapy in 1 case. Left ventricular ejection fraction assessed by echocardiogram at rest was 0.31±0.05. Based on the NYHA functional classification, nine patients were class II, five were class III and 4 patients were class IV.

Study Protocol - Each subject was asked out with patients in the supine position and it was started after at least a 20- minute resting period in a quiet, dimly illuminated and temperature-controlled environment (21ºC).

Before the study was started, the maximum left hand grip strength was measured using a kilogram (kg) scale dynamometer and afterward a pneumatic bag coupled to a pressure scale in millimeters of mercury (mmHg). Each individual was asked to perform three maximum handgrip movements. The value considered as maximum handgrip strength was the arithmetical mean of the strength obtained at the three gripping movements performed with the pneumatic bag21. This value was used for the calculation of the exercise load to be applied.

The correlation between the two measurements was carried out (r = 0.90, p < 0.01, n= 33). Only the measurements carried out with the pneumatic bag were utilized in the study, as this was the only way for the individual to control the strength to be applied, according to what had been previously established.

Cardiac rhythm was monitored by electrocardiogram for the echocardiogram to be performed.

High-definition vascular ultrasonography was carried out in order to acquire blood flow velocity curves, by Doppler, in the brachial artery, as well as longitudinal-cut images of this vessel simultaneously to the electrocardiogram recording, for arterial diameter measurement.

In the study protocol, the arterial diameter and flow velocity curve were initially evaluated at rest (B1condition). Afterward, the vascular reactivity was evaluated by reactive hyperemia after a 5-minute cuff occlusion in the left forearm, insufflated with a 200 mmHg pressure (HR condition). After a 30-minute rest, brachial artery diameter and flow velocity parameters were reassessed under a new basal condition (B2 condition). After that, each subject received the same pneumatic bag which was utilized to assess maximum handgrip strength capacity and they were asked to performed repeated gripping and relaxation movements with the left hand, with 75% of the maximum load (EX75 condition), in a protocol adaptation developed for this purpose21. After the first minute of exercise, the aforementioned parameters in brachial territory were assessed.

Cardiac output was evaluated by echocardiogram, using bidimensional mode, during each phase of the study immediately after the analysis of the peripheral parameters. This was performed to verify whether there was a correlation between the increase of local flow and the output increase that could take place because of exercise.

Acquisition of arterial diameters - An ultrasonography device (Apogee 800 plus, ATL Inc., Bothell WA, USA) equipped with a high-resolution vascular plane transducer of 5-10 MHz with automatic focus adjustment was utilized to acquire the bidimensional images at longitudinal cuts of the brachial artery, at approximately 5 cm distal to the elbow fold. The transducer was positioned at 90º to the vessel, so the vessel walls could be visualized. The image acquisition of the vascular diameter under reactive hyperemia was carried out one minute after cuff-occlusion release, and under the exercise conditions, one minute after exercise beggining. The acquisition of arterial images was carried out by the same observer, coupled to the simultaneous recording of the electrocardiographic signal. They were recorded in VHS tapes for posterior determination of the arterial diameter.

The VHS recording was utilized so that, based on the electrocardiographic recording, the images could be selected at the moment of systolic expansion, which corresponds to the first 60 milliseconds of the T wave. A computer software, which was specially developed for this purpose, was utilized to determine the arterial diameter22 (Fig. 1).

Peripheral arterial flow - An ultrasonography device (Apogee.-800 plus, ATL Inc, Bothell Wa, USA), equipped with a high-resolution vascular plane transducer of 5-10 MHz was utilized for the evaluation of the brachial artery blood flow velocity, using a pulsatile Doppler.

The arterial flow velocity images, coupled to the simultaneous electrocardiogram recording, were always acquired by the same observer and recorded in VHS tapes. Five images were selected and recorded in a computer equipped with video-frame grabber (Willow Publishers VGA, Willow Peripherals, Inc., Bronx, NY, USA), for posterior analysis. Afterward, the curve point that represented the peak systolic velocity (*) was enhanced (Fig. 2). The quantification of the peak systolic velocity of the arterial flow was carried out through the use of a software developed for this purpose.

In the reactive hyperemia condition, the flow velocity curve of the first heartbeat after cuff-occlusion release was always analyzed (Fig. 3). In the exercise condition, the velocity curves of the fifth heartbeat of the muscle relaxation phase were analyzed (Fig. 4).

After the flow velocity and arterial diameters during systole are measured, the systolic flow index (SFI) is calculated using the following formula:

where TSA (transverse sectional area of the vessel) = p.radius2, Vsi = peak systolic velocity (m/s), BS= body surface area (m2) and 0.06 is the correction factor necessary for the conversion of the units to l/min.

Cardiac assessment - Cardiac assessment was carried out using an ultrasonography device (Apogee-800 plus, ATL Inc, Bothell Wa., USA), with a setorial 3 MHz mechanical transducer. The M-mode echocardiogram and the bidimensional echocardiogram were always performed by the same observer, as well as the study of intracardiac flow using pulsatile Doppler device. The Doppler echocardiogram was recorded in VHS tapes. All quantifications were carried out based on the images recorded in 3 to five heartbeats, and the mean value of the measurements was considered for the analysis.

The bidimensional echocardiogram images were acquired according to the guidelines of the American Society of Echocardiography23.

The bidimensional left parasternal longitudinal cut was utilized for the measurement of left ventricular outflow diameter, necessary for the calculation of the systolic volume. The systolic flow of the left ventricle outflow tract was obtained from the apical cut, with the integral of the flow velocity being determined through the use of an adequate software for the ultrasound equipment. The systolic volume (SV) was then calculated based on the following formula:

SV = FVI .TSA

where: FVI=flow velocity integral and TSA = transverse sectional area of the aortic ring.

Heart rate was obtained based on the RR interval of the electrocardiogram. Cardiac output was calculated as the product of the systolic volume and heart rate. The cardiac index was obtained dividing the cardiac output by the body surface area.

Statistical analysis - To analyze the behavior of the groups considering the studied conditions, repeated measures analysis of variance was utilized (TIMM, 1975). The use of this technique presumes normal distribution of data. Significance level was set at 5%. The calculations were carried out with the SAS system (Statistical Analysis System) (SAS, 1989).

RESULTS

For the normal group, the systolic flow index mean values in brachial artery were 0.25 ± 0.08 l/min/m2 for reactive hyperemia; 0.20 ± 0.06 l/min/m2; 0.48 ± 0.17 l/min/m2 and 0.60 ± 0.24 l/mim/m2, for basal conditions (B1 and B2), for post-reactive hyperemia (RH) and exercise with 75% of the maximum load (EX75), respectively.

For the CHF group, the systolic flow index mean values in brachial territory were 0.19 ± 0.08 l/min/m2 and 0.21 ± 0.09 l/min/m2 for basal conditions (B1 and B2), respectively and 0.43 ± 0.14 l/min/m2 and 0.45 ± 0.18 l/min/m2 for post-reactive hyperemia (RH) and exercise with 75% of the maximum load (EX75), respectively.

There was a positive and significant correlation between the systolic flow indexes in RH and EX75 conditions (r=0.66, p=0.005).

The groups did not present a statistically significant difference regarding behavior during the evaluations performed (p=NS). The groups did not present a significant difference regarding their mean values at each evaluation moment (p=NS). There was an alteration of this parameter during the evaluations (p<0.001) for both groups.

When analyzing the means of the systolic flow index under the stimulation conditions (RH and EX75), no significant difference was observed between them.

The comparison between basal conditions and those that came subsequently (B1XRH and B2XEX75) showed a significant difference in all evaluations performed for both groups (p<0.001) (Fig.5).

For the CHF group, the means of the cardiac index values under basal conditions and after exercise with 75% of the maximum load were, respectively, 1.93 ± 0.35 L/min/m2 and 2.01 ± 0.39 L/min/m2 (p < 0.001).

The analysis of percentage variations was carried out by assessing the value at a post-stimulation condition, and relatively taking into account its respective basal value. Thus, we call delta 1 (D1) that value observed between the B1 and RH conditions, and delta 2 (D2) the one observed between B2 and EX75 conditions.

The percentage variations of the brachial artery systolic flow index means (D1 and D2) for the CHF group were, respectively: 134.1 ± 48.5% and 208.3 ± 96.5%. For the normal group, the same parameters were, respectively: 94.5 ± 56.8% and 193.3 ± 90.1%. The groups did not present differences regarding either behavior (p=NS) or difference between the means in D1 as well as in D2 (p=NS). There was a difference between the conditions 1 (B1 and RH) and 2 (B2 and EX75) for both groups (p< 0.001). D1 showed a significant difference compared to D2 (p<0.001) (Fig. 6).

DISCUSSION

This study proposes a new methodology in the assessment of the endothelium-dependent vascular reactivity. Physical exercises have been increasingly considered in HF24,25. Despite that, few studies have associated this practice to the peripheral hemodynamic response in HF patients18,26.

We studied clinically compensated patients, especially regarding the presence of peripheral edema. This factor can interfere in the vasodilating response due to the increase of vascular stiffness27, related to the increase amount of sodium levels in the vessel wall. In addition, the edema can lead to an increase in tissue pressure with mechanical compression of the capillaries28.

In EX75 condition, the choice of the fifth heartbeat in the relaxation phase was carried out in order to facilitate the standardization of the analysis of flow velocity curves, as there is a rapid and progressive decrease until their normalization, with time (Fig. 4).

The choice of manual stress involving a small muscle mass, instead of exercise utilizing the lower limbs, seemed a more interesting physiologic. The evaluation of the vascular response to a submaximum stress would be more compatible with the reality of patients who present limitations to physical activity and who perform household tasks that demand more muscular resistance than aerobic conditioning.

It was not possible to observe a difference in local blood flow in our study, even under elevated load, between reactive hyperemia and localized exercise. However, in terms of percentage, the variation of post-exercise flow was more intense than post-reactive hyperemia, especially when considering that the post-exercise analysis was carried out at the fifth heartbeat after exercise interruption, and not in the first heartbeat as under the reactive hyperemia condition.

At the evaluation of flow in calf and forearm muscles, after five minutes of local ischemia in patients with compensated HF and no edema, and in normal age-matched individuals, a decrease in blood flow was observed, compared to normal volunteers, only in the calf29. In this study, there was also no difference regarding the blood flow in the forearm between the two groups.

Therefore, it is suggested that vascular abnormalities in CHF are regionally specific not only for the flow differences observed in distinct territories but also for the flow distribution inside the muscle itself, favoring oxidative fibers30.

Additionally, it is possible that, as HF advances, the alterations that were initially evident in lower limbs also start to occur in the upper limbs. Thus, it seems that the disparity among the results that assess vascular reactivity in the presence of exercise in heart failure is due to differentiation regarding disease severity, to the state of clinical compensation of the studied population and the type of stimulation employed (aerobic exercise, resistive exercise, distinct loads and muscular site territory evaluated).

It is noteworthy that, from a methodological point of view, the non-invasive studies utilizing arterial ultrasound are more appropriate and accurate for the analysis in the upper limbs than in the lower limbs.

We conclude that the study of a smaller muscular site that imitates daily activities regarding the type of work as well as the load, demonstrated that the exercise with 75% of the maximum load increased the peripheral flow more intensively than the reactive hyperemia, in percentage terms.

Thus, it is possible that the assessment of vascular reactivity, using resistive exercise, is a physiological, more comfortable and easy to perform option, and that it is comparable to reactive hyperemia in the study of endothelium-mediated vasodilation.

Potencial Conflict of Interest

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

REFERENCES

Ricardo Tavares de Carvalho

Av. Dr. Enéas de Carvalho Aguiar, 44

05403-900 – São Paulo, SP - Brazil

E-mail:

ricardo.carvalho@incor.usp.br

Received on 03/10/05

Accepted on 12/08/05