Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR
As doenças coronarianas, entre elas a aterosclerose, se tornaram a principal causa de morte na civilização moderna1,2. Esse problema é decorrente de muitos aspectos do estilo de vida moderno, entre eles alimentação irregular, tabagismo, ingestão de bebidas alcoólicas em excesso, estresse cotidiano, e principalmente o sedentarismo.
Esses hábitos causam o desenvolvimento de fatores de risco relacionados à aterosclerose. A formação de placas ateroscleróticas ou ateromas está diretamente relacionada a acidentes coronarianos, como o infarto, a doença isquêmica do coração, e a apoplexia3.
A detecção dos estágios primários da aterosclerose pode ser feita pela observação de algumas alterações da parede arterial. Uma dessas alterações é a diminuição da vasodilatação endotélio-dependente, relacionada com altos riscos de desenvolvimento aterosclerótico4. Outra alteração é o espessamento das camadas média-íntima, um estágio primário da aterosclerose5,6, que pode ser monitorado nos indivíduos assintomáticos.
Quando diagnosticadas tais modificações, a prevenção pode evitar a progressão aterogênica, restabelecendo assim a integridade arterial (
A relação do exercício com a vasodilatação endotélio-dependente e com a espessura média-íntima tem sido estudada. No entanto, não é grande o número desse tipo de estudo. Ainda assim, os resultados têm sugerido que o exercício aeróbico é eficiente na melhoria desses índices. Esse trabalho tem por objetivo contribuir com a discussão atual mediante uma revisão de literatura.
Etimologicamente, a palavra aterosclerose vem do grego "
As alterações cardiovasculares são amplamente relatadas na literatura, sendo as principais: aumento do volume do coração, aumento do volume de ejeção, aumento da concentração de eritrócitos e hemoglobina no sangue, diminuição da freqüência cardíaca de repouso e da pressão arterial, melhoria da vascularização periférica, entre outros8-10.
O exercício aeróbico, no qual existe uma exigência predominante de oxigênio, propicia a queima oxidativa de substâncias energéticas, entre elas carboidratos, gorduras e proteínas. A proporção da utilização desses substratos é dependente da intensidade do exercício8.
Além desses benefícios, pelo treinamento aeróbico os pacientes ateroscleróticos podem apresentar melhorias da reatividade arterial e da espessura média-íntima. Estudos11 têm demonstrado que a intensidade moderada, em conjunto com uma regularidade de treino, parece ser mais eficiente na promoção de benefícios à função endotelial. Nos tópicos seguintes, são apresentados estudos verificando a influência do treinamento aeróbico sobre os índices de vasodilatação endotélio-dependente, espessura média-íntima, e fatores de risco coronarianos.
A função endotelial irregular está amplamente relacionada a fatores de risco predisponentes a aterosclerose, como: hipercolesterolemia, obesidade, hipertensão, diabetes e tabagismo. O índice de vasodilatação endotélio-dependente tem sido consistentemente utilizado em estudos como um indicador da função endotelial. Tal índice parece ser capaz de identificar pacientes de alto risco. Ainda assim, maiores investigações necessitam ser feitas para essa afirmação4. Contudo, a utilização da vasodilatação endotélio-dependente gera um parâmetro da condição da integridade arterial, e, por esse motivo, muitos estudos têm utilizado tal avaliação.
Segundo Da Luz e cols.12, o principal motivo da redução da vasodilatação endotélio-dependente está na disfunção do endotélio em responder positivamente ao óxido nítrico. A ativação da guanilato ciclase pelo óxido nítrico encontra-se dificultada em pessoas com disfunção endotelial. Por essa razão, deixa de existir o acúmulo de monofosfato de guanosina cíclica no endotélio, e, conseqüentemente, a vasodilatação endotélio-dependente fica comprometida.
A relação do exercício aeróbico com o índice de vasodilatação endotélio-dependente tem sido estudada, ainda que recentemente não se encontrem muitos estudos sobre o tema. Além disso, os estudos têm utilizado diferentes tipos de exercícios e diferentes tipos de população (normal, hipertensa, coronariana); sendo assim, cada situação deve ser vista especificamente, não podendo haver generalização dos resultados.
Estudos verificaram que o exercício aeróbico regular pode prevenir a perda da vasodilatação endotélio-dependente, além de restaurar os níveis prévios em homens de meia-idade e idosos sedentários13. Quando comparados homens aerobicamente treinados e homens sedentários, os primeiros apresentam uma vasodilatação endotélio-dependente preservada em relação aos sedentários14.
Clarkson e cols.15 encontraram resultados positivos de um programa de dez semanas de exercícios aeróbicos e anaeróbicos em militares saudáveis. O treinamento aumentou a vasodilatação endotélio-dependente nesses indivíduos. Gokce e cols.16 também encontraram um aumento significativo da vasodilatação endotélio-dependente da artéria tibial posterior com um programa de dez semanas de exercício aeróbico moderado, e de predominância de membros inferiores. No entanto, a vasodilatação de membros superiores não aumentou significativamente, talvez em razão da especificidade do exercício proposto.
Ao analisar pessoas com hipertensão essencial submetidas a doze semanas de exercício aeróbico (30 min, 5-7 X
Indivíduos acometidos por infarto agudo do miocárdio submetidos a três meses de treinamento aeróbico (cicloergômetro), com intensidade de 75% da freqüência cardíaca pico de exercício, também demonstraram aumento da vasodilatação endotélio-dependente. Contudo, após um mês de destreinamento, os benefícios desapareceram18. Tal resultado sugere que mesmo indivíduos com histórico de algum evento cardíaco podem apresentar melhorias da função endotelial.
Analisando o efeito de diferentes intensidades de exercício aeróbico sobre a artéria, Goto e cols.11 verificaram que a intensidade moderada (50% VO2 Máx) foi a única capaz de melhorar a vasodilatação endotélio-dependente. O exercício de intensidade leve (25% VO2 Máx) e o de alta intensidade (75% VO2 Máx) não proporcionaram nenhum benefício à função endotelial. Com respeito à alta intensidade, essa foi responsável por um aumento do estresse oxidativo, aspecto danoso à parede arterial. Por essa razão, a intensidade moderada parece ser a mais apropriada para indivíduos sedentários que buscam benefícios cardiovasculares por meio do exercício aeróbico regular.
Apesar dos estudos referenciarem o exercício aeróbico regular como o responsável pela modificação do índice de vasodilatação endotélio-dependente, uma questão fundamental aparece nesse contexto. O quanto a aptidão aeróbica responde por essas modificações?
A aptidão cardiorrespiratória demonstrou estar relacionada à menor progressão aterosclerótica em homens19. Contudo, sua associação com a vasodilatação endotélio-dependente tem sido pouco estudada.
Uma maior capacidade aeróbica (VO2 Máx)20 esteve relacionada a um maior diâmetro arterial (r = 0,66, p < 0,002) durante estado de hiperemia provocada, em homens idosos treinados (68,5 ± 2,3 anos) comparados a idosos sedentários (64,7 ± 1,4 ano). Tal fator se deve à maior capacidade de vasodilatação endotélio-dependente nos indivíduos treinados, os quais se exercitavam no mínimo três vezes por semana, por pelo menos uma hora ao dia.
Esse resultado levanta a possibilidade de estar se relacionando preferencialmente a capacidade aeróbica com a função endotelial, pois é uma medida muito mais precisa. Ao contrário disso, os programas de treinamento são passíveis da falta de assiduidade, falta de adesão, e da própria resposta fisiológica individual ao treino, pois as mesmas variáveis não podem ser completamente controladas nos programas de exercício.
Apesar de estudos com crianças e adolescentes não serem comuns, Watts e cols21 encontraram resultado positivo na normalização da função circulatória em adolescentes obesos utilizando um programa de treinamento em circuito, que consistiu de cicloergômetro e treinamento resistido. Além disso, houve um aumento da capacidade funcional, força muscular e melhoria na composição corporal desses adolescentes. Estudos reportaram que a prevenção de doenças cardiovasculares deve ter início desde a infância, pois os fatores de risco já estão presentes nessa fase22.
Parece que mesmo havendo diferenças nos exercícios e intensidade utilizados, os estudos têm demonstrado que o exercício aeróbico é capaz de melhorar e restaurar a vasodilatação endotélio-dependente.
O espessamento média-íntima da artéria constitui-se num dos estágios da aterosclerose e, conseqüentemente, sua avaliação pode ajudar no diagnóstico e prognóstico do processo aterogênico5. Rosfors e cols.23 averiguaram que a espessura média-íntima esteve relacionada ao grau de aterosclerose nas bifurcações das carótidas. Zureik e cols.6 também constataram que a espessura média-íntima elevada predisse a ocorrência de placas ateroscleróticas em pessoas idosas.
Ainda que de forma pouco expressiva, estudos têm sido conduzidos relacionando a espessura média-íntima com programas e estado de treinamento.
Rauramaa e cols.24 não verificaram a diminuição da espessura média-íntima em homens de meia-idade (tratados e não-tratados com estatinas) submetidos a um programa de seis anos de exercício aeróbico moderado, e analisados por meio de ultra-sonografia (10 MHZ) da bifurcação da carótida. No entanto, quando um subgrupo de indivíduos que não utilizavam estatinas foi analisado separadamente, o exercício mostrou-se eficiente na diminuição do progresso aterosclerótico. Dessa forma, os autores concluíram que o medicamento pode ter mascarado os efeitos do exercício nessa população. Porém, discordâncias acerca do estudo de Rauramaa e cols. têm sido descritas em recentes críticas publicadas por autores da área25,26.
Dinenno e cols.27 realizaram um estudo com dois momentos distintos, consistindo de uma análise transversal e uma intervenção com treinamento aeróbico. Os autores verificaram a influência do treinamento aeróbico na remodelação arterial. No primeiro momento, os autores analisaram 55 homens aerobicamente treinados (47 ± 2 anos) e 53 sedentários (47 ± 2 anos). Foi verificado que os indivíduos treinados apresentavam um diâmetro luminal da artéria femoral comum 7% maior que os sedentários, além disso a espessura média-íntima e a razão média-íntima/lúmen dos treinados era 16% e 21% menor, respectivamente. Para a realização do estudo intervencional, os autores selecionaram 22 indivíduos (51 ± 2 anos) do grupo de sedentários, submetendo-os a três meses de treinamento aeróbico. Em média, os indivíduos se exercitaram 13,5 ± 1,0 semanas, 5,3 ± 0,3 dias, 45 ± 2 min. por sessão, a 73 ± 1% da FC máxima. Após o período de treino, verificou-se um aumento de 9% no diâmetro do lúmen da artéria femoral comum, bem como uma diminuição de 14% e 20% na espessura média-íntima e na razão média-íntima/lúmen, respectivamente.
O mesmo grupo de autores28, contudo, não encontrou resultado positivo do exercício aeróbio na diminuição do enrijecimento arterial, em um estudo posterior. O programa de treinamento de três meses não foi significativamente eficiente na promoção de benefícios arteriais. Nesse estudo, encontrou-se uma relação positiva entre idade e índice de espessura média-íntima arterial. Dessa forma, o exercício não conseguiu evitar as conseqüências do avanço de idade.
Dinenno e cols.29 reportaram que o espessamento da parede arterial relacionado ao aumento da idade está intimamente ligado à elevação da atividade simpática.
Ao analisar mulheres pós-menopausa, Moreau e cols.30 verificaram que tanto a terapia de reposição hormonal como o exercício aeróbico regular estiveram associados com um menor índice de espessura média-íntima da artéria. Além da classificação de sedentário ou treinado, a capacidade aeróbica máxima foi utilizada para divisão dos grupos. Em conjunto, a reposição hormonal e o exercício aeróbico regular promoveram mudanças maiores na espessura média-íntima do que na situação isolada. Contudo, tanto o grupo exercício aeróbico regular quanto o grupo reposição hormonal já foram capazes de mudanças significativas na espessura média-íntima da artéria comparado ao grupo sedentário que não utilizava reposição hormonal.
Em virtude de algumas controvérsias sobre os efeitos do exercício aeróbico na espessura média-íntima é necessário maior número de investigações sobre o assunto para verificar se realmente o exercício é eficiente na restauração da integridade arterial nesse estágio da aterosclerose.
Apesar de os índices de vasodilatação endotélio-dependente e de espessura arterial serem ótimos indicativos da integridade arterial, vários fatores de risco atuam no desenvolvimento de doenças cardiovasculares. A diminuição dos fatores de risco deve ser realizada na prevenção e no controle da aterosclerose31.
O treinamento aeróbico é uma ótima ferramenta para modificação dos fatores de risco (
A dislipidemia caracteriza-se principalmente pelos altos índices de LDL-C e triglicerídeos, e baixos índices de HDL-C1,2,12,33. O exercício é uma ferramenta para modificação do perfil lipídico, atuando de forma significativa no aumento dos índices de HDL-C e redução do LDL-C e dos triglicerídeos séricos. Em uma metanálise, Kelley & Kelley34 demonstraram que o exercício aeróbico (
Roberts e cols.35 constataram que o exercício aeróbio por um período de três semanas melhorou a pressão arterial, o estresse oxidativo, disponibilidade de óxido nítrico, e o perfil metabólico. Lalonde e cols.36 observaram que as intervenções mais intensas (dieta rigorosa com exercício) propiciaram melhores resultados com relação aos efeitos no perfil lípidico e qualidade de vida do que intervenções menos intensas (dieta, dieta rigorosa sem exercício). A dieta associada com o exercício propiciou maior redução de LDL-C, e aumento do HDL-C.
Couillard e cols37 verificaram que vinte semanas de treinamento aeróbico de
Analisando um grupo de índios asiáticos, Bhalodkar e cols.38 verificaram que o grupo que se exercitava habitualmente apresentou melhor índice de HDL-C de subfração maior. Além disso, o tamanho das partículas de HDL-C era especialmente maior no grupo ativo comparado ao grupo inativo.
Estudando uma comunidade rural, Matos & Ladeia39 verificaram que os níveis normais de triglicerídeos séricos e a relação cintura-quadril (RCQ) normal estiveram relacionados ao maior gasto calórico e ao melhor perfil de risco.
Outro problema de proporção mundial é a obesidade, que se constitui em um fator de risco secundário, no entanto extremamente ligado ao processo aterosclerótico. Ainda assim, a obesidade central (abdominal) é um melhor preditor para doenças do coração do que a obesidade geral. Pitanga & Lessa40 demonstraram que os índices circunferência de cintura (C) e razão circunferência cintura quadril (RCCQ) são mais apropriados do que o IMC para discriminação dos riscos coronarianos elevados.
Lakka e cols.41 encontraram uma relação entre obesidade abdominal (alta circunferência de cintura, e alta relação cintura quadril) e desenvolvimento da aterosclerose, independentemente da obesidade geral e de outros fatores de risco. O principal fator para essa relação é que a obesidade abdominal está diretamente ligada à gordura visceral, a qual, por sua vez, é um indicador de efeitos metabólicos desfavoráveis. Tais efeitos acarretam resistência a insulina, intolerância a glicose, hipertrigliceridemia, elevação dos índices de LDL-C, diminuição dos índices de HDL-C, entre outros.
Em um estudo realizado com ratos wistars, Kretschmer e cols.42 demonstraram que um programa de cinco semanas de exercício aeróbico foi eficiente na manutenção e redução de peso corporal dos ratos. Pelo caráter de análise desse estudo (
Savage e cols.43 verificaram que um programa de quatro meses de treinamento, consistindo em longas caminhadas (60-90 min.), cinco a sete vezes por semana1, a uma intensidade de 50%-60% do VO2 pico, foi eficiente na redução de peso corporal (-4,6 kg) em pacientes sobrepesos coronarianos. Além do peso corporal, houve redução do porcentual de gordura (-2,9%), do tecido adiposo subcutâneo (-12%) e do tecido adiposo visceral (-14%). Concomitantemente, mudanças no perfil lipídico também puderam ser notadas, sendo a principal uma redução de 23,7% nos níveis de triglicerídeos.
Outro fator de risco para o desenvolvimento aterosclerótico é o diabetes, mesmo para pessoas assintomáticas44,45. O principal motivo para isso é o metabolismo irregular da glicose em diabéticos e, em conseqüência, o metabolismo acelerado das gorduras nessa população46.
Nishida e cols.47 verificaram que doze semanas de treinamento (sessenta minutos diários, cinco vezes por semana) na intensidade de limiar de lactato melhorou a sensitividade insulínica. Tal sensitividade foi refletida principalmente pela melhor sensitividade insulínica periférica e efetividade periférica da glicose. Contudo, verificou-se que os efeitos do treinamento são perdidos após uma semana de destreinamento.
Short e cols.48 constataram que quatro meses de treinamento aeróbico promoveram melhorias na sensitividade insulínica somente em pessoas mais jovens, mas não em pessoas de meia-idade e idosas. Ainda assim, houve benefícios em todas as faixas etárias para o conteúdo mitocondrial e capacidade aeróbica.
A hipertensão arterial parece ser um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento aterosclerótico, pois está intimamente ligada ao desencadeamento de inflamações da parede arterial49. Tais inflamações comprometem a vasodilatação normal da artéria, promovendo um aumento sistemático da pressão arterial sistólica e diastólica, desencadeando um círculo vicioso12.
Estudos relacionando a redução da pressão arterial à prática do exercício aeróbico têm sido amplamente realizados. As respostas mais estáveis da pressão arterial ao exercício podem ser observadas após uma a dez semanas de treinamento50.
O Colégio Americano de Medicina do Esporte (ACSM)51 estabeleceu padrões para a intensidade do exercício objetivando redução da pressão arterial, estabelecendo que o hipertenso deve praticar exercício moderado, o qual deve ser de 40 a 60% do VO2Máx. Portanto, uma redução de 10% com relação à posição tomada em 1993. Quanto ao tempo de exercício, recomendam-se cerca de trinta minutos ou mais de exercício moderado diariamente, podendo acontecer de forma acumulativa ou intermitente. O ACSM esclarece que a redução da pressão arterial acontece por diversos fatores, entre eles: redução da atividade nervosa simpática, redução da ação do sistema renina/angiotensina, melhor responsividade vascular, aumento da capilarização, aumento do lúmen arterial, entre outros.
Moreira e cols.52 verificaram que o treinamento aeróbico em duas intensidades diferentes (20% e 60% da carga máxima) no cicloergômetro, por um período de dez semanas, propiciaram resultados semelhantes na redução da pressão arterial ambulatorial.
Takata e cols.53 encontraram relação positiva entre a atividade física e a redução da hipertensão. O estudo foi realizado com 207 indivíduos, havendo alguns sem tratamento e outros com hipertensão de estágio 1 e 2. Os pesquisadores dividiram os sujeitos em grupos, conforme o nível de atividade semanal: sedentário controle, 30-60 min/semana, 61-90 min/semana, 91-120 min/semana, >120 min/semana. O programa durou oito semanas, e a análise foi feita ao final do mesmo. O resultado apontou que aqueles que se exercitaram tiveram reduções das pressões sistólica e diastólica, e que o grupo controle não apresentou alteração das pressões. O grupo que realizou de 61-90 min/semana obteve melhores resultados do que o grupo que realizou 30-60 min/semana. Não houve reduções extras para os grupos que tiveram maiores volumes de exercício.
O exercício aeróbico, portanto, atua de maneira significativa na redução dos fatores de risco cardiovasculares, como pôde ser notado nos estudos descritos. Sendo assim, o exercício aeróbico pode ser utilizado em populações de risco com o propósito de diminuir a prevalência de doenças cardiovasculares.
O aumento tecnológico tem levado à averiguação de marcadores inflamatórios ou pró-aterogênicos do exercício crônico e agudo. Ersöz e cols.54 encontraram um aumento da agregação plaquetária induzida pelo colágeno no exercício submáximo. Quando realizado o exercício incremental máximo, verificou-se também o mesmo aumento da agregação plaquetária induzida pelo colágeno e pelo ADP, além de aumento dos níveis de tromboxina B2. Em um estudo de Duncan e cols.55, os indivíduos que treinaram mais intensamente e com maior freqüência apresentaram maiores níveis de homocisteína sérica, apesar de reduzirem a ação da insulina em jejum.
Killewich e cols.56 encontraram resultados positivos de um treinamento aeróbico de seis meses sobre os índices fibrinolíticos em sujeitos com claudicação intermitente. O exercício demonstrou ser eficiente na redução do inibidor da ativação plasminogênica – 1 (PAI-1), e no aumento do ativador do plasminogênio (tPA), portanto um aumento na atividade fibrinolítica. O treino aeróbico demonstrou ser, nesse estudo, eficiente no tratamento da doença arterial periférica.
Atualmente, é evidente a diferenciação que existe entre atividade física e exercício físico. A primeira consiste em qualquer movimentação corporal que resulte em dispêndio energético acima dos níveis de repouso. O exercício, por sua vez, é um conjunto planificado, estruturado e repetitivo de atividades físicas, possuindo o propósito de melhorar ou manter a aptidão física. Apesar das diferenças, parece ser consciente sugerir a prática da atividade física como forma de modificar os hábitos sedentários da população, e como uma preparação para o ingresso em um programa de exercícios físicos.
O American Heart Association (AHA)57 possui uma recomendação para a prática de atividades físicas na prevenção da aterosclerose (
Para maior adesão das recomendações, ambos os órgãos sugerem que sejam feitas atividades do dia-a-dia, como: jardinagem, subir escadas, caminhar, andar de bicicleta etc. A duração mínima de cada fração de atividade deve ser de dez minutos. Sendo assim, podem ser feitas três frações de dez minutos durante o dia. Contudo, Peterson e cols.59 encontraram resultados idênticos quanto ao gasto calórico em trinta minutos contínuos e três frações de dez minutos. Ainda assim, pesquisas são necessárias para verificar diferenças quanto às modificações dos fatores de risco nesses dois tipos de situação.
Percebe-se, portanto, que o exercício aeróbico tem demonstrado ser eficiente na prevenção da aterosclerose, conseguindo restaurar a função endotelial normal e atenuar os fatores de risco em diversos estudos citados. A intensidade moderada parece ser a mais adequada para a prevenção da aterosclerose. Outrossim, a atividade física parece ser uma ótima estratégia para iniciar a modificação dos hábitos sedentários, além de preparar o indivíduo para ingressar em um programa de exercício físico.
Apesar de a maioria dos estudos apontar benefícios do exercício aeróbico sobre a aterosclerose, é necessária maior investigação acerca do assunto, a fim de esclarecer melhor os mecanismos fisiológicos subjacentes.
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Jeffer Eidi Sasaki Rua Baltazar Carrasco dos Reis, 908 80215-160 – Curitiba, PR E-mail:
Recebido em 25/10/05; revisado recebido em 20/03/06; aceito em 30/03/06.
Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brazil
Coronary artery diseases, including atherosclerosis, have become the major cause of death in the modern civilization1,2. This problem results from many aspects of the modern lifestyle: irregular nutrition, smoking, excess alcoholic beverage consumption, daily stress and, above all, a sedentary lifestyle.
These habits lead to the development of risk factors related to atherosclerosis. The formation of atherosclerotic plaques or atheromas is directly related to coronary events such as infarction, ischemic heart disease, and apoplexy3.
Primary stages of atherosclerosis may be detected through observation of some changes in the arterial wall. One of them is the decrease in endothelium-dependent vasodilation, which is related to a high risk of development of atherosclerosis4. Another change is the intima-media thickening, which is a primary stage of atherosclerosis5,6 and may be used to monitor asymptomatic individuals.
Prevention, when such changes are diagnosed, may stop the progression of atherosclerosis, thus reestablishing the arterial integrity (
The relation between physical exercises and endothelium-dependent vasodilation and intima-media thickness has been studied. However, there are few studies on this issue. Yet, the results have suggested that aerobic exercise is efficient to improve these indexes. The objective of this study is to contribute to the current discussion through a review of the literature.
Etymologically, the word atherosclerosis comes from the Greek "athero" (paste, gruel) and "sclerosis" (hardening)2. Atherosclerosis is a chronic degenerative disease characterized by a narrowing of the arterial lumen due to deposition of fat and formation of fibrolipid plaques2,3,7.
Aerobic exercise is defined as that where predominant oxygen demand occurs. It enables the oxidative burning of energetic substances, including carbohydrates, fats and proteins. The proportion of utilization of these substrates depends on the exercise intensity8.
Cardiovascular alterations are widely reported in the literature. The main of these alterations are: increase in heart volume, increase in ejection volume, increase in blood erythrocyte concentration and hemoglobin, reduction in resting heart rate and blood pressure, improvement of peripheral vascularization, and others8-10.
However, in addition to these benefits, atherosclerotic patients may present improved arterial reactivity and intima-media thickness with aerobic training. Studies11 have demonstrated that moderate intensity, together with regularity of training, seems to be efficient in promoting benefits to the endothelial function. In the following topics, studies on the influence of aerobic training on endothelium-dependent vasodilation, intima-media thickness, and coronary risk factors are presented.
Irregular endothelial function is largely related to risk factors predisposing to atherosclerosis, such as hypercholesterolemia, obesity, hypertension, diabetes and smoking. The endothelium-dependent vasodilation index has been consistently used in studies as an indicator of the endothelial function. This index seems to be capable of identifying high risk patients. Yet, further investigation is necessary to confirm this possibility4. However, the use of endothelium-dependent vasodilation generates a parameter of the arterial integrity condition and, for this reason, many studies have used this assessment.
According to Da Luz et al12, the major reason for the reduction of the endothelium-dependent vasodilation lies in the dysfunction of the endothelium to respond positively to nitric oxide. Guanylate cyclase activation by nitric oxide is impaired in individuals with endothelial dysfunction. For this reason, accumulation of cyclic guanosine monophosphate in the endothelium fails to occur, and, consequently, the endothelium-dependent vasodilation is affected.
The relationship between aerobic exercise and endothelium-dependent vasodilation index has been studied, although few recent studies on this subject are found . Additionally, studies have used different types of exercises and different types of populations (normal, hypertensive, coronary patients). Thus, each situation must be considered individually, and the results should not be generalized.
Studies have verified that regular aerobic exercise may prevent the loss of endothelium-dependent vasodilation, in addition to restoring previous levels in sedentary middle-aged and elderly men13. When compared to sedentary men, aerobically trained men show a preserved endothelium-dependent vasodilation14.
Clarkson et al15 found positive results of a 10-week aerobic and anaerobic exercise training program in healthy military recruits. Training increased endothelium-dependent vasodilation in these individuals. Gokce et al16 also found a significant increase in endothelium-dependent vasodilation of the posterior tibial artery with a 10-week moderate intensity aerobic exercise program with emphasis in the legs. However, vasodilation in the arms did not increase significantly, perhaps due to the specificity of the exercise proposed.
Higashi et al17 analyzed individuals with essential hypertension undergoing a 12-week aerobic exercise program (30 minutes, 5-7 X/week) with an intensity of 52 ± 9% of the VO2 Max and found a significant increase of the endothelium-dependent vasodilation in response to acetylcholine. In that study, normotensive individuals also presented increased endothelium-dependent vasodilation. No alterations in the response to isosorbide dinitrate - an endothelium-independent vasodilator - were observed after training in both groups.
Individuals with acute myocardial infarction undergoing a 3-month aerobic exercise training (cycle ergometer) at an intensity of 75% of the peak exercise heart rate also presented an increase in endothelium-dependent vasodilation. However, one month after detraining the benefits disappeared18. This result suggests that even individuals with a history of a cardiac event may obtain improvement of the endothelial function.
Goto et al11 analyzed the effect of different intensities of aerobic exercise on the arteries, and verified that moderate intensity (50% VO2 Max) was the only one able to improve the endothelium-dependent vasodilation. Low (25% VO2 Max) and high intensity exercise (75% VO2 Max) did not provide the endothelial function with any benefit. As regards high intensity, it was responsible for an increase in the oxidative stress, a harmful aspect to the arterial wall. For this reason, moderate intensity seems to be more appropriate for sedentary individuals who seek cardiovascular benefits through regular aerobic exercise.
Although studies state that regular aerobic exercise is responsible for the change in endothelium-dependent vasodilation, a key question arises within this context. How much does the aerobic fitness respond to these changes?
Cardiorespiratory fitness proved to be related to a slower progression of atherosclerosis in men19. However, the association of cardiorespiratory fitness and endothelium-dependent vasodilation has been little studied.
Higher aerobic exercise capacity (VO2 Max)20 was associated with greater arterial diameter (r=0.66, p<0.002) during hyperemic response in trained elderly men (68.5 ± 2.3 years) in comparison with sedentary elderly men (64.7 ± 1.4 years). This association results from a higher endothelium-dependent vasodilation ability in individuals who trained at least 3X/week for at least 1h/day.
This result raises the possibility that the aerobic exercise capacity is being preferably related to the endothelial function, because this is a much more accurate measurement. Quite the opposite, training programs are subject to lack of attendance, lack of compliance, and to the individual physiologic response to the training itself, because these variables cannot be completely controlled in exercise programs.
Although studies with children and adolescents are not common, Watts et al21 found a positive result in normalization of the circulatory function in obese adolescents using a circuit training program that consisted of a cycle ergometer and resisted training. Additionally, an increase in the functional capacity, muscle force and improvement in the body composition of these adolescents were observed. Studies reported that prevention of cardiovascular diseases should begin at childhood, because the risk factors are already present in this phase22.
It seems that even with differences in the exercises and intensity used, the studies have demonstrated that aerobic exercise is able to improve and restore the endothelium-dependent vasodilation.
Intima-media thickness is one of the stages of atherosclerosis, and, consequently, its assessment can be helpful in the diagnosis and prognosis of the atherogenic process5. Rosfors et al23 verified that the intima-media thickness was related to the degree of atherosclerosis in the carotid bifurcation. Zureik et al6 also verified that a high intima-media thickness predicted the occurrence of atherosclerotic plaques in elderly individuals.
Although not significantly, studies relating the intima-media thickness to training programs and types of training have been conducted.
Rauramaa et al24 did not verify any reduction in the intima-media thickness of middle-aged men (whether or not treated with statins) who underwent a 6-year moderate aerobic exercise program and were analyzed with a carotid bifurcation ultrasonography (10 MHZ). However, when a subgroup of individuals not taking statins was analyzed separately, exercise was proven to be efficient in the reduction of the atherosclerotic progression. Thus, the authors concluded that the medication may have masked the effects of exercises on this population. Nonetheless, divergent opinions regarding Rauramaa et al's study have been recently published by authors in this field25,26.
Dinenno et al27 conducted a study with two distinct moments, consisting of a cross-sectional analysis and an aerobic training intervention. The authors verified the influence of the aerobic training on arterial remodeling. In the first moment, the authors analyzed 55 endurance-exercise trained men (47 ± 2 years) and 53 sedentary men (47 ± 2 years). Endurance-trained individuals were demonstrated to have a common femoral artery lumen diameter 7% greater than sedentary individuals. Additionally, the intima-media thickness and the intima-media/lumen ratio of the individuals trained was 16% and 21% lower, respectively. For the intervention study, the authors selected 22 individuals (51 ± 2 years) from the sedentary group, who underwent a 3-month aerobic training. The individuals exercised 13.5 ± 1.0 weeks, 5.3 ± 0.3 days, 45 ± 2 min. per session, on average, at 73 ± 1% of the maximum HR. After the training period, a 9% increase in the common femoral artery lumen diameter was observed, along with a reduction by 14% and 20% in the intima-media thickness and in the intima-media/lumen ratio, respectively.
However, in a later study, these authors did not find a positive result of aerobic exercises in the reduction of arterial hardening. The 3-month training program was not significantly efficient in the promotion of arterial benefits. In this study, a positive relationship between age and intima-media thickness ratio was found. Thus, exercise was not able to prevent the consequences of aging.
Dinenno et al29 reported that age-associated arterial wall thickening is closely related to elevations in sympathetic activity.
Moreau et al30 analyzed postmenopausal women and verified that both hormone replacement therapy and regular aerobic exercises were associated with a lower intima-media thickness ratio. In addition to the classification of individuals into sedentary or trained, the maximum aerobic capacity was also used to divide the groups. Together, hormone replacement therapy and regular aerobic exercises promoted greater changes in the intima-media thickness than each one separately. However, both the regular aerobic exercise group and the hormone replacement group were able to promote significant changes in the intima-media thickness when compared to the sedentary group not treated with hormone replacement.
Because of some controversy on the effects of the aerobic exercise on the intima-media thickness, further investigation on the subject is necessary so as to verify whether exercise is really efficient to restore the arterial integrity in this stage of atherosclerosis.
Although endothelium-dependent vasodilation and arterial thickness indexes are excellent indicators of arterial integrity, several risk factors act on the development of cardiovascular diseases. A decrease in risk factors should be promoted to prevent and control atherosclerosis31.
Aerobic training is an excellent tool to modify risk factors (
Dyslipidemia is mainly characterized by high levels of LDL-C and triglycerides, and low levels of HDL-C1,2,12,33. Exercise is a tool used to modify the lipid profile, and significantly increases the levels of serum HDL-C and reduces serum LDL-C and triglycerides. In a meta-analysis, Kelley and Kelley34 demonstrated that aerobic exercise (
Roberts et al.35 verified that aerobic exercise for three weeks improved blood pressure, oxidative stress, nitric oxide availability and the metabolic profile. Lalonde et al36 observed that the more intense intervention (strict diet with exercises) provided better results in relation to the effects on the lipid profile and quality of life than the less intense interventions (diet, strict diet without exercise). Diet associated with exercise provided a higher reduction of LDL-C, and an increase of HDL-C.
Couillard et al37 verified that a 20-week endurance exercise training was more effective in increasing HDL-C in individuals with high levels of triglycerides and low levels of HDL-C than in individuals with normal levels of triglycerides and low levels of HDL-C.
Bhalodkar et al38 analyzed a group of Asian Indians and verified that the group which exercised regularly presented the best levels of HDL-C in the large subclass. Additionally, the size of HDL-C particles was significantly larger in the active group in comparison with the inactive group.
Matos and Ladeia39 studied a rural community and verified that normal serum triglyceride levels and a normal waist-hip ratio (WHR) were related to a higher energy expenditure and a better risk profile.
Another worldwide problem is obesity, which is a secondary risk factor, although extremely related to the atherosclerotic process. Yet, central (abdominal) obesity is a better predictor of heart diseases than overall obesity. Pitanga and Lessa40 demonstrated that waist circumference (W) and waist-hip ratio (WHR) are more appropriate than BMI to discriminate high coronary risks.
Lakka et al41 found a relation between abdominal obesity (high waist circumference and high waist-hip ratio) and development of atherosclerosis, regardless of overall obesity and other risk factors. The major factor for this relation is that abdominal obesity is directly linked to visceral fat, which is, in turn, an indicator of unfavorable metabolic effects. These effects result in insulin resistance, glucose intolerance, hypertriglyceridemia, elevation of LDL-C levels, reduction in HDL-C levels, and others.
Kretschmer et al42 conducted a study in Wistars rats and demonstrated that a 5-week aerobic exercise program was effective in maintaining and reducing the body weight of the rats. Because of the type of analysis of this study (post-mortem), the results are highly reliable, since fat quantification becomes much more precise.
Savage et al.43 verified that a 4-month training program consisting of walking long duration (60-90 min) 5 to 7 days per week at an intensity of 50-60% of peak VO2 was effective in reducing body weight (-4.6 kg) in overweight coronary patients. In addition to body weight, there was a reduction of fat percentage (-2.9%), subcutaneous adipose tissue (-12%), and visceral adipose tissue (-14%). Concurrently, lipid profile changes could also be observed, the main of which was a reduction by 23.7% in triglyceride levels.
Another risk factor for the development of atherosclerosis is diabetes, even in asymptomatic individuals44,45. The main reason for that is the irregular glucose metabolism in diabetics, and, consequently, an accelerated fat metabolism in this population46.
Nishida et al.47 verified that a 12-week training (60 minutes daily, 5 days/week) at lactate threshold intensity improved insulin sensitivity. This sensitivity resulted mainly in improved peripheral insulin sensitivity and peripheral glucose effectiveness. However, the effects of training were verified to be lost one week after detraining.
Short et al48 verified that a 4-month aerobic training improved insulin sensitivity in younger individuals, but not in middle-aged and elderly individuals. Yet, benefits regarding mitochondrial content and aerobic capacity were observed in all age ranges.
Hypertension seems to be one of the major risk factors for the development of atherosclerosis, because it is closely related to the triggering of arterial wall inflamation49 . This inflammation affects the normal artery vasodilation and promotes a systematic increase in systolic and diastolic blood pressure, thus triggering a vicious cycle12.
Studies correlating reduction of blood pressure with the practice of aerobic exercises have been frequently conducted. The most stable responses of blood pressure to exercises may be observed after 1-10 weeks of training50.
The American College of Sports Medicine (ACSM)51 established patterns for exercise intensity aiming at reducing blood pressure, stating that hypertensive individuals should practice moderate exercises at a 40-60% VO2max. This is, therefore, a 10% reduction in relation to the 1993 position stand. As regards exercise time, approximately 30 continuous or accumulated minutes or more of moderate daily exercises are recommended. The ACSM explains that blood pressure reduction occurs by means of several factors, including reduction of the sympathetic nervous activity; reduction of the renin-angiotensin system action; improved vascular responsiveness; increased capillarization; increased arterial lumen, and others.
Moreira et al52 verified that aerobic training at two different intensities (20% and 60% of the maximum workload) in a cycle ergometer for 10 weeks provided similar results in the reduction of ambulatory blood pressure.
Takata et al53 found a positive relation between physical activity and blood pressure reduction. The study was conducted among 207 untreated subjects with stage 1 and 2 essential hypertension. The researchers divided the subjects into groups based on the weekly activity level: sedentary control, 30-60 min/week, 61-90 min/week, 91-120 min/week, and > 120 min/week. The analysis was made at the end of an 8-week program. The results showed that those who exercised had systolic and diastolic pressure reductions, and that the control group did not present any change in these pressures. The 61-90 min/week group obtained better results than the 30-60 min/week group. No greater reductions were observed for the groups with further increases in exercise volume.
Therefore, aerobic exercise promotes a significant reduction of cardiovascular risk factors, as observed in the studies described. Thus, aerobic exercise may be used in risk populations with the purpose of decreasing the prevalence of cardiovascular diseases.
Technological progress has led to the investigation of inflammation or atherogenic markers of chronic and acute exercise. Ersöz et al54 found increased collagen-induced platelet aggregation in submaximal exercise. When maximal incremental exercise was performed, the same increased collagen and ADP-induced platelet aggregation was verified, in addition to increased levels of thromboxane B2. In Duncan et al's study55, individuals who trained at high intensity and high frequency showed higher levels of serum homocysteine, although with a reduction of fasting insulin.
Killewich et al.56 found positive results in a 6-month endurance training on fibrinolytic activity, in subjects with intermittent claudication. Exercise proved to be efficient on the reduction of plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1), and on the increase of tissue plasminogen activator (tPA), therefore, an increased fibrinolytic activity. Endurance training proved to be efficient in the treatment of peripheral arterial disease in this study.
Currently, the differentiation between physical activity and physical exercise is evident. The first consists of any bodily movement resulting in energy expenditure beyond resting levels. Exercise, in turn, is a subset of physical activity that is planned, structured and repetitive with the purpose of improving or maintaining physical fitness. Despite these differences, it seems reasonable to suggest the practice of physical activity as a means of modifying sedentary habits of the population, and as a preparation for engaging in a program of physical exercises.
The American Heart Association (AHA)57 has a recommendation for the practice of physical activities in the prevention of atherosclerosis (Table 1). This recommendation in based on the ACSM position stand on physical activity58, which has been adopted worldwide by the majority of the programs related to this issue. With the adoption of this recommendation, it is possible to reduce the frequency of heart diseases and risk factors, as well as to change the lipid profile.
For a higher adhesion to the recommendations, both the AHA and the ACSM suggest the performance of daily activities, such as gardening, climbing flights of stairs, walking, bicycle riding, etc. Minimum duration of each activity bout should be 10 minutes. Thus, three bouts of10 minutes each can be performed during the day. Peterson et al59 found identical results as regards calorie expenditure with 30 continuous minutes and with three bouts of 10 minutes. Yet, further research is necessary to verify differences regarding changes in risk factors in these two types of situations.
We can observe, therefore, that aerobic exercise has demonstrated to be efficient in the prevention of atherosclerosis, and to be able to restore the normal endothelial function and attenuate risk factors in several studies mentioned. Moderate intensity seems to be the most appropriate to prevent atherosclerosis. Additionally, physical activity seems to be a great strategy to start changing sedentary habits, as well as preparing the individual to engage in a physical exercise program.
Although the majority of the studies show the benefits of aerobic exercise on atherosclerosis, further investigation on the subject is necessary to better explain the underlying physiological mechanisms.
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Jeffer Eidi Sasaki Rua Baltazar Carrasco dos Reis, 908 80215-160 – Curitiba, PR E-mail:
Recebido em 25/10/05; revisado recebido em 20/03/06; aceito em 30/03/06.
Outro problema de proporção mundial é a obesidade, que se constitui em um fator de risco secundário, no entanto extremamente ligado ao processo aterosclerótico. Ainda assim, a obesidade central (abdominal) é um melhor preditor para doenças do coração do que a obesidade geral. Pitanga & Lessa40 demonstraram que os índices circunferência de cintura (C) e razão circunferência cintura quadril (RCCQ) são mais apropriados do que o IMC para discriminação dos riscos coronarianos elevados.