abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil 4ckXgQMcJqLft6b4zjVp6XP 00013 S0066-782X2007000100013 S0066-782X(07)08800113 10.1590/S0066-782X2007000100013 Artigos Originais Estimativa não-invasiva do débito cardíaco durante o exercício a partir de impedância cardiográfica e consumo de oxigênio em idosos Rodrigues Maurício Nunes Vanfraechem Jacques Henri-Paul Farinatti Paulo de Tarso Veras Instituto de Desenvolvimento e Pesquisa em Atividades Físicas UNIVERSO Programa de Pós-Graduação em Ciências da Atividade Física Clínica de Medicina do Exercício-Vitacor Universidade Gama Filho Université Libre de Bruxelles Rio de Janeiro Universidade do Estado do Rio de Janeiro Brazil 01 2007 88 1 79 84 21 09 2005 11 04 2006 24 04 2006 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: O presente estudo analisou a concordância entre as estimativas do débito cardíaco (Q) geradas por dois métodos indiretos e sua aplicabilidade em 54 homens e 77 mulheres (60-90 anos). MÉTODOS: Os indivíduos realizaram um teste cardiopulmonar de exercício progressivo máximo em ciclo-ergômetro. O Q foi estimado a partir do consumo de oxigênio e da impedância cardiográfica a 50% e 100% da carga máxima alcançada no teste (Wmáx). Os limites de concordância e as diferenças médias (vieses) foram avaliados segundo a metodologia proposta por Bland e Altman, enquanto a relação entre os métodos foi analisada por regressão linear e correlação intraclasse (ICC). RESULTADOS: Na carga equivalente a 50% Wmáx, a diferença entre as médias dos métodos foi de -0,58 L•min-1 (6,3% menor para a medida da impedância), e o limite de concordância de ± 2,54 L•min-1 (24,7%). Em 100% Wmáx, a diferença foi de 1,03 L•min-1 (8,5% maior para a medida da impedância), com um limite de concordância de ± 3,35 L•min-1 (27,6%). Os valores de ICC e as curvas de regressão obtidas entre os métodos foram: Qimp=1,82+0,75Q VO2 (r²=0,765, p<0,001; ICC=0,727, p<0,01) para 50% Wmáx; Qimp=0,93+1,00Q VO2 (r²=0,755, p<0,001; ICC=0,796, p<0,01) para 100% Wmáx. CONCLUSÃO: Os resultados sugerem uma boa concordância na estimativa do Q no exercício em idosos pelos dois métodos, o que se revela compatível com os achados de estudos similares com indivíduos jovens.

 Exercício teste de esforço cardiografia de impedância envelhecimento 07 03 2007

ARTIGO ORIGINAL

Estimativa não-invasiva do débito cardíaco durante o exercício a partir de impedância cardiográfica e consumo de oxigênio em idosos

Maurício Nunes Rodrigues; Jacques Henri-Paul Vanfraechem; Paulo de Tarso Veras Farinatti

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Universidade Gama Filho, Université Libre de Bruxelles, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Atividade Física-UNIVERSO, Clínica de Medicina do Exercício-Vitacor, Instituto de Desenvolvimento e Pesquisa em Atividades Físicas – IDEATIVA Rio de Janeiro, RJ – Bruxelas – Bélgica

Correspondência

RESUMO

OBJETIVO: O presente estudo analisou a concordância entre as estimativas do débito cardíaco (Q) geradas por dois métodos indiretos e sua aplicabilidade em 54 homens e 77 mulheres (60-90 anos).

MÉTODOS: Os indivíduos realizaram um teste cardiopulmonar de exercício progressivo máximo em ciclo-ergômetro. O Q foi estimado a partir do consumo de oxigênio e da impedância cardiográfica a 50% e 100% da carga máxima alcançada no teste (Wmáx). Os limites de concordância e as diferenças médias (vieses) foram avaliados segundo a metodologia proposta por Bland e Altman, enquanto a relação entre os métodos foi analisada por regressão linear e correlação intraclasse (ICC).

RESULTADOS: Na carga equivalente a 50% Wmáx, a diferença entre as médias dos métodos foi de -0,58 L•min-1 (6,3% menor para a medida da impedância), e o limite de concordância de ± 2,54 L•min-1 (24,7%). Em 100% Wmáx, a diferença foi de 1,03 L•min-1 (8,5% maior para a medida da impedância), com um limite de concordância de ± 3,35 L•min-1 (27,6%). Os valores de ICC e as curvas de regressão obtidas entre os métodos foram: Qimp=1,82+0,75QVO2 (r2=0,765, p<0,001; ICC=0,727, p<0,01) para 50% Wmáx; Qimp=0,93+1,00QVO2 (r2=0,755, p<0,001; ICC=0,796, p<0,01) para 100% Wmáx.

CONCLUSÃO: Os resultados sugerem uma boa concordância na estimativa do Q no exercício em idosos pelos dois métodos, o que se revela compatível com os achados de estudos similares com indivíduos jovens.

Palavras-chave: Exercício, teste de esforço, cardiografia de impedância, envelhecimento.

A prescrição do exercício físico para idosos deve cercar-se de um cuidado maior, em comparação com a orientada para indivíduos jovens, em razão das alterações fisiológicas típicas da idade e da maior prevalência de condições clinicopatológicas diversas. Na elaboração de programas de exercícios envolvendo essa população, portanto, é necessário considerar as respostas fisiológicas específicas que ocorrem durante uma sessão de exercícios e o quanto podem acarretar risco de intercorrências que coloquem em perigo a integridade do praticante. Desse modo, a avaliação das respostas do sistema cardiorrespiratório ao esforço pode contribuir para a segurança durante a prescrição do exercício.

A variável mais estudada com esse fim é a freqüência cardíaca (FC), provavelmente por ter sua relação com a intensidade do esforço aceita em todas as idades1,2, e por ser uma variável de fácil medida. Entretanto, uma análise mais ampla da integridade da função cardíaca poderia ser obtida se o débito cardíaco (Q) e/ou o volume de ejeção sistólico (VS) fossem medidos durante a execução dos testes de avaliação pré-participação para um programa de exercícios. Isso não se observa na prática corrente, geralmente em virtude da natureza invasiva para a quantificação dessas variáveis.

O desenvolvimento de métodos de estimativa indireta do Q e do VS tem aumentado as possibilidades de entendimento do comportamento da função cardíaca durante o exercício físico. A validade, a exatidão e a reprodutibilidade de alguns desses métodos durante o exercício, tais como o método indireto de Fick – pela reinalação de dióxido de carbono ou acetileno; a impedância e a indutância cardiográficas e a partir do consumo de oxigênio – têm sido documentadas na literatura3-13. Contudo, observa-se uma carência de estudos que se preocupem com a avaliação da concordância entre as estimativas geradas pelos diversos métodos indiretos e com a sua aplicabilidade em idosos. Mesmo sendo de natureza não-invasiva, alguns deles necessitam da utilização de equipamentos e/ou manobras não-convencionais para a realização de suas medidas, o que pode inviabilizar uma utilização correta nessa população.

Desse modo, o objetivo do presente estudo foi analisar a concordância da estimativa do Q por dois métodos não-invasivos, quais sejam, a impedância cardiográfica (IMP) e a partir do consumo de oxigênio (), bem como a aplicabilidade deles na avaliação de indivíduos idosos.

Métodos

Amostra - Um grupo de 131 idosos aparentemente sadios, 54 homens e 77 mulheres (60-90 anos de idade), foi aleatoriamente selecionado entre os membros de 13 centros de convivência da terceira idade na cidade de Bruxelas, Bélgica. Para tanto, valeu-se de tabela de números randômicos para definir quantos seriam sorteados em cada centro. Foram respeitados os seguintes critérios de exclusão, antes do sorteio final dos participantes: a) presença de problemas cardiovasculares, locomotores, pneumopatológicos ou cirurgias recentes; b) uso de medicamentos ou substâncias que pudessem interferir nas respostas fisiológicas cardiovasculares agudas ao exercício; c) uso de suplementos alimentares; d) indivíduos apresentando sobrepeso elevado (IMC >35 kg/m2), tabagistas e atletas. Um termo de consentimento assinado foi obtido antes da participação no estudo, conforme recomendado pela Convenção de Helsinki e ratificado pela Resolução nº 196/96 do Conselho Nacional de Saúde do Brasil para experimentos com humanos.

Protocolo de exercício - Os indivíduos realizaram um teste de exercício cardiopulmonar em um cicloergômetro (Ergo-Line® 900, D7474, UK). O protocolo de teste consistiu de três fases: (a) três minutos de aquecimento a 5 W; (b) fase de trabalho, iniciando a 25 W para os homens e 20 W para as mulheres, com um incremento de carga a cada dois minutos de igual magnitude à carga inicial, de acordo com o gênero; (c) cinco minutos de recuperação, sem carga. As cargas foram selecionadas com base na capacidade máxima de trabalho predita com vistas à obtenção do esforço máximo entre 6 e 12 minutos de teste, de acordo com as recomendações da American Heart Association14. Os critérios de interrupção do teste seguiram as recomendações do American College of Sports Medicine15. O teste foi considerado máximo quando, pelo menos dois dos seguintes critérios fossem observados: (a) quociente respiratório (R) > 1,06; (b) platô do em despeito do aumento de carga (aumento no < 2,0 ml·kg-1·min-1 entre as duas últimas cargas); (c) exaustão voluntária máxima. A reprodutibilidade do protocolo foi previamente testada em um subgrupo de 12 idosos (oito homens e quatro mulheres) aleatoriamente selecionados a partir da amostra original.

Estimativa do débito cardíaco a partir da impedância cardiográfica - A impedância cardiográfica foi registrada a partir de um registrador de impedância Minnesota®(IFM 304b, USA), em configuração tetrapolar. O ECG e a FC foram gravados por um eletrocardiógrafo Fukuda Denshi® (FD-36, Japão), e um fonocardiógrafo Fukuda Denshi® (PL-16, Japão). O hematócrito foi quantificado após um processo de centrifugação, tendo a coleta sangüínea realizada após o teste. O débito cardíaco (Q) e o volume de ejeção sistólico (VS) foram estimados a cada dois minutos, de acordo com a equação: Q(L·min-1) = 0,001·VS (mL·syst-1)·FC (bpm). Considerando que a variação na impedância torácica em razão da ejeção sangüínea é relacionada ao volume de ejeção16, o VS pode ser calculado a partir da equação: VS (mL·syst-1) = (r)· (L/Z0)2 ·(LVET) ·(dz/dt), onde r refere-se à resistividade do sangue (ohm·cm); r = 53,2e 0.22Hct, onde Hct é o hematócrito17; L é a distância entre os eletrodos de detecção do sinal (cm); Z0 é a impedância torácica de base (ohm); LVET é o tempo de ejeção ventricular esquerda (seg); e dz/dt é a taxa de alteração da impedância torácica (ohm·seg-1). Essas equações foram previamente validadas por Miles e Gotshall8 e Bogaard e cols.5 pela comparação com medidas diretas. Os componentes das equações apresentadas foram obtidos de acordo com métodos já descritos18.

Estimativa do débito cardíaco a partir do consumo de oxigênio - O consumo de oxigênio (), o débito de dióxido de carbono () e a ventilação (VE) foram avaliados, respectivamente, por um analisador paramagnético de O2, um analisador de CO2 por infravermelho e um pneumotacógrafo (Morgan®, UK). Essas variáveis ventilatórias foram determinadas em L·min-1 STPD sobre o mesmo período dos dados de impedância e foi calculada a sua média a cada 30 seg. A diferença no conteúdo arteriovenoso de O2 (Dif.a-vO2) foi estimada a partir da equação: Dif.a-vO2 = 5,721 + (0,1047 x % )7, e o Q a partir da equação de Fick (Q= VO2 / Dif.a-vO2).

Procedimento estatístico - A relação entre os dois métodos foi avaliada por regressão linear para os dados em 50% da carga máxima (40%-90% ) e no esforço máximo (100% ). A concordância entre os métodos foi avaliada a partir do coeficiente de correlação intraclasse (ICC), os limites de concordância e as diferenças entre os métodos (vieses) foram avaliados segundo a metodologia proposta por Bland e Altman19. As análises foram realizadas utilizando os softwares STATA 8.2 e STATISTICA 5.5.

Resultados

A tabela 1 apresenta a média e o intervalo de confiança (95%IC) para as variáveis medidas/estimadas em 50% e 100% da carga de esforço. A tabela 2 e as figuras 1, 2, 3 e 4 apresentam os dados da comparação entre os dois métodos. Em 50% da carga, a diferença entre os métodos foi de 0,58 L·min-1 – correspondendo a 6,3% a favor do método de Stringer e cols.7 – e com um limite de concordância de ± 2,54 L·min-1, correspondendo a 24,7% (tabs. 1 e 2; figs. 1 e 3). No esforço máximo, essa tendência, ainda que levemente, inverteu-se. As médias apresentaram uma diferença de 1,03 L·min-1 a favor da impedância cardiográfica, correspondendo a 8,5% da diferença média entre os métodos. Já o limite de concordância foi de ± 3,35 L·min-1, correspondendo a 27,6% (tabs. 1 e 2; figs. 2 e 4).

Discussão

Na comparação entre diferentes métodos para se medir a mesma variável, dificilmente os valores obtidos irão concordar com perfeição, provendo resultados idênticos para todos os indivíduos. Por isso, Bland e Altman19 propuseram uma abordagem para se comparar o quanto um determinado método difere de outro. Se tanto a diferença, que expressa a precisão entre os métodos, quanto os limites de concordância, que expressam a variabilidade das medidas, não forem elevados, em princípio, não existiriam problemas para interpretar os dados de maneira cruzada (ou seja, comparando-se dados obtidos por métodos diferentes). Ainda segundo Bland e Altman19, para esse tipo de interpretação cruzada ser possível, fica a critério dos pesquisadores definir o quanto as medidas podem diferir uma da outra. Na verdade, o ponto de corte do que seriam diferenças aceitáveis depende da variável analisada, existindo algumas que admitiriam variabilidade maior que outras.

Alguns estudos prévios utilizaram protocolos de teste similares em idosos20,21, e a escolha dos métodos utilizados para estimar o Q no presente estudo foi determinada levando-se em conta suas características específicas. A impedância cardiográfica foi escolhida em virtude de sua ampla utilização. Embora o método tenha como base alguns pressupostos controversos5,8 e até não seja recomendado por alguns autores22, sua validade, exatidão e reprodutibilidade foram documentadas por vários estudos3-5,8,9. Em relação aos idosos, a validade na avaliação do Q pelo método não foi suficientemente demonstrada. No entanto, estudos prévios do laboratório, envolvendo mais de 150 indivíduos acima de 60 anos de idade, não revelaram dificuldades em relação à sua aplicabilidade, em comparação com sujeitos mais jovens. De fato, não houve diferenças significativas na qualidade dos sinais obtidos e os valores usualmente aferidos, geralmente, não se distanciam do relatado na literatura para as faixas etárias e intensidade de esforço observadas23.

Já a estimativa do Q a partir do consumo de oxigênio é um método relativamente novo. Foi desenvolvido por Stringer e cols7 em indivíduos jovens, a partir da hipótese de que a Dif.a-vO2 aumentaria de forma previsível em razão do percentual do durante o exercício. A sua principal vantagem reside em não necessitar da utilização de equipamentos diferentes dos já utilizados em um teste de exercício cardiopulmonar, nem de manobras não-convencionais para a realização de suas medidas, o que poderia facilitar sua utilização em idosos. Essa população seria beneficiada por uma estimativa menos invasiva e mais próxima da realidade durante a execução do exercício físico.

Por ser um método novo, a estimativa do Q a partir do consumo de oxigênio carece de estudos de validação em idosos. Na comparação com a medida direta pelo método de Fick, em cinco indivíduos jovens realizando um teste de exercício progressivo máximo em cicloergômetro, Stringer e cols.7 relataram um r de 0,97 e uma diferença nas médias entre os valores estimados e realmente medidos de ±2 L·min-1, correspondendo a 15% da medida obtida diretamente. Em um estudo similar ao presente, comparando métodos indiretos, Kaplan e cols.6 avaliaram 23 sujeitos com idades entre 24 e 43 anos, sendo duas mulheres. Desses, 11 indivíduos realizaram um protocolo de exercício em steady-state em cicloergômetro, iniciando com 25-50 W e com incrementos de igual magnitude a cada 10-15 min, durante um período de 45 min, para a comparação dos valores medidos a partir da indutância cardiográfica e da reinalação de CO2. Um outro grupo de 20 indivíduos realizou um teste progressivo em rampa, também no cicloergômetro, com incrementos de 15-30 W·min-1 até a exaustão. Nesse caso, o objetivo era comparar os valores medidos a partir da indutância e consumo de O2. Os autores relataram limites de concordância de ± 2,8 L·min-1 no primeiro grupo, correspondendo a uma variabilidade de 21%, e de ± 2,8 L·min-1 no segundo, correspondendo a 22%.

Charloux e cols.24 publicaram estudo no qual compararam a impedância cardiográfica com o Método Direto de Fick. Indivíduos com diferentes condições clínicas participaram do estudo, num total de 40 pacientes, sendo 14 com apnéia do sono e 26 com doença pulmonar obstrutiva crônica. Os sujeitos executaram, em cicloergômetro na posição supina, exercício em steady-state com cargas entre 10 e 50 W. Os resultados revelaram uma diferença de 0,29 L·min-1 entre os métodos e limites de concordância entre -2,34 e 2,92 L·min-1.

Os autores revelaram que em apenas 9,3% dos casos as diferenças entre os métodos ultrapassaram 20%.

Alguns estudos analisaram outros métodos. Davis e cols.25, por exemplo, relataram limites de concordância de ± 20% entre a reinalação de CO2 e o método direto de Fick, em 18 pacientes acometidos de doença pulmonar severa. Espersen e cols.26 compararam os métodos da termodiluição e da reinalação de CO2 com o Método Direto de Fick, em 11 sujeitos aparentemente saudáveis durante exercício realizado a 50 W. As diferenças encontradas foram de 2,3 e -0,2 L·min-1, respectivamente, entre a termodiluição e a reinalação de CO2 e entre a primeira e o Método Direto de Fick. Em outro estudo, analisando a validade de uma variação do método de reinalação de CO2, Olszowka e cols.27 relataram, em 14 indivíduos desde o repouso até o exercício máximo, coeficientes de variação para os valores médios do Q entre 3% e 4%, em comparação com o método tradicional. As diferenças situaram-se entre 3% e 5% na comparação com o Método Direto de Fick e entre 2% e 5% em relação à termodiluição. Os mesmos autores citaram outro estudo similar, do mesmo grupo, no qual foram encontrados coeficientes de variação de 11% a 22% na comparação entre a termodiluição e a reinalação de acetileno.

Finalmente, Tordi e cols.28, em estudo recente, compararam métodos não-invasivos (impedância e reinalação de CO2) em oito homens jovens durante três diferentes sessões de exercício em steady-state controladas pela FC (120, 140 e 160 bpm). Os autores relataram um r de 0,85 e uma diferença média de 0,06 L·min-1 (correspondendo a 0,12%) nas três intensidades. Na intensidade mais baixa, a média dos valores do Q estimado pela impedância foi menor do que a estimada pela reinalação de CO2. Entretanto, essa tendência inverteu-se nas intensidades mais elevadas. Esse comportamento foi explicado pelos autores como advindo de uma limitação do método de reinalação de CO2 em condições de steady-state em intensidades elevadas, devido a uma progressiva acidemia (diminuição do pH sangüíneo).

No presente estudo, as estimativas foram comparadas em dois momentos distintos, 50% e 100% da carga máxima de esforço em um exercício incremental. Essa estratégia permitiu a percepção de uma concordância razoável entre os métodos (diferenças de @ 6% a 8,5% e limites de concordância de @ 24% a 28%), embora a variação entre os valores obtidos a partir de ambos aumente à medida que os valores absolutos do Q se elevam. Próximo aos valores máximos, o Q estimado a partir do consumo de oxigênio tendeu a ser menor que o medido pela técnica da impedância cardiográfica, observando-se também uma tendência de aumento na diferença entre os valores estimados, de acordo com a proximidade com o esforço máximo.

Esse comportamento foi similar ao observado por Tordi e cols.28, na comparação entre a impedância e a reinalação de CO2. Embora os autores tenham justificado esse comportamento em razão de limitações do método de reinalação de CO2, pode-se especular que, em intensidades mais elevadas, o método de impedância tenderia a superestimar os valores do Q em razão de artefatos nas curvas de impedância medidas. Contudo, percebe-se que os valores absolutos e relativos, para as diferenças e limites de concordância, aproximam-se daqueles obtidos por outros estudos comparativos entre métodos diretos e indiretos para aferição do Q. Além disso, situaram-se dentro da faixa de variação de ±15% relatados na revisão realizada por Miles e Gotshall8.

Em suma, o presente estudo sugere uma boa concordância na estimativa do Q em idosos, entre os métodos da impedância cardiográfica e com base no consumo de oxigênio. Os resultados parecem ser compatíveis com os de outros estudos que compararam métodos de mensuração durante o exercício, em indivíduos jovens ou com acometimentos cardiorrespiratórios. Entretanto, estudos adicionais deveriam ser conduzidos para aprofundar o processo de validação do método de estimativa do Q a partir do consumo de oxigênio em idosos, tanto pela comparação com métodos diretos quanto pela verificação da reprodutibilidade da medida durante o exercício.

Maurício Nunes Rodrigues

Laboratório de Atividade Física e Promoção da Saúde-UERJ

Rua São Francisco Xavier, 524/8133-F

20550-900 – Rio de Janeiro, RJ

E-mail:

rodriguesm@ig.com.br

Artigo recebido em 21/09/05; revisado recebido em 11/04/06; aceito em 24/04/06.

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Measurements of cardiac output during constant exercises: comparison of two non-invasive techniques Int J Sports Med. 2004 145 9 25 Tordi N Mourot L Matusheski B Hughson RL Original Articles Non-invasive estimate of cardiac output during exercise based on impedance cardiography and oxygen uptake in the elderly

OBJECTIVE: This study assessed the agreement between cardiac output (Q) measurements generated by two indirect methods and their applicability in 54 men e 77 women (aged 60-90). METHODS: The subjects performed a cardiopulmonary test with incremental to maximal exercise on a cycle-ergometer. "Q" was estimated based on oxygen uptake and on impedance cardiography at 50% and 100% of the maximal workload (Wmax) reached during the test. The limits of agreement and mean differences (biases) were estimated using the methodology proposed by Bland-Altman, whereas the relationship between the methods was analyzed by linear regression and intra-class correlation (ICC). RESULTS: For the load equivalent do 50% of Wmax, the bias between the means of the two methods was -0.58 L•min-1 (6.3% smaller for the impedance measurement) and the limit of agreement was ± 2.54 L•min-1 (24.7%). At 100% of Wmax, the bias was 1.03 L•min-1 (8.5% greater for the impedance measurement) with a limit of agreement of ± 3.35 L•min-1 (27.6%). ICC values and the regression curves obtained between the methods were: Qimp=1.82+0.75Q VO2 (r²=0.765, p<0.001; ICC=0.727, p<0.01) at 50% Wmax; and Qimp=0.93+1.00Q VO2 (r²=0.755, p<0.001; ICC=0.796, p<0.01) at 100% Wmax. CONCLUSION: These results suggest that there is a good agreement between the two methods for the measurement of Q during exercise in the elderly, which is compatible with the findings of similar studies with young subjects.

 Exercise exercise test impedance cardiography aging

ORIGINAL ARTICLE

Non-invasive estimate of cardiac output during exercise based on impedance cardiography and oxygen uptake in the elderly

Maurício Nunes Rodrigues; Jacques Henri-Paul Vanfraechem; Paulo de Tarso Veras Farinatti

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Universidade Gama Filho, Université Libre de Bruxelles, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Atividade Física-UNIVERSO, Clínica de Medicina do Exercício-Vitacor, Instituto de Desenvolvimento e Pesquisa em Atividades Físicas – IDEATIVA - Rio de Janeiro, RJ, Brazil – Bruxelas, Bélgica

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ABSTRACT

OBJECTIVE: This study assessed the agreement between cardiac output (Q) measurements generated by two indirect methods and their applicability in 54 men e 77 women (aged 60-90).

METHODS: The subjects performed a cardiopulmonary test with incremental to maximal exercise on a cycle-ergometer. "Q" was estimated based on oxygen uptake and on impedance cardiography at 50% and 100% of the maximal workload (Wmax) reached during the test. The limits of agreement and mean differences (biases) were estimated using the methodology proposed by Bland-Altman, whereas the relationship between the methods was analyzed by linear regression and intra-class correlation (ICC).

RESULTS: For the load equivalent do 50% of Wmax, the bias between the means of the two methods was -0.58 L•min-1 (6.3% smaller for the impedance measurement) and the limit of agreement was ± 2.54 L•min-1 (24.7%). At 100% of Wmax, the bias was 1.03 L•min-1 (8.5% greater for the impedance measurement) with a limit of agreement of ± 3.35 L•min-1 (27.6%). ICC values and the regression curves obtained between the methods were: Qimp=1.82+0.75QVO2 (r2=0.765, p<0.001; ICC=0.727, p<0.01) at 50% Wmax; and Qimp=0.93+1.00QVO2 (r2=0.755, p<0.001; ICC=0.796, p<0.01) at 100% Wmax.

CONCLUSION: These results suggest that there is a good agreement between the two methods for the measurement of Q during exercise in the elderly, which is compatible with the findings of similar studies with young subjects.

Key words: Exercise, exercise test, impedance, cardiography, aging.

The prescription of physical exercise for the elderly requires greater care as compared with the prescription of exercise for young individuals due to the typical physiological alterations associated with age and to the higher prevalence of several different clinical and pathological conditions. When developing exercise programs aimed at this age group it is therefore necessary to consider the specific physiological responses that occur during an exercise bout and how much risk they may originate that might jeopardize the participant’s physical integrity. Therefore the assessment of the responses of the cardiorespiratory system to exertion may contribute to improve safety during the prescription of exercise.

Heart rate (HR) is the most studied variable for this purpose, probably because its relationship with exertion intensity is accepted for all age groups1,2 and because it’s an easy-to-measure variable. However, a broader analysis of the integrity of cardiac function could be obtained if cardiac output (Q) and/or stroke volume were measured during the performance of assessment tests prior to participation in an exercise program. This is not observed in current practice, usually due to the invasive nature of methods used to quantify these variables.

The development of indirect methods to estimate Q and stroke volume have increased the possibilities of understanding the behavior of cardiac function during exercise. The validity, accuracy and reproducibility of some of these methods during exercise, such as the indirect Fick method – by CO2 or acetylene rebreathing; impedance and inductance cardiography and oxygen uptake based methods - have been documented in the literature3-13. However, studies are scarce that focus on the assessment of the agreement between measurements generated by different indirect methods and their applicability to the elderly. Although they are of a noninvasive nature, some of them require the use of equipment and/or non-conventional maneuvers to perform these measurements which may prevent their correct use in this population.

The objective of this study is therefore to analyze the agreement of Q measurements using two non-invasive methods, i.e., impedance cardiography (IMP) and the method based on oxygen uptake (), in addition to the applicability of both methods to elderly subjects.

Methods

Sample - A group of 131 apparently healthy elderly subjects, 54 men and 77 women (aged from 60-90), was randomly selected among the members of thirteen senior citizen centers in Brussels, Belgium. We used a random number table to define how many would be drawn in each center. The following exclusion criteria were applied before the final draw of the participants a) presence of cardiovascular, mobility and pneumopathological problems or recent surgeries; b) use of medication or substances that might affect acute cardiovascular physiological responses to exercise; c) use of food supplements; d) individuals who are substantially overweight (BMI > 35 kg/m2), smokers and athletes. A informed consent term was obtained prior to the subjects’ participation in the study, following the recommendation of the Helsinki Convention which was ratified in Brazil by Resolution nº 196/96 of the National Health Council of Brazil on experiments with humans.

Exercise Protocol - The subjects performed a cardiopulmonary exercise test on a cycle-ergometer (Ergo-Line® 900, D7474, UK). The testing protocol consisted of three phases: (a) three minutes of warm-up at 5 W; (b) work phase at 25 W for men and 20 W for women, with an incremental load equal to the initial load being added every two minutes, according to the gender; (c) five minutes of recovery, without load. The loads were selected according to the predicted maximum work capacity in order to obtain maximal exertion between 6 to 12 minutes of test, following the recommendation of the American Heart Association14. The criteria of interruption of the test followed the recommendations of the American College of Sports Medicine15. The test was considered maximal when at least two of the following criteria were observed: (a) respiratory quotient (R) > 1.06; (b) plateau despite the increase in load (increase in VO2< 2.0 ml·kg-1·min-1 between the last two loads); (c) maximum voluntary exhaustion. The reproducibility of the protocol was previously tested in a subgroup of 12 elderly subjects (eight men and four women) randomly selected from the original sample.

Estimation of cardiac output based on impedance cardiography - Impedance cardiography was recorded on a Minnesota® (IFM 304b, USA) impedance recorder, with a tetrapolar configuration. The ECG and the HR were recorded on a Fukuda Denshi® (FD-36, Japan) electrocardiograph, and on a Fukuda Denshi® (PL-16, Japan) phonocardiograph. Hematocrit was quantified after a centrifugation process, and the blood sample was collected after the testing. Cardiac output (Q) and stroke volume were estimated every two minutes according to the following equation: Q (L·min-1) = 0.001 stroke volume (mL·syst-1)·HR (bpm). Considering that the variation in thoracic impedance due to blood ejection is related with the ejection volume16, stroke volume can be calculated based on the equation: stroke volume (mL·syst-1) = (r)· (L/Z0)2 ·(LVET) ·(dz/dt), where r refers to blood resistivity (ohm·cm); r = 53.2e 0.22Hct, where Hct is hematocrit17; L is the length between the signal detection electrodes (cm); Z0 is the baseline thoracic impedance (ohm); LVET is the left ventricle ejection time (second); and dz/dt is the rate of thoracic impedance change (ohm·seg-1). These equations have been previously validated by Miles and Gotshall8 and Bogaard et al.5 by comparison with direct measurements. The components of the equations presented were obtained according to previously described methods 18.

Estimation of cardiac output based on oxygen uptake - Oxygen uptake (), carbon dioxide output () and ventilation (VE) were assessed respectively by an O2 paramagnetic analyzer, an infrared CO2 analyzer and a pneumotachograph (Morgan®, UK). These ventilatory variables were determined in L·min-1 STPD over the same period of the impedance data and their average was calculated every 30 seconds. The difference in O2 arterial venous content (Dif.a-vO2) was estimated based on the equation: Dif.a-vO2 = 5.721 + (0.1047 x %) 7, and Q was estimated based on Fick’s equation (Q= / Dif.a-vO2).

Statistical procedure - The relation between the two methods was assessed by linear regression for the data at 50% of the maximum load (40-90%) and at maximal exertion (100%). The agreement between the methods was assessed based on the intra-class correlation coefficient (ICC), the limits of agreement and the differences between methods (biases) were assessed according to the methodology proposed by Bland and Altman19. The analyses were carried out using the STATA 8.2 and STATISTICA 5.5 software programs.

Results

Table 1 presents the mean and confidence interval (95%CI) for the variables measured/estimated at 50% and 100% of the exertion load. Table 2 and Figures 1, 2, 3 and 4 present the data of the comparison between the two methods. At 50% of the load, the difference between the methods was 0.58 L·min-1 – corresponding to 6.3% in favor of the method of Stringer et al.7 – and with a limit of agreement of ± 2.54 L·min-1, corresponding to 24.7% (Tables 1 e 2; Figures 1 and 3). At maximal exertion, this trend, though slight, is reversed. The means presented a difference of 1.03 L·min-1 in favor of impedance cardiography, corresponding to 8.5% of the bias between the methods. The limit of agreement was ± 3.35 L·min-1, corresponding to 27.6% (Tables 1 and 2; Figures 2 and 4).

Discussion

When comparing different methods to measure the same variable, the values obtained will hardly agree in a perfect fashion, and provide identical results for all individuals. For this reason, Bland and Altman19 proposed an approach to compare to what extent a certain method differs from another. If the difference, which expresses the precision between the methods and the limits of agreement, which express the variability of measurements, are not elevated, there would be no problems, in principle, for the cross-interpretation of data (that is, comparing the data obtained by different methods). According to Bland and Altman19, for this type of cross-interpretation to be possible, it is at the discretion of the researchers to define to what extent measurements can differ from one another. Actually, the cut-off point of what would be considered acceptable differences depends on the variable analyzed, and there are some variables that are believed to admit greater variability than others.

Some previous studies have used similar testing protocols in elderly subjects20, 21. And the choice of methods used to estimate Q in this study was determined considering its specific characteristics. Impedance cardiography was chosen in view of the fact that it is widely used. Although the method is based on some controversial premises5, 8 and is even not recommended by some authors22, its validity, accuracy and reproducibility have been documented by several studies3-5, 8, 9. As regards elderly subjects, the validity of the assessment of Q by this method has not been sufficiently demonstrated. However, previous laboratory studies, involving more than 150 individuals above 60 years of age, did not reveal difficulties as to their applicability, in comparison with younger subjects. In fact, there were no significant differences in the quality of the signs obtained and the values usually measured generally do not depart from those reported in the literature for the age groups and intensity of exertion observed23.

The estimation of Q based on oxygen uptake is a relatively new method. It was developed by Stringer et al.7 in young individuals, based on the hypothesis that Dif.a-vO2 would increase in a predictable manner vis a vis the percentage of VO2 max during exercise. Its major advantage is that it does not require the use of different pieces of equipment other than the ones used in cardiopulmonary exercise testing, or nonconventional maneuvers to take the measurements, which could facilitate its use in elderly subjects. This population would benefit from a less invasive estimate [method] that reflects the reality better during physical exercise.

Because it is a new method, the estimate of Q based on oxygen uptake lacks validation studies in elderly subjects. In the comparison with the direct measurement by Fick’s method in five young subjects doing an incremental to maximal exercise testing on a cycle-ergometer. Stringer et al.7 reported an r of 0.97 and a difference in the means between the values estimated and those effectively measured of ±2 L·min-1, corresponding to 15% of the measurement obtained directly. In a study similar to this one, comparing indirect methods, Kaplan et al.6 evaluated 23 subjects aged between 24 and 43, in that two were women. Of them, 11 subjects performed an exercise protocol in steady-state on a cycle-ergometer, beginning with 25-50 W and with increments of equal magnitude every 10-15 minutes, during a period of 45 minutes, to compare the values measured based on inductance cardiography and CO2 rebreathing. Another group of 20 subjects did a progressive ramp test, on a cycle-ergometer, with increments of 15–30 W·min-1 until exhaustion. In this case, the objective was to compare the values measured based on the inductance and O2 uptake. The authors reported limits of agreement of ± 2.8 L·min-1 in the first group, corresponding to a variability of 21%, and of ± 2.8 L·min-1 in the second group, corresponding to 22%.

Charloux et al.24 published a study in which they compared impedance cardiography with Fick’s Direct Method. Subjects with different clinical conditions participated in the study, with a total of 40 patients, of which 14 had sleep apnea and 26 had chronic obstructive pulmonary disease. The subjects performed steady-state exercise on a cycle-ergometer in supine position with loads between 10 and 50 W. The results revealed a difference of 0.29 L·min-1 between the methods and limits of agreement between -2.34 and 2.92 L·min-1; the authors reveal that in only 9.3% of the cases did the differences between the method exceed 20%.

Some studies have analyzed other methods. Davis et al.25, for instance, reported limits of agreement of ± 20% between CO2 rebreathing and Fick’s Direct Method in 18 patients with severe pulmonary disease. Espersen et al.26 compared the methods of thermodilution and CO2 rebreathing with Fick’s Direct Method, in 11 apparently healthy subjects during exercise performed at 50 W. The differences found were 2.3 and -0.2 L·min-1, respectively, between thermodilution and CO2 rebreathing and between the first one and Fick’s Direct Method. In another study analyzing the validity of a variation of the CO2 rebreathing method, Olszowka et al.27 reported, in 14 subjects, from rest to maximal exercise, coefficients of variation for mean values of Q between 3 and 4%, in comparison with the traditional method. The differences were between 3 to 5% in the comparison with Fick’s Direct Method and between 2 to 5% as regards the thermodilution. The same authors mentioned a similar study, of the same group, in which coefficients of variation between 11 and 22% were found in comparison between thermodilution and acetylene rebreathing. Finally, Tordi et al.28, in a recent study, compared non-invasive methods (impedance and CO2 rebreathing) in eight young men during three different bouts of steady-state exercise controlled by HR (120, 140 and 160 bpm). The authors reported an r of 0.85 and a mean difference of 0.06 L·min-1 (corresponding to 0.12 %) in the three intensities. In the lowest intensity, the mean of the values of Q estimated by impedance was lower than the estimated by CO2 rebreathing. However, this trend reversed in higher intensities. This behavior was explained by the authors as resulting from a limitation of the CO2 rebreathing method in steady-state conditions for high intensities, due to progressive acidemia (decrease in blood pH).

In this study, the estimates were compared at two different times, 50% and 100% of the maximal exertion load during incremental exercise. This strategy allowed the perception of a reasonable agreement between the methods (differences of @ 6% to 8.5% and limits of agreement of @ 24% to 28%), although the variation between the values obtained from both increase as the absolute values of Q increase. When approaching maximum values, Q estimated based on oxygen uptake tended to be lower than the Q measured by the impedance cardiography technique, and we also observed an upward trend of the difference between the values estimated according to the proximity to maximal exertion.

This behavior was similar to that observed by Tordi et al.28, in the comparison between impedance and CO2 rebreathing. Although these authors have justified this behavior in view of the limitations of the CO2 rebreathing method, we may theorize that, at higher intensities, the impedance method would tend to overestimate Q values in view of artifacts in the impedance curves measured. However, it becomes clear that absolute and relative values for differences and limits of agreement approach those obtained by other studies that compare direct and indirect methods to measure Q. Additionally, they fell within the ±15% range of variation reported in the work carried out by Miles e Gotshall8.

In summary, this study suggests a good agreement in the estimate of Q in elderly subjects, between the impedance cardiography and oxygen uptake-based methods. The results seem to be compatible with those of other studies which compare methods of measurement during exercise in young subjects or in subjects with cardiorespiratory conditions. However, additional studies should be conducted to further the process of validation of the Q estimate method based on oxygen uptake in elderly subjects, either by comparing direct methods or by verifying the reproducibility of the measurement during the exercise.

References

Maurício Nunes Rodrigues

Laboratório de Atividade Física e Promoção da Saúde-UERJ

Rua São Francisco Xavier, 524/8133-F

20550-900 – Rio de Janeiro, RJ, Brazil

E-mail:

rodriguesm@ig.com.br

Manuscript received September 21, 2005; revised manuscript received April 11, 2006; accepted April 24, 2006.