FUNDAMENTO: Fórmulas de predição da freqüência cardíaca máxima são amplamente utilizadas em serviços de ergometria e para prescrição de treinamento, contudo há controvérsia na literatura sobre a eficácia delas. OBJETIVO: Comparar a freqüência cardíaca máxima obtida pelo teste ergoespirométrico com as equações propostas por Karvonen e Tanaka. MÉTODOS: Dos 24.120 testes ergoespirométricos máximos, com protocolo de cargas crescentes, realizados em esteira rolante e armazenados no banco de dados do Cemafe, no período de 1994 a 2006, foram resgatados 1.091 resultados da freqüência cardíaca máxima de indivíduos sedentários do sexo masculino e 956 do feminino. Esses dados foram utilizados como padrão-ouro na comparação com as fórmulas de predição propostas por Karvonen e Tanaka. RESULTADOS: Os valores médios da freqüência cardíaca máxima medida foram: 181,0 ± 14,0, 180,6 ± 13,0 e 180,8 ± 13,8, para o sexo masculino, feminino e ambos os sexos, respectivamente. Seguindo o mesmo padrão, os valores para equação de Karvonen foram de 182,0 ± 11,4, 183,7 ± 11,5 e 183,9 ± 11,7; e os de Tanaka 182,0 ± 8,0, 182,6 ± 8,0 e 182,7 ± 8,2. A equação de Karvonen apresentou valores de correlação iguais à de Tanaka, quando comparadas com a freqüência cardíaca máxima medida, r = 0,72. CONCLUSÃO: As equações de Karvonen e Tanaka são semelhantes para predição da freqüência cardíaca máxima e apresentam boa correlação com a freqüência cardíaca máxima medida.
ARTIGO ORIGINAL
ERGOESPIROMETRIA
Comparação da freqüência cardíaca máxima medida com as fórmulas de predição propostas por Karvonen e Tanaka
IEscola Paulista de Medicina da Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, SP - Brasil
IIUniversidade Metodista de Piracicaba, Piracicaba, SP - Brasil
IIIUniversidade Santo Amaro, São Paulo, SP - Brasil
A freqüência cardíaca máxima (FCM) é o valor mais elevado da freqüência cardíaca que um indivíduo pode atingir em um esforço máximo até o ponto de exaustão1, sendo uma importante variável fisiológica para quantificar o esforço máximo durante um teste ergométrico2. É um indicador amplamente utilizado para prescrição de intensidades em programas de exercícios aeróbios, por possuir uma estreita relação com o consumo máximo de oxigênio3. Os indivíduos destreinados, em geral, apresentam valores mais elevados para a FCM que os treinados4. Contudo, alguns autores relatam que a FCM não varia significativamente com o treinamento5. A redução da FCM com o treino se deve, provavelmente, às adaptações do coração e sistema nervoso autônomo para alcançar um debito cardíaco ótimo6. Os testes máximos realizados em cicloergômetros apresentam valores de FCM de 5% a 10% inferiores em relação ao obtido em esteira ergométrica, esse fato é explicado pela ocorrência da fadiga periférica7. Contudo, outro estudo encontrou uma boa associação entre a FCM medida, nos testes realizados nos dois ergômetros, para 57% dos indivíduos8. Uma das equações mais utilizadas para a predição da FCM é a 220 - idade9, proposta para essa finalidade por Fox e cols.10. Essa equação tende a superestimar a FCM de indivíduos jovens (< 40 anos) e a subestimar a freqüência de idosos11. Outra equação utilizada para predição dessa variável é o modelo de regressão proposto por Tanaka e cols.12 (208 - (0,7 x idade)), que apresenta valores de FCM menores do que a de Karvonen e cols.9. Essas equações podem apresentar grande margem de erros3. Existe conflito na literatura sobre a aplicação das equações para predição da FCM, alguns demonstram boa correlação com a FCM medida, outros, fraca. Parte disso se dá por causa da diversidade de condições experimentais, como tipo de população, amostra pequena, variedade de protocolos de avaliação, equipamentos para análise e ergômetros utilizados.
O presente estudo propõe comparar a FCM obtida por meio de teste ergoespirométrico máximo em esteira rolante, de brasileiros sedentários, de ambos os sexos e com faixa etária de 12 a 69 anos, com as fórmulas de predição propostas por Tanaka e cols.12 e Karvonen e cols.9.
O presente estudo transversal retrospectivo clínico foi realizado no Centro de Medicina da Atividade Física e do Esporte (Cemafe) da Escola Paulista de Medicina da Universidade Federal de São Paulo e aprovado pelo Comitê de Ética e Pesquisa da mesma instituição (CEP n. 0961/06). Dos 24.120 testes ergoespirométricos máximos, com protocolo de cargas crescentes, realizados em esteira rolante e armazenados no banco de dados do Cemafe, no período de 1994 a 2006, foram resgatados 1.091 resultados da freqüência cardíaca máxima de indivíduos sedentários do sexo masculino e 956 do feminino. Esses dados foram utilizados como padrão-ouro na comparação com as fórmulas de predição propostas por Karvonen e Tanaka. Após a tabulação dos dados, calcularam-se as freqüências cardíacas máximas pelas equações de predição de Karvonen (220 - idade) e Tanaka (208 - (0,7 x idade)), seguida pela comparação com a FCM medida. Os critérios de inclusão englobaram indivíduos sedentários, brasileiros e aparentemente saudáveis, com faixa etária de 12 a 69 anos, que realizaram o teste ergoespirométrico em esteira rolante elétrica e com índice de massa corpórea
Os resultados foram obtidos pelo teste ergoespirométrico com protocolo de carga crescente, padrão do Cemafe para sedentários, que consiste em iniciar na carga de 3,0 km/h sem inclinação, com duração de 2 minutos, seguida por estágios com duração de 1 minuto e incrementos de 1,0 km/h até a exaustão, em esteira rolante (Precor C964i USA). Quando foi necessário dar prosseguimento ao teste, após dez minutos de incrementos de carga, realizaram-se incrementos na inclinação de 2,5% ou 5,0% a cada minuto. Os critérios adotados para interromper o teste e classificá-lo como máximo foram: atingir o platô do consumo máximo de oxigênio em relação a carga, razão das trocas gasosas igual ou superior a 1,1 e exaustão física. A freqüência cardíaca máxima foi determinada pelo sistema de ergometria (Ergo-S e eletrocardiógrafo EP-3 DIXTAL-Brasil). Para análise dos resultados, aplicou-se a correlação de Pearson e teste "t" para dados pareados, para a comparação da freqüência cardíaca máxima com as fórmulas de predição13. Foram determinadas as médias e desvios padrão das variáveis peso, altura, índice de massa corpórea, idade e freqüência cardíaca máxima atingida no teste cardiopulmonar. Por tratar-se de um estudo retrospectivo clínico, a limitação do estudo consiste na falta de controle do pesquisador sobre as medidas dos testes e questionários aplicados no período de 1994 a 2006.
Para caracterizar a amostra, realizaram-se as medidas altura (cm) e peso (kg) e calculou-se o índice de massa corpórea (kg/m2), juntamente com a idade. Os valores dessas variáveis são apresentados em médias e desvio padrão na
A predição da FCM por equações é amplamente utilizada para prescrição de treinamento e em serviços de ergometria. A equação mais utilizada é a 220 - idade, podendo tal fato ser justificado em razão da freqüente citação e utilização dessa fórmula em livros e artigos relacionados à fisiologia do exercício, exames de certificação em medicina esportiva, em programas de condicionamento físico e em indústrias ligadas ao segmento de atividade física14. Contudo, essa equação é criticada na literatura, pois o estudo que a gerou teve uma outra abordagem que não envolvia a elaboração desta para predição da FCM11. Conseqüentemente, a fórmula 220 - idade não apresenta mérito científico para ser utilizada no campo da fisiologia do exercício e em áreas afins21. De acordo com Tanaka e cols.12, a elaboração da fórmula 220 - idade9 se deu por meio da revisão feita por Fox e cols.10. Essa fórmula foi determinada arbitrariamente para um total de dez estudantes. A idade mais elevada utilizada foi de 65 anos, e a maioria dos indivíduos apresentou idade
Nosso estudo comparou a freqüência cardíaca medida em teste ergoespirométrico de 2047 brasileiros sedentários, 1.091 do sexo masculino e 956 feminino, com idade entre 12 e 69 anos, com as fórmulas de Karvonen e cols.9 e Tanaka e cols.12, a fim de esclarecer qual a correlação entre a FCM medida e as duas fórmulas de predição. Os valores encontrados por nós, para a correlação de Pearson entre a FCM medida e as equações propostas por Karvonen e cols.9 e Tanaka e cols.12, foram os mesmos (r = 0,72). Esse valor assemelha-se ao estudo proposto por Tanaka que encontrou uma correlação de r = 0,79 para indivíduos do sexo masculino e r = 0,73 para o feminino, entre a FCM medida e a equação 208 - (0,7 x idade)12. Em estudo com idosas na faixa etária de 60 a 81 anos, as equações de predição da FCM de Karvonen e cols.9 (220 - idade) e de Tanaka e cols.12 (208 - (0,7 x idade)) apresentaram valores significativamente maiores quando comparados aos medidos durante um teste de esforço progressivo, com uma fraca correlação entre a FCM medida e as equações de predição de Karvonen (0,354) e Tanaka (0,342). Contudo, para a faixa etária da nossa amostra de 12 a 69 anos, a freqüência cardíaca máxima medida apresentou valores significativamente menores (p < 0,000) que as equações de predição.
O uso de regressões para estimar indiretamente a FCM no cicloergômetro para indivíduos que não apresentam bom condicionamento físico aumenta potencialmente o erro de predição da FCM e, conseqüentemente, da intensidade de exercício a ser realizado, o que sugere que a FCM deveria ser determinada diretamente para cada indivíduo8. A boa correlação encontrada em nosso estudo (r = 0,72) entre a FCM medida e as equações de predição de Karvonen e Tanaka pode ser justificada pelo maior número de indivíduos e pelo fato de os testes terem sido realizados em esteira, em vez de bicicleta ergométrica16.
Em estudo para comparação dos valores da FCM obtidos em laboratório com equações de predição, Vasconcelos17 constatou que a equação 220 -idade9 apresenta maior correlação com FCM medida do que a proposta por Inbar e cols.18. Esse resultado mostrou discordância com outros estudos que apontam a equação por Inbar e cols.18 como uma das mais precisas18.
É fato que métodos diretos de medição possuem maior eficácia para determinação da FCM, no entanto continua sendo grande a utilização de fórmulas de predição, principalmente a equação 220 - idade, por profissionais ligados a ciências da saúde. Nosso estudo demonstrou que existe boa correlação entre a FCM medida e as equações de predição, contudo são necessários mais estudos relacionados ao desenvolvimento de equações que apresentem maior precisão para predizer a FCM.
Acreditamos que a magnitude da amostra e dos dados, coletados no Centro de Medicina da Atividade Física e do Esporte (Cemafe), credencia o presente estudo para comparar a freqüência cardíaca máxima medida com as equações de predição propostas por Karvonen (220 - idade) e Tanaka (208 - (0,7x idade)).
As equações de predição da freqüência cardíaca máxima propostas por Karvonen (220 - idade) e Tanaka (208 - (0,7 x idade)) são semelhantes para predição da freqüência cardíaca máxima, de indivíduos do sexo masculino e feminino, com faixa etária de 12 a 69 anos, demonstrando boa correlação (r = 0,72) com a freqüência cardíaca máxima medida.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de Doutorado de Sérgio Ricardo de Abreu Camarda pela Universidade Federal de São Paulo.
Correspondência: Sérgio Ricardo de Abreu Camarda Av. Marechal Stênio de Albuquerque Lima, 82 – Paraíso 04005-040 – São Paulo, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 22/01/08; revisado recebido em 10/03/08; aceito em 17/03/08.
BACKGROUND: Equations for predicting maximal heart rate (HRmax) are widely used in exercise testing and for training prescription, but their efficacy remains controversial in the literature. OBJECTIVE: To compare maximal heart rate during cardiopulmonary exercise testing (CPET) using the prediction equations developed by Karvonen and Tanaka. METHODS: Of the 24,120 maximal treadmill graded exercise tests stored in the CEMAFE database from 1994 to 2006, 2047 HRmax values were analyzed, 1091 of which were from male and 956 from female sedentary subjects. These data were used as a gold standard to compare Karvonen's and Tanaka's prediction formulas. RESULTS: Mean measured maximal heart rates were 181.0 ± 14.0; 180.6 ± 13.0, and 180.8 ± 13.8 for men, women, and both genders combined, respectively. Likewise, mean values from Karvonen's equation were 182.0 ± 11.4; 183.7 ± 11.5, and 183.9 ± 11.7; and from Tanaka's, 182.0 ± 8.0; 182.6 ± 8.0, and 182.7 ± 8.2. Karvonen's and Tanaka's equations yielded the same correlation coefficients, as compared with measured maximal heart rate (r = 0.72). CONCLUSION: Karvonen's and Tanaka's equations are similar in predicting maximal heart rate and show good correlation with measured maximal heart rate.
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Maximal heart rate (HRmax) is the highest heart rate a subject can achieve in an all-effort to the point of exhaustion1, being an important physiological variable for assessing maximal exertion during an exercise test2. It is widely used for prescribing exercise intensity in aerobic training programs, since it is closely related to maximal oxygen uptake3. HRmax is usually higher in untrained than in trained subjects4. However, some authors claim that HRmax does not change significantly with training5. HRmax reduction with training is probably due to adaptive responses in the heart and autonomic nervous system to achieve an optimal cardiac output6. At maximal exercise, HRmax is 5% to 10% lower on a cycle ergometer than on a treadmill, an effect that can be explained by peripheral fatigue7. Nevertheless, another study found a good association between measured HRmax using a treadmill and cycle ergometer in 57% of the patients8. One of the most commonly used HRmax prediction equations is the 220 – age formula9, proposed by Fox et al10. This equation tends to overestimate HRmax in young subjects (< 40 years) and underestimate HRmax in older subjects11. Another equation used to predict HRmax is the regression model proposed by Tanaka et al12, the 208 – (0.7 x age) formula, which yields lower values than Karvonen et al9. These equations may allow large margins of error3. The literature is controversial regarding the use of HRmax prediction equations; some studies show a good correlation between measured and predicted HRmax, while in others this correlation is weak. This may be partly attributed to variations in experimental conditions, such as the type of population, small sample size, and different evaluation protocols, equipment for analysis, and ergometer used.
This study was designed to compare HRmax, as determined by maximal treadmill cardiopulmonary exercise testing, in male and female sedentary Brazilians, ages ranging from 12 to 69, using the prediction formulas developed by Tanaka et al12 and Karvonen et al9.
This was a retrospective, cross-sectional study conducted at the Centro de Medicina da Atividade Física e do Esporte (CEMAFE) of the Universidade Federal de São Paulo, Escola Paulista de Medicina. The study protocol was approved by the Institutional Research Ethics Committee under No.0961/06. Of the 24,120 maximal treadmill graded exercise tests stored in the CEMAFE database from 1994 to 2006, 2047 HRmax values were analyzed, 1091 from male and 956 from female sedentary subjects. These data were used as a gold standard to compare the prediction formulas proposed by Karvonen and Tanaka. After all data were tabulated, maximal heart rates were estimated using Karvonen's (220-age) and Tanaka's (208 - [0.7 x age]) equations and compared with measured HRmax. Sedentary but apparently healthy Brazilians, ages ranging from 12 to 69 years, body mass index
All cardiopulmonary exercise tests were performed on a treadmill (PRECOR C964i USA) according to a graded protocol for sedentary subjects developed by CEMAFE, which consists of a two-minute stage at 1.8 mph and 0% grade followed by one-minute stages with 0.6 mph increments between them until exhaustion. When necessary, after 10 minutes of increasing workload, treadmill grade was raised 2.5% or 5.0 % every minute. Criteria for terminating the test and classifying it a maximal effort were the following: a plateau in maximal oxygen consumption, a respiratory exchange ratio equal to or greater than 1.1, and exhaustion. Maximum heart rate was measured using ERGO-S ergometry system and EP-3 DIXTAL cardiograph, Brazil. To compare maximal heart rates using prediction formulas, Pearson's correlation coefficient and Student's paired
Body height (cm), weight (kg), body mass index (kg/m2), and age were all obtained. These data are presented as means and standard deviations in
Maximal heart rate prediction equations are commonly used in exercise testing and training prescription. The most common formula is 220 - age, probably because it is often cited in textbooks and papers on exercise physiology, included in certification examinations in sports medicine, and used in fitness programs and the fitness industry14. However, it has been criticized in the medical literature, since the study from which it was generated was not designed to develop HRmax prediction equations11. Therefore, the 220-age formula has no scientific merit for use in exercise physiology and related sciences3. According to Tanaka et al12, the 220 – age9 formula was first described in a literature review by Fox et al10, being determined arbitrarily from a total of 10 studies in which the highest age was 65 years and most patients were 55 years or younger. These authors compared the 220 – age9 and 208 – (0.7 x age)12 equations and concluded that the first overestimates HRmax in young adults, and that this relationship tends to increase with increasing age. They also noted that these studies included subjects with cardiovascular disease who smoked or were taking cardioactive drugs, conditions that influence HRmax regardless of age14. Despite perceptions that the 220 – age equation is inappropriate for use in the health sciences field, the American College of Sports Medicine15 recommends that Karvonen's formula be used for prescribing aerobic exercise, since it is directly correlated with maximal oxygen uptake.
Our study compared heart rate measured during cardiopulmonary exercise testing, using Karvonen et al9 and Tanaka et al12 equations, to establish a correlation between measured HRmax and said prediction formulas. Sample population comprised 2047 sedentary Brazilians, 1091 male and 956 female, ages ranging from 12 to 69. Pearson's correlations between measured HRmax and the equations proposed by Karvonen et al9 and Tanaka et al12 were found to be the same (r = 0.72). This finding was similar to that reported by Tanaka, who found a correlation of 0.79 for male patients and 0.73 for female patients between measured HRmax and the 208 – (0.7 x age) formula12. In a study of elderly women (60 to 81 years), HRmax values using the prediction equations proposed by Karvonen et al9 (220 – age) and Tanaka et al12 (208 – [0.7 x age]) were significantly higher than those obtained during graded exercise testing. A weak correlation was found between measured HRmax and that estimated by Karvonen's (0.354) and Tanaka's (0.342) formulas. However, in the age range of our study sample (12-69 years), measured HRmax values were significantly lower (p < 0.000) than those of prediction equations.In subjects with poor fitness level, the use of regressions to indirectly estimate HRmax on a cycle ergometer potentially increases prediction errors and thereby exercise intensity, suggesting that HRmax should be measured directly for each subject8. The good correlation found in our study (r = 0.72) between measured HRmax and that estimated by Karvonen's and Tanaka's prediction equations may be explained by the greater number of patients and also by the fact that the tests were performed on a treadmill, rather than on a bicycle ergometer16. In a study comparing measured HRmax with that derived from prediction equations, Vasconcelos17 postulated that the 220 – age formula9 is more correlated with measured HRmax than that proposed by Inbar et al18. This finding contradicts other studies claiming that Inbar et al18 equation is one of the most accurate18.
Although indirect methods of measurement are more effective in determining HRmax, prediction formulas, particularly the 220 – age equation, are still commonly used by health care professionals. Our study has shown that measured HRmax correlates well with prediction equations. Nonetheless, further studies are needed to develop more accurate equations for estimating HRmax. We believe that the sample size and data collected at the Centro de Medicina da Atividade Física e do Esporte (CEMAFE) enable this study to compare measured HRmax with those based on the prediction equations proposed by Karvonen (220 – age) and Tanaka [208 - (0.7 x age)].
The prediction equations proposed by Karvonen (220 – age) and Tanaka (208 - 0.7 x age) are similar in estimating HRmax in male and female subjects 12 to 69 years old, showing good correlation (r = 0.72) with measured HRmax.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the thesis of Doctoral submitted by Sérgio Ricardo de Abreu Camarda, from Universidade Federal de São Paulo.