abcArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBCSão Paulo, SP, BrazilTpJbHZ4FNzJfGZQBh9HwbHR00010S0066-782X2010000400010S0066-782X(10)0940041010.1590/S0066-782X2010005000007Artigos OriginaisComportamento cardiorrespiratório em crianças saudáveis durante o exercício progressivo máximoPradoDanilo Marcelo Leite doBragaAna Maria F. WanderleyRondonMaria Urbana PintoAzevedoLuciene FerreiraMatosLuciana D. N. J.NegrãoCarlos EduardoTrombettaIvani CredidioSão PauloUniversidade de São PauloFaculdade de Medicina Instituto do CoraçãoBrazil042010944493499180820090803200923092008This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
FUNDAMENTO: Pouco se sabe sobre a resposta cardiorrespiratória e metabólica em crianças saudáveis durante teste de esforço progressivo máximo. OBJETIVO: Testar a hipótese de que as crianças apresentam respostas diferentes nos parâmetros cardiorrespiratórios e metabólicos durante teste de esforço progressivo máximo em comparação aos adultos. MÉTODOS: Vinte e cinco crianças saudáveis (sexo, 15M/10F; idade, 10,2 ± 0,2) e 20 adultos saudáveis (sexo, 11M/9F; idade, 27,5 ± 0,4) foram submetidos a um teste cardiopulmonar progressivo em esteira ergométrica até a exaustão para determinar a capacidade aeróbia máxima e limiar anaeróbio ventilatório (LAV). RESULTADOS: A carga de pico (5,9 ± 0,1 vs 5,6 ± 0,1 mph, respectivamente; p > 0,05), tempo de exercício (9,8 ± 0,4 vs 10,2 ± 0,4 min, respectivamente, p > 0,05), e aptidão cardiorrespiratória (VO2pico, 39,4 ± 2,1 vs 39,1 ± 2,0 ml.kg-1.min-1, respectivamente, p > 0,05) foram semelhantes em crianças e adultos. No limiar anaeróbio ventilatório, a frequência cardíaca, VO2 ml.kg-1.min-1, a frequência respiratória (FR), o espaço morto funcional estimado (VD/VT), o equivalente ventilatório de oxigênio (VE/VO2) e a pressão expiratória final do oxigênio (PETO2) foram maiores nas crianças, enquanto o volume corrente (VC), pulso de O2 e a pressão expiratória final do dióxido de carbono (PETCO2) foram menores. No pico do exercício, as crianças apresentaram FR e VD/VT superiores. No entanto, o pulso de O2, o VC, a ventilação pulmonar, o PETCO2 e a razão de troca respiratória foram menores nas crianças do que em adultos. CONCLUSÃO: Respostas cardiorrespiratórias e metabólicas durante o teste de esforço progressivo são diferentes em crianças em comparação aos adultos. Especificamente, essas diferenças sugerem que as crianças têm menor eficiência cardiovascular e respiratória. No entanto, as crianças apresentaram maior eficiência metabólica durante o teste de esforço. Em resumo, apesar das diferenças observadas, as crianças mostraram níveis semelhantes de capacidade de esforço, quando comparadas aos adultos.
Criançateste de esforçoventilaçãometabolismoestudo comparativo05032010
ARTIGO ORIGINAL
ERGOESPIROMETRIA
Comportamento cardiorrespiratório em crianças saudáveis durante o exercício progressivo máximo
Danilo Marcelo Leite do Prado; Ana Maria F. Wanderley Braga; Maria Urbana Pinto Rondon; Luciene Ferreira Azevedo; Luciana D. N. J. Matos; Carlos Eduardo Negrão; Ivani Credidio Trombetta
Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - InCor-HCFMUSP, São Paulo, SP - Brasil
Correspondência
RESUMO
FUNDAMENTO: Pouco se sabe sobre a resposta cardiorrespiratória e metabólica em crianças saudáveis durante teste de esforço progressivo máximo.
OBJETIVO: Testar a hipótese de que as crianças apresentam respostas diferentes nos parâmetros cardiorrespiratórios e metabólicos durante teste de esforço progressivo máximo em comparação aos adultos.
MÉTODOS: Vinte e cinco crianças saudáveis (sexo, 15M/10F; idade, 10,2 ± 0,2) e 20 adultos saudáveis (sexo, 11M/9F; idade, 27,5 ± 0,4) foram submetidos a um teste cardiopulmonar progressivo em esteira ergométrica até a exaustão para determinar a capacidade aeróbia máxima e limiar anaeróbio ventilatório (LAV).
RESULTADOS: A carga de pico (5,9 ± 0,1 vs 5,6 ± 0,1 mph, respectivamente; p > 0,05), tempo de exercício (9,8 ± 0,4 vs 10,2 ± 0,4 min, respectivamente, p > 0,05), e aptidão cardiorrespiratória (VO2pico, 39,4 ± 2,1 vs 39,1 ± 2,0 ml.kg-1.min-1, respectivamente, p > 0,05) foram semelhantes em crianças e adultos. No limiar anaeróbio ventilatório, a frequência cardíaca, VO2 ml.kg-1.min-1, a frequência respiratória (FR), o espaço morto funcional estimado (VD/VT), o equivalente ventilatório de oxigênio (VE/VO2) e a pressão expiratória final do oxigênio (PETO2) foram maiores nas crianças, enquanto o volume corrente (VC), pulso de O2 e a pressão expiratória final do dióxido de carbono (PETCO2) foram menores. No pico do exercício, as crianças apresentaram FR e VD/VT superiores. No entanto, o pulso de O2, o VC, a ventilação pulmonar, o PETCO2 e a razão de troca respiratória foram menores nas crianças do que em adultos.
CONCLUSÃO: Respostas cardiorrespiratórias e metabólicas durante o teste de esforço progressivo são diferentes em crianças em comparação aos adultos. Especificamente, essas diferenças sugerem que as crianças têm menor eficiência cardiovascular e respiratória. No entanto, as crianças apresentaram maior eficiência metabólica durante o teste de esforço. Em resumo, apesar das diferenças observadas, as crianças mostraram níveis semelhantes de capacidade de esforço, quando comparadas aos adultos.
Palavras-chave: Criança, teste de esforço, ventilação, metabolismo, estudo comparativo.
Introdução
Crianças não são adultos em miniatura; elas crescem, e, como tal, as respostas fisiológicas e metabólicas ao esforço variam de acordo e à medida que se desenvolvem ao longo da infância e adolescência1-5. Em relação ao perfil bioenergético, diversos estudos1,3,6-8 sugeriram que as crianças possuem menor capacidade anaeróbica ou glicolítica para produzir adenosina trifosfato (ATP) durante o exercício físico. De acordo com Eriksson e cols.9, esse metabolismo glicolítico imaturo pode ser explicado pela menor atividade de enzimas anaeróbias, tais como a lactato desidrogenase e fosfofrutoquinase-1. No entanto, outras investigações10,11 mostraram que as crianças podem se adaptar melhor ao exercício aeróbio do que os adultos porque o seu dispêndio energético parece depender mais do metabolismo oxidativo. Além disso, alguns estudos9,12 relataram níveis mais elevados de enzimas oxidativas, como a succinato desidrogenase e a isocitrato desidrogenase, em crianças do que em adultos.
Além disso, investigações prévias apresentaram diferenças na resposta ventilatória e de troca gasosa pulmonar durante o exercício físico em crianças. Por exemplo, estudos anteriores4,13,14 observaram diferenças no controle respiratório entre adultos e crianças. Essas diferenças se devem ao fato de que a PCO2 arterial é regulada em níveis mais baixos em crianças4,13,15, e tem maior impulso ventilatório central neural16 resultando em maiores frequências ventilatórias para uma determinada demanda metabólica. Além disso, relatou-se17 que as crianças apresentam maiores valores de frequência cardíaca e menor volume sistólico do que os adultos em uma determinada carga submáxima.
Portanto, torna-se evidente que as respostas de algumas variáveis fisiológicas, que incluem parâmetros cardiovasculares, ventilatórios e metabólicos, dependem do status maturacional, tornando sua avaliação mais complexa. A utilização de um sistema computadorizado com medições ventilatórias diretas permite uma avaliação das variáveis fisiológicas e metabólicas de forma não invasiva. Por isso, tornou-se uma importante ferramenta que fornece informações sobre as respostas cardiorrespiratórias durante esforços incrementais na população pediátrica.
Assim, o objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que as respostas cardiorrespiratórias e metabólicas nas diferentes fases do teste de esforço progressivo máximo são diferentes em crianças em comparação com adultos.
Métodos
População e delineamento do estudo
Este estudo utilizou uma amostra de indivíduos que entraram para a base de dados de avaliação cardiorrespiratória em um hospital de referência, coletada de 2003 a 2006, em um delineamento retrospectivo e transversal. Foram convidados a participar do estudo oitocentos e oitenta indivíduos que atendiam aos seguintes critérios de exclusão/inclusão: 1) idade entre 8 a 12 anos para crianças e 25 a 30 anos para adultos; 2) ausência de sobrepeso ou obesidade18, 3) sedentários (i.e., aqueles que não relataram nenhuma atividade física regular); 4) ausência de medicação; 5) ausência de evidência de doença metabólica hormonal, respiratória e cardiovascular; 6) não fumantes; e 7) alcance de esforço máximo durante o teste de esforço progressivo. Os indivíduos foram considerados como tendo alcançado esforço máximo caso atingissem pelo menos dois dos seguintes critérios:
Para crianças19: 1) evidência subjetiva de exaustão (marcha instável, rubor facial, hiperpneia); 2) frequência cardíaca de pico> 190 batimentos/min; e 3) razão de troca respiratória máxima> 1,00. Para adultos20,21: 1) frequência cardíaca de pico > 95% para a máxima prevista pela idade; 2) razão de troca respiratória máxima > 1,10; e 3) alcance de um nível máximo de VO2. Todos os indivíduos foram instruídos a fazer jejum por 2 horas antes do teste de esforço progressivo máximo, além de se abster de cafeína e álcool. Além disso, os indivíduos foram instruídos a evitar atividade física intensa no dia que precedeu o teste. O estado de maturação não foi avaliado nesta investigação. O protocolo de estudo foi aprovado pelos Comitês de Ética em Pesquisas com Seres Humanos do Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.
Medidas antropométricas - O peso corporal foi medido utilizando uma balança mecânica (Filizola modelo 31-São Paulo, Brasil) com aproximação a 0,1 kg, com indivíduos vestidos com camisetas e calções leves. A altura corporal foi medida utilizando o estadiômetro Filizola (modelo 31, São Paulo, Brasil) com aproximação de 0,1 centímetro.
Avaliação cardiorrespiratória - Um teste de esforço progressivo máximo foi realizado em esteira programável (Quinton Q65, modelo 645, Quinton Instruments Co., Washington, E.U.A.). Variáveis ventilatórias e da troca gasosa e foram mensuradas continuamente durante a avaliação cardiorrespiratória a cada respiração utilizando um procedimento de espirometria em circuito aberto em um sistema de esforço baseado (SensorMedics - modelo Vmax 229 Instrumento de Teste de Esforço de Função Pulmonar/Cardiopulmonar, Yorba Linda, CA, E.U.A.). As seguintes variáveis foram obtidas a cada respiração e expressas como médias 30-s: consumo de oxigênio (VO2 l.min-1 e ml.kg-1.min-1 STPD); produção de dióxido de carbono (VCO2 l.min-1 e ml.kg-1.min-1 STPD); razão de troca respiratória (RTR), ventilação pulmonar (VE l.min-1 BTPS), volume corrente (VC l.min-1 BTPS), frequência respiratória (FR respiração/min); espaço morto funcional estimado (VD/VT), equivalentes ventilatórios de oxigênio e dióxido de carbono (VE/VO2 e VE/VCO2) e pressões expiratórias finais de oxigênio e dióxido de carbono (PETO2 e PETCO2 mmHg). Antes de cada teste, os analisadores de gás foram calibrados utilizando gases de concentração conhecida de dióxido de carbono e oxigênio balanceados com nitrogênio e o medidor de fluxo foi calibrado com uma seringa de 3-L. A frequência cardíaca foi registrada continuamente em repouso durante o teste de esforço progressivo e durante o período de recuperação utilizando ECG de 12 derivações (Marquette Medical Systems, Inc. CardioSoft, Wisconsin, E.U.A.). Todos os testes do estudo foram realizados no mesmo laboratório, nas mesmas condições.
Protocolo do teste de esforço - Os participantes realizaram um teste de esforço progressivo em esteira ergométrica em plano inclinado até a exaustão. A carga de esforço (velocidade e/ou inclinação) foi aumentada a cada 60s com a conclusão da parte incremental do teste de esforço entre 8 a 12 minutos aproximadamente.
Limiar anaeróbio ventilatório - O limiar anaeróbio ventilatório (LAV) foi determinado para ocorrer no ponto de equilíbrio entre o aumento da produção de dióxido de carbono e VO2 (V-Slope) ou no ponto no qual o equivalente ventilatório de oxigênio atingisse o valor mínimo e começasse a subir sem aumento concomitante do equivalente ventilatório para o dióxido de carbono22,23.
Consumo de oxigênio de pico - O VO2pico foi definido como o VO2 máximo atingido no final do período de esforço no qual o indivíduo chega à exaustão (da escala analógica do esforço percebido até a escala de Borg).
Protocolo experimental - Inicialmente, os indivíduos foram submetidos a ECG em repouso. Posteriormente, eles realizaram o teste de esforço progressivo em esteira ergométrica na seguinte sequência: 1) A adaptação ao equipamento foi observada através de parâmetros ventilatórios durante alguns minutos; 2) Depois, os parâmetros cardiorrespiratórios foram coletados por 2 minutos em repouso e 2 minutos no aquecimento; 3) Em seguida, o teste de esforço incremental foi iniciado; e 4) Foi finalizado com seis minutos de recuperação monitorada.
Análise estatística
Os dados são apresentados como média ± EP. Testes Teste t de Student para dados não pareados foi utilizado para analisar as características físicas, carga, tempo de esforço e a diferença relativa (porcentagem) das variáveis cardiorrespiratórias. O teste qui-quadrado (x2) foi utilizado para avaliar as diferenças de sexo entre crianças e adultos. As respostas cardiorrespiratórias durante o teste de esforço progressivo foram analisadas entre dois grupos em repouso, LAV e pico do exercício utilizando a análise de variância de dois fatores (ANOVA) com medidas repetidas para testar as possíveis diferenças entre os grupos. Ao encontrar algum tipo de significância, foi feita comparação com o teste post-hoc de Scheffé.
Valores de probabilidade <0,05 foram considerados estatisticamente significativos.
Para ambos os grupos, a diferença relativa foi calculada para as seguintes variáveis cardiorrespiratórias: consumo absoluto de oxigênio (VO2 l.min-1), frequência respiratória (FR), ventilação pulmonar (VE), produção de dióxido de carbono (VCO2 l.min-1), volume corrente (VC) e razão de troca respiratória (RTR) para intervalos entre repouso até LVA, LVA até o pico do exercício, e repouso até o pico do exercício.
Resultados
Dados basais - 25 crianças e 20 adultos que preencham os critérios de inclusão/exclusão foram considerados para este estudo. A Tabela 1 apresenta as características físicas dos indivíduos. Como esperado, encontramos diferenças de idade, altura, peso, superfície corporal (SC) e índice de massa corporal (IMC). No entanto, não observamos diferenças de gênero (Tabela 1).
Carga de trabalho - No LAV, as crianças apresentaram carga e tempo de esforço significativamente maiores (velocidade e inclinação) do que os adultos. Contudo, no esforço de pico essas variáveis se assemelham nos dois grupos (Tabela 2).
Dados cardiorrespiratórias - As variáveis cardiorrespiratórias em repouso foram semelhantes entre os grupos (Tabela 3, Figura 1 e 2). No entanto, durante o teste de esforço, as respostas no limiar anaeróbio ventilatório (LAV) foram significativamente maiores para FC, VO2 ml.kg-1.min-1, FR, VCO2 ml.kg-1.min-1, VD/VT, VE/VO2, VE/VCO2 e PETO2, enquanto VC, pulso de O2 e PETCO2 apresentam ligeiro aumento nas crianças em comparação com os adultos. No pico do exercício, foram observadas diferenças significativamente maiores em crianças para as variáveis FR, VD/VT e VE/VCO2. No entanto, para as variáveis pulso de O2, VO2 l.min-1, VC, VE, VCO2 l.min-1, VCO2 ml.kg-1.min-1, RTR e PETCO2, as crianças apresentaram valores significativamente mais baixos do que os adultos.
Além disso, uma análise posterior das respostas cardiorrespiratórias durante o teste de esforço progressivo para o grupo por tempo de interação revelou diferenças significativas entre os dois grupos em todas as variáveis incluídas neste estudo (Tabela 3, Figura 1 e 2).
Diferenças relativas nas variáveis cardiorrespiratórias - A Figura 3 apresenta mudanças nas variáveis cardiorrespiratórias entre repouso ao LAV, LAV ao pico do exercício e repouso ao pico do exercício. A análise estatística revelou um aumento porcentual de VE e FR entre o repouso ao LAV significativamente maior nas crianças em comparação com os adultos. No entanto, para a variável VC, as crianças apresentaram valores significativamente menores. Para o intervalo entre o LAV ao pico do exercício, o percentual de aumento do VO2 l.min-1, FR, VE, VCO2 l.min-1, VC e RTR foi significativamente menor nas crianças. A análise estatística também evidenciou que o percentual de aumento do VCO2 l.min-1, VC e RTR entre o repouso ao pico do exercício foi significativamente menor nas crianças.
Discussão
Os principais achados do presente estudo são os seguintes: 1) as crianças têm diferentes respostas cardiovasculares, ventilatórias e metabólicas durante o teste de esforço progressivo máximo em comparação com adultos; e 2) as crianças apresentaram níveis similares de condicionamento aeróbio relativo e capacidade de esforço quando comparadas aos adultos. Quanto às diferenças nas respostas cardiovasculares, as crianças apresentaram maior resposta cronotrópica e menor resposta inotrópica durante o esforço máximo (Tabela 3). De fato, esses resultados são compatíveis com relatos anteriores17,24 que revelaram em crianças maiores valores de frequência cardíaca na mesma carga a que os adultos foram submetidos. Este aumento da frequência cardíaca observada na população pediátrica é um mecanismo compensatório para um menor volume cardíaco e menor volume sistólico17,24. Além disso, esta resposta pode estar relacionada à maior sensibilidade dos quimiorreceptores periféricos associada ao acúmulo de metabólitos nos músculos submetidos ao esforço15. Por outro lado, as crianças demonstraram valores inferiores de pulso O2 durante o esforço máximo em comparação com os adultos. Embora o pulso O2 seja apenas uma estimativa indireta do volume sistólico, sugere-se que esta constatação possa estar relacionada aos seguintes fatores: 1) menor tamanho do coração; 2) menor volume sistólico; e 3) menor massa muscular resultando em retorno venoso atenuado (pré-carga) observados em crianças24.
Além disso, nosso estudo revela alterações nas respostas ventilatórias durante o esforço progressivo, sendo que as crianças demonstram menor eficiência ventilatória. De fato, foram encontrados valores significativamente maiores para a frequência respiratória e menores valores de volume corrente durante o teste de esforço em crianças (Figura 1A e 1C). Ademais, o grupo de crianças demonstra maiores valores para os equivalentes ventilatórios de O2 e CO2 para um determinado dispêndio energético, o que sugere um aumento da demanda ventilatória durante o esforço físico (Figura 2A e 2C, respectivamente). Esses resultados demonstram que o padrão ventilatório na população pediátrica depende do status maturacional2,25-27. Dentro do mesmo contexto, Armon e cols.27 observaram em crianças maiores níveis de ventilação pulmonar para um determinado VCO2 em relação aos adultos. O que explicaria esses resultados? Existem algumas evidências de que crianças mais jovens possuem um set point mais baixo para a modulação da pressão parcial de dióxido de carbono arterial4,13-15 e um maior impulso ventilatório central16, resultando em maior resposta ventilatória para uma determinada demanda metabólica.
Os resultados encontrados no nosso estudo estão de acordo com essa premissa, já que a diferença relativa (percentual) não mostrou diferenças para o VCO2 em repouso ao LAV entre os grupos (Figura 3D). No entanto, a ventilação pulmonar demonstrou maior aumento, sugerindo maior impulso ventilatório para um determinado VCO2 em crianças (Figura 3C). Além disso, o grupo de crianças mostrou diferentes respostas de pressões expiratórias finais de oxigênio e dióxido de carbono durante o esforço progressivo (Figura 2B e Figura 2D, respectivamente). Embora a PETO2 seja apenas uma estimativa indireta da PO2 alveolar e arterial28,29, o fato de que a PETO2 foi maior no LAV nas crianças (Figura 2B) pode ser atribuído a um maior impulso ventilatório com aumento subsequente na PO2 alveolar. De fato, a população pediátrica pode estar sob uma relativa hiperventilação alveolar durante o exercício. Em outras palavras, observa-se uma ventilação excessiva durante o esforço físico30,31.
Por outro lado, diversos autores28,29 sugerem que as respostas de PETO2 podem ser influenciadas tanto pela VE/VO2 quanto pelo padrão respiratório utilizado durante o exercício. Por exemplo, a diminuição ou aumento de VE/VO2 durante o teste de esforço também altera a PETO229 da mesma forma. Para a variável PETCO2, as crianças mostraram valores significativamente mais baixos do que os adultos durante o esforço progressivo (Figura 2D). Embora a PETCO2 seja uma estimativa indireta da PCO2 alveolar e arterial28,29, os resultados apresentados no nosso estudo estão compatíveis com relatos anteriores31. Ohuchi e cols.31 demonstraram que a magnitude e a mudança na diferença entre a pressão expiratória final e a pressão parcial de dióxido de carbono arterial P(ET-a)DCO2 durante o esforço progressivo foi menor com as crianças apresentando valores mais baixos do que os adultos, tanto no limiar anaeróbio quanto no pico do exercício. Presumimos que este resultado pode ser explicado por uma menor eficiência ventilatória4,13,25-27 e uma menor capacidade glicolítica durante o exercício em crianças quando comparadas a adultos1-3,6-9.
Interessante, outros autores29 sugerem que valores maiores de frequência respiratória estão intimamente relacionados com a diminuição do tempo expiratório e como consequência de uma cessação prematura do aumento do PETCO2 durante o esforço progressivo. De fato, nossos resultados corroboram essa explicação, já que observamos, durante o esforço progressivo, maior frequência respiratória no grupo de crianças. Além disso, esta menor eficiência ventilatória observada em crianças pode ser reforçada com a menor queda de VD/VT durante o esforço progressivo, sugerindo que há maior ventilação no espaço morto anatômico (Figura 1D).
Além disso, de acordo com uma investigação anterior32, nosso estudo revela ainda diferenças nas respostas metabólicas durante o esforço físico progressivo em crianças. Observamos valores significativamente mais baixos para a razão de troca respiratória no pico do exercício no grupo de crianças (Tabela III). Além disso, para a diferença relativa (percentual), as crianças apresentaram menor aumento de RTR, tanto do repouso ao pico de exercício quanto no LAV ao pico do exercício (Figura 3F). Esses resultados sugerem que as crianças têm menor capacidade glicolítica que adultos. A literatura apresenta diversas razões possíveis para essa imaturidade no metabolismo anaeróbio em crianças observada durante o exercício físico, dentre elas: 1) menores níveis de glicogênio muscular5-7,33; 2) atividade reduzida de fosfofrutoquinase-1 e lactato desidrogenase1-3,6-9; e 3) maior proporção de fibras de contração lenta1.
Curiosamente, apesar dessas diferenças nas respostas cardiovasculares e ventilatórias durante o esforço progressivo, o grupo de crianças demonstrou níveis de capacidade de esforço semelhantes aos dos adultos (Tabela 2). Sugerimos que esses resultados possam estar relacionados a uma maior eficiência metabólica em crianças e, como consequência, menor fadiga muscular, pois tiveram menor dependência do metabolismo glicolítico durante o teste de esforço.
Conclusão
Como conclusão, esses resultados indicam que as respostas cardiovasculares, ventilatórias e metabólicas durante o teste de esforço progressivo máximo são diferentes entre crianças e adultos. Especificamente, os resultados encontrados no presente estudo sugerem que as crianças possuem menor eficiência cardiovascular e respiratória. Por outro lado, as crianças apresentaram maior eficiência metabólica durante o teste de esforço progressivo. Em resumo, apesar das diferenças observadas, as crianças demonstraram níveis semelhantes de capacidade de esforço quando comparadas aos adultos.
Limitações
Reconhecemos algumas limitações no presente estudo. A principal limitação é que os nossos pacientes foram selecionados a partir de um banco de dados, em um estudo retrospectivo transversal. Informações sobre a relação entre a amostra e a população são limitadas nesta condição de amostragem não-probabilística. Sendo assim, não podemos extrapolar os resultados desse estudo para a população.
Potencial Conflito de Interesses
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
Fontes de Financiamento
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Vinculação Acadêmica
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência:
Danilo Marcelo Leite do Prado
Incor - Unidade de Reabilitação Cardiovascular e Fisiologia do Exercício
Av. Dr. Enéas C. Aguiar, 44 - Bl. 02 - Andar (-1)
05403-000 - São Paulo, SP - Brasil
E-mail:
danilomprado@usp.br
Artigo recebido em 23/09/08; revisado recebido em 08/03/09; aceito em 18/08/09.
1. Boisseau N, Delamarche P. Metabolic and hormonal responses to exercise in children and adolescents. Sports Med. 2000; 30 (6): 405-22.Metabolic and hormonal responses to exercise in children and adolescentsSports Med200040522630BoisseauNDelamarcheP2. Malina R, Bouchard C. Growth, maturation, and physical activity. Champaign (IL): Human Kinetics Publishers; 1991.Growth, maturation, and physical activity1991MalinaRBouchardC3. Falgairette G, Bedu M, Fellmann N, Van-Praagh E, Coudert J. Bio-energetic profile in 144 boys aged from 6 to 15 years with special reference to sexual maturation. Eur J Appl Physiol. 1991; 62: 151-6.Bio-energetic profile in 144 boys aged from 6 to 15 years with special reference to sexual maturationEur J Appl Physiol1991151662FalgairetteGBeduMFellmannNVan-PraaghECoudertJ4. Cooper DM, Kaplan MR, Baumgarten L, Weiler-Ravell D, Whipp BJ, Wasserman K. Coupling of ventilation and CO2 production during exercise in children. Pediatr Res. 1987; 21: 568-72.Coupling of ventilation and CO2 production during exercise in childrenPediatr Res19875687221CooperDMKaplanMRBaumgartenLWeiler-RavellDWhippBJWassermanK5. Prado DM, Dias RG, Trombetta IC. Cardiovascular, ventilatory, and metabolic parameters during exercise: differences between children and adults. Arq Bras Cardiol. 2006; 87 (4): e149- e155.Cardiovascular, ventilatory, and metabolic parameters during exercise: differences between children and adultsArq Bras Cardiol2006e149e155487PradoDMDiasRGTrombettaIC6. Kuno S, Takahashi H, Fujimoto K, Akima H, Miyamaru M, Nemoto I, et al. Muscle metabolism during exercise using phosphorus- 31 nuclear magnetic resonance spectroscopy in adolescents. Eur J Appl Physiol. 1995; 70: 301-4.Muscle metabolism during exercise using phosphorus- 31 nuclear magnetic resonance spectroscopy in adolescentsEur J Appl Physiol1995301470KunoSTakahashiHFujimotoKAkimaHMiyamaruMNemotoI7. Inbar O, Bar-Or O. Anaerobic characteristics in male children and adolescents. Med Sci Sports Exerc. 1986; 18 (3): 264-9.Anaerobic characteristics in male children and adolescentsMed Sci Sports Exerc19862649318InbarOBar-OrO8. Zanconato S, Buchthal S, Barstow TJ, Cooper DM. 31P- magnetic resonance spectroscopy of leg muscle metabolism during exercise in children and adults. J Appl Physiol. 1993; 74 (5): 2214-8.31P- magnetic resonance spectroscopy of leg muscle metabolism during exercise in children and adultsJ Appl Physiol199322148574ZanconatoSBuchthalSBarstowTJCooperDM9. Eriksson BO, Gollnick PD, Saltin B. Muscle metabolism and enzyme activities after training in boys 11- 13 years old. Acta Physiol Scand. 1973; 87: 485-97.Muscle metabolism and enzyme activities after training in boys 11- 13 years oldActa Physiol Scand19734859787ErikssonBOGollnickPDSaltinB10. Martinez LR, Haymes EM. Substrate utilization during treadmill running in prepubertal girls and women. Med Sci Sports Exerc. 1992; 24 (9): 975-83.Substrate utilization during treadmill running in prepubertal girls and womenMed Sci Sports Exerc199297583924MartinezLRHaymesEM11. Rowland TW, Auchinachie JA, Keenan TJ, Green GM Physiologic responses to treadmill running in adult and prepubertal males. Int J Sports Med. 1987; 8 (4): 292-7.Int J SportsMed1987292748RowlandTWAuchinachieJAKeenanTJ12. Haralambie G. Enzyme activities in skeletal muscle of 13-15 years old adolescents. Bull Eur Physiopathol Respir. 1982; 18 (1): 65-74.Enzyme activities in skeletal muscle of 13-15 years old adolescentsBull Eur Physiopathol Respir19826574118HaralambieG13. Nagano Y, Baba R, Kuraishi K, Yasuda T, Ikoma M, Nashibata K, et al. Ventilatory control during exercise in normal children. Pediatr Res. 1998; 43: 704-7.Ventilatory control during exercise in normal childrenPediatr Res1998704743NaganoYBabaRKuraishiKYasudaTIkomaMNashibataK14. Springer C, Barstow TJ, Cooper DM. Effect of hypoxia on ventilatory control during exercise in children and adults. Pediatr Res. 1989; 25: 285-90.Effect of hypoxia on ventilatory control during exercise in children and adultsPediatr Res19892859025SpringerCBarstowTJCooperDM15. Springer C, Cooper DM, Wasserman K. Evidence that maturation of the peripheral chemoreceptors is not complete in childhood. Respir Physiol. 1988; 74: 55-64.Evidence that maturation of the peripheral chemoreceptors is not complete in childhoodRespir Physiol1988556474SpringerCCooperDMWassermanK16. Gaultier C, Perret L, Boule M, Buvrey A, Gerard F. Occlusion pressure and breathing pattern in healthy children. Respir Physiol. 1981; 46: 71-80.Occlusion pressure and breathing pattern in healthy childrenRespir Physiol1981718046GaultierCPerretLBouleMBuvreyAGerardF17. Vinet A, Nottin S, Lecoq A, Obert P. Cardiovascular responses to progressive cycle exercise in healthy children and adults. Int J Sports Med. 2002; 23: 242-6.Cardiovascular responses to progressive cycle exercise in healthy children and adultsInt J Sports Med2002242623VinetANottinSLecoqAObertP18. Cole TJ, Bellizzi MC, Katherine MF, Dietz WH. Establishing a standard definition for child overweight and obesity worldwide: international survey. BMJ. 2000; 320: 1-6.Establishing a standard definition for child overweight and obesity worldwide: international surveyBMJ200016320ColeTJBellizziMCKatherineMFDietzWH19. Rowland TW. Pediatric laboratory exercise testing: clinical guidelines. Champaign (IL): Human Kinetics Publishers; 1993.Pediatric laboratory exercise testing: clinical guidelines1993RowlandTW20. Maritz JS, Morrison JF, Peter J, Strydom NB, Wyndham CH. A practical method of estimating and individual's maximal oxygen uptake. Ergonomics. 1961; 4: 97-122.A practical method of estimating and individual's maximal oxygen uptakeErgonomics1961971224MaritzJSMorrisonJFPeterJStrydomNBWyndhamCH21. Howley ET, Bassett DR, Welch HG. Criteria for maximal oxygen uptake: review and commentary. Med Sci Sports Exerc. 1995; 27: 1292-301.Criteria for maximal oxygen uptake: review and commentaryMed Sci Sports Exerc1995129230127HowleyETBassettDRWelchHG22. Wasserman K, Whipp BJ, Koyal SN, Beaver WL. Anaerobic threshold and respiratory gas exchange during exercise. J Appl Physiol. 1973; 33: 236-43.Anaerobic threshold and respiratory gas exchange during exerciseJ Appl Physiol19732364333WassermanKWhippBJKoyalSNBeaverWL23. Wasserman K. The anaerobic threshold measurement to evaluate exercise performance. Am Rev Respir Dis. 1984; 12: S35-S40.The anaerobic threshold measurement to evaluate exercise performanceAm Rev Respir Dis1984S35S4012WassermanK24. Kenneth TR, Wilmore JH. Cardiovascular responses to treadmill and cycle ergometer exercise in children and adults. J Appl Physiol. 1997; 83 (3): 948-57.Cardiovascular responses to treadmill and cycle ergometer exercise in children and adultsJ Appl Physiol199794857383KennethTRWilmoreJH25. Rowland TW, Cunningham LN. Developmental of ventilatory responses to exercise in normal white children. Chest. 1997; 111: 327-32.Developmental of ventilatory responses to exercise in normal white childrenChest199732732111RowlandTWCunninghamLN26. Prioux J, Ramonatxo M, Mercier J, Granier P, Mercier B, Prefaut C. Changes in maximal exercise ventilation and breathing pattern in boys during growth: a mixed cross-sectional longitudinal study. Acta Physiol Scand. 1997; 161 (4): 447-58.Changes in maximal exercise ventilation and breathing pattern in boys during growth: a mixed cross-sectional longitudinal studyActa Physiol Scand1997447584161PriouxJRamonatxoMMercierJGranierPMercierBPrefautC27. Armon Y, Cooper DM, Zanconato S. Maturation of ventilatory responses to 1- minute exercise. Pediatr Res. 1991; 29: 362-8.Maturation of ventilatory responses to 1- minute exercisePediatr Res1991362829ArmonYCooperDMZanconatoS28. Wasserman K, Hansen JE, Sue DY, Casaburi R, Whipp BJ. Principles of exercise testing and interpretation. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 1999.Principles of exercise testing and interpretation1999WassermanKHansenJESueDYCasaburiRWhippBJ29. Neder JA, Nery LE. Fisiologia clínica do exercício teoria e prática. São Paulo: Artes Médicas; 2003.Fisiologia clínica do exercício teoria e prática2003NederJANeryLE30. Gratas-Delamarche A, Mercier J, Ramonatxo M, Dassonville J, Préfaut C. Ventilatory response of prepubertal boys and adults to carbon dioxide at rest and during exercise. Eur J Appl Physiol. 1993; 66: 25-30.Ventilatory response of prepubertal boys and adults to carbon dioxide at rest and during exerciseEur J Appl Physiol1993253066Gratas-DelamarcheAMercierJRamonatxoMDassonvilleJPréfautC31. Ohuchi H, Kato Y, Tasato H, Arakaki Y, Kamiya T. Ventilatory response and arterial blood gases during exercise in children. Pediatr Res. 1999; 45: 389-96.Ventilatory response and arterial blood gases during exercise in childrenPediatr Res19993899645OhuchiHKatoYTasatoHArakakiYKamiyaT32. Brown JD, Mahon AD, Plank DM. Attainment of maximal exercise criteria in boys and men. J Sports Med Phys Fitness. 2002; 42: 135-40.Attainment of maximal exercise criteria in boys and menJ Sports Med Phys Fitness20021354042BrownJDMahonADPlankDM33. Eriksson BO, Karlsson J, Saltin B. Muscle metabolites during exercise in pubertal boys. Acta Pediatr Scand. 1971; 217: 154-7.Muscle metabolites during exercise in pubertal boysActa Pediatr Scand19711547217ErikssonBOKarlssonJSaltinBOriginal ArticlesCardiorespiratory responses during progressive maximal exercise test in healthy children
BACKGROUND: Little is known about cardiorespiratory and metabolic response in healthy children during progressive maximal exercise test. OBJECTIVE: To test the hypothesis that children show different responses in cardiorespiratory and metabolic parameters during progressive maximal exercise test when compared with adults. METHODS: Twenty-five healthy children (gender, 15M/10F; age, 10.2 ± 0.2) and 20 healthy adults (gender, 11M/9F; age, 27.5 ± 0.4) underwent a progressive treadmill cardiopulmonary test until exhaustion to determine the maximal aerobic capacity and ventilatory anaerobic threshold (VAT). RESULTS: The peak workload (5.9±0.1 vs 5.6±0.1 mph, respectively; p>0.05), exercise time (9.8±0.4 vs 10.2±0.4 min, respectively; p>0.05), and relative aerobic fitness (VO2peak, 39.4±2.1 vs 39.1±2.0 ml.kg-1.min-1, respectively; p>0.05) were similar in children and adults. At ventilatory anaerobic threshold, the heart rate, VO2 ml.kg-1.min-1, respiratory rate (RR), functional estimate of dead space (VD/VT), ventilatory equivalent for oxygen (VE/VO2) and end-tidal pressure for oxygen (PETO2) were higher in children, while tidal volume (VT), O2 pulse and end-tidal pressure for carbon dioxide (PETCO2) were lower. At peak of exercise, children showed higher RR and VD/VT. However, O2 pulse, VT, pulmonary ventilation, PETCO2 and respiratory exchange ratio were lower in children than adults. CONCLUSION: Cardiorespiratory and metabolic responses during progressive exercise test are different in children as compared to adults. Specifically, these differences suggest that children have lower cardiovascular and ventilatory efficiency. However, children showed higher metabolic efficiency during exercise. In summary, despite the differences observed, children showed similar levels of exercising capacity when compared with adults.
Childexercise testventilationmetabolismcomparative study
ORIGINAL ARTICLE
Cardiorespiratory responses during progressive maximal exercise test in healthy children
Danilo Marcelo Leite do Prado; Ana Maria F. Wanderley Braga; Maria Urbana Pinto Rondon; Luciene Ferreira Azevedo; Luciana D. N. J. Matos; Carlos Eduardo Negrão; Ivani Credidio Trombetta
Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - InCor-HCFMUSP, São Paulo, SP - Brazil
Mailing address
ABSTRACT
BACKGROUND: Little is known about cardiorespiratory and metabolic response in healthy children during progressive maximal exercise test.
OBJECTIVE: To test the hypothesis that children show different responses in cardiorespiratory and metabolic parameters during progressive maximal exercise test when compared with adults.
METHODS: Twenty-five healthy children (gender, 15M/10F; age, 10.2 ± 0.2) and 20 healthy adults (gender, 11M/9F; age, 27.5 ± 0.4) underwent a progressive treadmill cardiopulmonary test until exhaustion to determine the maximal aerobic capacity and ventilatory anaerobic threshold (VAT).
RESULTS: The peak workload (5.9±0.1 vs 5.6±0.1 mph, respectively; p>0.05), exercise time (9.8±0.4 vs 10.2±0.4 min, respectively; p>0.05), and relative aerobic fitness (VO2peak, 39.4±2.1 vs 39.1±2.0 ml.kg-1.min-1, respectively; p>0.05) were similar in children and adults. At ventilatory anaerobic threshold, the heart rate, VO2 ml.kg-1.min-1, respiratory rate (RR), functional estimate of dead space (VD/VT), ventilatory equivalent for oxygen (VE/VO2) and end-tidal pressure for oxygen (PETO2) were higher in children, while tidal volume (VT), O2 pulse and end-tidal pressure for carbon dioxide (PETCO2) were lower. At peak of exercise, children showed higher RR and VD/VT. However, O2 pulse, VT, pulmonary ventilation, PETCO2 and respiratory exchange ratio were lower in children than adults.
CONCLUSION: Cardiorespiratory and metabolic responses during progressive exercise test are different in children as compared to adults. Specifically, these differences suggest that children have lower cardiovascular and ventilatory efficiency. However, children showed higher metabolic efficiency during exercise. In summary, despite the differences observed, children showed similar levels of exercising capacity when compared with adults. (Arq Bras Cardiol 2010; 94(4):464-470)
Children are not adults in miniature; they grow up, and as such, physiologic and metabolic responses to exercise vary accordingly as they progress through childhood and adolescence1-5. In relation to the bioenergetic profile, a large number of studies1,3,6-8 suggested that children have lower anaerobic or glycolytic capacity to produce adenosine 5-triphosphate (ATP) during exercise. According to Eriksson et al9, this immature glycolytic metabolism may be explained by lower activities of anaerobic enzymes such as lactate dehydrogenase and phosphofructokinase-1. Nevertheless, other investigations10,11 showed that children can better adapt to aerobic exercise than adults because their energy expenditure appears to rely more on oxidative metabolism. In addition, some studies9,12 reported higher levels of oxidative enzymes such as succinate dehydrogenase and isocitrate dehydrogenase in children than adults.
Furthermore, several reports have showed differences on ventilation and pulmonary gas exchange during exercise in children. For instance, previous studies4,13,14 have observed differences in the respiratory control between children and adults. These differences were due to the fact that arterial PCO2 is regulated at lower levels in children4,13,15, and has a higher central ventilatory neural drive16 resulting in higher ventilatory rates for a given metabolic demand. In addition, it has been reported17 that children have higher values of heart rate and lower stroke volume than adults at a given submaximal workload.
Therefore, it is evident that the responses of certain physiologic variables which include cardiovascular, ventilatory and metabolic parameters depend on maturity, making the evaluation more complex. The use of a computer system with ventilatory direct measurements allows bringing on an evaluation of physiologic and metabolic variables in the noninvasive way. As a result, it became an important tool that provides information of cardiorespiratory responses during incremental exercise in pediatric population.
Thus, the purpose of this study was to test the hypothesis that the cardiorespiratory and metabolic responses at different phases of the maximal progressive exercise test will be different in children comparing to adults.
Methods
Study population and design
This study used a sample of subjects who entered into cardiopulmonary evaluation database from a referral hospital, collected from 2003 to 2006, in a retrospective, cross-sectional design. Eight hundred eighty subjects meeting the following inclusion/exclusion criteria were offered participation in the study: 1) age between 8 to 12 years for children and 25 to 30 years for adults; 2) no overweight or obesity18; 3) untrained (i.e., those reporting no regular physical activity); 4) no medication; 5) no evidence of metabolic, hormonal, respiratory, and cardiovascular disease; 6) no smoking; and 7) achievement of a true maximal effort during graded exercise test. Subjects were considered to have reached a maximal effort if they achieved at least two of the following criteria:
For children19: 1) subjective evidence of exhaustion (unsteady gait, facial flushing, hyperpnea); 2) peak heart rate > 190 beats/min; and 3) maximal respiratory exchange ratio > 1.00. For adults20,21: 1) peak heart rate > 95% to the age-predicted maximal; 2) maximal respiratory exchange ratio > 1.10; and 3) achievement of a VO2 plateau. All subjects were instructed to refrain from eating 2 h before the maximal graded exercise test, and to abstain from caffeine and alcohol. In addition, the subjects were instructed to avoid strenuous physical activity during the day before the test. The maturation status was not assessed in this investigation. The study protocol was approved by the Human Subject Protection Committees of the Heart Institute, School of Medicine, University of São Paulo.
Anthropometric measurements - Body weight was measured using a mechanic scale (Filizola model 31-São Paulo, Brazil) to the nearest 0.1kg, with subjects dressed in a light T- shirt and shorts. The standing height was measured using the Filizola stadiometer (model 31, São Paulo, Brazil) to the nearest 0.1cm.
Cardiorespiratory evaluation - A maximal graded exercise test was carried out on a programmable treadmill (Quinton Q65, model 645, Quinton Instruments Co, Washington, USA). Gas exchange and ventilatory variables were measured continuously during the gas exchange tests breath by breath, using an open-circuit spirometry procedure on a based exercise system (SensorMedics - model Vmax 229 Pulmonary Function/Cardiopulmonary Exercise Testing Instrument, Yorba Linda, CA, USA). The following variables were obtained breath by breath and expressed as 30-s averages: pulmonary oxygen uptake (VO2 l.min-1 and ml.kg-1.min-1 STPD); pulmonary carbon dioxide output (VCO2 l.min-1 and ml.kg-1.min-1 STPD); respiratory exchange ratio (RER); pulmonary ventilation (VE l.min-1 BTPS); tidal volume (VT l.min-1 BTPS); respiratory rate (RR breath/min); functional estimate of dead space (VD/VT); ventilatory equivalents for oxygenand carbon dioxide(VE/VO2 and VE/VCO2) and end-tidal pressures for oxygenand carbon dioxide(PETO2 and PETCO2 mmHg). Before each test, the gas analyzers were calibrated using gases of known concentration of carbon dioxide and oxygen balanced with nitrogen, and the flow meter was calibrated using a 3-L syringe. Heart rate was continuously recorded at rest, during the graded exercise testing and recovery period using a 12-lead ECG (Marquette Medical Systems, InC. CardioSoft, Wisconsin, USA). All tests in this study were performed in the same laboratory at the same condition.
Exercise protocol - The subjects performed a ramp-like progressive exercise test until exhaustion on treadmill. The exercise workload (speed and/or slope) was increased every 60s with completion of the incremental part of exercise test between approximately 8 to 12 minutes.
Ventilatory anaerobic threshold - The ventilatory anaerobic threshold (VAT) was determined to occur at the break-point between the increase in the carbon dioxide output and VO2 (V-Slope) or the point at which the ventilatory equivalent for oxygen reached the minimum value and began to rise without a concomitant rise in ventilatory equivalent for carbon dioxide22,23.
Oxygen peak consumption - The VO2peak was defined as the maximal attained VO2 at the end of the exercise period in which the subject refers exhaustion (analog scale of the perceived exertion to Borg scale).
Experimental protocol - Initially, the subjects underwent resting ECG. Thereafter, they performed on the progressive treadmill exercise test, in following sequence: 1) Equipment adaptation was observed through ventilatory parameters during few minutes; 2) After this, the cardiorespiratory parameters were collected for 2 minutes at rest and 2 minutes in warm- up; 3) Therefore, incremental exercise test was started; and 4) It was closed with six minutes of monitored recovery.
Statistical analysis
The data are presented as mean ± SE. Unpaired Student t tests was used to examine physical characteristics, workload, time of exercise and the relative difference (percentage) for the cardiorespiratory variables. The chi-square (x2) test was used to assess the gender differences between children and adults. The cardiorespiratory responses during graded exercise test were analyzed between two groups at rest, VAT and peak of exercise using two-way analysis of variance (ANOVA) with repeated measures to test possible differences between groups. When significance was found, Scheffés' post-hoc comparison was performed. Probability values of < 0.05 were considered statistically significant.
For both groups, the relative difference was calculated for the following cardiorespiratory variables: absolute oxygen consumption (VO2 l.min-1), respiratory rate (RR), pulmonary ventilation (VE), carbon dioxide production (VCO2 l.min-1), tidal volume (VT) and respiratory exchange ratio (RER) for the intervals between rest to VAT, VAT to peak of exercise, and rest to peak of exercise.
Results
Baseline measurements - 25 children and 20 adults meeting the inclusion/exclusion criteria were considered for this study. The physical characteristics of the subjects are displayed in table 1. As expected, we found differences in age, height, weight, body surface area (BSA) and body mass index (BMI). However, we did not observe differences in gender (table 1).
Exercise measurements - At VAT, the children showed a significantly higher workload (speed and slope) and minutes of exercise than adults. However, at peak of exercise these variables are similar in both groups (table 2).
Cardiorespiratory measurements - The cardiorespiratory measurements at rest were similar between groups (table 3, figure 1 and 2). However, during exercise, responses at ventilatory anaerobic threshold (VAT) were significantly greater for HR, VO2 ml.kg-1.min-1, RR, VCO2 ml.kg-1.min-1, VD/VT, VE/VO2, VE/VCO2 and PETO2, while VT, O2 pulse and PETCO2 have a slighter increase in children than adults. At peak of exercise, differences significantly higher in children for the variables RR, VD/VT and VE/VCO2 were observed. However, for the variables O2 pulse, VO2 l.min-1, VT, VE, VCO2 l.min-1, VCO2 ml.kg-1.min-1, RER and PETCO2 children exhibited values significantly lower than adults.
Furthermore, the subsequent analysis in cardiorespiratory responses during graded exercise test to group by time interaction showed significant differences between the two groups for all variables included in this study (table 3, figure 1 and 2).
Relative differences in cardiorespiratory variables - Changes in cardiorespiratory variables between rest to VAT, VAT to peak of exercise, and rest to peak of exercise are shown in figure 3. Statistical analysis showed that the percentage in VE and RR between rest to VAT was significantly higher in children compared to adults. However, for variable VT, children exhibited values significantly lower. For the interval between VAT to peak of exercise, the percentage in VO2 l.min-1, RR, VE, VCO2 l.min-1, VT and RER was significantly lower in children. Statistical analysis also showed that the percentage in VCO2 l.min-1, VT and RER between rest to peak of exercise was significantly lower in children.
Discussion
The main findings of the present study are as follows: 1) children have different cardiovascular, ventilatory and metabolic responses during progressive maximal exercise test as compared to adults; and 2) children showed similar levels of both relative aerobic fitness and exercise capacity than adults. Concerning differences in cardiovascular responses, children showed higher chronotropic and lower inotropic response during maximal effort (table 3). In fact, these results are in agreement with previous reports17,24 that showed in children higher heart rate values at the same relative workload as adults. This higher heart rate observed in pediatric population is a compensatory mechanism for their smaller hearts and lower stroke volume17,24. Furthermore, this response may be related to more sensitive peripheral chemoreceptors sensing the build up of metabolites in the exercising muscles15. On the other hand, children demonstrated lower values for O2 pulse during maximal exercise compared with adults. Although O2 pulse is only an indirect estimate of stroke volume, we suggest that this finding may be due to the following factors: 1) smaller heart size; 2) lower stroke volume; and 3) smaller muscle mass which result in an attenuated venous return (preload) observed in children24.
In addition, our study shows alterations in ventilatory responses during progressive exercise, with children demonstrating lower ventilatory efficiency. In fact, we found values significantly higher for the respiratory rate and lower values to tidal volume during exercise in children (figure 1A and 1C). Moreover, children group demonstrate higher values for the ventilatory equivalent for O2 and CO2 to a given energy expenditure suggesting an increase of ventilatory requirements during physical effort (figure 2A and 2C, respectively). These findings emphasized that the ventilatory pattern in pediatric population is dependent on maturity2,25-27. In the same context, Armon et al27 observed in children higher pulmonary ventilation for a given VCO2 as compared to adults. What is the explanation for these findings? There are some evidence that younger children have a lower carbon dioxide set point4,13-15 and a higher central ventilatory neural drive16 resulting in higher ventilatory rates for a given metabolic demand.
Our findings are in agreement with this assumption, since the relative difference (percentage) has not showed differences for the VCO2 at rest to VAT between groups (figure 3D). However, the pulmonary ventilation demonstrated higher increase, suggesting higher ventilatory impulse for a given VCO2 in children (figure 3C). In addition, the children group showed different responses of both end-tidal pressures for oxygen and carbon dioxide during progressive exercise (figure 2B and figure 2D, respectively). Although PETO2 is only an indirect estimate of alveolar and arterial PO228,29,the fact that PETO2 was higher at VAT in children (figure 2B) can be attributed to a greater ventilatory impulse with subsequent rise in alveolar PO2. In fact, the pediatric population may be under relatively alveolar hyperventilation during exercise. In other words, excessive ventilation is observed during physical effort 30,31.
On the other hand, different authors28,29 suggest that PETO2 responses may be influenced by both VE/VO2 and breathing pattern used during exercise. For instance, the decrease or increase in VE/VO2 during exercise conducts a change in the same direction in PETO229. For the variable PETCO2, children have shown values significantly lower during progressive exercise than adults (figure 2D). Although PETCO2 is an indirect estimate of alveolar and arterial PCO228,29, our findings are in accordance with previous report31. Ohuchi et al31 demonstrated that the magnitude and change in end-tidal to arterial carbon dioxide tension difference P(ET- a)DCO2 during graded exercise were smaller, with children showing lower values than adults in both at anaerobic threshold and peak of exercise. We postulate that this finding may be explained by a lower ventilatory efficiency4,13,25-27 and a lower glycolytic capacity during exercise in children than adults1-3,6-9.
Interestingly, other authors29 suggested that higher values of respiratory rate are closely related to the decrease in expiratory time and as a consequence of a premature cessation, a rise in PETCO2 during progressive exercise. In fact, our findings are in accordance with this explanation, since we observed, during progressive exercise, higher respiratory rate in the children group. In addition, this lower ventilatory efficiency observed in children could be reinforced with the lower decline for VD/VT during progressive exercise, suggesting that there is higher ventilation in the anatomic dead space (figure 1D).
Furthermore, in agreement with a previous investigation32, our study also shows differences in metabolic responses during progressive exercise in children. We observed values significantly lower to the respiratory exchange ratio at peak of exercise in the children group (table III). Additionally, for the relative difference (percentage) children showed lower RER increase in both at rest to peak of exercise and at VAT to peak of exercise (figure 3F). These findings suggest that children have lower glycolytic capacity than adults. Several possible reasons are raised in literature for the immaturity of anaerobic metabolism in children during exercise, as follows: 1) lower levels of muscle glycogen5-7,33; 2) reduced activity of phosphofructokinase-1 and lactate dehydrogenase1-3,6-9; and 3) greater proportions of slow twitch fibers1.
Interestingly, despite these differences in cardiovascular and ventilatory responses during progressive exercise, the children group demonstrated similar levels of exercising capacity as adults (Table 2). We suggest that these results may be due to a greater metabolic efficiency observed in children and as a consequence, smaller muscle fatigue, since they had a minor reliance of the glycolytic metabolism during exercise.
Conclusion
In conclusion, these findings indicate that the cardiovascular, ventilatory and metabolic responses during progressive maximal exercise test are different in children as compared to adults. Specifically, the results found in the present study suggested that children have lower cardiovascular and ventilatory efficiency. On the other hand, children showed higher metabolic efficiency during progressive exercise. In summary, despite the differences observed, children demonstrated similar levels of the exercise capacity as compared to adults.
Limitations
We recognize limitations in the present study. The main limitation is that our patients were selected from a database, in a retrospective cross-sectional study. Information about the relationship between sample and population is limited in this condition of non-probability sampling. Thus, we cannot extrapolate the results of this study to the population.
Potential Conflict of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Sources of Funding
There were no external funding sources for this study.
Study Association
This study is not associated with any post-graduation program.
References
Comportamiento cardiorrespiratorio en niños saludables durante el ejercicio progresivo máximo
Fundamento: Poco se sabe acerca de la respuesta cardiorrespiratoria y metabólica en niños saludables durante prueba de esfuerzo progresivo máximo. OBJETIVO: Probar la hipótesis de que los niños presentan respuestas diferentes en los parámetros cardiorrespiratorios y metabólicos durante la prueba de esfuerzo progresivo máximo en comparación con los adultos. MÉTODOS: Veinticinco niños saludables (sexo, 15M/10F; edad, 10,2 ± 0,2) y 20 adultos saludables (sexo, 11M/9F; edad, 27,5 ± 0,4) fueron sometidos a una prueba cardiopulmonar progresiva en cinta ergométrica hasta el agotamiento para determinar la capacidad aeróbica máxima y el umbral anaeróbico ventilatorio (Uan). RESULTADOS: La carga de pico (5,9 ± 0,1 vs 5,6 ± 0,1 mph, respectivamente; P > 0,05), tiempo de ejercicio (9,8 ± 0,4 vs 10,2 ± 0,4 min, respectivamente, P > 0,05), y aptitud cardiorrespiratoria (VO2pico, 39,4 ± 2,1 vs 39,1 ± 2,0 ml.kg-1.min-1, respectivamente, P > 0,05) fueron similares en niños y adultos. En el umbral anaeróbico ventilatorio, la frecuencia cardíaca, VO2 ml.kg-1.min-1, la frecuencia respiratoria (FR), el espacio muerto funcional estimado (VD/VT), el equivalente ventilatorio para el oxígeno (VE/VO2) y presión espiratoria final de oxígeno (PETO2) fueron mayores en los niños, mientras que el volumen corriente (VC), pulso de O2 y la presión espiratoria final de dióxido de carbono (PETCO2) fueron menores. En el pico del ejercicio, los niños presentaron FR y VD/VT superiores. Con todo, el pulso de O2, el VC, la ventilación pulmonar, el PETCO2 y la cociente de intercambio respiratorio fueron menores en niños que en adultos. CONCLUSIÓN: Respuestas cardiorrespiratorias y metabólicas durante la prueba de esfuerzo progresivo son diferentes en niños en comparación con los adultos. Específicamente, estas diferencias sugieren que los niños tienen menor eficiencia cardiovascular y respiratoria. Con todo, los niños presentaron mayor eficiencia metabólica durante la prueba de esfuerzo. En resumen, a pesar de las diferencias observadas, los niños mostraron niveles similares de capacidad de esfuerzo, al compararlos con los adultos.
Niñosprueba de esfuerzoventilaciónmetabolismoestudio comparativo
ARTÍCULO ORIGINAL
Danilo Marcelo Leite do Prado; Ana Maria F. Wanderley Braga; Maria Urbana Pinto Rondon; Luciene Ferreira Azevedo; Luciana D. N. J. Matos; Carlos Eduardo Negrão; Ivani Credidio Trombetta
Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - InCor-HCFMUSP, São Paulo, SP - Brasil
Correspondencia
RESUMEN
Fundamento: Poco se sabe acerca de la respuesta cardiorrespiratoria y metabólica en niños saludables durante prueba de esfuerzo progresivo máximo.
OBJETIVO: Probar la hipótesis de que los niños presentan respuestas diferentes en los parámetros cardiorrespiratorios y metabólicos durante la prueba de esfuerzo progresivo máximo en comparación con los adultos.
MÉTODOS: Veinticinco niños saludables (sexo, 15M/10F; edad, 10,2 ± 0,2) y 20 adultos saludables (sexo, 11M/9F; edad, 27,5 ± 0,4) fueron sometidos a una prueba cardiopulmonar progresiva en cinta ergométrica hasta el agotamiento para determinar la capacidad aeróbica máxima y el umbral anaeróbico ventilatorio (Uan).
RESULTADOS: La carga de pico (5,9 ± 0,1 vs 5,6 ± 0,1 mph, respectivamente; P > 0,05), tiempo de ejercicio (9,8 ± 0,4 vs 10,2 ± 0,4 min, respectivamente, P > 0,05), y aptitud cardiorrespiratoria (VO2pico, 39,4 ± 2,1 vs 39,1 ± 2,0 ml.kg-1.min-1, respectivamente, P > 0,05) fueron similares en niños y adultos. En el umbral anaeróbico ventilatorio, la frecuencia cardíaca, VO2 ml.kg-1.min-1, la frecuencia respiratoria (FR), el espacio muerto funcional estimado (VD/VT), el equivalente ventilatorio para el oxígeno (VE/VO2) y presión espiratoria final de oxígeno (PETO2) fueron mayores en los niños, mientras que el volumen corriente (VC), pulso de O2 y la presión espiratoria final de dióxido de carbono (PETCO2) fueron menores. En el pico del ejercicio, los niños presentaron FR y VD/VT superiores. Con todo, el pulso de O2, el VC, la ventilación pulmonar, el PETCO2 y la cociente de intercambio respiratorio fueron menores en niños que en adultos.
CONCLUSIÓN: Respuestas cardiorrespiratorias y metabólicas durante la prueba de esfuerzo progresivo son diferentes en niños en comparación con los adultos. Específicamente, estas diferencias sugieren que los niños tienen menor eficiencia cardiovascular y respiratoria. Con todo, los niños presentaron mayor eficiencia metabólica durante la prueba de esfuerzo. En resumen, a pesar de las diferencias observadas, los niños mostraron niveles similares de capacidad de esfuerzo, al compararlos con los adultos.
Palabras clave: Niños, prueba de esfuerzo, ventilación, metabolismo, estudio comparativo.
Introducción
Los niños no son adultos en miniatura; éstos crecen, y como tal, las respuestas fisiológicas y metabólicas al esfuerzo varían de acuerdo y a medida que se desarrollan a lo largo de la infancia y la adolescencia1-5. Con relación al perfil bioenergético, diversos estudos1,3,6-8 sugirieron que los niños tienen menor capacidad anaeróbica o glucolítica para producir adenosín trifosfato (ATP) durante el ejercicio físico. De acuerdo con Eriksson et al9, este metabolismo glucolítico inmaduro puede ser explicado por la menor actividad de enzimas anaeróbicas, tales como lactato deshidrogenasa y fosfofructoquinasa-1. No obstante, otras investigaciones10,11 mostraron que los niños pueden adaptarse mejor al ejercicio aeróbico que los adultos porque su gasto energético parece depender más del metabolismo oxidativo. Además de ello, algunos estudios9,12 relataron niveles más elevados de enzimas oxidativas, como la succinato deshidrogenasa y la isocitrato deshidrogenasa, en niños que en adultos
Además de ello, investigaciones previas presentaron diferencias en la respuesta ventilatoria y de intercambio gaseoso pulmonar durante el ejercicio físico en niños. Por ejemplo, estudios anteriores4,13,14 observaron diferencias en el control respiratorio entre adultos y niños. Estas diferencias se deben al hecho de que la PCO2 arterial es regulada en niveles más bajos en niños4,13,15, y tiene mayor impulso ventilatorio central neural16 resultando en mayores frecuencias ventilatorias para una determinada demanda metabólica. Además de ello, se relató17 que los niños presentan mayores valores de frecuencia cardíaca y menor volumen sistólico que los adultos en una determinada carga submáxima.
Por lo tanto, resulta evidente que las respuestas de algunas variables fisiológicas, que incluyen parámetros cardiovasculares, ventilatorios y metabólicos, dependen del estado de madurez, haciendo su evaluación más compleja. La utilización de un sistema computarizado con mediciones ventilatorias directas permite una evaluación de las variables fisiológicas y metabólicas de forma no invasiva. Por ello, se transformó en una importante herramienta que proporciona informaciones sobre las respuestas cardiorrespiratorias durante esfuerzos incrementales en la población pediátrica.
Así, el objetivo de este estudio fue probar la hipótesis de que las respuestas cardiorrespiratorias y metabólicas en las diferentes fases de la prueba de esfuerzo progresivo máximo son diferentes en niños en comparación con adultos.
Métodos
Población y diseño del estudio
Este estudio utilizó una muestra de individuos que entraron a la base de datos de evaluación cardiorrespiratoria en un hospital de referencia, recolectada de 2003 a 2006, en un diseño retrospectivo y transversal. Fueron invitados a participar en el estudio ochocientos ochenta individuos que satisfacían los siguientes criterios de exclusión/inclusión: 1) edad entre 8 a 12 años para niños y 25 a 30 años para adultos; 2) ausencia de sobrepeso u obesidad18, 3) sedentarios (ej., aquellos que no relataron ninguna actividad física regular); 4) ausencia de medicación; 5) ausencia de evidencia de enfermedad metabólica hormonal, respiratoria y cardiovascular; 6) no fumadores; y 7) alcance de esfuerzo máximo durante la prueba de esfuerzo progresivo. Los individuos fueron considerados como habiendo alcanzado el esfuerzo máximo en caso de observar dos de los siguientes criterios:
Para niños19: 1) evidencia subjetiva de agotamiento (marcha inestable, rubor facial, hiperpnea); 2) frecuencia cardíaca de pico > 190 latidos/min; y 3) cociente de intercambio respiratorio máximo > 1,00. Para adultos20,21: 1) frecuencia cardíaca de pico > 95% para la máxima prevista por edad; 2) cociente de intercambio respiratorio máximo > 1,10; y 3) alcance de un nivel máximo de VO2. Todos los individuos fueron instruidos a hacer ayuno por 2 horas antes de la prueba de esfuerzo progresivo máximo, además de abstenerse de cafeína y alcohol. Además de ello, los individuos fueron instruidos a evitar actividad física intensa el día anterior a la prueba. El estado de madurez no se evaluó en esta investigación. El protocolo de estudio fue aprobado por los Comités de Ética en Investigación con Seres Humanos del Instituto del Corazón de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo.
Medidas antropométricas - El peso corporal se midió utilizando una balanza mecánica (Filizola modelo 31-São Paulo, Brasil) con apreciación de 0,1 kg, con individuos vestidos con camisetas y shorts ligeros. La altura corporal se midió utilizando el estadiómetro Filizola (modelo 31, São Paulo, Brasil) con apreciación de 0,1 centímetro.
Evaluación cardiorrespiratoria - Se realizó una prueba de esfuerzo progresivo máximo en cinta programable (Quinton Q65, modelo 645, Quinton Instruments Co., Washington, EEUU). Variables ventilatorias y de intercambio gaseoso fueron medidas continuamente durante la evaluación cardiorrespiratoria a cada respiración utilizando un procedimiento de espirometría en circuito abierto en un sistema de esfuerzo basado (SensorMedics - modelo Vmax 229 Instrumento de Prueba de Esfuerzo de Función Pulmonar/Cardiopulmonar, Yorba Linda, CA, EEUU). Las siguientes variables se obtuvieron a cada respiración y se expresaron como promedios 30-s: consumo de oxígeno (VO2 l.min-1 y ml.kg-1.min-1 STPD); producción de dióxido de carbono (VCO2 l. min-1 y ml. kg-1.min-1 STPD); cociente de intercambio respiratorio (RER), ventilación pulmonar (VE l.min-1 BTPS), volumen corriente (VC l.min-1 BTPS), frecuencia respiratoria (FR respiración/min); espacio muerto funcional (VD/VT), equivalente ventilatorio para el oxígeno y dióxido de carbono (VE/VO2 y VE/VCO2) y presiones espiratorias finales de oxígeno y dióxido de carbono (PETO2 y PETCO2 mmHg). Antes de cada prueba, los analizadores de gas fueron calibrados utilizando gases de concentración conocida de dióxido de carbono y oxígeno balanceados con nitrógeno y el medidor de flujo se calibró con una jeringa de 3 litros. La frecuencia cardíaca se registró continuamente en reposo durante la prueba de esfuerzo progresivo y durante el período de recuperación utilizando ECG de 12 derivaciones (Marquette Medical Systems, Inc. CardioSoft, Wisconsin, EEUU). Todas las pruebas del estudio se realizaron en el mismo laboratorio, en las mismas condiciones.
Protocolo de la prueba de esfuerzo - Los participantes realizaron una prueba de esfuerzo progresivo en cinta ergométrica en plano inclinado hasta el agotamiento. La carga de esfuerzo (velocidad y/o inclinación) fue aumentada cada 60s con la conclusión de la parte incremental de la prueba de esfuerzo entre 8 a 12 minutos aproximadamente.
Umbral anaeróbico ventilatorio - El umbral anaeróbico ventilatorio (Uan) fue determinado para ocurrir en el punto de equilibrio entre el aumento de la producción de dióxido de carbono y VO2 (V-Slope) o en el punto en el cual el equivalente ventilatorio para el oxígeno alcanzase el valor mínimo y comenzara a subir sin aumento concomitante del equivalente ventilatorio para dióxido de carbono22,23.
Consumo de oxígeno de pico - El VO2pico se definió como el VO2 máximo alcanzado al final del período de esfuerzo en el cual el individuo llega al agotamiento (de la escala analógica del esfuerzo percibido hasta la escala de Borg).
Protocolo experimental - Inicialmente, los individuos se sometieron a ECG en reposo. Posteriormente, éstos realizaron la prueba de esfuerzo progresivo en cinta ergométrica en la siguiente secuencia: 1) La adaptación al equipo se observó mediante los parámetros ventilatorios durante algunos minutos; 2) Después, se recolectaron los parámetros cardiorrespiratorios por 2 minutos en reposo y 2 minutos en el calentamiento; 3) A continuación, se inició la prueba de esfuerzo incremental; y 4) Se finalizó con seis minutos de recuperación monitoreada.
Análisis estadístico
Los datos se presentan como promedio ± EE. Se utilizó el test t de Student para datos no pareados, para analizar las características físicas, carga, tiempo de esfuerzo y la diferencia relativa (porcentaje) de las variables cardiorrespiratorias. El test chi-cuadrado (χ2) se utilizó para evaluar las diferencias de sexo entre niños y adultos. Las respuestas cardiorrespiratorias durante la prueba de esfuerzo progresivo se analizaron entre dos grupos en reposo. Uan y pico de ejercicio se analizaron utilizando el análisis de varianza de dos factores (ANOVA) con medidas repetidas para probar las posibles diferencias entre los grupos. Al encontrar algún tipo de significancia, se realizó la comparación con el test post-hoc de Scheffé.
Valores de probabilidad < 0,05 fueron considerados estadísticamente significativos.
Para ambos grupos, la diferencia relativa se calculó para las siguientes variables cardiorrespiratorias: consumo absoluto de oxígeno (VO2 l.min-1), frecuencia respiratoria (FR), ventilación pulmonar (VE), producción de dióxido de carbono (VCO2 l.min-1), volumen corriente (VC) y cociente de intercambio respiratorio (RER) para intervalos entre reposo hasta Uan, Uan hasta el pico del ejercicio, y reposo hasta el pico del ejercicio.
Resultados
Datos basales - Se consideraron para este estudio, 25 niños y 20 adultos que observaron los criterios de inclusión/exclusión. La Tabla 1 presenta las características físicas de los individuos. Como se esperaba, encontramos diferencias de edad, altura, peso, superficie corporal (SC) e índice de masa corporal (IMC). No obstante, no observamos diferencias de sexo (Tabla 1).
Carga de trabajo - En el Uan, los niños presentaron carga y tiempo de esfuerzo significativamente mayores (velocidad e inclinación) que los adultos. Con todo, en el esfuerzo de pico esas variables eran similares en los dos grupos (Tabla 2).
Datos cardiorrespiratorios - Las variables cardiorrespiratorias en reposo fueron similares entre los grupos (Tabla 3, Figura 1 y 2). No obstante, durante la prueba de esfuerzo, las respuestas en el umbral anaeróbico ventilatorio (Uan) fueron significativamente mayores para FC, VO2 ml.kg-1.min-1, FR, VCO2 ml.kg-1.min-1, VD/VT, VE/VO2, VE/VCO2 y PETO2, mientras que VC, pulso de O2 y PETCO2 presentaron ligero aumento en los niños en comparación con los adultos. En el pico del ejercicio se observaron diferencias significativamente mayores en niños para las variables FR, VD/VT y VE/VCO2. No obstante, para las variables pulso de O2, VO2 l.min-1, VC, VE, VCO2 l.min-1, VCO2 ml.kg-1.min-1 , RER y PETCO2, los niños presentaron valores significativamente más bajos que los adultos.
Además de ello, un análisis posterior de las respuestas cardiorrespiratorias durante la prueba de esfuerzo progresivo para el grupo por tiempo de interacción reveló diferencias significativas entre los dos grupos en todas las variables incluidas en este estudio (Tabla 3, Figura 1 y 2).
Diferencias relativas en las variables cardiorrespiratorias - La Figura 3 presenta cambios en las variables cardiorrespiratorias entre reposo al Uan, Uan al pico del ejercicio y reposo al pico del ejercicio. El análisis estadístico reveló un aumento porcentual de VE y FR entre el reposo al Uan significativamente mayor en los niños en comparación con los adultos. Sin embargo, para la variable VC, los niños presentaron valores significativamente menores. Para el intervalo entre el Uan al pico del ejercicio, el porcentaje de aumento del VO2 l.min-1, FR, VE, VCO2 l.min-1, VC y RER fue significativamente menor en los niños. El análisis estadístico también evidencio que el porcentaje de aumento del VCO2 l.min-1, VC, y RER entre el reposo al pico del ejercicio fue significativamente menor en los niños.
Discusión
Los principales hallazgos del presente estudio son los siguientes: 1) los niños tienen diferentes respuestas cardiovasculares, ventilatorias y metabólicas durante la prueba de esfuerzo progresivo máximo en comparación con los adultos; y 2) los niños presentaron niveles similares de condicionamiento aeróbico relativo y capacidad de esfuerzo al compararlos con los adultos. En cuanto a las diferencias en las respuestas cardiovasculares, los niños presentaron mayores respuestas cronotrópicas y menores respuestas inotrópicas durante el esfuerzo máximo (Tabla 3). De hecho, estos resultados son compatibles con relatos anteriores17,24 que revelaron en niños mayores valores de frecuencia cardíaca en la misma carga a la que fueron sometidos los adultos. Este aumento de la frecuencia cardíaca observada en la población pediátrica es un mecanismo compensatorio para un menor volumen cardíaco y menor volumen sistólico17,24. Además de ello, esta respuesta puede estar relacionada con la mayor sensibilidad de los quimiorreceptores periféricos asociada a la acumulación de metabolitos en los músculos sometidos al esfuerzo15. Por otro lado, los niños presentaron valores inferiores de pulso O2 durante el esfuerzo máximo en comparación con los adultos. Aunque el pulso O2 sea sólo una estimativa indirecta del volumen sistólico, se sugiere que esta constatación pueda estar relacionada con los siguientes factores: 1) menor tamaño del corazón; 2) menor volumen sistólico; 3) menor masa muscular resultando en retorno venoso atenuado (precarga) observados en niños24.
Además de ello, nuestro estudio revela alteraciones en las respuestas ventilatorias durante el esfuerzo progresivo, siendo que los niños muestran menor eficiencia ventilatoria. De hecho, fueron encontrados valores significativamente mayores para la frecuencia respiratoria y menores valores de volumen corriente durante la prueba de esfuerzo en niños (Figura 1A y 1C). Además, el grupo de los niños presenta mayores valores para los equivalentes ventilatorios de O2 y CO2 para un determinado gasto energético, lo que sugiere un aumento de la demanda ventilatoria durante el esfuerzo físico (Figura 2A y 2C, respectivamente). Estos resultados demuestran que el patrón ventilatorio en la población pediátrica depende del estado de madurez2,25-27. Dentro del mismo contexto, Armon et al 27 observaron en niños mayores niveles de ventilación pulmonar para un determinado VCO2 con relación a los adultos.¿Qué explicaría esos resultados? Existen algunas evidencias de que niños más jóvenes tienen un set point más bajo para la modulación de la presión parcial de dióxido de carbono arterial4,13-15 y un mayor impulso ventilatorio central16, resultando en mayor respuesta ventilatoria para una determinada demanda metabólica.
Los resultados encontrados en nuestro estudio están de acuerdo con esa premisa, ya que la diferencia relativa (porcentual) no mostró diferencias para el VCO2 en reposo al Uan entre los grupos (Figura 3D). No obstante, la ventilación pulmonar mostró mayor aumento, sugiriendo mayor impulso ventilatorio para un determinado VCO2 en niños (Figura 3C). Además de ello, el grupo de niños mostró diferentes respuestas de presiones espiratorias finales de oxígeno y dióxido de carbono durante el esfuerzo progresivo (Figura 2B y Figura 2D, respectivamente). Aunque la PETO2 sea apenas una estimativa indirecta de la PO2 alveolar y arterial28,29, el hecho de que la PETO2 fue mayor en el Uan en los niños (Figura 2B) puede ser atribuido a un mayor impulso ventilatorio con aumento subsiguiente en la PO2 alveolar. De hecho, la población pediátrica puede estar bajo una relativa hiperventilación alveolar durante el ejercicio. En otras palabras, se observa una ventilación excesiva durante el esfuerzo físico30,31.
Por otro lado, diversos autores28,29 sugieren que las respuestas de PETO2 pueden verse influenciadas tanto por la VE/VO2 como por el patrón respiratorio utilizado durante el ejercicio. Por ejemplo, la disminución o aumento de VE/VO2 durante la prueba de esfuerzo también altera la PETO229 de la misma forma. Para la variable PETCO2, los niños mostraron valores significativamente más bajos que los adultos durante el esfuerzo progresivo (Figura 2D). Aunque la PETCO2 sea una estimativa indirecta de la PCO2 alveolar y arterial28,29, los resultados presentados en nuestro estudio son compatibles con relatos anteriores31. Ohuchi et al31 demostraron que la magnitud y el cambio en la diferencia entre la presión espiratoria final y la presión parcial de dióxido de carbono arterial P(ET-a)DCO2 durante el esfuerzo progresivo fue menor con los niños presentando valores más bajos que los adultos, tanto en el umbral anaeróbico como en el pico del ejercicio. Presumimos que este resultado puede ser explicado por una menor eficiencia ventilatoria4,13,25-27 y una menor capacidad glucolítica durante el ejercicio en niños al compararlos con adultos1-3,6-9.
Es interesante que otros autores29 sugieran que valores mayores de frecuencia respiratoria estén íntimamente relacionados con la disminución del tiempo espiratorio y como consecuencia de un cese prematuro del aumento de PETCO2 durante el esfuerzo progresivo. De hecho, nuestros resultados corroboran esta explicación, ya que observamos, durante el esfuerzo progresivo, mayor frecuencia respiratoria en el grupo de los niños. Además de ello, esta menor eficiencia ventilatoria observada en niños puede ser reforzada con la menor caída de VD/VT durante el esfuerzo progresivo, sugiriendo que hay mayor ventilación en el espacio muerto anatómico (Figura 1D).
Además de ello, de acuerdo con una investigación anterior32, nuestro estudio revela además diferencias en las respuestas metabólicas durante el esfuerzo físico progresivo en niños. Observamos valores significativamente más bajos para el cociente de intercambio respiratorio en el pico del ejercicio en el grupo de los niños (Tabla III). Además de ello, para la diferencia relativa (porcentual), los niños presentaron menor aumento de RER, tanto de reposo al pico de ejercicio como en el Uan al pico del ejercicio (Figura 3F). Estos resultados sugieren que los niños tienen menor capacidad glucolítica que los adultos. La bibliografía presenta diversas razones posibles para esta inmadurez en el metabolismo anaeróbico en niños observada durante el ejercicio físico, entre ellas: 1) menores niveles de glucógeno muscular5-7,33; 2) actividad reducida de fosfofructoquinasa-1 y lactato deshidrogenasa1-3,6-9; y 3) mayor proporción de fibras de contracción lenta1.
Curiosamente, a pesar de esas diferencias en las respuestas cardiovasculares y ventilatorias durante el esfuerzo progresivo, el grupo de los niños mostró niveles de capacidad de esfuerzo similares a los adultos (Tabla 2). Sugerimos que estos resultados puedan estar relacionados a una mayor eficiencia metabólica en niños y, como consecuencia, menor fatiga muscular, pues presentaron menor dependencia del metabolismo glucolítico durante la prueba de esfuerzo.
Conclusión
Como conclusión, estos resultados indican que las respuestas cardiovasculares, ventilatorias y metabólicas durante la prueba de esfuerzo progresivo máximo son diferentes entre niños y adultos. Específicamente, los resultados encontrados en el presente estudio sugieren que los niños tienen menor eficiencia cardiovascular y respiratoria. Por otro lado, los niños presentaron mayor eficiencia metabólica durante la prueba de esfuerzo progresivo. En resumen, a pesar de las diferencias observadas, los niños mostraron niveles similares de capacidad de esfuerzo, al compararlos con los adultos.
Limitaciones
Reconocemos algunas limitaciones en el presente estudio. La principal limitación es que nuestros pacientes fueron seleccionados a partir de un banco de datos, en un estudio retrospectivo transversal. Informaciones sobre la relación entre la muestra y la población son limitadas en esta condición de muestreo no probabilístico. Siendo así, no podemos extrapolar los resultados de este estudio para la población.
Potencial Conflicto de Intereses
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
Fuentes de Financiación
El presente estudio no tuvo fuentes de financiación externas.
Vinculación Académica
No hay vinculación de este estudio a programas de postgrado.