FUNDAMENTO: Obesidade promove alterações na modulação autonômica cardíaca. OBJETIVO: Investigar a modulação autonômica de crianças obesas e eutróficas por meio de índices de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) obtidos por métodos geométricos. MÉTODOS: Foram analisados dados de 133 crianças, com idade entre 8 e 13 anos, divididas em dois grupos: obeso (n = 61) e eutrófico (n = 72), segundo o índice de massa corporal para sexo e idade. Para a análise da VFC, a frequência cardíaca foi captada batimento-a-batimento. Os intervalos RR obtidos foram convertidos em figuras geométricas e, a partir delas, foram calculados o índice triangular (RRtri), interpolação triangular dos intervalos RR (TINN), os índices SD1, SD2 e relação SD1/SD2, obtidos do plot de Poincaré. Análise visual do plot foi também realizada. Realizaram-se o teste t de Student para dados não pareados e o teste de Mann-Whitney, com nível de significância de 5,0%, para análise dos dados. RESULTADOS: Em crianças obesas, foram observadas reduções dos índices RRtri (0,0730 vs 0,1084 [mediana]), TINN (171,80 ± 55,08 vs 218,26 ± 51,12), SD1 (19,93 ± 9,10 vs 24,10 ± 8,03) e SD2 (51,63 ± 16,53 vs 69,78 ± 17,19). A relação SD1/SD2 não apresentou diferenças significantes (0,3781 ± 0,12 vs 0,3467 ± 0,08). A análise visual do plot, em crianças obesas, mostrou menor dispersão dos intervalos RR tanto batimento-a-batimento, como a longo prazo, indicando menor VFC. CONCLUSÃO: Crianças obesas apresentaram modificações no sistema nervoso autônomo, caracterizadas por reduções na atividade parassimpática e na variabilidade global.
Índices geométricos de variabilidade da frequência cardíaca em crianças obesas e eutróficas
IFaculdade de Ciências e Tecnologia - UNESP - Univ Estadual Paulista, Departamento de Fisioterapia
IIFaculdade de Ciências e Tecnologia - UNESP - Univ Estadual Paulista, Departamento de Educação Física, Presidente Prudente, São Paulo
IIIFaculdade de Medicina de São José do Rio Preto - Departamento de Cardiologia e Cirurgia Cardiovascular, São José do Rio Preto, São Paulo - Brasil
Alterações na frequência cardíaca, definidas como variabilidade da frequência cardíaca (VFC), são normais e esperadas e indicam a habilidade do coração em responder aos múltiplos estímulos fisiológicos e ambientais, bem como compensar desordens induzidas por doenças1.
Trata-se de uma medida não invasiva que pode ser utilizada para identificar fenômenos relacionados ao sistema nervoso autônomo (SNA)2. Dentre os métodos utilizados para análise da VFC, encontram-se os métodos geométricos - índice triangular (RRtri), interpolação triangular de histograma de intervalos NN (TINN) e
O RRtri e o TINN são calculados a partir da construção de um histograma de densidade dos intervalos RR normais, que contém no eixo x o comprimento dos intervalos RR, e no eixo y, a frequência com que eles ocorreram. A união dos pontos das colunas do histograma forma uma figura semelhante a um triângulo do qual são extraídos esses índices2,4,5.
O
A análise da VFC por métodos não lineares vem ganhando crescente interesse, pois existem evidências de que os mecanismos envolvidos na regulação cardiovascular provavelmente interagem entre si de modo não linear13.
Esses métodos descrevem as flutuações complexas do ritmo e conseguem separar estruturas de comportamento não linear nas séries temporais de batimentos cardíacos mais adequadamente do que os métodos lineares14. Tem sido especulado que a análise de VFC baseada em métodos da dinâmica não linear pode fornecer valiosas informações para interpretações fisiológicas da VFC e para avaliação do risco de morte súbita7, além de possibilitar melhor entendimento da natureza de sistemas dinâmicos e complexos que ocorrem no corpo humano, tanto na saúde como na doença15.
Estudos têm demonstrado que a obesidade produz alterações na função do sistema nervoso autônomo em crianças e adolescentes16,17. Tal condição de desequilíbrio pode representar um fator negativo importante, já que o funcionamento autonômico controla parte das funções internas do corpo e, nesse sentido, merece atenção.
Os trabalhos envolvendo a obesidade em crianças e a análise do SNA, por meio da avaliação da VFC, têm apresentado resultados controversos. Sekine e cols.18, analisando índices de VFC no domínio da frequência, sugerem que elas têm maior atividade simpática e menor atividade parassimpática quando comparadas com crianças eutróficas, enquanto que Nagai e cols.19 e Nagai e Moritani20 observaram atividades tanto simpática quanto parassimpática diminuídas em crianças obesas. Já Yakinci e cols.21, utilizando testes autonômicos funcionais, observaram atividade simpática normal e hipoatividade parassimpática, e, mais recentemente, Kaufman e cols.16 observaram aumento da relação LF/HF e diminuição do índice HF. Pascoal e cols.22 constataram maior tônus cardíaco na posição bípede quando comparadas crianças obesas com crianças eutróficas.
Esses trabalhos avaliam a VFC utilizando métodos lineares, entretanto, destaca-se que, após busca sistemática em bases de dados pertinentes visando à elaboração deste manuscrito, não foram encontrados trabalhos que utilizam métodos geométricos como forma de análise.
Sendo assim, com intuito de acrescentar elementos relacionados ao tema exposto na literatura, pretende-se, com este trabalho, investigar a modulação autonômica de crianças obesas e eutróficas por meio de índices de VFC obtidos através de métodos geométricos.
Para a realização deste trabalho, foram analisados dados de 133 crianças, independente do sexo, numa faixa etária entre 08 e 13 anos. As crianças foram divididas em dois grupos segundo o estado nutricional: obesas e eutróficas. A obesidade foi definida segundo os critérios estabelecidos para idade e sexo por Cole e cols.23.
O grupo obeso foi constituído por 61 crianças, sendo 28 do sexo masculino (45,90%) e 33 do sexo feminino (54,10%), enquanto que o grupo eutrófico foi formado por 72 crianças (35 do sexo masculino [48,60%] e 37 do sexo feminino [51,40%]). As características dessas crianças (idade, peso, altura e índice de massa corpórea) podem ser visibilizadas na
Não foram incluídas neste estudo, crianças com relato de pelo menos uma das seguintes características: uso de medicamentos que influenciassem a atividade autonômica do coração, como por exemplo, propranolol e atropina, infecções, doenças metabólicas ou do sistema cardiorrespiratório conhecidas.
Os voluntários e seus responsáveis foram devidamente informados sobre os procedimentos e objetivos deste estudo, e após concordarem, o responsável assinou um termo de consentimento livre e esclarecido. Todos os procedimentos utilizados foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Faculdade de Ciências e Tecnologia - FCT/UNESP (Proc. nº 187/2007).
Antes do início do procedimento experimental, as crianças foram identificadas coletando-se as seguintes informações: idade, sexo, peso, altura e índice de massa corpórea. As medidas antropométricas foram obtidas de acordo com as recomendações descritas por Lohman e cols.24.
O peso foi mensurado em uma balança digital (FilizzolaPL 150, Filizzola Ltda., Brasil) com precisão de 0,1 kg, com as crianças usando roupas leves e sem sapatos. A altura foi mensurada usando um estadiômetro com precisão de 0,1 cm e 2 metros de comprimento. O IMC foi calculado usando a seguinte fórmula: peso (kg)/altura (m)2.
A coleta dos dados foi realizada em uma sala com temperatura entre 21° C e 23° C e umidade entre 40 e 60%. Após a avaliação inicial, foram explicados todos os procedimentos necessários para realização da coleta de dados, que foi realizada de forma individual. As crianças foram orientadas a manterem-se em repouso, evitando conversarem durante a coleta.
Após tais procedimentos, foi colocada no tórax das crianças, ao nível do terço distal do esterno, a cinta de captação e, no seu pulso, o receptor de frequência cardíaca Polar S810i (Polar Electro, Finlândia), equipamento previamente validado para captação da frequência cardíaca batimento-a-batimento e a utilização dos seus dados para análise da VFC em crianças e adultos25,26.
Após a colocação da cinta e do monitor, as crianças foram colocadas em decúbito dorsal em um colchonete e permaneceram em repouso e com respiração espontânea por 20 minutos. Após esse período de coleta, as crianças foram liberadas.
Para análise da VFC, o padrão de seu comportamento foi registrado batimento-a-batimento, durante todo o protocolo experimental, com uma taxa de amostragem de 1.000 Hz. Para análise dos dados, foram utilizados 1.000 intervalos RR consecutivos, após ter sido feita filtragem digital, complementada por manual, para eliminação de batimentos ectópicos prematuros e artefatos, e somente séries com mais de 95,0% de batimentos sinusais foram incluídas no estudo27.
A análise da VFC foi realizada por meio dos métodos geométricos: RRtri, TINN e
O RRtri foi calculado a partir da construção de um histograma de densidade dos intervalos RR, o qual contém no eixo horizontal todos os possíveis valores dos intervalos RR mensurados, em uma escala discreta com caixas de 7,8125 ms (1/128 segundos) e, no eixo vertical, a frequência com que cada um deles ocorreu. A união dos pontos das colunas do histograma forma uma figura semelhante a um triângulo. O RRtri foi obtido dividindo-se o número total de intervalos RR utilizados para construção do histograma pela frequência modal dos mesmos (valor do intervalo RR que mais apareceu na série RR)2.
O TINN consiste na medida da base de um triângulo, sendo o método da diferença dos mínimos quadrados utilizado para determinação do triângulo2. O RRtri e o TINN expressam a variabilidade global dos intervalos RR2.
O
Para análise quantitativa do
A análise qualitativa do
1. Figura na qual um aumento na dispersão dos intervalos RR é observado com aumento nos intervalos, característica de um
2. Figura com pequena dispersão global batimento-a-batimento e sem aumento da dispersão dos intervalos RR, a longo prazo.
O
Para comparação dos grupos, inicialmente foi determinada a normalidade dos dados por meio do teste Shapiro-Wilks. Quando a distribuição normal foi aceita, o teste t de
A
As
Os resultados obtidos por meio dos índices de VFC, no presente estudo, mostraram que nas crianças obesas analisadas ocorreram reduções dos índices geométricos, sugerindo que, nestas crianças, a variabilidade da frequência cardíaca está reduzida.
O índice SD1, que representa o eixo transverso do
Atividade parassimpática diminuída em crianças obesas foi também relatada por outros autores16,19,21. Tal redução está associada ao aumento do risco para morbidade e mortalidade por todas as causas e ao desenvolvimento de vários fatores de risco30.
Martini e cols.31 observaram que crianças obesas têm maiores valores de pressão arterial, de glicose sanguínea, de insulina e de níveis de triglicerídeos, e menores valores de lipoproteína de alta densidade (HDL), quando comparadas com crianças não obesas. Paschoal e cols.22 também relataram menores valores de HDL e aumento de triglicerídeos em crianças obesas. A presença de tais características em crianças portadoras de obesidade pode estar associada a alterações na atividade do SNA conforme afirma Sekine e cols.18.
Os índices SD2, TINN e RRtri também apresentaram redução nas crianças obesas em comparação com as crianças do grupo eutrófico. Esses índices expressam a variabilidade global dos intervalos RR2,11, o que sugere que crianças obesas apresentam redução da variabilidade global da frequência cardíaca.
Sekine e cols.18 e Martini e cols.31, avaliando a variabilidade global em crianças obesas por meio do índice SDNN (desvio padrão dos intervalos RR), não encontraram diferenças estatisticamente significantes neste índice, contudo os valores se apresentaram menores nestas crianças, em comparação com as não obesas. Redução significativa desse índice foi relatada por Rabbia e cols.32 em adolescentes obesos (idade de 13,9 ± 1,7 anos).
Em crianças obesas, redução na atividade simpática foi descrita na literatura19,20. Este sistema participa do controle do metabolismo da glicose e da gordura33 e menor atividade simpática foi associada a menor gasto energético e, consequentemente, um balanço energético positivo e ganho de peso34.
Quanto à relação SD1/SD2, as análises mostraram que não ocorreram diferenças significativas desse índice quando comparado o grupo obeso com o grupo eutrófico, o que pode ser justificado pela redução observada tanto no índice SD1 quanto no SD2, em crianças obesas.
A análise visual do
Em indivíduos saudáveis, em repouso, os intervalos entre os batimentos cardíacos são bastante irregulares, sobretudo pela predominância vagal na modulação cardíaca, fazendo com que se visualize, na plotagem de Poincaré, uma nuvem de pontos com a forma aproximada de uma elipse28,35, o que pode ser observado nas crianças eutróficas.
Diferentemente do que foi observado nas crianças eutróficas, as análises das figuras do
Em resumo, os resultados deste trabalho sugerem que crianças obesas apresentam disfunções autonômicas, caracterizadas por reduções na atividade parassimpática e da variabilidade global. Tais achados, associados aos graves problemas que podem ser produzidos pela obesidade36, reforçam a necessidade de tratamento da obesidade infantil e, neste sentido, a atividade física e uma dieta hipocalórica, fundamentadas em condutas apropriadas, podem ser ferramentas eficientes para reverter as alterações fisiológicas provocadas pela obesidade. Esses procedimentos, além de reduzir o peso corporal, levam à diminuição da atividade simpática e da pressão arterial, melhoram a sensibilidade à insulina, diminuem as concentrações plasmáticas de triglicérides e aumentam as de HDL-colesterol37-39, aspectos que podem ser benéficos para amenizar ou eliminar os riscos produzidos pela obesidade.
Os resultados sugerem que crianças obesas apresentam modificações no sistema nervoso autônomo, caracterizadas por reduções na atividade parassimpática e na variabilidade global, o que demonstra a necessidade de atenção precoce a estas crianças, para evitar complicações futuras.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Processo FAPESP nº 2008/05414-0.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência: Luiz Carlos Marques Vanderlei Rua Roberto Simonsen, 305 - Departamento de Fisioterapia 19060-900 - Presidente Prudente, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 16/09/09; revisado recebido em 12/11/09; aceito em 29/12/09.
BACKGROUND: Obesity causes changes in cardiac autonomic modulation. OBJECTIVE: To investigate the autonomic modulation of eutrophic and obese children by means of indexes of heart rate variability (HRV) obtained through geometric methods. METHODS: We analyzed data from 133 children aged 8 to 13, divided into two groups: obese (n = 61) and eutrophic (n = 72) according to body mass index for age and sex. For the analysis of HRV, heart rate was recorded beat-to-beat. The RR intervals were transformed into geometric figures, and from them, we calculated the triangular index (RRtri), triangular interpolation of RR intervals (TINN), the indexes SD1, SD2 and SD1/SD2 ratio, obtained from the Poincaré plot. Visual analysis of the plot was also performed. Student's t test was performed for unpaired data and Mann-Whitney's test, with significance level of 5.0%, for data analysis. RESULTS: In obese children, RRtri indexes were proven to be reduced (0.0730 vs 0.1084 [median]), TINN (171.80 ± 55.08 vs 218.26 ± 51.12), SD1 (19.93 ± 9.10 vs 24.10 ± 8.03) and SD2 (51.63 ± 16.53 vs 69.78 ± 17.19). The SD1/SD2 ratio showed no significant differences (0.3781 ± 0.12 vs 0.3467 ± 0.08). Visual analysis of the plot, in obese children, revealed a smaller dispersion of RR intervals both beat-to-beat, and in the long term, indicating lower HRV. CONCLUSION: Obese children presented changes in the autonomic nervous system characterized by decreases in parasympathetic activity and overall variability.
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Changes in heart rate, defined as heart rate variability (HRV), are normal and expected and indicate the heart's ability to respond to multiple physiological and environmental stimuli, as well as compensate disorders induced by diseases1.
It is a noninvasive measure that can be used to identify phenomena related to the autonomic nervous system (ANS)2. The methods used for HRV analysis include the geometric methods - triangular index (RRtri), triangular interpolation of NN interval histogram (TINN) and Poincaré plot - which convert RR intervals into geometric patterns and allow analyzing HRV through the geometric or graphic properties of the resulting pattern2-4.
The RRtri and TINN are calculated from the construction of a histogram of density of normal RR intervals, which contains on axis x the length of RR intervals, and on axis y, the frequency with which they occurred. Joining the points of the histogram columns forms a shape like a triangle from which these indexes are extracted2,4,5.
The Poincaré plot is a two-dimensional graphic representation of the correlation between consecutive RR intervals, in which each interval is plotted against the following interval6,7 and its analysis can be done in a qualitative way, by assessing the shape formed by its attractor, which shows the degree of complexity of RR intervals8,9, or quantitative, by fitting an ellipse to the shape formed by the plot, from which the following indexes are produced: SD1, SD2 and the SD1/SD2 ratio10,11. Beside this, the analysis of the Poincaré plot is considered by some authors as based on nonlinear dynamics7,12.
HRV analysis by means of nonlinear methods has been gaining increasing interest, since there is evidence that the mechanisms involved in cardiovascular regulation probably interact in a nonlinear way13.
These methods describe complex rhythm fluctuations and manage to separate nonlinear behavior structures in time series of heartbeats better than linear methods14. It has been speculated that HRV analysis based on nonlinear dynamics methods can provide valuable information for physiological interpretations of HRV and evaluation of risk of sudden death7, also enabling a better understanding of the nature of dynamic and complex systems occurring in healthy and sick human bodies15.
Studies have shown that obesity causes changes in the function of the autonomic nervous system in children and adolescents16,17. Such a condition of imbalance may represent a major negative factor since the autonomic function controls some of the internal functions of the body and, accordingly, deserves attention.
Studies involving obesity in children and analysis of ANS, through the evaluation of HRV, have shown controversial results. Sekine et al18, analyzing HRV indexes in the frequency domain, suggest that they have more sympathetic activity and less parasympathetic activity as compared with eutrophic children, while Nagai et al19 and Nagai & Moritani20 observed both sympathetic and parasympathetic activities decreased in obese children. Yakinci et al21, using autonomic function tests, observed normal sympathetic activity and parasympathetic underactivity, and more recently, Kaufman et al16 observed increase in LF/HF ratio and decreased HF index. Pascoal et al22 found higher cardiac tone in the standing position when compared obese children with eutrophic children.
These studies assess HRV using linear methods, however, it should be noted that, after a systematic search of relevant databases in order to prepare this manuscript, no studies were found using geometrical methods as a means of analysis.
Hence, in order to add elements related to the theme exposed in literature, it is intended, with this study, to investigate the autonomic modulation in obese and eutrophic children through HRV indexes obtained by geometric methods.
For this study, we analyzed data from 133 children, regardless of gender, aged from 08 to 13. The children were divided into two groups according to nutritional status: obese and eutrophic. Obesity was defined according to criteria established for age and sex by Cole et al23.
The obese group consisted of 61 children, 28 males (45.90%) and 33 females (54.10%), while the eutrophic group consisted of 72 children (35 males [48.60%] and 37 females [51.40%]). The characteristics of these children (age, weight, height and body mass index) can be seen in
Children reporting at least one of the following characteristics were not included in this study: use of medications that would influence the autonomic activity of the heart, such as propranolol and atropine, infections, or metabolic diseases or cardiorespiratory system diseases.
The volunteers and their guardians were fully informed about the procedures and purpose of this study and, after agreeing, their guardians signed an informed consent. All procedures were approved by the Research Ethics Committee of the School of Science and Technology - FCT/UNESP (Proc. No. 187/2007).
Before beginning the experimental procedure, children were identified by collecting the following information: age, sex, weight, height, and body mass index. Anthropometric measurements were obtained according to the recommendations described by Lohman et al24.
Weight was measured on a digital scale (Filizzola PL 150, Filizzola Ltda., Brazil) with a precision of 0.1 kg, with children wearing light clothes and barefoot. Height was measured using a stadiometer with precision of 0.1 cm and 2 meters in length. BMI was calculated using the following formula: weight (kg)/height (m)2.
Data collection was performed in a room with temperature between 21° C and 23° C and humidity between 40 and 60%. After the initial assessment, we explained all the procedures necessary to collect the data, which was done individually. The children were instructed to remain at rest, avoid talks during the collection.
After these procedures, the recording strap was placed on the children's chest at the sternal angle. On their wrist, the heart rate receiver Polar S810i (Polar Electro, Finland). This equipment had been previously validated to record the beat-to-beat heart frequency and use their data for analysis of HRV in children and adults25,26.
After placing the strap and the monitor, the children were placed supine on a mat and remained at rest with spontaneous breathing for 20 minutes. After the collection period, the children were discharged.
For HRV analysis, the pattern of their behavior was recorded beat-to-beat throughout the experimental protocol, with a sampling rate of 1,000 Hz. For data analysis, we used 1,000 consecutive RR intervals after digital filtering, complemented with manual filtering, to eliminate premature and artifact ectopic beats, and only series with more than 95.0% of sinus beats were included in the study27.
HRV analysis was performed by means of geometrical methods: RRtri, TINN and Poincaré plot (SD1, SD2, SD1/SD2 ratio).
The RRtri was calculated from the construction of a density histogram of RR intervals, which contains the horizontal axis of all possible values of RR intervals measured on a discrete scale with 7,8125 ms boxes (1/128 seconds) and on the vertical axis, the frequency with which each occurred. The union of points of the histogram columns forms a shape like a triangle. The RRtri was obtained by dividing the total number of RR intervals used to construct the histogram by their modal frequency (RR interval value that most frequently appeared on RR)2.
The TINN consists of the measure of the base of a triangle. The method of least squares is used to determine the triangle2. The RRtri and the TINN express the overall variability of RR intervals2.
The Poincaré plot is a map of points in Cartesian coordinates, constructed from the values of RR intervals obtained, where each point is represented on axis x (horizontal/abscissa) by the previous normal RR interval, and on axis y (vertical/coordinate), by the following RR interval.
For quantitative analysis of the plot, an ellipse was fitted to the points of the chart, with the center determined by the average RR intervals, and the SD1 indexes were calculated to measure the standard deviation of the distances of the points to the diagonal y = x, and SD2 measures the standard deviation of the distances of points to the line y = - x + RRm, where RRm is the average of RR intervals. The SD1 is an index of instantaneous recording of the variability of beat-to-beat and represents parasympathetic activity, while the index SD2 represents HRV in long-term records, and reflects the overall variability. Their ratio (SD1/SD2) shows the ratio between short and long variations of RR intervals1,11.
The qualitative analysis of the plot was made through the analysis of the figures formed by its attractor, which were described by Tulppo et al28 in:
Figure in which an increase in the dispersion of RR intervals is observed with increased intervals, characteristic of a normal plot.
Small figure with beat-to-beat global dispersion without increased dispersion of RR intervals in the long term.
The HRV analysis software - Version 2.0 was used to calculate these indexes29.
To compare the groups, the normality of data was initially determined using the Shapiro-Wilks test. When normal distribution was accepted, Student's t test for unpaired data was applied (age, height, TINN, SD1, SD2 and SD1/SD2 ratio) and in situations where normal distribution was not accepted, we applied Mann-Whitney's test (weight, BMI, RRTri). Differences in these tests were considered statistically significant when the value of "P" was smaller than or equal to 0.05.
The results obtained by means of HRV indexes showed that the obese children analyzed presented decreased geometric indexes, suggesting that in these children, the heart rate variability is reduced.
The SD1 index, which represents the transverse axis of the Poincaré plot shows the standard deviation of the instantaneous variability of the beat-to-beat heart rate11 and indicates the parasympathetic influence on the sinoatrial node10. The lowest values of the SD1 index in obese children suggest that in these children, the parasympathetic activity is reduced.
Decreased parasympathetic activity in obese children was also reported by other authors16,19,21. Such reduction is associated with increased risk for morbidity and mortality from all causes and development of several risk factors30.
Martini et al31 observed that obese children have higher blood pressure, blood glucose, insulin and triglyceride levels and lower levels of high density lipoprotein (HDL) when compared with non-obese children. Paschoal et al22 also reported lower levels of HDL and increased triglycerides in obese children. The presence of such characteristics in children with obesity may be associated with changes in ANS activity as stated by Sekine et al18.
The indexes SD2, TINN and RRtri also showed reduction in obese children compared with eutrophic children. These indexes express the overall variability of RR intervals2,11, suggesting that obese children have reduced the overall variability of heart rate.
Sekine et al18 and Martini et al31, evaluating the overall variability in obese children through the SDNN index (standard deviation of RR intervals), found no statistically significant differences in this index, however these values were lower in these children, compared with non-obese children. Significant reduction of this index was reported by Rabbia et al32 in obese adolescents (aged 13.9 ± 1.7).
In obese children, reduction in sympathetic activity was described in literature19,20. This system participates in the control of glucose metabolism and fat33 and a lower level of sympathetic activity was associated with lower energy expenditure and therefore a positive energy balance and weight gain34.
Concerning the SD1/SD2 ratio, the analyses showed no significant differences of this index when comparing the obese group against the eutrophic group, which can be explained by the reduction observed in both the SD1 and in the SD2 indexes in obese children.
The visual analysis of Poincaré plot revealed that eutrophic children have a greater beat-to-beat dispersion of RR intervals, as well as greater dispersion of RR intervals in the long term, compared with obese children, indicating that these children have higher HRV.
In healthy individuals at rest, the intervals between beats are very irregular, especially by the vagal predominance in heart modulation, which makes it possible to see, in Poincaré plot, a cloud of points with the approximate shape of an ellipse28,35, which can be observed in eutrophic children.
Unlike what was observed in eutrophic children, analyses of figures from the plot of obese children showed less dispersion of RR intervals, both beat-to-beat and in the long term, implying lower HRV.
In summary, the findings of this study suggest that obese children have autonomic dysfunctions characterized by decreased parasympathetic activity and overall variability. These findings, coupled with the serious problems that can be produced by obesity36, reinforce the need for treatment of childhood obesity and in this sense, physical activity and a hypocaloric diet, based on appropriate behaviors, can be powerful tools to reverse the physiological changes caused by obesity. These procedures reduce body weight and leading to reduced sympathetic activity and blood pressure, improving insulin sensitivity, decreasing plasma concentrations of triglycerides and increasing HDL-cholesterol concentrations37-39, which may be beneficial to alleviate or eliminate the risks produced by obesity.
The results suggest that obese children present changes in the autonomic nervous system, characterized by decreases in parasympathetic activity and overall variability, which demonstrates the need for early attention to these children, to avoid future complications.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
This study was funded by FAPESP -
This study is not associated with any post-graduation program.
FUNDAMENTO: Obesidad promueve alteraciones en la modulación autonómica cardíaca. OBJETIVO: Investigar la modulación autonómica de niños obesos y eutróficos por medio de índices de variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC) obtenidos por métodos geométricos. MÉTODOS: Fueron analizados datos de 133 niños, de edad entre 8 y 13 años, divididos en dos grupos: obeso (n = 61) y eutrófico (n = 72), según el índice de masa corporal para sexo y edad. Para el análisis de la VFC, la frecuencia cardíaca fue captada latido-a-latido. Los intervalos RR obtenidos fueron convertidos en figuras geométricas y, a partir de ellas, fueron calculados el índice triangular (RRtri), interpolación triangular de los intervalos RR (TINN), los índices SD1, SD2 y relación SD1/SD2, obtenidos del plot de Poincaré. Fue también realizado análisis visual del plot . Se realizaron el test t de Student para datos no apareados y el test de Mann-Whitney, con nivel de significancia de 5,0%, para análisis de los datos. RESULTADOS: En niños obesos, fueron observadas reducciones de los índices RRtri (0,0730 vs 0,1084 [media]), TINN (171,80 ± 55,08 vs 218,26 ± 51,12), SD1 (19,93 ± 9,10 vs 24,10 ± 8,03) y SD2 (51,63 ± 16,53 vs 69,78 ± 17,19). La relación SD1/SD2 no presentó diferencias significativas (0,3781 ± 0,12 vs 0,3467 ± 0,08). El análisis visual del plot, en niños obesos, mostró menor dispersión de los intervalos RR tanto latido-a-latido, como a largo plazo, indicando menor VFC. CONCLUSIÓN: Niños obesos presentaron modificaciones en el sistema nervioso autónomo, caracterizadas por reducciones en la actividad parasimpática y en la variabilidad global.
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Alteraciones en la frecuencia cardíaca, definidas como variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC), son normales y esperadas e indican la habilidad del corazón para responder a los múltiples estímulos fisiológicos y ambientales, así como compensar desórdenes inducidos por enfermedades1.
Se trata de una medida no invasiva que puede ser utilizada para identificar fenómenos relacionados con el sistema nervioso autónomo (SNA)2. Entre los métodos utilizados para análisis de la VFC, se encuentran los métodos geométricos - índice triangular (RRtri), interpolación triangular de histograma de intervalos NN (TINN) y
El RRtri y el TINN son calculados a partir de la construcción de un histograma de densidad de los intervalos RR normales, que contienen en el eje x el largo de los intervalos RR, y en el eje y, la frecuencia con que ocurrieron. La unión de los puntos de las columnas del histograma forma una figura semejante a un triángulo del cual son extraídos esos índices2,4,5.
El
El análisis de la VFC por métodos no lineales viene ganando creciente interés, pues existen evidencias de que los mecanismos envueltos en la regulación cardiovascular probablemente interactúen entre sí de modo no lineal13.
Esos métodos describen las fluctuaciones complejas del ritmo y consiguen separar estructuras de comportamiento no lineal en las series temporales de latidos cardíacos más adecuadamente que los métodos lineales14. SE ha especulado que el análisis de VFC basado en métodos de la dinámica no lineal puede proveer valiosas informaciones para interpretaciones fisiológicas de la VFC y para evaluación del riesgo de muerte súbita7, además de posibilitar mejor entendimiento de la naturaleza de sistemas dinámicos y complejos que ocurren en el cuerpo humano, tanto en la salud como en la enfermedad15.
Estudios han demostrado que la obesidad produce alteraciones en la función del sistema nervioso autónomo en niños y adolescentes16,17. Tal condición de desequilibrio puede representar un factor negativo importante, ya que el funcionamiento autonómico controla parte de las funciones internas del cuerpo y, en ese sentido, merece atención.
Los trabajos referidos a obesidad en niños y el análisis del SNA, por medio de la evaluación de la VFC, han presentado resultados controvertidos. Sekine et al18, analizando índices de VFC en el dominio de la frecuencia, sugieren que tienen mayor actividad simpática y menor actividad parasimpática cuando es comparado con niños eutróficos, mientras que Nagai et al19 y Nagai y Moritani20 observaron actividades tanto simpática cuanto parasimpática disminuidas en niños obesos. Ya Yakinci et al21, utilizando tests autonómicos funcionales, observaron actividad simpática normal e hipo actividad parasimpática, y, más recientemente, Kaufman et al16 observaron aumento de la relación LF/HF y disminución del índice HF. Pascoal et al22 constataron mayor tono cardíaco en la posición bípeda cuando son comparados niños obesos con niños eutróficos.
Esos trabajos evalúan la VFC utilizando métodos lineales, mientras, se destaca que, después de búsqueda sistemática en bases de datos pertinentes apuntando a la elaboración de este manuscrito, no fueron encontrados trabajos que utilicen métodos geométricos como forma de análisis.
Siendo así, con el propósito de acrecentar elementos relacionados al tema expuesto en la literatura, se pretende con este trabajo, investigar la modulación autonómica de niños obesos t eutróficos por medio de índices de VFC obtenidos a través de métodos geométricos.
Para la realización de este trabajo, fueron analizados datos de 133 niños, independientemente de sexo, en una franja etaria entre 8 y 13 años. Los niños fueron divididos en dos grupos según el estado nutricional: obesos y eutróficos. La obesidad fue definida según los criterios establecidos para edad y sexo por Cole et al23.
El grupo obeso fue constituido por 61 niños, 28 del sexo masculino (45,90%) y 33 del sexo femenino (54,10%), mientras que el grupo eutrófico fue formado por 72 niños (35 del sexo masculino [48,60%] y 37 del sexo femenino [51,40%]). Las características de estos niños (edad, peso, altura e índice de masa corpórea) pueden ser vistos en la
No fueron incluidos en este estudio, niños con relato de por lo menos una de las siguientes características: uso de medicamentos que influyesen en la actividad autonómica del corazón, como por ejemplo, propranolol y atropina, infecciones, enfermedades metabólicas o del sistema cardiorrespiratorio conocidas.
Los voluntarios y sus responsables fueron debidamente informados sobre los procedimientos y objetivos de este estudio, y después de concordar, el responsable firmó un término de consentimiento libre y aclarado. Todos los procedimientos utilizados fueron aprobados por el Comité de Ética en Investigación de la Facultad de Ciencias y Tecnología - FCT/UNESP (Proc. nº 187/2007).
Antes del comienzo del procedimiento experimental, los niños fueron identificados recogiendo las siguientes informaciones: edad, sexo, peso, altura e índice de masa corporal. Las medidas antropométricas fueron obtenidas de acuerdo con las recomendaciones descriptas por Lohman et al24.
El peso fue medido en una balanza digital (Filizzola PL 150, Filizzola Ltda., Brasil) con precisión de 0,1 kg, con los niños usando ropas livianas y sin zapatos. La altura fue medida usando un estadiómetro con precisión de 0,1 cm y 2 metros de largo. El IMC fue calculado usando la siguiente fórmula: peso (kg)/altura (m)2.
La recolección de datos fue realizada en una sala con temperatura entre 21ºC y 23º C y humedad entre 40 y 60%. Después de la evaluación inicial, fueron explicados todos los procedimientos necesarios para la realización de la recolección de datos, que fue realizada de forma individual. Los niños fueron orientados a mantenerse en reposo, evitando conversar durante la recolección.
Después de tales procedimientos, fue colocada en el tórax de los niños, al nivel del tercio distal del esternón, la cinta de captación y, en su muñeca, el receptor de frecuencia cardíaca Polar S810i (Polar Electro, Finlandia), equipamiento previamente validado para captación de la frecuencia cardíaca latido-a-latido y la utilización de sus datos para análisis de la VFC en niños y adultos25,26.
Después de la colocación de la cinta y del monitor, los niños fueron colocados en decúbito dorsal en una colchoneta y permanecieron en reposo y con respiración espontánea 20 minutos. Después de ese período de recolección, los niños fueron liberados.
Para análisis de la VFC, el estándar de su comportamiento fue registrado latido-a-latido, durante todo el protocolo experimental, con una tasa de muestreo de 1.000 Hz. Para análisis de los datos, fueron utilizados 1.000 intervalos RR consecutivos, después de haber sido hecho un filtrado digital, complementado por manual, para eliminación de latidos ectópicos prematuros y artefactos, y solamente series con más de 95,0% de latidos sinusales fueron incluidas en el estudio27.
El análisis de la VFC fue realizado por medio de los métodos geométricos: RRtri, TINN y
El RRtri fue calculado a partir de la construcción de un histograma de densidad de los intervalos RR, el cual contiene en el eje horizontal todos los posibles valores de los intervalos RR medidos, en una escala discreta con cajas de 7,8125 ms (1/128 segundos) y, en el eje vertical, la frecuencia con que ocurrió cada uno de ellos. La unión de los puntos de las columnas del histograma forma una figura semejante a un triángulo. El RRtri fue obtenido dividiendo el número total de intervalos RR utilizados para la construcción del histograma por la frecuencia modal de los mismos (valor del intervalo RR que más apareció en la serie RR)2.
El TINN consiste en la medida de la base de un triángulo, siendo utilizado el método de la diferencia de los mínimos cuadrados para la determinación del triángulo2. El RRtri y el TINN expresan la variabilidad global de los intervalos RR2.
El
Para análisis cuantitativo del
El análisis cualitativo del
Figura en la cual un aumento en la dispersión de los intervalos RR es observado con aumento en los intervalos, característica de un
Figura con pequeña dispersión global latido-a-latido y sin aumento de la dispersión de los intervalos RR, a largo plazo.
El
Para comparación de los grupos, inicialmente fue determinada la normalidad de los datos por medio del test Shapiro-Wilks. Cuando la distribución normal fue aceptada, el test
La
Las
Los resultados obtenidos por medio de los índices de VFC, en el presente estudio, mostraron que en los niños obesos analizados ocurrieron reducciones de los índices geométricos, sugiriendo que, en estos niños, la variabilidad de la frecuencia cardíaca está reducida.
El índice SD1, que representa el eje transverso del
Actividad parasimpática disminuida en niños obesos fue también relatada por otros autores16,19,21. Tal reducción está asociada al aumento del riesgo para morbilidad y mortalidad por todas las causas y al desarrollo de varios factores de riesgo30.
Martini et al31 observaron que niños obesos tienen mayores valores de presión arterial, de glucosa sanguínea, de insulina y de niveles de triglicéridos, y menores valores de lipoproteína de alta densidad (HDL), cuando es comparada con niños no obesos. Paschoal et al22 también relataron menores valores de HDL y aumento de triglicéridos en niños obesos. La presencia de tales características en niños portadores de obesidad puede estar asociada a alteraciones en la actividad del SNA según afirma Sekine et al18.
Los índices SD2, TINN y RRtri también presentaron reducción en los niños obesos en comparación con los niños del grupo eutrófico. Esos índices expresan la variabilidad global de los intervalos RR2,11, lo que sugiere que niños obesos presentan reducción de la variabilidad global de la frecuencia cardíaca.
Sekine et al18 y Martini et al31, evaluando la variabilidad global en niños obesos por medio del índice SDNN (desvío-estándar de los intervalos RR), no encontraron diferencias estadísticamente significativas en este índice, con todo los valores se presentaron menores en estos niños, en comparación con los no obesos. Reducción significativa de ese índice fue relatada por Rabbia et al32 en adolescentes obesos (edad de 13,9 ± 1,7 años).
Fue descripta en la literatura una reducción en la actividad simpática en niños obesos19,20. Este sistema participa del control del metabolismo de la glucosa y de la grasa33 y menor actividad simpática fue asociada a menor gasto energético y, consecuentemente, un balance energético positivo y aumento de peso34.
En cuanto a la relación SD1/SD2, los análisis mostraron que no ocurrieron diferencias significativas de ese índice cuando fue comparado el grupo obeso con el grupo eutrófico, lo que puede ser justificado por la reducción observada tanto en el índice SD1 como en el SD2, en niños obesos.
El análisis visual del
En individuos saludables, en reposo, los intervalos entre los latidos cardíacos son bastante irregulares, sobre todo por el predominio vagal en la modulación cardíaca, haciendo que se visualice, en el plot de Poincaré, una nube de puntos con la forma aproximada de una elipse28,35, lo que puede ser observado en los niños eutróficos.
A diferencia de lo que fue observado en los niños eutróficos, los análisis de las figuras del
En resumen, los resultados de este trabajo sugieren que niños obesos presentan disfunciones autonómicas, caracterizadas por reducciones en la actividad parasimpática y de la variabilidad global. Tales hallazgos, asociados a los graves problemas que pueden ser producidos por la obesidad36, refuerzan la necesidad de tratamiento de la obesidad infantil y, en este sentido, la actividad física y una dieta hipocalórica, fundamentadas en conductas apropiadas, pueden ser herramientas eficientes para revertir las alteraciones fisiológicas provocadas por la obesidad. Esos procedimientos, además de reducir el peso corporal, llevan a la disminución de la actividad simpática y de la presión arterial, mejoran la sensibilidad a la insulina, disminuyen las concentraciones plasmáticas de triglicéridos y aumentan las de HDL-colesterol37-39, aspectos que pueden ser benéficos para aliviar o eliminar los riesgos producidos por la obesidad.
Los resultados sugieren que niños obesos presentan modificaciones en el sistema nervioso autónomo, caracterizadas por reducciones en la actividad parasimpática y en la variabilidad global, lo que demuestra la necesidad de atención precoz a estos niños, para evitar complicaciones futuras.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio fue financiado por la
No hay vinculación de este estudio con programas de post-grado.
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Luiz Carlos Marques Vanderlei Departamento de Fisioterapia Rua Roberto Simonsen, 305 19060-900 - Presidente Prudente, SP - Brasil E-mail:
Artículo recibido el 16/09/09; revisado recibido el 12/11/09; aceptado el 29/12/09.