FUNDAMENTO: A detecção do limiar anaeróbico (LA) pela análise da variabilidade da frequência cardíaca (LiVFC) pode significar uma nova maneira de avaliação da capacidade funcional cardiorrespiratória (CFCR) em pré-adolescentes. OBJETIVO: Testar o método de LiVFC para detecção do LA em pré-adolescentes não obesos (NO), obesos (O) e obesos mórbidas (OM), a fim de determinar diferenças em sua CFCR. MÉTODOS: Foram estudados 30 pré-adolescentes, com idades entre 9 e 11 anos, divididos em três grupos de 10: a) grupo NO - índice de massa corpórea (IMC) com percentil do National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion entre 5 e 85; b) grupo O - IMC de percentil entre 95 e 97 e c) grupo OM - IMC com percentil acima de 97. Todos foram submetidos a um protocolo incremental realizado em esteira rolante e registraram-se os batimentos cardíacos para detecção do LiVFC, que foi determinado pelo valor de 3,0 ms do índice do desvio-padrão 1 (SD1), extraído dos intervalos RR. RESULTADOS: Os valores médios no momento do LiVFC mostraram maiores valores para o grupo NO, destacando-se: a) VO2 (ml/kg/min) NO = 27,4 ± 9,2; O = 13,1 ± 7,6 e OM = 11,0 ± 1,7; b) FC (bpm): NO = 156,3 ± 18,0; O =141,7 ± 11,4 e OM = 137,7 ± 10,4; e c) distância percorrida (metros): NO = 1.194,9 ± 427,7; O = 503,2 ± 437,5 e OM = 399,9 ± 185,1. CONCLUSÃO: O LiVFC se mostrou efetivo para avaliação da CFCR e poderá vir a ser aplicado como método alternativo à ergoespirometria em determinadas situações.
BACKGROUND: La detección del umbral anaeróbico (UA) por el análisis de la variabilidad de la frecuencia cardíaca (LiVFC) puede significar una nueva manera de evaluación de la capacidad funcional cardiorrespiratoria (CFCR) en preadolescentes. OBJECTIVE: Testear el método de LiVFC para detección del UA en preadolescentes no obesos (NO), obesos (O) y obesos mórbidos (OM), a fin de determinar diferencias en su CFCR. METHODS: Fueron estudiados 30 preadolescentes, con edades entre 9 y 11 años, divididos en tres grupos de 10: a) grupo NO - índice de masa corporal (IMC) con percentil del National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion entre 5 y 85; b) grupo O - IMC de percentil entre 95 y 97 y c) grupo OM - IMC con percentil encima de 97. Todos fueron sometidos a un protocolo incremental realizado en cinta rodante y se registraron los latidos cardíacos para detección del LiVFC, que fue determinado por el valor de 3,0 ms del índice de desviación-estándar 1 (SD1), extraído de los intervalos RR. RESULTS: Los valores medios en el momento del LiVFC mostraron mayores valores para el grupo NO, destacándose: a) VO2 (ml/kg/min) NO = 27,4 ± 9,2; O = 13,1 ± 7,6 y OM = 11,0 ± 1,7; b) FC (lpm): NO = 156,3 ± 18,0; O =141,7 ± 11,4 y OM = 137,7 ± 10,4; y c) distancia recorrida (metros): NO = 1.194,9 ± 427,7; O = 503,2 ± 437,5 y OM = 399,9 ± 185,1. CONCLUSION: El LiVFC se mostró efectivo para evaluación de la CFCR y podrá comenzar a ser aplicado como método alternativo a la ergoespirometría en determinadas situaciones.
Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Campinas, SP - Brasil
Atualmente, a avaliação da capacidade funcional cardiorrespiratória (CFCR) de crianças e adolescentes obesos ganhou maior relevância. Além dos achados de que alterações no controle autonômico cardíaco e elevados níveis de colesterol, triglicérides e glicose no sangue podem predispor à gênese de distúrbios cardiovasculares, entende-se que a diminuição da capacidade física também é um componente fundamental à redução da qualidade e, possivelmente, do tempo de vida dessas crianças e adolescentes1-5.
O emprego da atividade física como recurso terapêutico, assim como sua prescrição e controle adequados, apresenta-se como uma possibilidade extremamente positiva de prevenir e reverter quadros de obesidade infantil6. Para isso, primeiramente, essas crianças devem ter sua capacidade física avaliada a fim de que seja estabelecida uma proposta inicial adequada de intensidade de trabalho físico aeróbico.
Com a intenção de classificar as pessoas saudáveis ou doentes em níveis de capacidade funcional, determinar estágios de estratificação de risco cardiovascular e dimensionar a capacidade aeróbica, desde o século XX, foram criados vários protocolos de avaliação de capacidade funcional cardiorrespiratória (CFCR). Ao mesmo tempo, a tecnologia voltada à coleta e ao registro de dados durante a realização desses protocolos sofreu grande evolução7.
Apesar dessa inconteste evolução, desde a década de 80 do século passado, o interesse com relação aos dados obtidos durante as avaliações de CFCR manteve-se restrito aos valores obtidos em determinados momentos do teste incremental, tais como limiar anaeróbico (LA), ponto de compensação respiratória e pico do esforço8,9.
Com relação ao LA, há que se destacar que ele permite a definição do momento do esforço no qual o metabolismo anaeróbico começa a suplementar o metabolismo aeróbico como fonte de energia para os músculos em trabalho8-10.
Desta forma, podem-se distinguir dois estados fisiológicos durante o exercício: um abaixo do LA, no qual as respostas cardiorrespiratórias são estáveis e a oferta e o consumo de oxigênio (VO2) estão equilibrados, e outro, acima do LA, no qual as reações orgânicas não são equilibradas, há intensa produção de dióxido de carbono e modificações do pH sanguíneo, causando instabilidade no comportamento das variáveis cardiorrespiratórias8,11.
Atualmente, uma das formas empregadas para a determinação do LA é a do limiar de variabilidade da frequência cardíaca (LiVFC). Segundo alguns autores12,13, utilizando o índice SD1 (desvio-padrão dos intervalos R-R instantâneos) da plotagem de Poincaré, há possibilidade de identificação do LiVFC, que corresponderia ao LA ventilatório (limiar 1) ou ao limiar de lactato.
Apesar de algumas divergências, dados obtidos durante a realização de testes incrementais de esforço, comparando o LiVFC com o LA ventilatório e com o limiar de lactato, mostraram bons índices de correlação e reforçaram a hipótese de que o LiVFC poderia ser uma das formas confiáveis para a determinação do LA13,14. Sendo assim, o LiVFC poderia ser considerado um indicador da capacidade aeróbica e ser utilizado como parâmetro fisiológico para controle e prescrição de exercício, treinamento físico e estratificação de risco13,15. No entanto, por ser o LiVFC uma metodologia ainda recente, não se encontra na literatura sua aplicação em pré-adolescentes.
Com base nessas afirmações, o presente estudo objetivou testar essa metodologia como forma de detecção do LA e, principalmente, determinação da CFCR em pré-adolescentes não obesos, obesos e obesos mórbidos.
Sujeitos
De um universo de 64 estudantes pré-adolescentes do ensino público da região noroeste de Campinas-SP, com idades entre 9 e 11 anos, foram selecionados, por meio de cálculo de amostragem aleatória simples sobre variáveis categóricas, 30 pré-adolescentes sedentários, divididos em três grupos: o grupo A, constituído por 10 não obesos (NO), com IMC com percentil entre 5 e 85, do gráfico do
Os responsáveis pelos pré-adolescentes foram orientados sobre a relevância do estudo e sobre os procedimentos experimentais antes de darem seu aval por meio da assinatura do termo de consentimento pós-informado, conforme estabelecido pela resolução 196/96 da Convenção de Helsinque e aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (processo nº 138/06).
Os critérios de inclusão foram aplicados a partir da triagem dos voluntários pelos valores de seus IMC. Na primeira abordagem, feita nas próprias escolas, foi empregada uma balança portátil e fita métrica. Os pré-selecionados, que também atendiam aos demais critérios de inclusão de não utilizar qualquer medicação que pudesse interferir nos dados estudados e de não praticar atividade físico-desportiva há pelo menos 06 meses, foram orientados a ir ao ambulatório da Universidade a fim de darem seguimento ao processo de seleção, que constou de avaliação antropométrica mais detalhada e avaliação clínica.
Desde o dia anterior ao agendado e no próprio dia de seu comparecimento ao ambulatório, os voluntários foram instruídos a não consumir bebidas à base de cafeína, além de refrigerantes, chás, chocolate e qualquer medicação. Também foram orientados para que dormissem pelo menos 08 horas de sono tranquilo e mantivessem suas atividades rotineiras.
Avaliação antropométrica
Estando os voluntários apenas de
Avaliação clínica
Envolveu uma anamnese e a avaliação dos dados vitais, tais como: FC e pressão arterial (PA). Ressalta-se que houve preocupação em selecionar esfigmomanômetro adequado ao tamanho do perímetro do braço do voluntário avaliado. Igualmente, todos tiveram auscultados seus batimentos cardíacos e respiração por meio de técnica amplamente divulgada na literatura17,18.
Para a avaliação e registro da FC de repouso, empregou-se um cardiofrequencímetro Polar S810®. Após permanecerem por 5 min em posição supina numa sala climatizada com temperatura mantida entre 23º C e 25º C e umidade relativa do ar mantida entre 60,0% e 70,0%, os voluntários tiveram seus batimentos cardíacos registrados por 10 min. A partir da análise do registro e emissão de um relatório feito pelo
Todos os voluntários foram submetidos a um protocolo de esforço contínuo crescente, sintoma limitado. O protocolo foi conduzido em esteira rolante (Inbrasport® Super ATL) com velocidade inicial de 2,0 km/h, mantida por dois minutos, seguidos de acréscimos de 0,5 km/h a cada minuto subsequente. Durante todo o teste, não houve inclinação da esteira, evitando-se, assim, sobrecarga aos voluntários e possíveis consequências indesejáveis de ordem ortopédica, principalmente prevenindo complicações aos pré-adolescentes OM.
Finalizado o teste, a velocidade da esteira foi reduzida progressivamente até atingir a velocidade de 2,0 km/h, assim permanecendo durante dois minutos. Após isso, os voluntários foram sentados e receberam reposição hídrica.
Durante a realização do protocolo de esforço, os intervalos R-R (iRR) foram registrados por meio do cardiofrequencímetro Polar S810i® com frequência de amostragem de 1.000 Hz. Os artefatos foram eliminados com emprego de filtro muito forte selecionado nas opções permitidas pelo
Para a realização da análise, objetivando a detecção do LiVFC, o registro dos batimentos cardíacos extraído do teste incremental foi dividido em intervalos de um minuto, sendo disposto na tela do computador simultaneamente com a respectiva anotação do valor de SD1 apresentado pelo
De acordo com o avançar do teste e incremento da velocidade da esteira, o valor de SD1 ia diminuindo até que, num dado momento, era atingido o valor de 3 m/s, sendo este referido momento considerado como o do LiVFC. Portanto, a primeira intensidade de exercício na qual a VFC (SD1) tivesse alcançado um valor igual a 3 m/s foi considerada a intensidade responsável pelo surgimento do LiVFC.
Os valores das variáveis de interesse foram registrados no momento do LiVFC e posteriormente foram usados para a comparação da CFCR entre os grupos.
Para o cálculo do VO2, feito de maneira indireta, foram utilizados os valores de equivalente metabólicos (MET) apresentados no
Análise estatística
Devido à distribuição não normal dos dados relativos aos valores de idade, antropométricos e clínicos, aplicou-se o teste U de Mann Whitney. Os dados obtidos no momento do LiVFC foram comparados pelo teste de Kruskal-Wallis, seguido do teste de comparação múltipla de Dunn. O
Características antropométricas
Na
Na
Na
Os valores médios de velocidade (km/h) no momento do LiVFC foram: NO = 8,1 ± 1,5; O = 4,9 ± 2,1, e OM = 4,6 ± 1,0 com p < 0,05 para os NO com relação aos demais grupos. Os tempos médios de exposição ao protocolo (min) desde o repouso até o LiVFC foram, respectivamente para NO, O e OM, de 14,3 ± 3,1; 7,9 ± 4,3 e 7,5 ± 2,1; com p < 0,05 entre os NO e OM. Os valores médios dos equivalentes metabólicos (MET) no momento do LiVFC foram de 7,8 ± 2,7 para os NO, de 3,7 ± 2,3 para os O e de 3,1 ± 0,5 para os OM com p < 0,05 entre NO e OM.
A
Um dos parâmetros mais utilizados para determinação de capacidade física e intensidade adequada de treinamento aeróbico em pré-adolescentes saudáveis e doentes em processo de reabilitação é o LA8,10,19,20. Para sua determinação, nova metodologia não invasiva tem sido estudada devido a indícios de boa correlação, tanto com o limiar de lactato13 como para o chamado momento-produto com relação aos valores do VO2 em testes incrementais14. Trata-se da aplicação do LiVFC, que permite detectar o momento da ocorrência do LA (limiar 1) durante a realização de protocolos de esforço contínuos crescentes e, para sustentar esta nova proposta, tem sido demonstrado que métodos não lineares direcionados à análise da VFC em esforço físico também podem fornecer resultados consistentes quanto à modulação autonômica cardíaca13,15,21-23.
Lima e Kiss13 relataram que, durante exercícios incrementais, o decréscimo progressivo do SD1 (desvio-padrão da variabilidade instantânea, batimento a batimento) da plotagem de Poincaré cessa quando o mesmo atinge valores iguais e/ou menores do que 3 m/s, propondo que este ponto seja identificador do LiVFC.
No entanto, Brunetto e cols.14 consideraram precipitada a aplicação desse método como forma alternativa à detecção do LA pelo método ventilatório (limiar 1), alegando não ter mostrado correlação estatística significativa em valores proporcionais do VO2pico durante testes de esforço.
Como contra-argumentação, deve ser ressaltado que, no estudo de Brunetto e cols.14, há duas importantes diferenças com relação a presente investigação. A primeira é que o protocolo empregado pelos referidos autores foi o de Bruce modificado, com estágios com duração de três minutos e inclinações da esteira, enquanto que o nosso foi feito com acréscimos de 0,5 km/h a cada minuto e sem inclinação. A segunda diferença é que os voluntários do estudo de Brunetto e cols.14 eram adolescentes com idades entre 14 e 18 anos, diferentes dos nossos voluntários, que tinham entre 9 e 11 anos.
À parte essas argumentações, ressalta-se que o objetivo principal do presente estudo não foi comparar o método de detecção do LiVFC com qualquer outro, mas sim o de usá-lo como parâmetro para avaliação da CFCR de três grupos de pré-adolescentes.
Com relação aos dados antropométricos e clínicos da presente amostra, cabe destacar que o valor de estatura dos voluntários não foi diferente entre os grupos. Esse aspecto é relevante em estudos que usam a esteira como instrumento de avaliação, pois as pessoas menores tendem a correr precocemente em testes incrementais, o que pode interferir na avaliação dos resultados.
Com relação aos dados obtidos no momento do LiVFC, há fortes indícios de que o fator responsável pelo menor desempenho apresentado por parte dos grupos O e OM foi a dificuldade de locomoção devido ao maior peso corpóreo destes voluntários24,25.
Segundo Birrer e Levine26, há evidências de que a habilidade motora possa ser prejudicada por fatores,como adiposidade, reduzindo o desempenho de crianças obesas submetidas a testes incrementais. Outros estudos, como os realizados por Rowland27, Zanconato e cols.28, Huttunen e Paavilainen29, também revelaram maiores valores de VO2max em crianças eutróficas comparadas às obesas. Também para Goran e cols.25, quando há mais massa gorda nas crianças obesas em proporção à quantidade de massa gorda existente em crianças eutróficas, é razoável pensar que este fator tenha mesmo limitado a capacidade funcional das crianças obesas, pois tal aspecto em nada contribuiu para o trabalho que está sendo realizado, o que aumentaria a limitação da criança obesa.
Em contrapartida, segundo alguns autores25,30, quando há normalização para as diferenças de tamanho corporal, os indivíduos obesos mostram ter valores de VO2max similares aos de indivíduos com peso normal. No entanto, quando se refere a medidas obtidas em esforços submáximos, como aqueles referentes à zona do LiVFC, há maior consenso sobre a existência de maiores diferenças entre obesos e não obesos porque os primeiros apresentam, nestas condições de esforço, valores maiores de FC, de quociente respiratório e da porcentagem de seu VO2max25. Por exemplo, em um estudo31 no qual crianças obesas foram submetidas a caminhadas junto com crianças não obesas, elas usaram 57,0% do VO2max, enquanto que as crianças eutróficas somente 36,0% do VO2max. Mais recentemente, documentou-se que as crianças obesas usaram 44,0% do VO2max contra 37,0% do VO2max utilizado pelas crianças não obesas ao realizarem atividade considerada leve a moderada25.
No presente estudo, tomando-se por base os valores de VO2 no momento do LiVFC, constatou-se que as pré-adolescentes O e OM apresentaram 47,8% e 40,1%, respectivamente, do valor apresentado pelas crianças do grupo NO.
O desgaste provocado pela obesidade também fez com que os voluntários O e OM atingissem, desde o repouso até o momento do LiVFC, uma distância de apenas 42,1% e 33,4%, respectivamente, da distância atingida pelas NO. Ao mesmo tempo, a velocidade atingida pelas crianças NO foi 39,6% superior à atingida pelas crianças O, no momento do LiVFC, e 43,3% maior do que a das crianças OM na mesma condição.
Um último aspecto mostrou a melhor CFCR dos pré-adolescentes NO. Na Figura 4, estão demonstrados os valores medianos de FC inicial e no momento do LiVFC. Em geral, baixo valor de FC em repouso, como o apresentado pelos NO, reflete uma boa condição funcional associada a um melhor nível de aptidão física32,33, enquanto que altos valores, como os apresentados pelos O e OM, relacionam-se a distúrbios fisiológicos variados e predisposição para a ocorrência de determinados tipos de doenças cardiovasculares33,34.
Os estudos sobre as possíveis alterações na função autonômica cardíaca e, por conseguinte, sobre o valor de FC de repouso na presença de obesidade em crianças e adolescentes, apresentam discordância. Eles revelam: redução da atividade parassimpática; elevação da atividade simpática associada à diminuição da parassimpática; e redução tanto da atividade simpática como da parassimpática cardíaca1,14,35-37.Independentemente do mecanismo responsável pelas alterações na FC de repouso, sabe-se que o menor valor desta variável se relaciona à maior capacidade de reserva cronotrópica, o que significa que há maior quantidade de batimentos cardíacos para, possivelmente, ser utilizada durante o esforço físico, influenciando, portanto, no valor do débito cardíaco e no desempenho38.
Constatou-se que a variação (delta) da FC dos voluntários NO, desde o repouso até o momento do LiVFC, atingiu 69,7 bpm e, respectivamente, 40,2 bpm e 34,8 bpm para os O e OM. Essa maior variação da FC dos NO é mais um dado que refletiu a superior CFCR por parte dessas crianças no LiVFC.
Uma limitação do trabalho foi a ausência de um estudo paralelo feito com os mesmos voluntários sendo submetidos ao mesmo protocolo, porém com o LA sendo avaliado por meio de ergoespirometria, pois, dessa forma, poder-se-ia garantir maior confiabilidade à aplicação do método de LiVFC para avaliação da CFCR de crianças e pré-adolescentes.
Pode-se concluir que o estudo atingiu seus objetivos ao mostrar a aplicação de uma nova ferramenta de detecção do LA para avaliação da CFCR em crianças, o que permitiu a constatação da maior CFCR presente do grupo NO. Igualmente, foi ressaltado que o método do LiVFC ainda necessita de maiores comparações com os modelos tradicionalmente utilizados para detecção do LA a fim de que amplie seu grau de eficiência e credibilidade, pois sua contribuição poderá ser muito expressiva em vários procedimentos de avaliação e controle de evolução de tratamento devido ao seu menor custo e fácil acesso.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência: Mário Augusto Paschoal Rua Ferreira Penteado, 1242/72 - Cambuí 13010-041 - Campinas, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 26/04/10; revisado recebido em 03/11/10; aceito em 19/01/11.
BACKGROUND: The detection of anaerobic threshold (AT) by heart rate variability analysis (HRVt) may mean a new way to assess the cardiorespiratory capacity (CRC) in pre-adolescents. OBJECTIVE: To test the method of HRVt to detect AT in non-obese (NO), obese (O) and morbidly obese (MO) pre-adolescents in order to determine differences in their CRC. METHODS: Were studied 30 pre-adolescents, aged between 9 and 11 years, divided into three groups of ten pre-adolescents each: a) NO group - body mass index (BMI) between 5 and 85 percentiles of the chart of National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion.; b) O group - BMI between 95 and 97 of the same chart; c) MO group - BMI with percentile over 97. All were submitted to an incremental protocol conducted on a treadmill, and the heart rate was recorded for the detection of the HRVt when the beat-to-beat variability (SD1), extracted from the RR intervals, reached the value of 3 ms. RESULTS: The mean values obtained at HRVt were higher for the NO group, which included: a) VO2 (ml/kg/min) NO = 27.4 ± 9.2; O = 13.1 ± 7.6, and MO = 11.0 ± 1.7 b) HR (bpm): NO = 156.3 ± 18.0, O = 141.7 ± 11.4 and 137.7 ± 10.4 MO; c) distance (m): NO = 1,194.9 ± 427.7, O = 503.2 ± 437.5 and MO = 399.9 ± 185.1. CONCLUSION: HRVt was effective for evaluation of CRC and could be applied as an alternative method to ergoespirometry in certain situations.
Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Campinas, SP - Brazil
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The evaluation of cardiorespiratory capacity (CRC) of obese children and adolescents has currently gained greater importance. In addition to the findings that changes in cardiac autonomic control and high levels of cholesterol, triglycerides and blood glucose may predispose to the genesis of cardiovascular disorders, it is understood that the decrease in physical capacity is also a key component to reducing the quality and possibly the expectancy of life in these children and adolescents1-5.
The employment of physical activity as a therapy, as well as its prescription and proper control, is an extremely good chance of preventing and reversing obesity in children6. For this, these children should first have their physical fitness evaluated in order to set up an initial proposal for an appropriate physical aerobic work intensity.
With the intention of classifying healthy people or patients at levels of functional capacity, determining stages of stratification of cardiovascular risk and measuring aerobic capacity, since the twentieth century, several protocols have been created to evaluate cardiorespiratory capacity (CRC). At the same time, technology geared to the collection and recording of data during the performance of these protocols has greatly evolved7.
Despite this undeniable progress since the 80s of last century, the interest with respect to data collected during the CRC assessments remained restricted to the values obtained at certain times of the incremental test, such as anaerobic threshold (AT), respiratory compensation point and peak exertion8,9.
With respect to LA, it should be noted that it allows setting the time of stress in which anaerobic metabolism begins to supplement aerobic metabolism as an energy source for muscles at work8-10.
Thus, we can distinguish two physiological states during exercise: one below the AT in which the cardiorespiratory responses are stable and oxygen supply and consumption (VO2) are balanced, and another above the AT, in which organic reactions are not balanced, there is an intense production of carbon dioxide and changes in blood pH, causing an unstable behavior or cardiorespiratory variables8,11.
Currently, one of the forms used for the determination of AT is a heart rate variability threshold (HRVt). According to some authors12,13, using the SD1 index (standard deviation of instantaneous RR intervals) of the Poincaré plot, there is a possibility of identifying HRVt, which would correspond to the ventilatory AT (threshold 1) or lactate threshold.
Despite some differences, data obtained during incremental stress testing, comparing the HRVt with ventilatory AT and lactate threshold, showed good correlation rates and strengthened the hypothesis that the HRVt could be a way for a reliable determination of AT13,14. Hence, HRVt could be considered an indicator of aerobic capacity and be used as a physiological parameter to control and prescribe exercise, physical training and risk stratification13,15. However, as HRVt is a recent methodology, its application to pre-adolescents is not found in the literature.
Based on these statements, this study tested this methodology as a means of detecting AT and, especially, determining the CRC in non-obese, obese and morbidly obese pre-adolescents.
Individuals
From 64 pre-adolescent students from state schools in the northwest region of Campinas, SP, aged between 9 and 11, 30 sedentary pre-adolescent were selected through calculation of simple random sampling on categorical variables, divided into three groups: group A, comprising 10 non-obese (NO) pre-adolescents with BMI percentile between 5 and 85, from the chart of the National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion16; group B consisted of 10 obese (O) pre-adolescents, with body mass index (BMI) percentile between 95 and 97; and group C with 10 morbidly obese (MO) pre-adolescents with percentile greater than 97.
Those responsible for the pre-adolescents were informed about the relevance of the study and the experimental procedures before giving their approval by signing an informed consent, as established by resolution 196/96 of the Declaration of Helsinki and approved by the Research Ethics Committee (Case No. 138/06).
The inclusion criteria were applied from the screening of volunteers for the values of their BMI. In the first approach, done in the schools, we used a portable scale and tape measure. The pre-selected ones, which also met the other inclusion criteria of not using any medication that could interfere with the data studied and not doing physical activity or sports for at least 06 months, were asked to go to the outpatients department of the University to continue in the selection process, which consisted of a more detailed anthropometric and clinical evaluation.
Since the day prior to scheduled and on the day of their attendance at the outpatients department, the volunteers were instructed not to consume caffeine-based beverages, and soft drinks, teas, chocolate and any medication. They were also advised to sleep at least 08 hours of peaceful sleep and keep their routine activities.
Anthropometric evaluation
The volunteers, wearing only shorts (boys) and shorts and tops (girls), were placed on a FilizolaTM scale, with a weight scale of 100 to 100 g, and a height of 1 cm in cm, in order to calculate the BMI values.
Clinical evaluation
It involved an interview and evaluation of vital data such as HR and blood pressure (BP). It is worth noting that there was concern in selecting an appropriate cuff size to the arm girth of the volunteer evaluated. Also, everyone had their heart rate and breathing auscultated through a technique widely reported in the literature17,18.
For the evaluation and registration of resting HR, we used a Polar S810TM frequency meter. After remaining 5 min in the supine position in a heated room with temperature maintained between 23º C and 25º C and relative humidity kept between 60.0% and 70.0%, volunteers had their heart rates recorded for 10 min. From the analysis of a report made by Polar Precision PerformanceTM, we obtained the average HR for the period of 10 min of heartbeat recording. It should be emphasized that all study procedures were conducted between 03:00 p.m. and 05:00 p.m..
All volunteers underwent a continuously increasing symptom-limited exercise protocol. The protocol was conducted on a treadmill (InbrasportTM Super ATL) with initial velocity of 2.0 km/h, held for two minutes, followed by increases of 0.5 km/h every minute thereafter. Throughout the test, there was no treadmill inclination, avoiding thus overloading the volunteers and potential unintended orthopedic consequences, preventing complications to MO pre-adolescents.
Following completion of the test, the treadmill speed was progressively reduced until it reached a speed of 2.0 km/h, and remained so for two minutes. After that, the volunteers were seated and given fluid replacement.
During the exercise protocol, the RR intervals (iRR) were recorded using the Polar S810iTM frequency meter with sampling frequency of 1000 Hz The artifacts were eliminated with the use of very strong filter selected in the options allowed by the software, and these exclusions were confirmed by visual inspection done on the computer screen.
For the analysis to detect the HRVt, the record of the heartbeats extracted from the incremental test was divided into intervals of one minute, being arranged on the computer screen simultaneously with the relevant SD1 value presented by the software (
As the test progressed and the treadmill speed increased, the SD1 value was decreasing until, at a given point, the value of 3 m/s was reached, this point being referred to as the HRVt. Therefore, the first exercise intensity at which the HRV (SD1) had reached a value of 3 m/s was considered responsible for the appearance of the HRVt.
The values of the variables of interest were recorded at the HRVt moment and were later used for comparison of CRC between groups.
For the calculation of VO2, done indirectly, we used the metabolic equivalent values (MET) presented on the display of the treadmill obtained at the HRVt time. MET values were multiplied by 3.5; this value is equivalent to 1 MET. That is, 1 MET = 3.5 ml/O2/kg/min.
Statistical analysis
Due to the non-normal distribution of age, anthropometric and clinical values, we applied the Mann Whitney U test. The data obtained at HRVt were compared by Kruskal-Wallis test followed by Dunn's multiple comparison test. The software used was
Anthropometric characteristics
The average speed (km/h) at the HRVt moment were: NO = 8.1 ± 1.5; O = 4.9 ± 2.1, and MO = 4.6 ± 1.0 p <0.05 for NO compared to the other groups. Mean time of exposure to the protocol (min) from rest to HRVt were, respectively, for NO, O and MO, 14.3 ± 3.1, 7.9 ± 4.3 and 7.5 ± 2.1; with p < 0.05 between NO and MO. Mean values of metabolic equivalents (MET) at the HRVt moment were 7.8 ± 2.7 for NO, 3.7 ± 2.3 for O and 3.1 ± 0.5 for MO with p < 0.05 between NO and MO.
One of the parameters most commonly used for determination of physical capacity and proper aerobic training intensity in healthy and sick pre-adolescents in the rehabilitation process is the AT8,10,19,20. To determine this, a new non-invasive method has been studied due to evidence of good correlation with both the lactate threshold13 and with the so-called product-moment with respect to the values of VO2 in incremental testing14. This is the HRVt, which allows the detection of the precise AT occurrence timing (threshold 1) for the development of continuously increasing exercise protocols and to support this new proposal, it has been demonstrated that nonlinear methods aimed at analysis of HRVt in physical exertion can also provide consistent results on the cardiac autonomic modulation13,15,21-23.
Lima and Kiss13 reported that during incremental exercise, the progressive decrease of SD1 (standard deviation of instantaneous variability, beat to beat) of the Poincaré plot stops when it reaches values equal to and/or smaller than 3 m/s, suggesting that this point identifies HRVt.
However, Brunetto et al14 considered the hasty application of this method as an alternative to the detection of AT by the ventilatory method (threshold 1), claiming to have shown no statistically significant correlation in proportionate values of peak VO2 during exercise stress tests.
As a counter-argument, it should be noted that in Brunetto et al14 study, there are two important differences with respect to this research. The first is that the protocol used by these authors was modified Bruce, with stages lasting three minutes and treadmill inclinations, while ours was done in increments of 0.5 km/h every minute and no inclination. The second difference is that the volunteers of Brunetto et al14 study were adolescents aged between 14 and 18, different from our volunteers, aged between 9 and 11 years.
Aside from these arguments, we emphasize that the main objective of this study was not to compare the HRVt detection method with any other, but to use it as a parameter for evaluating the CRC of three groups of pre-adolescents. With respect to demographics and clinical features of this sample, it is worth noting that the value of volunteers' height was not different between groups. This aspect is relevant in studies that use the treadmill as an evaluation tool, because people tend to run earlier in incremental tests, which can interfere in the evaluation of results.
With respect to data obtained at HRVt, there are strong indications that the factor responsible for lower performance presented by the groups O and MO was limited mobility due to increased body weight of these volunteers24,25.
According to Birrer and Levine26, there is evidence that motor skill may be jeopardized by factors such as adiposity, reducing the performance of obese children subjected to incremental tests. Other studies such as those by Rowland27, Zanconato et al28, Huttunen and Paavilainen29 also showed higher values of VO2max in normal children compared to obese children. Also for Goran et al25, when there is more fat mass in obese children in proportion to the amount of fat mass in normal children, it is reasonable to think that this factor has limited functional capacity of obese children, as this aspect did not contributed to the study being conducted, which would increase the limitation of obese children.
In contrast, according to some authors25,30, when there is standardization for differences in body size, obese people have VO2max values similar to those of normal weight individuals. However, when it comes to measurements in submaximal efforts, such as those regarding the HRVt zone, there is greater consensus on the existence of major differences between obese and non-obese individuals because the former present, in these conditions of stress, higher HR values, respiratory rate and VO2max25 percentage. For example, in a study31 in which obese children were subjected to hikes with non-obese children, they used 57.0% of VO2max, while the normal children used only 36.0% of VO2max. More recently, it has been documented that obese children have used 44.0% of VO2max against 37.0% used by non-obese children when performing activities considered mild moderate25.
In this study, considering VO2 values at HRVt, it was found that O and MO pre-adolescents showed 47.8% and 40.1% respectively of the value presented by the children from the NO group.
The stress caused by obesity also caused the O and MO volunteers to reach, from the rest to HRVt, a distance of only 42.1% and 33.4% respectively, of the distance reached by NO. At the same time, the speed reached by NO children was 39.6% higher than that achieved by O children at HRVt, and 43.3% higher than that of OM children in the same condition.
One last aspect has shown the best CRC of NO pre-adolescents.
Studies on the alterations in cardiac autonomic function and therefore on the value of resting HR in the presence of obesity in children and adolescents present some inconsistencies. They reveal: reduced parasympathetic activity; high sympathetic activity associated with decreased parasympathetic activity; and reduction of both sympathetic and parasympathetic activity1,14,35-37. Regardless of the mechanism responsible for changes in resting HR, it is known that a lower value of this variable relates to a greater ability of chronotropic reserve, which means that there is a greater amount of heartbeats which can be used during exercise, influencing therefore the cardiac output and performance38.
It was found that the variation (delta) of HR in NO volunteers from rest to HRVt, was 69.7 bpm and 40.2 bpm and 34.8 bpm respectively for O and MO. This greater variation in HR of NO is a fact that reflected a higher CRC in these children at HRVt.
A limitation of this study was the absence of a parallel study done with the same volunteers subjected to the same protocol, but with AT being assessed by spirometry, as we could ensure greater reliability for the HRVt method for assessment of CRC in children and pre-adolescents.
It can be concluded that this study reached its objective by showing the application of a new AT detection tool for evaluating CRC in children, which led to confirmation of a higher CRC in the NO group. Also, it was found that the HRVt method requires further comparisons with the models traditionally used for detecting AT in order to extend its degree of efficiency and credibility, because its input can be very significant in several procedures for evaluating and controlling development of treatment due to its smaller cost and easy access.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any post-graduation program.