FUNDAMENTO: No passado, os exercícios isométricos foram proscritos para cardiopatas. Contudo, evidências recentes sugerem que um protocolo de treinamento isométrico de preensão manual (PTIM) - quatro séries de dois minutos a 30% da força máxima - provoca efeitos favoráveis sobre a modulação autonômica e reduz os níveis de pressão arterial sistólica (PAS) e diastólica (PAD) de repouso. OBJETIVO: Visando obter subsídios para uma ampla aplicabilidade clínica, quantificamos as principais respostas hemodinâmicas durante uma sessão de PTIM em pacientes de um programa de exercício supervisionado. MÉTODOS: Quarenta e um pacientes (36 homens) realizaram o PTIM com medidas da frequência cardíaca (FC) e da PA antes, durante cada uma das duas séries feitas com o braço esquerdo e um minuto após a finalização. As medidas foram colhidas mediante um sinal de eletrocardiograma em um tensiômetro oscilométrico digital Tango+, previamente validado para condições de exercício físico. RESULTADOS: PTIM foi adequadamente realizado e sem a ocorrência de reações clínicas adversas. Observou-se um pequeno aumento dos níveis de PAS e de PAD, respectivamente, 16 e 7 mm Hg (p < 0,05) e um incremento ainda menor da FC - 3 bpm - (p < 0,05), quando compararam-se os dados obtidos aos 80 segundos da última série com os de pré-exercício. Um minuto pós-esforço, os valores de FC, de PAS e PAD já haviam praticamente retornado aos níveis iniciais. CONCLUSÃO: PTIM foi bem tolerado por pacientes em programas de exercício, gerando uma repercussão hemodinâmica transiente e modesta, sem induzir a rápida inativação vagal cardíaca característica dos exercícios dinâmicos e curtos.
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IIPrograma de Pós-Graduação em Educação Física - Universidade Gama Filho - Rio de Janeiro, RJ - Brasil
A prática regular de exercício físico tem sido amplamente recomendada para a população em geral1 e para cardiopatas em particular2, com base em inúmeras evidências epidemiológicas e clínicas3. A maior parte desses dados é primariamente fundamentada em exercícios de natureza predominantemente aeróbios; contudo, são crescentes o conhecimento científico e o interesse sobre exercícios de força com aplicações desportivas e clínicas4. Na realidade, em muitas situações do cotidiano, o ser humano necessita realizar movimentos que demandam doses importantes de força e de potência muscular5,6. Enquanto no passado os exercícios de natureza predominantemente estática eram proibidos para a maioria dos cardiopatas e hipertensos, diretrizes institucionais mais recentes4,7-10 vêm promovendo, em maior ou menor grau, o progressivo uso desses exercícios na prática clínica.
O exercício muscular isométrico ou estático foi amplamente utilizado no treinamento de atletas e indivíduos saudáveis durante décadas. Ao longo do tempo, esses exercícios foram sendo progressivamente substituídos pelos exercícios com movimento articular ou dinâmicos e são raramente utilizados, nos dias atuais, dentro da parte de treinamento de força de uma sessão de reabilitação cardíaca8. Não obstante, é sabido, há muitos anos, que um exercício isométrico de preensão manual durante cateterismo cardíaco induz respostas hemodinâmicas e na função ventricular11, e foi por volta de 1990, com o advento de técnicas nãoinvasivas mais modernas de estudo das funções vasculares e autonômicas, que ressurgiu o interesse nessa modalidade de exercício como uma possibilidade capaz de influenciar favoravelmente o comportamento tensional de indivíduos normotensos e até mesmo de hipertensos.
O comportamento hemodinâmico durante exercício isométrico é alvo de estudos fisiológicos desde meados dos anos 197012-15; contudo, nos últimos dez anos pesquisadores canadenses vêm utilizando o que foi denominado Protocolo de Treinamento Isométrico de Preensão Manual (PTIM)16-22. Com poucas exceções19, o PTIM envolve a obtenção de um valor máximo bilateralmente para a força de preensão manual, seguido de duas séries de 2 minutos de duração para cada mão, alternando os lados corporais, perfazendo um total de 8 minutos de efetivo exercício isométrico e um tempo total, considerando os intervalos e as medidas iniciais de força máxima, que devem ser repetidas a cada sessão, de aproximadamente 12 a 13 minutos.
Em 2010, Kelley e Kelley24, em uma meta-análise sobre o tema, identificando poucos estudos com adequada qualidade, observaram reduções de 5 a 20 mmHg e 3 a 15 mmHg - ao redor de 10% -, respectivamente, nos níveis de Pressão Arterial Sistólica (PAS) e Pressão Arterial Diastólica (PAD), após algumas semanas de intervenção. Um ensaio clínico randomizado mais recente25, com 49 indivíduos normotensos, encontrou reduções bastante similares dos níveis pressóricos após o PTIM. Interessantemente, apesar de diversos experimentos adequadamente conduzidos, ainda persistem dúvidas quanto aos mecanismos responsáveis pela redução dos níveis de pressão arterial de repouso após o PTIM21. Algumas evidências sugerem que, pelo menos para alguns pacientes ou indivíduos normotensos, há uma participação de alterações positivas da estrutura e/ou da funcionalidade vascular26, com ou sem modificação objetiva da vasodilatação dependente do endotélio16,18, e de uma melhor modulação autonômica20.
Para uma maior aplicação clínica do PTIM, parece apropriado conhecer, mais detalhadamente, a magnitude das respostas hemodinâmicas associadas a esse tipo de esforço dentro de um contexto clínico. Se os efeitos favoráveis do PTIM estão bem documentados, há poucas informações sobre a magnitude de aumento na Frequência Cardíaca (FC) e na Pressão Arterial (PA), com esse tipo de exercício isométrico em situações clínicas, fora de salas de hemodinâmicas ou laboratórios de fisiologia, envolvendo pacientes dos tipos que são comumente acompanhados pelos cardiologistas. Sendo assim, o nosso objetivo foi quantificar as principais respostas hemodinâmicas durante uma sessão de PTIM em pacientes de um programa de exercício supervisionado.
Foram avaliados 53 (24%) dos pacientes que estavam frequentando regularmente um programa de exercício supervisionado, selecionados por conveniência em razão da disponibilidade de tempo, aceitação em participar da coleta de dados e também pela exclusão prévia daqueles com fibrilação atrial crônica, ritmo de marca-passo externo ou extrassistolia frequente ou complexa, isto é, a presença de mais de cinco extrassístoles/min ou de pares ou salvas extrassistólicas. Dificuldades técnicas com a medida da pressão arterial durante o esforço (por exemplo, circunferência de braço maior do que a recomendada pelo manguito) ou incapacidade de realizar o exercício de forma adequada levaram à exclusão de 12 pacientes voluntários, determinando um número final de 41 pacientes (36 homens e 5 mulheres) para a análise final dos resultados. Onze dos pacientes já se submetiam regularmente ao PTIM, como parte de sua sessão de exercício supervisionado. A
O estudo foi realizado em uma única visita. Os pacientes assinavam um termo de consentimento livre e esclarecido e permaneciam sentados confortavelmente durante cerca de 5 minutos, período em que era explicado detalhadamente o protocolo a ser seguido. Era então posicionado o manguito - Orkit-K tamanho adulto (Suntech, Estados Unidos) - no braço direito do paciente, seguindo as recomendações do fabricante, e uma cinta torácica, sob a qual eram colocados os três eletrodos em uma posição similar a da derivação eletrocardiográfica CC5 e obtida uma medida inicial da FC e das PAS e PAD.
Utilizando o protocolo mais comum de PTIM19, os pacientes realizavam então um esforço máximo de preensão manual com a mão direita e após 10 segundos repetiam com a mão esquerda em um equipamento digital próprio para TIM (Zona, Estados Unidos). Um minuto após essa medida, os pacientes eram instruídos para realizarem quatro séries sucessivas de 2 minutos cada, com exatamente 1 minuto de intervalo entre elas, alternando as mãos, mantendo uma intensidade correspondente a 30% da máxima, mais facilmente ajustado pela informação disponibilizada continuamente no mostrador do próprio equipamento21. Em adendo, o avaliador estimulava verbalmente o paciente, durante a realização do PTIM, para que mantivesse a intensidade preconizada. O próprio equipamento controlava a duração das séries de exercícios e os respectivos intervalos, mediante informações claramente disponibilizadas no mostrador.
Visando eliminar qualquer possibilidade de interferência do avaliador sobre eventuais diferenças ou modificações nas variáveis hemodinâmicas, as medidas de FC e das PAS e PAD foram obtidas com o esfigmomanômetro digital Tango+ pelo método oscilométrico (Suntech, Estados Unidos), utilizando a detecção do intervalo RR do eletrocardiograma como referência, minimizando assim a influência de eventuais ruídos ou artefatos do exercício, um valor base de inflação de 180 mmHg e uma taxa de deflação de 5 mmHg/s. Os valores obtidos eram apresentados no mostrador do equipamento e devidamente registrados pelo avaliador, sem que os pacientes tivessem conhecimento dos valores obtidos. O tempo aproximado necessário para cada uma das medidas situou-se entre 25 e 35 segundos. Esse equipamento é devidamente certificado para medidas da pressão arterial, de acordo com as normas técnicas do país de fabricação, e tem sido utilizado em outras pesquisas clínicas27-29. Utilizando o modo manual do equipamento foram feitas medidas em repouso, antes da determinação da força de preensão manual máxima, iniciando-se a inflação do manguito aos 20 e 80 segundos das duas manobras feitas com o braço esquerdo,e também, 1 minuto após a finalização da última manobra. Dados de uma análise piloto mostraram que a FC e os valores tensionais medidos 1 minuto após uma única contração máxima de preensão manual eram virtualmente idênticos aos valores de repouso.
As características físicas e os dados clínicos foram descritos por médias, desvios-padrões e valores mínimo e máximo ou por percentuais de frequência, conforme mais apropriado. Para as variáveis hemodinâmicas foi inicialmente confirmada a natureza das distribuições pelo teste de D'Agostino & Pearson, sendo então calculadas as ANOVAs para medidas repetidas, que foram seguidas pelos testes de comparações múltiplas de Bonferroni. Correlações de Pearson foram analisadas para testar associação entre variáveis. O critério de probabilidade a 5% foi empregado para significância estatística. Cálculos estatísticos e figuras foram realizados com o software Prism versão 5.04 (GraphPad, Estados Unidos). O projeto de pesquisa atende às normas da resolução 196/96 do Ministério da Saúde e da declaração de Helsinque, tendo sido devidamente registrado no CONEP-MS e aprovado institucionalmente pelo Comitê de Ética em Pesquisa.
Os 11 indivíduos que eram experientes e que vinham fazendo regularmente PTIM nas sessões do programa de exercício supervisionado apresentaram níveis tensionais de repouso discretamente mais altos do que aqueles que não possuíam experiência prévia na técnica, sem, contudo, diferirem na natureza e na magnitude das respostas agudas ao PTIM. Em adendo, em análises preliminares, não foi evidenciada nenhuma diferença que pudesse ser atribuída a qualquer subgrupo, seja por gênero, condição clínica, seja por uso ou não uso de medicações de ação cronotrópica negativa. Dessa forma, optou-se por considerar os dados de todos os 41 pacientes em conjunto, sem diferenciar pela participação regular no PTIM ou quaisquer dessas potenciais variáveis intervenientes.
Consoantes à diversidade de condição clínica e de dimensões corporais, os resultados de força máxima de preensão manual variaram entre 24 e 136 (em unidades do equipamento), com uma média praticamente idêntica entre as mãos direita e esquerda, respectivamente, 78,4 ± 23 e 77,5 ± 22, e uma diferença média para cada indivíduo de 10% da medida - mínimo 0 e máximo 21. O grau de acerto na manutenção dos 30% da força máxima na preensão para cada mão durante os 2 minutos de cada série variou entre 90% e 100%, com uma média de 97% nas 164 manobras (41 pacientes x 4 manobras).
Nenhum dos indivíduos apresentou quaisquer anormalidades clínicas ou sintomas inapropriados durante ou imediatamente após o PTIM, havendo excelente tolerância ao protocolo de 8 minutos de exercício. Como habitualmente ocorre durante o PTIM, os pacientes perceberam uma leve a moderada sensação de fadiga e/ou de "queimação" na musculatura flexora dos dedos, decorrente da hipoperfusão sanguínea associada à provável oclusão arterial resultante da contração isométrica a 30% da força máxima voluntária. Os resultados mostram que os pacientes se encontravam normotensos em repouso - 115/69 mmHg, em média (erros padrões da média de, respectivamente, 11 e 10 mmHg)- e com uma FC apropriada - 64 bpm - antes de iniciarem o PTIM. Como se poderia teoricamente esperar, algumas das respostas hemodinâmicas foram se acentuando com a continuidade do esforço isométrico, sendo algo mais pronunciadas no segundo minuto da série quando comparadas ao primeiro minuto, finalizando o esforço com diferenças significativas, em relação as medidas de repouso, para as PAS e PAD (média ± desvio padrão) - delta de incremento 16 ± 10 e 7 ± 6 mmHg, respectivamente - (p < 0,05) e minimamente para FC, que aumentou apenas 3 ± 4 bpm (p < 0,05). Não houve diferenças nas respostas de FC e de PA entre as duas séries (p > 0,05). Os valores hemodinâmicos obtidos 1 minuto após a finalização do PTIM situam-se numericamente entre as medidas pré-esforço e final do esforço para PAS e PAD (p < 0,05), enquanto a FC já havia retornado aos níveis pré-esforço (p > 0,05). Os valores de FC de repouso e de delta FC - máximo menos repouso - não se correlacionaram (r = -0,19; p = 0,24) (
Uma análise adicional foi realizada comparando os resultados obtidos entre os 31 pacientes que faziam uso regular de betabloqueadores e os 10 que não se utilizavam desses fármacos. Os valores em repouso eram virtualmente idênticos, exceto por uma FC algo menor nos pacientes com betabloqueio - 69 ± 3,0 (média e erro padrão da média)
O presente estudo clínico apresenta alguns pontos fortes, incluindo o tamanho relativamente grande da amostra, devidamente caracterizada clinicamente, constituída de pacientes com grande familiaridade com o local e as instalações do laboratório e também com os avaliadores, o que minimizou a possibilidade de influência emocional ou antecipatória sobre as medidas que foram colhidas. A utilização de um equipamento digital específico para o PTIM possibilitou que as intensidades do esforço isométrico fossem precisamente individualizadas e controladas - graças à existência de um
A seleção dos pacientes não foi randômica e incluiu casos com condições clínicas distintas, o que, se por um lado poderia gerar uma maior variabilidade nos resultados, o que efetivamente não ocorreu, por outro, pode contribuir para aumentar a validade externa do estudo. A medida da pressão arterial foi feita de forma não invasiva, já que não seria prática a colocação de uma medida intra-arterial; contudo, o equipamento utilizado para as medidas é considerado como válido para situações de exercício e possibilitou eliminar qualquer eventual influência de erro de leitura do avaliador. Como só havia disponibilidade de um único tamanho de manguito - 27 a 40 cm de circunferência de braço -, não foi possível incluir alguns dos pacientes mais magros ou de pequenas dimensões ou mais obesos e de grandes dimensões corporais; contudo, não há razão teórica para supor que as modestas respostas hemodinâmicas verificadas durante o PTIM poderiam ser distintas em pacientes com circunferências de braço menor ou maior do que os limites de 27 e 40 cm do manguito.
Não foram testadas outras formas de PTIM, porém apenas o protocolo mais comumente empregado para treinamento e pesquisas clínicas; contudo, dados bastante recentes apontam para reduções similares de magnitude PA com o uso de diferentes combinações de intervalos e percentuais da força máxima de preensão manual21,22. Muito embora o presente estudo tenha utilizado um equipamento relativamente caro e não facilmente disponível no mercado brasileiro para a realização do PTIM, outros estudos têm obtido resultados similarmente favoráveis sobre a PAS e a PAD de repouso em indivíduos treinados com equipamentos ou materiais muito mais simples e até mesmo utilizando molas ou bolas25. Essa questão parece pertinente se o PTIM vier a ser mais amplamente utilizado como uma forma de exercício coadjuvante no tratamento da hipertensão arterial.
Consoante à experiência da literatura e com a nossa própria experiência de mais de um ano aplicando o PTIM em mais de cem pacientes - total aproximado de mais de sete mil sessões - não se evidenciaram reações clínicas adversas com o PTIM, sendo o procedimento bem tolerado e aceito pelos pacientes, incluindo os mais idosos. Sabendo-se que a força de preensão manual tende a diminuir com o envelhecimento em pacientes de ambos os gêneros30,31, é bastante apropriado que o PTIM envolva a mensuração objetiva da força máxima bilateral de cada paciente, possibilitando assim efetivamente equalizar a carga de treinamento em um percentual de 30% da força máxima individual.
As respostas hemodinâmicas a esforços isométricos de preensão manual têm sido estudadas por alguns autores no passado32, porém sem o objetivo primário de subsidiar uma aplicação clínica como o PTIM. Estudos fisiológicos recentes, com quantificação de algumas das respostas cardiorrespiratórias a exercícios predominantemente estáticos utilizando pequenos e diferentes grupos musculares e com distintos percentuais de força máxima voluntária, têm contribuído para uma melhor compreensão dos mecanismos associados ao PTIM e similares14,15,33-37. Não obstante, quando esses dados fisiológicos, respeitando as diversidades metodológicas e as pequenas amostras envolvidas, são comparados com os nossos resultados, pode-se identificar uma razoável similaridade, isso é, uma mínima repercussão hemodinâmica, especialmente quando não se alcança a fadiga do grupo muscular, que no caso da preensão manual tende a ocorrer com pouco mais de 3 minutos13. Considerando que todos os pacientes testados submetiam-se regularmente a programas de exercício supervisionado, eventuais diferenças que porventura possam existir nessas respostas hemodinâmicas entre indivíduos treinados e não treinados, não pode ser avaliada nem foi o objetivo do presente estudo.
Ainda que tenham sido observadas respostas hemodinâmicas como resultado do PTIM realizado no presente estudo, a pequena magnitude das diferenças entre as condições de repouso e final do exercício sugere um significado clínico mínimo ou provavelmente desprezível, correspondendo bem menos do que o que se observa de variação durante uma caminhada ou até mesmo um exercício súbito de pedalar rápido sem carga38. Esse aspecto é clinicamente interessante, pois estudos anteriores com este último protocolo já demonstraram que a simples movimentação rápida das pernas ou braços39 e até mesmo da simples flexão dos punhos40 é capaz de induzir um rápido e nítido aumento da FC e também da PAS41, e que essa resposta pode ser completamente abolida pelo bloqueio farmacológico seletivo com atropina42, caracterizando o mecanismo de inativação vagal como o responsável pela resposta. Do ponto de vista fisiológico, com uma contração muscular isométrica de 30% da força máxima não ocorre uma inativação vagal importante e, assim, a FC praticamente não se altera. Como também não deve haver um aumento do retorno venoso, já que há uma compressão mecânica dos vasos venosos pela contração muscular a 30% da intensidade máxima no antebraço que está realizando a preensão manual, o débito cardíaco deve se manter muito próximo ao de repouso32. Desse modo, a mínima variação dos níveis de PAS e PAD deve refletir primariamente o pequeno aumento da resistência vascular periférica causado pela oclusão dos vasos arteriais na região dos músculos em contração, sem uma variação expressiva do débito cardíaco. Aparentemente, a pequena relevância dos resultados pode ser constatada em subgrupos de pacientes, como foi objetivamente testado e confirmado na comparação feita entre aqueles com e sem uso de regular de betabloqueadores,
Em adendo, é oportuno comentar que os valores de PAS, PAD e FC obtidos após apenas 1minuto de recuperação já eram bastante similares aos de repouso, notadamente para a FC, que apresentou resultados exatamente idênticos. Esses dados estão literalmente em consonância com os achados de McGowan e cols.17 e são algo menos exuberantes do que os encontrados por Helfant e cols.11, o que muito provavelmente ocorreu pelo fato de estes últimos terem obtido os dados durante cateterismo cardíaco, na posição supina e utilizando uma preensão manual por 3 minutos de duração.
Este estudo corrobora a impressão clínica de que o PTIM, tal como realizado no presente estudo, é um procedimento bem tolerado e sem provocar sinais ou sintomas adversos, que evoca respostas hemodinâmicas transientes e modestas em pacientes que frequentam programas de exercício supervisionado e/ou reabilitação cardíaca e que se apresentam com níveis tensionais de repouso devidamente controlados. Espera-se que o presente estudo contribua para uma maior utilização do PTIM na conduta terapêutica de pacientes portadores de enfermidades cardiovasculares em nosso meio. Futuras diretrizes da Sociedade Brasileira de Cardiologia (SBC) sobre a temática de exercício físico poderão contemplar essa forma de treinamento potencialmente útil para reduzir os níveis pressóricos e para produzir modificações vasculares e autonômicas favoráveis, tal como já bastante documentado na atual literatura médica19,21,22,24,43.
Este estudo foi parcialmente financiado pelo CNPq e pela Faperj, por concessão de bolsas de produtividade em pesquisa e de mestrado e doutorado. Os autores agradecem à Suntech Inc. o fornecimento subsidiado do tensiômetro oscilométrico digital.
Claudio Gil Soares de Araújo Rua Siqueira Campos, 93/101, Copacabana 22031-070 - Rio de Janeiro - RJ - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 04/03/11; revisado recebido em 15/04/11; aceito em 13/06/11.
BACKGROUND: In the past, isometric exercises were proscribed for heart disease. However, recent evidence suggests that an isometric handgrip training (IHT) protocol - four sets of two minutes at 30% of maximum strength - produces favorable effects on the autonomic modulation and reduces resting systolic (SBP) and diastolic (DBP) blood pressure. OBJECTIVE: Aiming at obtaining support for broad clinical applicability, we quantified the main hemodynamic responses during an IHT session in patients from a supervised physical exercise program. METHODS: Forty-one patients (36 men) underwent the IHT with measurements of heart rate (HR) and BP before, during each of the two series performed with the left arm and one minute after completion. Measurements were obtained by an electrocardiogram signal in a digital Tango + oscillometric tensiometer, previously validated for physical exercise conditions. RESULTS: The IHT was appropriately carried out, with no clinical adverse reactions. There was a small increase in SBP and DBP levels, respectively, of 16 and 7 mmHg (p <0.05) and an even smaller increase in HR - 3 bpm - (p <0.05) when we compared the data obtained at 80 seconds of the last series with the pre-exercise CONCLUSION: IHT was well tolerated by patients undergoing exercise programs, resulting in a transient and modest hemodynamic effect, without inducing rapid cardiac vagal inactivation, characteristic of dynamic and short exercises.
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The regular practice of physical exercise has been widely recommended for the general population1 and particularly for those with heart disease2, based on abundant epidemiological and clinical evidence3. Most of these data is primarily based on predominantly aerobic exercises; however, the scientific knowledge and interest in strength training with sports and clinical applications are increasing4. In fact, in many everyday situations, human beings need to perform movements that require significant amounts of strength and muscular power5,6. While in the past, predominantly static exercises were prohibited for most individuals with hypertension and heart disease, more recent institutional guidelines4,7-10 have been promoting, to a greater or lesser extent, the progressive use of these exercises in clinical practice.
The isometric or static muscle training has been widely used for training athletes and healthy individuals for decades. Throughout time, these exercises were progressively replaced by joint movement or dynamic exercises and are currently rarely used as part of the strength training of a cardiac rehabilitation session8. Nevertheless, it has been known for many years that an isometric handgrip exercise during cardiac catheterization induces hemodynamic and ventricular function responses11, and it was around 1990, with the advent of modern non-invasive techniques for the study of vascular and autonomic functions that the interest in this kind of exercise was renewed, as a possibility that can favorably influence the pressure behavior of normotensive and even hypertensive individuals.
The hemodynamic behavior during isometric exercise has been the object of physiological studies since the mid-1970s12-15; however, in the last ten years, Canadian researchers have been using what was called the "Isometric Handgrip Training" (IHT)16-22. With few exceptions19 the IHT involves obtaining a maximum value bilaterally for handgrip strength, followed by two 2-minute duration series for each hand, alternating sides of body, comprising a total of 8 minutes of effective isometric exercise and a total time, considering the intervals and the initial measurements of maximum strength, which must be repeated at each session, of approximately 12 to 13 minutes.
In 2010, Kelley and Kelley24, in a meta-analysis on the subject, after identifying a few studies with adequate quality, observed reductions of 5 to 20 mmHg and 3 to 15 mmHg - around 10% -, respectively, for the systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP), after some weeks of intervention. A more recent randomized clinical trial25 with 49 normotensive subjects found very similar reductions in blood pressure levels after IHT. Interestingly, in spite of several experiments that have been adequately carried out, doubts still remain about the mechanisms responsible for the decrease in resting blood pressure levels after IHT21. Some evidence suggests that, at least for some patients or normotensive individuals, there is a share of positive changes in vascular structure and/or function26, with or without objective modifications in endothelium-dependent vasodilation16,18, and of a better autonomic modulation20.
For a more comprehensive clinical application of IHT, it seems appropriate to know, in more details, the magnitude of hemodynamic responses associated with this type of exertion within a clinical context. If the favorable effects of IHT are well documented, there is little information on the magnitude of the increase in heart rate (HR) and blood pressure (BP) with this type of isometric exercise in clinical situations, out of hemodynamic rooms or laboratories of physiology, involving patients that are commonly followed by cardiologists. Therefore, our main objective was to quantify the hemodynamic responses during an IHT session in patients from a supervised exercise program.
We evaluated 53 (24%) of the patients who were regularly attending a supervised exercise program, selected by convenience due to time availability, acceptance to participate in data collection and also by the previous exclusion of those with chronic atrial fibrillation, external pacemaker rhythm, and frequent or complex extrasystole - i.e., the presence of more than five extrasystoles/min or in pairs or clusters. Technical difficulties with blood pressure measurement during exercise (e.g., arm circumference larger than that recommended by the cuff) or inability to perform the exercise properly led to the exclusion of 12 volunteers, determining a final number of 41 patients (36 men and 5 women) for analysis of final results. Eleven of the patients had been regularly submitted to IHT, as part of their supervised exercise session.
The study was carried out in a single visit. The patients signed a free and informed consent form, and remained sitting comfortably for about 5 minutes, during which the protocol to be followed was explained in details. The cuff was then positioned - Orkit K-adult size (Suntech, United States) - on the patient's right arm, following the manufacturer's recommendations, as well as a chest strap, under which three electrodes were placed in a position similar to that of the electrocardiographic CC5 leads and an initial measurement of HR, SBP and DBP was obtained.
Using the most common IHT protocol19, patients then performed a maximal handgrip exertion with the right hand and after 10 seconds, they repeated it with the left hand in digital equipment suitable for IHT (Zone, USA). One minute after this measurement, patients were instructed to perform four successive series of two minutes each, exactly 1 minute apart, alternating hands, keeping an intensity corresponding to 30% of the maximum, more easily adjusted by the information continuously available on the equipment display21. Moreover, the examiner verbally encouraged the patient during the IHT to keep the recommended intensity. The device itself controls the duration of the exercises series and their intervals, through information clearly supplied by the display.
To eliminate any possibility of interference by the examiner on any differences or changes in hemodynamic variables, HR, SBP and DBP measurements were obtained using a digital Tango+ sphygmomanometer by the oscillometric method (Suntech, United States), using the detection of the RR interval of the electrocardiogram as reference, thus minimizing the influence of any noise or artifacts of the exercise, a basal value of 180 mmHg of inflation and a deflation rate of 5 mmHg/s. The values obtained were shown on the equipment display and duly recorded by the examiner, whereas the patients were unaware of the obtained values. The approximate time needed for each of the measurements was between 25 and 35 seconds.
This equipment is properly certified for blood pressure measurements, according to the technical standards of the country of manufacture, and has been used in other clinical studies27-29. Using the device's manual mode, measurements were made at rest, prior to determining the maximal handgrip strength, starting the inflation of the cuff at 20 and 80 seconds of the two maneuvers made with the left arm and also 1 minute after completion of the last maneuver. Data from a pilot analysis showed that after the HR pressure and values measured 1 minute after a single maximal handgrip contraction were virtually identical to resting values
Physical characteristics and clinical data were described as means, standard deviations and minimum and maximum values or by percentage of frequency, as appropriate. For the hemodynamic variables, the type of distribution was initially confirmed using the D'Agostino & Pearson test and then ANOVAs for repeated measures were calculated, which were followed by Bonferroni's multiple comparison tests. Pearson's correlations were analyzed to assess the association between variables. The statistical significance was set at 5%. Statistical calculations and figures were carried out using Prism software version 5.04 (GraphPad, USA). The research project meets the requirements of resolution 196/96 of the Ministry of Health and the Declaration of Helsinki and was appropriately registered with CONEP-MS and institutionally approved by the Committee of Ethics in Research.
The 11 individuals who were experienced and had been regularly undergoing IHT training during the supervised exercise program sessions had resting blood pressure levels slightly higher than those who had no previous experience in the technique, although there was no difference in nature and magnitude of the acute responses to IHT. Moreover, in preliminary analyses, there was no evidence of any difference that could be attributed to any subgroup, whether by gender, medical condition, either by use or nonuse of medications with negative chronotropic action. Therefore, we chose to consider the data from all 41 patients together, without differentiating by regular participation in IHT or any of these potential intervening variables.
In agreement with the diversity of clinical condition and body size, the results of maximal handgrip strength varied between 24 and 136 (in equipment units), with means that were almost identical between the right and left hands, respectively, 78.4 ± 23 and 77.5 ± 22, and a mean difference for each individual of 10% of the measurement - minimum 0 and maximum 21. The degree of accuracy in the maintenance of 30% of maximal handgrip strength for each hand during the two minutes of each series ranged between 90% and 100%, with an average of 97% in 164 maneuvers (41 patients x 4 maneuvers).
None of the individuals had any clinical abnormalities or inappropriate symptoms during or immediately after IHT, with excellent tolerance to the 8-minute exercise protocol. As it usually occurs during IHT, patients noticed mild to moderate fatigue and/or a "burning" sensation in the flexor muscles of the fingers, caused by blood hypoperfusion associated to probable arterial occlusion resulting from the isometric contraction at 30% of maximal voluntary force. The results show that the patients were normotensive at rest - 115/69 mmHg on average (standard deviations, respectively, 11 and 10 mmHg) - and had an appropriate HR - 64 bpm - before starting the IHT.
As it might theoretically be expected, some of the hemodynamic responses were increased with the continuation of isometric exertion, being somewhat more pronounced in the second minute of the series when compared to the first minute, ending the exertion with significant differences in relation to measurements at rest, in relation to SBP and DBP (mean ± standard deviation) - delta increment = 16 ± 10 and 7 ± 6 mmHg, respectively - (p <0.05) and minimal difference for HR, which increased only 3 ± 4 bpm (p <0.05 ). There were no differences in the responses of HR and BP between the two series (p> 0.05). The hemodynamic values obtained 1 minute after IHT completion are numerically between the pre-exertion and the final exertion measurements for SBP and DBP (p <0.05), whereas HR had already returned to pre-exercise values (p > 0.05). The values of resting HR and delta HR - maximum minus rest - did not correlate (r = -0.19, p = 0.24) (
An additional analysis was performed by comparing the results obtained between the 31 patients who were taking beta-blockers and 10 that were not using these drugs. The values at rest were virtually identical, except for a somewhat lower HR in patients receiving beta-blockers - 69 ± 3.0 (mean and standard error of mean)
The present clinical study has some strong points, including the relatively large, clinically well-characterized sample, consisting of patients with great familiarity with the location and laboratory facilities and also with the examiners, which minimized the possibility of emotional or anticipatory influence on the measurements that were obtained. The use of digital equipment specific for IHT made it possible for the isometric exertion intensities to be precisely individualized and controlled - thanks to the existence of a continuous visual feedback - throughout the test, as shown by the average percentage of 97%. Moreover, there was an accurate and sophisticated control of hemodynamic variable measurements, eliminating any potential interference or biases on the part of the examiners through the use of equipment with examiner-independent readings. In turn, there are some limitations that deserve further consideration.
Patient selection was not random and included cases with different clinical conditions, which, on the one hand could generate greater variability in results, which did not occur; on the other hand, it can contribute to increase the external validity of the study. The blood pressure measurement was performed noninvasively, as it would not be practical to use an intra-arterial measurement device; however, the equipment used for measurements is considered valid for exercise situations and allowed the elimination of any possible influence of reading error on the part of the examiner. As only one cuff size was available - adequate for a 27 to 40-cm arm circumference - it was not possible to include some of the thinner or smaller patients or those who were larger or more obese; however, there is no theoretical reason to suppose that the modest hemodynamic responses verified during the IHT would be different in patients with arm circumferences that were smaller or greater than the limits of 27 and 40 cm of the cuff.
No other IHT forms were tested, but only the protocol most commonly used for training and clinical research; however, very recent data point to similar reductions in BP magnitude using different combinations of intervals and percentages of maximal handgrip strength21, 22. Although this study used relatively expensive equipment and not readily available in the Brazilian market for IHT performance, other studies have obtained similarly favorable results on resting SBP and DBP in subjects trained with much simpler equipment or materials and even using springs or balls25. This question seems relevant if the IHT becomes more widely used as a form of exercise therapy in the treatment of arterial hypertension.
In agreement with the experience in the literature and our own experience of more than one year applying IHT to more than one hundred patients - approximately more than seven thousand sessions - there was no evidence of clinical adverse reactions with IHT, with the procedure being well tolerated and accepted by patients, including the elderly. Knowing that the handgrip strength tends to decrease with aging in patients of both sexes30,31, it is quite appropriate that the IHT involves the objective measurement of maximal strength bilaterally in each patient, thus effectively allowing training load equalization at a percentage of 30% of the maximal individual strength.
The hemodynamic responses to isometric handgrip exertion have been studied by some authors in the past32, but without the primary goal of supporting a clinical application such as IHT. Recent physiological studies, with the quantification of some of the cardiorespiratory responses to predominantly static exercises using small and different muscle groups and with different percentages of maximal voluntary strength, have contributed to a better understanding of the mechanisms associated with IHT and similar exercises14,15,33-37. Nevertheless, when these physiological data, respecting the methodological differences and small samples involved, are compared with our results, one can identify a reasonable similarity, that is, a minimal hemodynamic effect, especially when the fatigue of the muscle group is not attained, which, in the case of handgrip tends to occur as soon as after 3 minutes13.
Considering that all patients tested were undergoing regular supervised exercise programs, any differences that might occur in these hemodynamic responses between trained and untrained individuals cannot be assessed, nor was the purpose of the present study.
Although hemodynamic responses were observed as a result of IHT performed in this study, the small magnitude of the differences between the resting conditions and the end of the exercise suggests a minimal or likely negligible clinical significance, representing less than the variation observed during a walk or even a fast riding exercise without load38.
This aspect is clinically interesting, as previous studies with the latter protocol have demonstrated that the rapid movement of the legs or arms39 and even the bending of wrists40 is capable of inducing a rapid and sharp increase in heart rate and also the SBP41 and that this response can be completely abolished by selective pharmacological blockade with atropine42, characterizing the mechanism of vagal inactivation as responsible for the response.
From the physiological point of view, with an isometric muscle contraction of 30% of the maximal strength there is no major vagal inactivation and thus, virtually no HR changes. As there should not be an increase in venous return, as there is a mechanical compression of venous vessels by muscle contraction at 30% of maximal intensity in the forearm that is performing the handgrip, the cardiac output must remain very close to the resting value32. Thus, the slightest variation in SBP and DBP levels should reflect primarily the small increase in peripheral vascular resistance caused by occlusion of the arterial vessels in the region of muscle contraction, without a significant change in cardiac output. Apparently, the little relevance of the results can be found in subgroups of patients, as objectively tested and confirmed in the comparison made between those with and without regular use of beta blockers.
Additionally, it is worth mentioning that the SBP, DBP and HR values obtained after only 1 minute of recovery were already very similar to those at rest, especially for HR, which showed exactly the same results. These data are literally in accordance with the findings of McGowan et al.17 and are somewhat less striking than those found by Helfant et al.11, which probably occurred because the latter have obtained the data during cardiac catheterization in the supine position and using handgrip for 3 minutes.
This study corroborates the clinical impression that the IHT, as performed in this study, a is well-tolerated procedure and cause no adverse signs or symptoms that induces transient and modest hemodynamic responses in patients attending supervised exercise and/or cardiac rehabilitation programs and who have adequately controlled resting blood pressure levels. We expect that this study will contribute to an increased use of IHT in the therapeutic management of patients with cardiovascular diseases in our country.
Future guidelines of the Brazilian Society of Cardiology (SBC) on the subject of physical exercise might include this type of training as potentially helpful in reducing blood pressure levels and producing favorable vascular and autonomic changes, as it has been well documented in the current medical literature19, 21, 22,24,43.
This study was partially funded by CNPq and FAPERJ through grants for research productivity and master's and doctoral degrees. The authors also thank Suntech Inc. for supplying the digital oscillometric tensiometer.