Precisão da medida do limiar anaeróbio por meio do calorímetro portátil
Arq. Bras. Cardiol. vol.95 no.3 São Paulo Sept. 2010 Epub July 16, 2010
http://dx.doi.org/10.1590/S0066-782X2010005000090
Fernando dos Santos Nogueira; Fernando Augusto Monteiro Sabóia Pompeu
FUNDAMENTO: Muitos métodos são empregados para determinar o Limiar Anaeróbio (LAn) por meio de ergoespirômetros sofisticados.
OBJETIVO: Testar a variação no LAn, detectado por modelos matemáticos e de inspeção visual, quando empregado ergoespirômetro de baixo custo e destinado à aplicação clínica.
MÉTODOS: Foram voluntários para esse estudo 79 indivíduos aparentemente saudáveis; desses, 57 homens. O VO2máx e o limiar ventilatório foram determinados por calorimetria indireta de circuito aberto. O método eletroenzimático foi empregado para análise da lactacidemia e determinação direta do limiar de lactato (LL). O LAn foi determinado por dois métodos matemáticos (MMSQR e MMslope), baseados nas trocas gasosas, e pelo método de inspeção visual do log-log, para determinação do LL. Dois pesquisadores independentes determinaram o LAn através da inspeção visual de três gráficos, considerando dois métodos (LAn-a= V-slope, EqV; e LAn-b = V-slope, EqV e ExCO2). Os dados foram analisados por meio da estatística paramétrica para determinação das diferenças entre LAn-a versus ExCO2, MMSQR e MMslope; LAn-b versus MMSQR e MMslope; e LL versus LAn-a, LAN-b, MMSQR e MMslope.
RESULTADOS: O MMslope foi o único método que apresentou diferença significativa entre o LAn-a e LAn-b (p=0,001), com CV% >15. O LL versus MMslope não apresentou diferença significativa (p=0,274), contudo, observou-se um elevado CV (24%).
CONCLUSÃO: Conclui-se que com o equipamento de baixo custo os métodos MMSQR e LAn-a podem ser utilizados para a determinação do LAn. O método MMslope não apresentou precisão satisfatória para ser empregado com esses equipamentos.
Palavras-chave: Teste de esforço, modelo matemático, limiar ventilatório, ergoespirometria.
O limiar anaeróbio (LAn) foi inicialmente proposto como índice da tolerância ao exercício por cardiopatas1. Atualmente, a determinação do LAn é de primordial importância nas ciências do exercício porque é um indicador do condicionamento em diversos grupos de indivíduos2-7. Para determinação indireta e incruenta do LAn empregam-se medidas de trocas gasosas e ventilatória durante um teste ergométrico com incrementos na sobrecarga8.
Acredita-se que o melhor ajuste para detecção do LAn é a inflexão na relação entre o VO2 versus VCO2, com b > 1,15, que é obtida por meio da interseção entre dois segmentos de reta9,10. Essa detecção é realizada por meio da inspeção visual de diagramas de dispersão, porém algoritmos matemáticos e cálculos estatísticos vêm auxiliando na automatização e/ou semiautomatização desse procedimento9-12.
Os ergoespirômetros com sistemas computadorizados são amplamente utilizados na mensuração das trocas gasosas e na inferência do LAn. Equipamentos sofisticados e de maior custo restringem-se ao uso em laboratórios de pesquisas. Ergoespirômetros mais simples e de menor custo foram criados para investigação clínica e de campo. Diversos estudos validaram as medidas do VO2, VCO2 e VE por meio de tais equipamentos clínicos13-19, porém poucos estudos determinaram a qualidade das medidas derivadas como o LAn20.
Considerando-se o baixo custo dos equipamentos clínicos e a relevância fisiológica do LAn para os diversos profissionais de saúde, o objetivo do presente estudo retrospectivo foi analisar a precisão do Lan detectado por meio de medidas obtidas pelo sistema de calorimetria indireta TEEM 100® Total Metabolic Analysis System (Aerosport, Inc., Ann Arbor, Mich., EUA)17-20, determinando-se a objetividade e a acurácia dos modelos matemáticos de Beaver e cols.9 adaptado por Gaskil e cols.21 e de Vieth10 e, dos métodos de inspeção visual V-slope22, VE/VO223, ExCO221 e Limiar de Lactato24.
A presente investigação foi dividida em dois ensaios compostos por dois grupos de voluntários de ambos os sexos, de 18 a 37 anos, aparentemente saudáveis, não tabagistas e não atletas, com ou sem experiência no cicloergômetro, engajados ou não em programas de treinamento aeróbio (tab. 1). No primeiro grupo analisou-se a discrepância entre os métodos matemáticos e os de inspeção visual para determinação do LAn. No outro grupo, investigou-se a associação entre os parâmentros ventilatórios e de trocas gasosas com a concentração sanguínea do lactato, para a determinação do LAn.
Foram recomendadas para as 24 horas prévias ao exame a abstinência de atividades físicas extenuantes (> 5 METs) e não ingestão de álcool. Recomendou-se também a manutenção da dieta mista nas 48 horas precedentes ao exame. Solicitou-se a abstinência de alimentos e cafeína nas três horas previas ao esforço. Cada sujeito foi informado quanto aos riscos associados aos procedimentos adotados. Um termo de esclarecimento e consentimento foi lido e assinado. Todos os procedimentos aqui adotados foram aprovados pelo Comitê de Ética Local para Experimentos com Seres Humanos (Rio de Janeiro, CEP/HSE 000.021/99). Este estudo foi realizado conforme a Declaração de Helsinki.
Teste máximo no cicloergômetro
Grupo 1 (G-1) - Empregou-se o protocolo de esforço escalonado, contínuo e máximo1 no cicloergômetro mecânico (Monark®, São Paulo, SP, Brasil). A altura do selim foi ajustada para cada sujeito, de maneira que o joelho mantivesse um ângulo próximo à extensão total (aprox. 175º). A potência máxima foi estimada previamente para cada indivíduo, a fim de viabilizar incrementos de 10% da carga máxima a cada minuto25. Após seis minutos em repouso, sentado sobre o selim do cicloergômetro, os sujeitos pedalaram sem carga durante quatro minutos e, posteriormente, iniciou-se a fase escalonada. A duração máxima do exercício foi de 10 ± 2 min. Os sujeitos mantiveram a cadência fixa ao longo do exame (aprox. 1,23 Hz). O ritmo foi controlado por um metrônomo audiovisual (Wittnerâ Junior Plast 826, Isny/ Allgäu, Alemanha).
A ventilação minuto (VE) e a fração expirada de oxigênio e dióxido de carbono foram continuamente medidas por meio de calorimetria indireta de circuito aberto (TEEM 100® Total Metabolic Analysis System, Aerosport, Ann Arbor, Mich., EUA)17-20. Os sujeitos utilizaram um clipe de nariz e um pneumotacômetro de fluxo médio (Hans Rudolph®, Kansas City, MO, EUA). O consumo de oxigênio por minuto (VO2) e a excreção de gás carbônico por minuto (VCO2) foram apresentados a cada 20 segundos. A frequência cardíaca (FC) foi monitorada continuamente ao longo do teste por meio de telemetria (Vantage NV®, Polar Electro Oy, Kempele, Finlândia) e o conceito de esforço percebido (CEP), na escala de Borg de 6 a 20, foi coletado ao final de cada estágio.
Grupo 2 (G-2) - O protocolo ergoespirométrico foi o mesmo aplicado no G-1, acrescentado-se as medidas do lactato sanguíneo. Foram coletados 25 µl de sangue, por punção do lóbulo da orelha em hiperemia, segundo procedimentos descritos por Shephard26. As coletas foram realizadas durante o repouso, nos dois minutos prévios a realização do exame e a cada dois minutos de esforço. As amostras foram imediatamente analisadas por meio do método eletro enzimático (YSI 1500 Sport L-Lactate Analyser®, Yellow Springs, EUA). Para determinação do lactato no sangue total, adicionou-se na solução tampão o agente hemolítico Triton X-100 (YSI #1515 Agent Cell Lysing, EUA) a 0,25%. As coletas de sangue foram realizadas por um avaliador experiente entre 20 e 25 segundos finais de cada dois minutos de esforço.
O analisador metabólico, o analisador de lactato e o cicloergômetro foram calibrados antes de cada teste. O ergoespirômetro foi calibrado em circuito fechado, mediante uma mistura certificada de gases contendo 17,01% de oxigênio, 5,00% de gás carbônico e balanceada com nitrogênio (AGA®, Rio de Janeiro, RJ, Brasil). O fluxo foi calibrado utilizando-se uma seringa de ar de três litros (Hans Rudolph®, Kansas City, MO, EUA). Ao final de cada teste, foi realizada a medida das frações percentuais de oxigênio e gás carbônico na mistura de gases empregada para calibragem. O erro máximo admitido foi de 16,16% a 17,86% para FO2 e de 4,75% a 5,25% para FCO2. O analisador de lactato teve a calibragem confirmada previamente ao teste, mediante uma solução padrão de 5 mmol·l-1 (YSI #2327 Lactate Standard YSI®, EUA) de lactato. Antes de cada teste, e a cada hora de uso, realizou-se uma nova calibragem. A linearidade do equipamento foi confirmada até 15 mmol·l-1 de lactato. Antes do início do experimento a precisão do equipamento foi checada por meio de uma curva de calibragem com padrões de 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 12,0; 15,0; 18,0; 24,0 e 30,0 mmol·l-1, preparadas mediante a diluição dos padrões fornecidos pelo fabricante (YSI #2327: 5 mmol·l-1; YSI #2328: 15 mmol·l-1, YSI#1530: 30 mmol·l-1 Lactate Standard YSI®, EUA). A associação entre os valores medidos e esperados na curva de calibragem foi r=0,999, y=0,9436x + 0,33011 e EPE=0,20 mmol.l-1. O cicloergômetro foi calibrado por meio de um lastro de 3 kg.
Os testes foram considerados máximos quando observaram-se pelo menos três dos seguintes critérios27: a) platô no VO2 (aumento < 150 ml.min-1 ou 2 ml.kg-1.min-1); b) razão de trocas respiratórias (RER) > 1,15; c) 90% da FCmáx prevista pela idade (220 - idade); d) conceito de esforço percebido > 19 (6-20); e) concentração de lactato sanguíneo > 8 mmol·l-1; e f) fadiga voluntária máxima com incapacidade de manutenção do ritmo preestabelecido. O VO2máx foi determinado como sendo o mais alto valor encontrado ao final do teste.
Métodos para detecção do LAn por inspeção visual
Três métodos para detecção do limiar anaeróbio por inspeção visual foram utilizados:
Método do equivalente ventilatório (EqV)23 - Momento em que ocorre um aumento no equivalente ventilatório para consumo de oxigênio (VE/VO2) sem o concomitante aumento no equivalente ventilatório para excreção de dióxido de carbono (VE/VCO2).
Método do excesso de dióxido de carbono (ExCO2)21 - Com o aumento da intensidade do exercício, observa-se um excesso de produção de dióxido de carbono calculado como ((VCO22/VO2)-VCO2).
Método V-slope simplificado (V-slope)22 - No gráfico de coordenadas cartesianas, tendo no eixo das abscissas o consumo oxigênio por minuto (VO2) e no das ordenadas a excreção de gás carbônico por minuto (VCO2), observou-se o momento em que os pontos ultrapassaram a linha paralela à bissetriz do ângulo reto.
Para cada indivíduo, os três métodos de determinação do LAn foram analisados visualmente por dois investigadores experientes.
Análise do LAn por método matemático
Duas funções de regressão linear foram descritas para o exame a partir da relação entre VO2 versus VCO2, assim como segue:
onde (x0,y0) representam as coordenadas do ponto crítico (LAn).
Na primeira interação, as observações x1, x2 e x3 foram incluídas estimando os parâmetros da primeira linha de regressão. As n-3 observações remanescentes x4,...xn foram usadas para ajustar a segunda linha de regressão. Na interação seguinte, a primeira linha de regressão foi ajustada com as observações x1,...x4 e os parâmetros da segunda linha de regressão foram baseados nas n-4 observações. A cada interação, uma observação adicional da segunda parte dos dados foi transferida para a primeira parte e a segunda linha de regressão foi ajustada com as observações remanescentes.
Método matemático de Vieth10 (MMSQR) - A estimativa dos parâmetros foi baseada no método dos mínimos quadrados. Para a inferência do ponto de inflexão, a soma dos quadrados dos resíduos (SQR) foi calculada para cada linha de regressão.
A SQR é usada como um critério para determinar o melhor ajuste. Os ajustes ótimos de a1,b1,a2,b2 e x0 são os valores pertencentes a mínima SQR para as duas retas.
Método matemático modificado21 do V-slope de Beaver e cols.9 (MMslope) - A interseção entre duas linhas de regressão foi empregada para determinação do LAn. A solução foi aceita ao observar-se um aumento na inclinação do segmento inferior para o superior igual a um. Esse método, que originalmente empregava a analise dos gases coletados a cada incursão respiratória, foi modificado para a utilização da média das incursões a cada 20 segundos21.
Determinação do Limiar de Lactato
Os resultados obtidos pela análise de lactato sanguíneo foram determinados individualmente através do método log-log, descrito por Beaver e cols.24. A transformação dos dados para a base logarítmica foi realizada para localização do ponto de inflexão, ou do limiar de lactato, que foi entendido como o ponto de cruzamento entre as duas retas formadas.
O tratamento estatístico foi realizado por meio dos aplicativos Statistical Package for the Social Sciences® (SPSS, EUA), SigmaPlot® (Systat Software Inc., Alemanha) e Microsoft Excel® para Windows XP® (Microsoft, EUA). Empregou-se a estatística descritiva com a média ± desvio padrão (DP). Utilizou-se a grande média dos resultados obtidos a partir dos métodos EqV e V-slope, pelos dois avaliadores, denominando-se LAn-a. A grande média dos resultados obtidos a partir dos métodos EqV, V-slope e ExCO2 pelos dois avaliadores foi denominado LAn-b. Os valores medidos a partir do LAn-a versus ExCO2, MMSQR, MMslope e LAn-b versus MMSQR e MMslope, para G-1 e; LL versus LAn-a, LAn-b, MMSQR e MMslope, para G-2, foram confrontados mediante análise de variância (ANOVA) com um fator e teste post-hoc de Tukey-HSD. Os limites de concordância de Bland-Altman28 foram empregados. O grau de associação entre os métodos foi determinado por meio do coeficiente de correlação intraclasse (CCI). O erro também foi observado por meio do erro técnico da medida ( s = D.P.dif ÷ ) e do coeficiente de variação (CV). Empregou-se também o tratamento estatístico acima para avaliar os resultados obtidos através dos dois avaliadores. Compararam-se os índices obtidos de LAn-a e LAn-b versus Avaliador 1 e Avaliador 2 por meio de ANOVA com dois fatores e teste post-hoc de Tukey-HSD. Todos os testes estatísticos foram realizados no nível de significância < 0,05.
As características dos sujeitos encontram-se na tabela 1. A tabela 2 apresenta a média e DP para o LAn-a, LAn-b, ExCO2, MMSQR, MMslope e LL, incluindo estatística comparativa entre LAn-a versus ExCO2, MMSQR, MMslope e LAn-b versus MMSQR, MMslope para G-1 e LL versus LAn-a, LAn-b, MMSQR e MMslope para G-2. Nota-se que apenas o MMslope apresentou diferença significativa, quando confrontado com LAn-a e LAn-b (p = 0,001) e CV foi acima de 18% nas duas formas de detecção do LAn. Não foi observada diferença significativa entre o LAn-a versus ExCO2 e MMSQR e LAn-b versus MMSQR. No G-2 os métodos de inspeção visual apresentaram boa correlação, assim como o MMSQR, quando comparados com o LL.
Os diagramas de dispersão do lado esquerdo das figuras 1 e 2 apresentam a relação entre LAn-a versus ExCO2, MMSQR, MMslope e LAn-b versus MMSQR, MMslope, respectivamente. Na figura 3 encontra-se a relação entre LL versus LAn-a, LAn-b, MMSQR e MMslope. Nota-se a aproximação entre a linha de identidade e as linhas de tendência para LAn-a versus ExCO2 e MMSQR e LAn-b versus MMSQR e LL versus LAn-a, LAn-b e MMSQR. Os dados do lado direito dessas figuras referem-se aos limites de concordância de Bland-Altman27. A tabela 2 resume os valores encontrados para cada análise.
Não houve diferença significativa para determinação do LAn por meio da inspeção visual entre avaliadores (p=0,757) e métodos (p=0,700), assim como não houve interação entre avaliadores versus métodos (p=0,876). Os avaliadores apresentaram para LAn-a: limites de concordância = 0,02 ± 0,29 l.min-1, CCI = 0,92, s = 0,11 l.min-1 e CV = 7%; e para LAn-b: limites de concordância = 0,01 ± 0,24 l.min-1, CCI = 0,95, s = 0,09 l.min-1 e CV = 6%.
A tabela 3 apresenta os índices de confiabilidade obtidos a partir de estudos prévios de equipamentos clínicos ou para o uso laboratorial. Observam-se índices CCI elevados entre os equipamentos para o uso clínico, com exceção do MetaMáx II. Índices semelhantes são encontrados em equipamentos de uso laboratorial.
O teste ergoespirométrico e a análise do LAn permitem o estudo da integração entre os sistemas pulmonar, cardiovascular e musculoesquelético29,30. Há casos em que esse é o único meio para compreensão de mecanismos fisiopatológicos como na severa doença vascular pulmonar sem hipertensão direita, no forame oval aberto com desenvolvimento de shunt esquerda-direita durante o exercício, na dispneia de esforço, na hipoxemia de esforço, entre outras31. Sua aplicação em grupos de cardiopatas e pneumopatas é vantajosa antes de procedimentos invasivos ou de alto custo30,31. A proposta do presente estudo foi testar a acurácia de um equipamento ergoespirométrico que permite mensurações com qualidade destinada a aplicação clínica. Compararam-se os métodos matemáticos propostos por Beaver e cols.9 e Vieth10, com os métodos V-Slope22, Equivalente Ventilatório para o VO223, Excesso de CO221 e Limiar de Lactato24 para a determinação do LAn.
A amostra desse estudo foi composta por sujeitos não atletas hígidos, com ou sem experiência no cicloergômetro, engajados ou não em programas de treinamento aeróbio. Características hereditárias e o envolvimento em programas de exercícios podem explicar a grande dispersão nos valores do VO2máx. Mesmo considerando a experiência dos indivíduos com o cicloergômetro, esse equipamento pode sobrecarregar os membros inferiores, causando a fadiga precocemente32,33. A fadiga dos membros inferiores pode resultar em baixo VO2máx e LAn (%) relativamente alto31. O LAn pode, ainda, certamente ser supra ou subestimado em resposta aos incrementos na sobrecarga9. O LAn (%) encontrado para os sujeitos durante o teste progressivo foi próximo ao esperado para indivíduos não obesos, fisicamente ativos e aparentemente saudáveis31. Billat34 demonstrou que sujeitos altamente treinados são capazes de utilizar mais intensamente as vias oxidativas, portanto com menor acúmulo de lactato, com intensidades de até 90% de seus VO2máx. Nossos resultados permitiram estimar o LAn, pelos métodos do LAn-a, LAn-b, MMSQR, MMslope e LL, em percentagem do VO2máx e, foram próximos ao esperado para um teste realizado em cicloergômetro31.
Gaskill e cols.21 estudaram a associação existente entre os diversos métodos de inspeção visual e sugeriram que há benefícios na análise combinada dos métodos: V-slope, ExCO2 e EqV. Outro estudo20, utilizando o mesmo equipamento aqui adotado, também sugeriu a utilização de análises combinadas de parâmetros de trocas gasosas e ventilatórias a fim de reduzir o erro metodológico na determinação do LAn. A presente investigação optou por fazer comparações mediante dados combinados (LAn-a e LAn-b) e testou apenas o método do ExCO2 em separado. A análise estatística mostrou uma boa associação entre o método ExCO2 e o método LAn-a, porém o acréscimo de mais um método para detecção do LAn não reduziu significativamente o CV% do observado para o MMSQR, MMslope e LL (tab. 2).
Os dados apresentados na tabela 2 e nas figuras 1, 2 e 3 sugerem uma satisfatória aproximação entre os métodos LAn-a e LAn-b. Esses métodos apresentaram uma excelente correlação com o MMSQR e LL. Uma correlação razoável foi encontrada entre o LL e o MMslope. Caiozzo e cols.23 apresentaram o EqV como o melhor método isolado para determinação do LAn (r = 0,93). Segundo esses autores, o método V-slope não produz uma boa estimativa do LAn. Entretanto, Gaskill e cols.21 não encontraram diferença significativa entre os métodos V-slope e EqV quando comparado com o LL (± 5 ml·min-1) indicando boa concordância entre os métodos. Achados semelhantes foram relatados por Santos e cols.35 e por Granja Filho e cols.20.
Beaver e cols.9 propuseram um método no qual se eliminam os pontos que produzam uma inclinação da linha de regressão menor do que 0,6 e os valores acima do ponto de compensação respiratório. A presente investigação, com base em um estudo anterior21, modificou o método original para que todos os dados fossem utilizados no ajuste linear. Tal adaptação foi necessária em razão da resolução temporal das medidas por meio do equipamento aqui empregado. Kelly36 observou que os resultados obtidos pelo método matemático original de Beaver e cols.9 apresentaram um maior erro padrão da estimativa, quando comparado com o MMSQR. Santos e cols.35 encontraram para esse método índices porcentuais de 83% do VO2máx. No nosso estudo observamos intensidades elevadas de LAn31 por meio do MMslope, indicando uma possível imprecisão do método.
Poucos são os estudos relacionados à confiabilidade dos sistemas de análise metabólica de baixo custo. A tabela 3 apresenta alguns indicadores para equipamentos de uso clínico e científico. O equipamento aqui utilizado apresenta uma confiabilidade teste-reteste de 5,5% para o VO2máx, segundo Granja Filho e cols.20. Melanson e cols.17 encontraram CCI de 0,96 para VO2 e 0,86 para VE. No mesmo estudo17, validou-se o equipamento comparando-o com um sistema referência computadorizado e encontraram-se coeficientes de correlação de Pearson de 0,91 a 0,97 para VE e 0,88 a 0,97 para VO2. Wideman e cols.19 encontraram diferenças de 2% a 11% para VO2 e 5% a 17% para VCO2 em diversas intensidades. Uma diferença média de 3,9% para VO2 foi encontrada por Novitsky e cols.18 quando comparado com o Sensormedics 2900®. Os índices apresentados na tabela 3 referentes a validade e confiabilidade do VO2, VCO2 e VE do TEEM 100, e demais equipamentos clínicos, encontram-se ligeiramente aquém dos observados para os equipamentos mais sofisticados destinados as investigações científicas.
Considerando-se a importância do LAn como índice de tolerância ao exercício e indicador do condicionamento em diversos grupos de indivíduos1-7, concluímos que o MMSQR, assim como os métodos de inspeção visual do LAn-a e LAn-b são satisfatoriamente acurados e objetivos para a determinação daquela referência metabólica. A inclusão de mais um método de inspeção visual (ExCO2) não reduziu significativamente o erro. Concluímos também que o MMslope não apresentou acurácia significativa para a determinação do LAn no equipamento aqui adotado38.
Os autores deste estudo expressam seus agradecimentos à Associação dos Amigos do Centro de Estudos e Aperfeiçoamento do Hospital dos Servidores do Estado do Rio de Janeiro, na pessoa do Dr. Aluysio S. Aderaldo Jr. pela contribuição significativa para a realização deste trabalho e aos colegas Gilberto Sabóia Pompeu Neto, Michelle F. S. Porto Nogueira e Lucenildo Cerqueira. Esse estudo recebeu o apoio da FAPERJ e MCT/ CNPq.
O presente estudo foi financiado pela CAPES, MCT/CNPq e FAPERJ.
Este artigo é parte de dissertação de Mestrado de Fernando dos Santos Nogueira pela Universidade Federal do Rio de Janeiro.
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