Dissertação de Mestrado

EFEITOS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA SOBRE O CONTROLE

AUTONÔMICO CARDIOVASCULAR: PROTOCOLO NORMALIZADO PELA

FREQUÊNCIA RESPIRATÓRIA ESPONTÂNEA

Liliane Appratto de Souza

INSTITUTO DE CARDIOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL

FUNDAÇÃO UNIVERSITÁRIA DE CARDIOLOGIA

Programa de Pós-Graduação em Medicina

Área de Concentração: Cardiologia e

Ciências Cardiovasculares

EFEITOS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA SOBRE O

CONTROLE AUTONÔMICO CARDIOVASCULAR: PROTOCOLO NORMALIZADO

PELA FREQUÊNCIA RESPIRATÓRIA ESPONTÂNEA

AUTOR(A): LILIANE APPRATTO DE SOUZA

ORIENTADOR(A): KARINA RABELLO CASALI

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA

COMO REQUISITO PARA

OBTENÇÃO DO GRAU DE

MESTRADO AO PROGRAMA DE

PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS

DA SAÚDE, ÁREA DE

CONCENTRAÇÃO: CARDIOLOGIA,

DA FUNDAÇÃO UNIVERSITÁRIA

DE CARDIOLOGIA / INSTITUTO DE

CARDIOLOGIA DO RIO GRANDE

DO SUL.

PORTO ALEGRE

2013

Bibliotecária Responsável: Marlene Tavares Sodré da Silva

CRB 10/1850

S729e Souza, Liliane Appratto de.

Efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico cardiovascular: protocolo normalizado pela frequência respiratória espontânea / Liliane Appratto de Souza; orientação [por] Karina Rabello Casali - Porto Alegre, 2013. 58 f; tab. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul / Fundação Universitária de Cardiologia - Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2013. 1.Ventilação controlada.2.Controle autonômico.I.Karina Rabello Casali.II.Título.

CDU: 616.24

SUMÁRIO

BASE TEÓRICA

1.VENTILAÇÃO .............................................................................................................................. 1

2. VENTILAÇÃO E CONTROLE CARDIOVASCULAR ............................................................................. 4

2.1. Avaliação do Controle Autonômico....................................................................5

2.2. Influência da ventilação sobre o controle cardiovascular ..................................8

3. MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA .................................................................................. 8

3.1. Implicações Fisiológicas da Manobra de Ventilação Controlada....................................9

4. JUSTIFICATIVA ......................................................................... ................................................12

5. HIPÓTESES .............................................................................................................................. 13

5.1. Hipótese Nula ........................................................................................... 13

5.2. Hipótese Alternativa ................................................................................. 13

6. OBJETIVOS.............................................................................................................................. 14

6.1. Objetivo Geral ....................................................................................... 14

6.2. Objetivos Específicos ........................................................................... 14

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................................15

ARTIGO

RESUMO........................................................................................................................................26

INTRODUÇÃO.................................................................................................................................27

MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................................................29

RESULTADOS.................................................................................................................................32

DISCUSSÃO...................................................................................................................................34

PERSPECTIVAS..............................................................................................................................38

LIMITAÇÕES DO ESTUDO................................................................................................................38

CONFLITOS DE INTERESSE..............................................................................................................38

FINANCIAMENTO............................................................................................................................38

AGRADECIMENTOS.........................................................................................................................38

REFERÊNCIAS................................................................................................................................39

FIGURA 1.......................................................................................................................................44

FIGURA 2.......................................................................................................................................44

FIGURA 3.......................................................................................................................................45

FIGURA 4.......................................................................................................................................46

FIGURA 5.......................................................................................................................................46

TABELA 1......................................................................................................................................47

TABELA 2......................................................................................................................................48

TABELA 3......................................................................................................................................49

LISTA DE ABREVIATURAS DA BASE TEÓRICA

O2 – oxigênio

CO2 – gás carbônico

pH - produto hidrogeniônico

SNC – sistema nervoso central

HAS – hipertensão arterial sistêmica

DPOC – doença pulmonar obstrutiva crônica

NTS – núcleo do trato solitário

SNA – sistema nervoso autônomo

FC – frequência cardíaca

VFC – variabilidade da frequência cardíaca

VPA – variabilidade da frequência respiratória

PAS – pressão arterial sistólica

PAD – pressão arterial diastólica

SRA – sistema renina angiotensina

ECG – eletrocardiograma

LF – do inglês low frequency

HF – do inglês high frequency

VLF - do inglês very low frequency

LFnu – low frequency normalizado

HFnu – high frequency normalizado

SNP – sistema nervosa parassimpático

IC – insuficiência cardíaca

IAM – infarto agudo do miocárdio

FR – frequência respiratória

ivpm – incursões ventilatórias por minuto

FRE – frequência ventilatória espontânea

LISTA DE FIGURAS DA BASE TEÓRICA

Figura 1: Construção da metodologia da Análise Simbólica.

Figura 2: Diagrama ilustrativo do posicionamento do indivíduo durante a aplicação da Manobra

de Ventilação Controlada e o sistema de aquisição utilizado para o registro não invasivo de sinais

biológicos.

Figura 3: representação do panorama atual da literatura referente aos efeitos da Manobra de

Ventilação Controlada sobre o sistema autonômico cardiovascular em sujeitos hígidos e

submetidos a uma FR fixa.

BASE TEÓRICA

______________________________________________________

1. VENTILAÇÃO

A respiração tem como objetivos prover oxigênio (O2) aos tecidos e remover o dióxido de

carbono. O sistema respiratório é um condutor de O2 através do sistema cardiovascular, por isso

a ventilação é uma das funções do processo respiratório, responsável tanto pela captação e

oferta de oxigênio (O2), afim de oxigenar os tecidos, quanto pela retirada do gás carbônico (CO2)

produzido pelos processos fisiológicos1

e seus principais centros reguladores são: a) o de

Comando Central, originado de regiões específicas do encéfalo e b) o Centro Respiratório,

localizado no tronco encefálico. Para que seja mantida a homeostase do organismo, o ato de

ventilar requer movimentos coordenados da musculatura e, para isso, o Sistema Nervoso Central

(SNC) precisa produzir um ritmo ventilatório adequado à ventilação alveolar, à homeostase de

gases, ao equilíbrio ácido-base (pH) e sincronizar os movimentos ventilatórios às outras

atividades corporais, como por exemplo, a fala, a deglutição, a locomoção, as mudanças

posturais, dentre outras. Essa integração é possível pela presença de uma complexa rede de

aferências e eferências neurais que permite o processamento das informações originadas a partir

de diversos receptores sensoriais visando a execução dos ajustes necessários a partir das

inervações de diversos órgãos envolvidos na fisiologia respiratória2.

O Centro de Comando Central localiza-se no córtex cerebral, conhecido também como

região dos Centros Superiores, e é responsável pelo controle voluntário (ou comportamental) da

ventilação, pois possui vias de condução de estímulos eferentes aos motoneurônios que inervam

os músculos ventilatórios, permitindo que o padrão ventilatório seja modificado voluntariamente e,

quando estimulado, se sobreponha ao automatismo. Já o controle involuntário da ventilação

(automático) responde principalmente aos estímulos químicos, como por exemplo, a alteração na

concentração de gases e de pH e à insuflação pulmonar, devido ao estiramento do tecido2,3

.

O Centro Respiratório, localizado na região bulbar do tronco encefálico, conhecido

também como Medula Oblonga, é composto por grupos de neurônios localizados bilateralmente e

divididos em três grandes grupos: a) Dorsal, localizado no bulbo e responsável principalmente

pela inspiração; b) Ventral, também localizado no bulbo e responsável tanto pela expiração

1

quanto pela inspiração, dependendo do estímulo recebido e c) Centro Pneumotáxico, localizado

na ponte e auxilia no controle tanto da frequência quanto do padrão respiratório4. Além disso, o

Centro Respiratório é responsável pela natureza periódica do ciclo ventilatório, a ventilação

espontânea, uma vez que é capaz de gerar a ritmicidade da ventilação, a qual por sua vez é

controlada pelas alterações de gases, de pH e pelo estímulo de estiramento. No entanto, essa

automatização pode ser interrompida no momento em que se conscientiza o controle da

ventilação, prevalecendo o controle voluntário2.

O controle da ventilação, realizado tanto pelo Comando Central quanto pelo Centro

Respiratório, é modulado pelas informações mediadas por terminações nervosas denominadas

quimioceptores respiratórios. Tais receptores são sensíveis a alterações químicas sanguíneas e

responsáveis por ajustar a ventilação a fim de manter as pressões de O2 e CO2 (PO2 e PCO2,

respectivamente) dentro de determinados limites fisiológicos, os quais podem ser alterados pela

própria ventilação5,6

.

As primeiras sinapses provenientes dos quimioceptores periféricos são recebidas e

processadas no Núcleo do Trato Solitário (NTS)7, responsável por transmitir as informações

periféricas a diferentes núcleos encefálicos que controlam as respostas reflexas simpáticas e

ventilatórias eferentes8. Esse controle é realizado, mais especificamente, através de uma

complexa rede de regulação nas porções caudal e rostral da Medula Ventro Lateral do NTS9.

Além disso, o NTS está envolvido nas atividades simpáticas e respiratórias basais, já que

processa informações provenientes tanto dos quimioceptores periféricos, como dos receptores de

estiramento pulmonar10,11

. Independentemente da origem do comando ventilatório, o

neurotransmissor L-glutamato, dentro do NTS, é considerado o principal responsável por

desencadear respostas ventilatórias e também da atividade simpática torácica aos estímulos

oriundos não só dos receptores do barorreflexo, do reflexo de Hering-Breuer e dos

quimioceptores, mas também em gerar um padrão ventilatório eupnéico12,13

.

O controle do equilíbrio ácido-base representa outro importante mecanismo que influencia

a regulação da ventilação, uma vez que em uma situação de acidose metabólica, ocorre

2

pronunciada estimulação ventilatória a fim de expelir o CO2 acumulado e reduzir a concentração

sanguínea de hidrogênio (H+)

. Contrariamente, numa situação de alcalose metabólica, a

ventilação é deprimida no intuito de elevar a pressão de O2 e aumentar a concentração de H+ aos

níveis normais. Nesse sentido, quando a ventilação é regulada voluntariamente (hiper ou

hipoventilação), podem ocorrer situações de acidose ou alcalose ventilatórias ativando centros de

controle ventilatório para restabelecimento da homeostase5.

Além disso, algumas alterações não químicas, medidas por receptores de estiramento

localizados nas vias aéreas e nos pulmões, podem interferir sobre a regulação da ventilação. A

insuflação pulmonar, através do estímulo do estiramento do tecido, provoca a ativação de um

reflexo mediado pelo nervo vago, que inibe a inspiração após determinado nível de insuflação e é

denominado reflexo de Hering-Breuer14

. Este reflexo desempenha papel importante na regulação

da frequência e profundidade ventilatória e sua atividade depende das aferências vagais15

. Os

receptores de estiramento são inervados por fibras vagais mielinizadas (de adaptação lenta e

rápida) e não-mielinizadas (fibras do tipo C pulmonares e brônquicas) cujas funções estão

diretamente relacionadas ao prolongamento ou redução das capacidades inspiratórias e

expiratórias, sendo estimuladas principalmente pela hiperinsuflação pulmonar. A resposta reflexa

produzida, neste caso, pode provocar não só alterações na dinâmica ventilatória, mas também

em parâmetros cardiovasculares como bradicardia e hipotensão5.

Desde o século XIX se tem registros de observações envolvendo a relação entre o ato de

respirar e as alterações na dinâmica cardiovascular. Carl Ludwig em 1847, percebeu em seus

experimentos com cães que quando o animal inspirava, ocorria uma leve taquicardia e,

opostamente, quando expirava, observava leve bradicardia. Essas flutuações da frequência

cardíaca (FC) poderiam ser moduladas pela dinâmica ventilatória, uma vez que a ventilação lenta

e regular era capaz de provocar agudamente efeitos benéficos através dos sistemas de controle

reflexo cardiovasculares16,17,18

.Estudos subsequentes utilizaram a ventilação controlada como

metodologia auxiliar para investigações relacionadas ao sistema cardiovascular, já que a partir

3

dessa relação era possível interferir e analisar a interação cardiovascular e ventilatória, tanto em

situações fisiológicas quanto patológicas1,19,20

.

Desordens ventilatórias têm diferentes efeitos sobre o equilíbrio ácido-base, o diâmetro

arterial e a retenção de sódio pelos rins, por isso cronicamente podem contribuir para a

fisiopatologia de diversas doenças como a hipertensão arterial sistêmica (HAS), angina,

desordens funcionais torácicas, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), além de interferir na

reabilitação cardíaca. Nesse sentido, um padrão ventilatório regular é importante para a

manutenção de um volume corrente adequado para a manutenção das necessidades metabólicas

do organismo, sendo capaz de suavizar ou evitar as injúrias envolvidas no desenvolvimento e/ou

evolução de diversas patologias3.

2. VENTILAÇÃO E CONTROLE CARDIOVASCULAR

A influência da ventilação sobre as variáveis cardiovasculares vem sendo estudada a

muito tempo, mas ainda existem muitas lacunas quanto à interação entre os mecanismos

fisiológicos envolvidos14,21,22

.

A variabilidade natural dos parâmetros cardiovasculares reflete uma interação de diversos

fatores que, em sua maioria, envolvem a influência do Sistema Nervoso Autônomo (SNA) sobre o

funcionamento cardiovascular, como o estresse ambiental, mudanças de postura e efeito

mecânico da ventilação23,24,25

.

As alterações no balanço simpatovagal cardíaco, produzem variações na FC em

situações patológicas26,27

e fisiológicas28,29

. Tais variações são obtidas através da ação dos

sistemas simpático e parassimpático, que interagem rapidamente no nó sino-atrial, produzindo a

camada Arritmia Sinusal Respiratória, modulando a FC e a pressão arterial (PA) de forma

diferenciada28

.

A análise do controle autonômico pode fornecer informações importantes em relação às

condições clínicas dos indivíduos, principalmente quando os mesmos já apresentam algum grau

de desbalanço simpatovagal por diferentes etiologias, levando a algum grau de comprometimento

4

do controle cardiovascular30

. Desta forma, o uso de uma técnica não invasiva, capaz de obter o

máximo de informações a respeito desse sistema é de extrema importância29

.

2.1. AVALIAÇÃO DO CONTROLE AUTONÔMICO

As variabilidades da frequência cardíaca (VFC) e da pressão arterial (VPA) fornecem

informações importantes a respeito do controle autonômico, permitindo a avaliação quantitativa

das modulações simpática e vagal sobre o sistema cardiovascular. Quanto menor a VFC, maiores

serão os riscos de doenças cardíacas23,24

. A diminuição da VFC constitui um importante fator

prognóstico para o aparecimento de eventos cardíacos tanto em indivíduos previamente sadios

quanto em portadores de cardiopatias31,32,33,34,35,36

. Esses resultados são confirmados em

pacientes pós infarto agudo do miocárdio (IAM), por exemplo, quando foi observada uma redução

na VFC, considerada um fator de risco independente para eventos arrítmicos e mortalidade

global23,37

. Por outro lado, a VPA, apresenta relação contrária, apresentando valores maiores em

condições patológicas. Quanto maiores os valores de PA ou quanto maior a idade do paciente,

maior será a VPA, representando risco aumentado para o desenvolvimento e evolução de

desordens vasculares38

.

Além de avaliações simples no domínio do tempo, a análise no domínio da frequência, ou

análise espectral, pode fornecer informações quantitativas da função cardiovascular, através de

metodologias de ampla aplicação e potencialidade, por usar em grande parte, registros não

invasivos24,28,39

. A análise espectral de séries temporais de FC, ou tacograma, e de pressão

arterial sistólica (PAS), ou sistograma, permite não apenas a avaliação da variabilidade como

também a sua caracterização em componentes frequenciais específicos. As oscilações rítmicas

de PA e FC apresentam três faixas distintas: a faixa de alta frequência HF (do inglês, High

Frequency), similar à atividade respiratória normal; a faixa de baixa frequência LF (do inglês, Low

Frequency) e a faixa de muito baixa frequência VLF (do inglês, Very Low Frequency)29,40,41

. Tais

oscilações variam em amplitude e frequência de acordo com o comportamento, com as condições

fisiológicas e patológicas24,28,42

.

5

As componentes LF e HF da VFC e da VPA estão relacionadas às modulações simpática

e vagal, respectivamente. Entretanto, por serem obtidas de forma indireta, diferentemente das

medidas diretas de tônus simpático e vagal, as alterações sobre tais componentes de frequência

não estão sempre diretamente ligadas ao aumento ou redução da atividade simpática e/ou vagal.

A avaliação da VFC, por caracterizar resposta à ação do sistema nervoso sobre o coração,

permite avaliar o controle autonômico através da relação entre as componentes espectrais LF/HF,

ou seja, a relação entre as modulações simpática e vagal sobre o ritmo cardíaco43,44

.

Devido ao fato do sinal pressórico representar o resultado da interação de diversos

mecanismos fisiológicos envolvidos no controle pressórico, componentes de frequência da VPA

estão associadas a diferentes modulações, tanto do sistema nervoso simpático quanto da função

vascular miogênica, do óxido nítrico derivado do endotélio e até mesmo da modulação do sistema

renina angiotensina (SRA) sobre a PA39

. Como a faixa de oscilação de tais mecanismos na

maioria das vezes é coincidente, pouca informação pode ser extraída de forma precisa sobre a

ação isolada de cada um deles. Em humanos, a informação fisiológica direta, retirada a partir da

análise espectral da VPA está ligada à componente LF que permite a análise quantitativa da

modulação simpática vascular28

. Evidências mostram que em animais há uma associação entre o

SRA e a faixa de frequência VLF. No entanto, esta relação não está estabelecida em humanos39

.

Apesar da grande aplicabilidade da análise espectral, limitações impostas pela

metodologia podem impedir o uso de tais métodos em algumas situações. Em particular, quando

a FR é inferior a 9 incursões ventilatórias por minuto (ivpm), há sobreposição das faixas de

frequência associadas às modulações simpática e vagal28,40,45

, e a análise espectral não é capaz

de quantificar tais modulações separadamente. Neste sentido, a análise simbólica46,47

apresenta-

se como uma metodologia alternativa, de bases não-lineares, que permite distinguir as

modulações cardíacas simpática e parassimpática mesmo em situações de não-estacionariedade

ou quando há deslocamento de faixas de frequência imposto por alterações na frequência

respiratória46,47,48

.

6

A análise simbólica busca distinguir as modulações cardíacas simpática e vagal através

da análise de sequências de três batimentos consecutivos46,47

. O método desenvolvido por Porta

e cols. (2001)46

, já foi aplicado a situações caracterizadas por ativação simpática (tilt test,

handgrip e administração de nitroprussiato de sódio e altas doses de atropina) ou ativação

parassimpática (administração de fenilefrina e baixas doses de atropina) em humanos49,50,51

. A

análise decompõe séries de VFC em padrões de três batimentos e classifica em três categorias:

padrão não variável, padrão variável e padrão muito variável, chamados de 0V, 1V e 2V,

respectivamente (Figura. 1). Em situações de estimulação simpática farmacológica e por

manobra padrão os autores observaram aumento do padrão 0V, relacionando-o à modulação

simpática cardíaca47

.

Figura 1: (A) Série de intervalos RR obtidos através de ECG em humanos. A serie foi separada em seis níveis (de 0 a 5) e cada nível é identificado por um símbolo. Os padrões de 3 batimentos são construídas. (B) Classificação dos padrões. 0V indica o padrão sem variação; 1V, padrão com uma variação; e 2V o padrão com duas variações. Fonte: Guzzetti et al., 2005

No estudo de Porta e cols. (2007)49

, foram avaliados 17 sujeitos jovens e saudáveis nas

situações de repouso e de manobra de ativação simpática (ortostatismo passivo) gradual. A

análise dos sinais foi realizada tanto por análise espectral quanto por análise simbólica. Os

resultados mostraram que o incremento na modulação simpática cardíaca, demonstrado pelo

(A) (B)

7

aumento do componente espectral LFnu e a redução da modulação vagal cardíaca, demonstrada

pela redução do componente espectral HFnu, foram acompanhados pelo aumento do padrão 0V

e redução do padrão 2UV da análise simbólica, respectivamente, mostrando que esses dois

padrões podem ser capazes de descrever aspectos diferentes e potencialmente correlacionados

às respostas autonômicas ao ortostatismo passivo gradual.

Os estudos envolvendo a análise simbólica tanto em experimentação animal48,52

quanto

em humanos46,47,49,51,53

, garantem sua aplicabilidade como alternativa na avaliação do controle

autonômico através da VFC. Os dois principais índices sugeridos pelos autores como

representativos dessa modulação autonômica são os padrões 0V e 2UV, pois possuem alto

potencial para detectar alterações não recíprocas nas modulações simpática e parassimpática ou

alterações recíprocas, porém de magnitudes diferentes49

.

2.2. INFLUÊNCIA DA VENTILAÇÃO SOBRE O CONTROLE CARDIOVASCULAR

Alguns autores relatam que a FC pode ser afetada pelo mecanismo da ventilação14,54,55

e

que tal alteração parece estar relacionada à resposta central aos estímulos do sistema somato-

sensorial, através dos componentes do SNA, intervindo sobre o equilíbrio cardiovascular pela

ativação do Sistema Nervoso Parassimpático (SNP), promovendo um predomínio da modulação

cardíaca vagal44

. De fato, estudos que aplicaram a ventilação controlada demonstraram que, sob

ventilação espontânea lenta, ocorre melhora da função autonômica56,57

.

3. MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA

O ato de ventilar pode facilmente ser controlado pelo indivíduo, o qual adaptará o seu

ciclo ventilatório de acordo com a dinâmica que lhe é imposta14

. A dinâmica ventilatória controlada

pode induzir alterações tanto químicas quanto mecânicas no organismo que, por sua vez, são

percebidas pelo sistema de receptores sensoriais envolvidos no controle ventilatório e

cardiovascular.

A Manobra de Ventilação Controlada é uma metodologia muito aplicada em protocolos

para avaliação do controle autonômico cardiovascular e não apenas como manobra de ativação

8

parassimpática58,59,60

, pois também é utilizada como forma de controle do padrão ventilatório61

, já

que o efeito dessa intervenção depende da frequência respiratória (FR) imposta durante o

protocolo.

O método consiste do próprio indivíduo controlar voluntariamente sua ventilação, tanto

através da FR, quanto por outros parâmetros como, por exemplo, o tempo inspiratório e/ou

expiratório, dependendo dos objetivos do estudo. Em geral, mantém-se o indivíduo em posição

supina62

ou sentado63

e utiliza-se um estímulo sonoro (metrônomo) e/ou visual (biofeedback) para

auxiliá-lo na adequada execução da técnica. Elege-se um método de avaliação dos parâmetros

fisiológicos, dependendo dos desfechos preconizados pelo estudo. Nesse estudo, elegemos a

análise indireta do parâmetro vascular de PA, através do sistema de aquisição das oscilações

pressóricas periféricas aferidas no dedo médio (Finapres), ilustrado na Figura. 2.

3.1. IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS DA MANOBRA DE VENTILAÇÃO CONTROLADA

Apesar da grande aplicabilidade da manobra de ventilação controlada, os efeitos de tais

metodologias sobre o sistema cardiovascular ainda são contraditórios e parecem depender do

protocolo, tipo de patologia e do grau de comprometimento cardíaco. Rossi Caruso e cols.

(2011)64

mostraram que o exercício de ventilação controlada em pacientes com Insuficiência

Cardíaca (IC) promoveu efeitos benéficos sobre controle autonômico avaliado através da VFC.

Por outro lado, Adams e cols. (2009)20

não observaram melhora no sistema cardiovascular em

resposta ao treinamento por ventilação controlada em pacientes pós IAM.

Transdutor Conversor A/D

Figura 2: diagrama ilustrativo do posicionamento do indivíduo durante a aplicação da Manobra de Ventilação Controlada e o sistema de aquisição utilizado para o registro não invasivo de sinais biológicos. Fonte: próprio autor

9

Outra aplicação da manobra de ventilação controlada, amplamente utilizada, consiste na

padronização da ventilação em protocolos de avaliação do SNA onde a FR é fixada, em geral,

para 12 e/ou 15 incursões ventilatórias por minuto (ivpm)21,40,62,65,66

. No entanto, os resultados

ainda são contraditórios e possivelmente relacionados a FRE e sua ligação com a atividade

simpática em repouso já demonstrada por alguns autores67

.

Pinna e cols.(2006)21

avaliaram 41 indivíduos hígidos através da Manobra de Ventilação

Controlada, utilizando FR fixa de 15 ivpm (0,25Hz) e compararam com a condição de ventilação

espontânea. Apesar dos resultados terem demonstrado um aumento da componente espectral

HF, os autores sugerem que esse fenômeno tenha ocorrido em virtude do aumento do volume de

ar inspirado provocado pela manobra, já que a influência da respiração sobre a PA é

principalmente mediada pelas variações na pressão intratorácica e pelo estiramento pulmonar

(reflexo de Hering-Breuer).

A Figura 3 sintetiza a contradição existente na literatura resultado na falta de

padronização na escolha da FR utilizada para a Manobra de Ventilação Controlada.

Figura 3: representação do panorama atual da literatura referente aos efeitos da Manobra de Ventilação Controlada sobre o sistema autonômico cardiovascular em sujeitos hígidos e submetidos a uma FR fixa. Fonte:próprio autor

Situação 1

FR basal = 6ivpm VC = 15ivpm

Aumento na modulação simpática Evidências: Souza LA et al, 2011

Telles S et al, 2011

Situação 2

FR basal = 12ivpm

VC = 15ivpm

Aumento na modulação simpática ou

nenhum efeito autonômico Evidências: Bernardi L et al, 2000

DeBeck LD et al, 2010

Situação 3

FR basal =15ivpm VC = 15ivpm

Nenhum efeito autonômico Evidências: Pinna GD et al, 2006

Diedrich A et al, 2009

Situação 4

FR basal = 20ivpm VC = 15ivpm

Aumento na modulação vagal Evidências: Souza LA et al, 2011

Reimann M et al, 2010

Amostra do Estudo (sujeitos hígidos)

10

Uma possível explicação para as diferentes respostas obtidas na aplicação da mesma

manobra envolve a variabilidade das características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo

em situação basal. Alguns trabalhos já demonstraram relação direta da frequência respiratória

espontânea (FRE) com o tônus simpático basal68,69

, indicando uma possível associação entre a

resposta autonômica à manobra e a frequência respiratória espontânea basal. Portanto, a

padronização de um protocolo normalizado de ventilação controlada, otimizado para indução da

atividade vagal, depende ainda de uma investigação sistemática dos efeitos da manobra de

ventilação controlada sobre o controle autonômico. Tal padronização seria relevante não só para

fins de avaliação, como para intervenção não medicamentosa, já que o aumento da modulação

vagal agrega um potencial terapêutico sobre diversas patologias14,19,70

.

11

4. JUSTIFICATIVA

A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para

avaliação do controle autonômico cardiovascular e para ativação vagal cardíaca através da

redução da frequência respiratória. No entanto, manobras que utilizam FR mais lentas

apresentam resultados contraditórios dependentes do protocolo e da frequência respiratória

adotada. Tais variações podem estar relacionadas às características autonômicas intrínsecas de

cada indivíduo, como a relação direta da frequência respiratória espontânea com o tônus

simpático basal, já demonstrada em alguns estudos, indicando uma possível associação entre a

resposta autonômica à manobra e a frequência respiratória espontânea basal.

Desta forma, a padronização de uma metodologia baseada nos valores da frequência

respiratória espontânea de cada sujeito poderia fornecer um melhor controle do efeito da

intervenção sobre o sistema autonômico cardiovascular favorecendo a homogeneidade dos

resultados no âmbito da pesquisa e permitindo a otimização dos resultados de intervenções não

medicamentosas, reforçando a sua aplicabilidade clínica.

12

5. HIPÓTESES

5.1. HIPÓTESE NULA

H0: O protocolo de ventilação controlada induz alterações autonômicas que independem da

frequência respiratória espontânea.

5.2. HIPÓTESE ALTERNATIVA

H1: O protocolo de ventilação controlada induz alterações autonômicas que dependem da

frequência respiratória espontânea, exigindo uma padronização baseada nas condições basais de

cada indivíduo.

13

6. OBJETIVOS

6.1. OBJETIVO GERAL

Avaliar as alterações provocadas por diferentes frequências respiratórias sobre o controle

autonômico cardiovascular, de forma aguda, em indivíduos hígidos, e propor uma metodologia

baseada na frequência respiratória otimizada de acordo com a frequência respiratória espontânea

individualizada.

6.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Avaliar de forma aguda as alterações autonômicas provocadas por protocolo de

ventilação controlada com diferentes frequências respiratórias sobre:

1) Frequência cardíaca, pressão arterial, variabilidades da frequência cardíaca (VFC) e da

pressão arterial (VPA);

2) Parâmetros derivados da análise espectral como a relação entre as componentes de baixa e

alta frequências (LF/HF) da VFC, relacionados ao balanço simpato-vagal cardíaco, e a

componente baixa frequencia (LF) da VPA, correspondente à modulação simpática vascular.

3) Parâmetros derivados da análise simbólica: 0V e 2V, relacionados às modulações simpática e

vagal cardíacas, respectivamente.

14

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1- Gavish B. Device-guided breathing in the home setting: Technology, performance and clinical

outcomes. Biological Psychology 2010;(84):150-6.

2- Aires MM, et al. Fisiologia. Guanabara Koogan 2008.3 ed.:213-339.

3- Gilbert C. Clinical Application of breathing regulation: beyond anxiety management. 2003;

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4- Guyton AC, Hall JE. Fisiologia Humana e Mecanismos das Doenças. Guanabara Koogan 1998.

6ª ed.: 135-325.

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24

ARTIGO

______________________________________________________

Efeitos de manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico cardiovascular:

protocolo normalizado pela frequência respiratória espontânea.

Souza LA1; Shein ASO

1, Dartora DR

1; Casali AG

2; Montano N

2; Guzzetti S

2; Porta A

3; Irigoyen

MC4; Casali KR

1,5

1 Programa de pós-graduação em ciências da saúde do Instituto de Cardiologia do Rio Grande do

Sul / Fundação Universitária de Cardiologia (IC/FUC), Porto Alegre – Brasil

2 Departamento de Ciências Clínicas, Hospital Luigi Sacco, Universidade de Milão, Milão - Itália

3 Departamento of Technologies for Health, Galeazzi Orthopedic Institute, Universidade de Milão,

Milão - Itália

4 Unidade de hipertensão, Instituto do Coração, Hospital de Clínicas, Faculdade de Medicina,

Universidade de São Paulo (USP), São Paulo - Brasil

5 Departamento de Endocrinologia, Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA), Porto Alegre -

Brasil

Corresponding author: Drª. Karina Rabello Casali

Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul, Unidade de Pesquisa

Rua Princesa Isabel, 370 - Santana ,

CEP: 90620-000 - Porto Alegre - RS - Brasil

Email: rabellocasali@gmail.com

Telephone: Cel: +55-51 93548084 Fixo: +55-51 32237393

25

RESUMO

A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para avaliação do

controle autonômico cardiovascular e para ativação vagal cardíaca através da redução da

frequência respiratória (FR). No entanto, manobras que utilizam FR mais lentas apresentam

resultados contraditórios dependentes do protocolo e da FR adotada. Tais variações podem estar

relacionadas às características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo, como a relação direta,

já demonstrada em alguns estudos, da frequência respiratória espontânea (FRE) com o tônus

simpático basal. Neste trabalho, empregamos análise espectral e simbólica para avaliar o efeito

da manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico cardiovascular em 26 sujeitos

saudáveis e divididos em dois protocolos experimentais: um protocolo onde os sujeitos foram

submetidos a três frequências respiratórias consideradas padrões na literatura (0.17Hz, 0.25Hz e

0.33Hz) e um protocolo onde as frequências respiratórias eram normalizadas pela frequência

espontânea (100%, 80%, 70% e 50% da FRE). Em geral, nossos resultados demonstraram

respostas autonômicas em favor da modulação vagal nas manobras que utilizam FR mais lentas.

Porém, enquanto tal ativação foi variável entre os indivíduos do protocolo padrão, o protocolo

normalizado produziu uma ativação otimizada e todos os sujeitos obtiveram aumento do

componente de modulação vagal a 80% da FRE (HFnu basal = 42% versus HFnu 80% = 73%,

p<0,001). A análise simbólica indicou ainda um aumento da componente simpática quando a

ventilação foi imposta a percentuais muito baixos da FRE (0V basal = 13,32 versus 0V 50% =

16,62, p=0,016). Esses resultados sugerem que os protocolos que utilizam manobra de ventilação

controlada para indução de ativação vagal, empregados inclusive em situações patológicas,

deveriam considerar a FRE na normalização das frequências impostas, limitando-as a valores

moderadamente menores que a FRE individual.

Palavras-chave: ventilação controlada; controle autonômico

26

INTRODUÇÃO

A manobra de ventilação controlada é uma metodologia amplamente utilizada para

avaliação do controle autonômico cardiovascular (Adams e cols., 2009; Ferreira e cols., 2011;

Stein e cols., 2011; Porta e cols., 2012; Pinna e cols., 2006; Krasnikov e cols., 2012). Há

numerosas evidências que apontam para efeitos significativos das características ventilatórias

(frequência, amplitude e regularidade) na variabilidade cardiovascular batimento-a-batimento

(Sakakibara e cols., 1995; Cooke e cols., 1998; Bernardi e cols., 2001; Pinna e cols., 2006), e

diversos autores propõem o controle voluntário da respiração como uma forma efetiva de evitar

confundidores em avaliações a curto-prazo da variabilidade cardiovascular (Radaelli e cols., 1994;

Pinna e cols., 2006; DeBeck e cols., 2010). Em particular, alguns estudos verificaram que a

redução controlada da frequência respiratória (FR) é responsável pelo aumento da modulação

vagal cardíaca, (Montano e cols., 1994; Bernardi e cols., 2000; Fan e cols., 2010), o que motivou

a aplicação da manobra de ventilação controlada como protocolo para indução de ativação vagal,

indicado inclusive em situações patológicas, como na hipertensão (Radaelli e cols., 1994;

Grossman e cols., 2001; Gavish e cols., 2010; Mourya e cols., 2009) e diabetes (Brown e cols.,

2008).

Porém, os resultados que associam manobras de controle da ventilação em FR mais

lentas com o aumento da modulação vagal são ainda contraditórios. Em estudos com sujeitos

hígidos submetidos à manobra, reportou-se aumento do componente simpático cardíaco (LF) na

respiração mais lenta (0,1 Hz) e aumento do componente vagal (HF) na respiração mais rápida

(0,2 Hz) (Reimann e cols., 2010; Brown e cols., 1993). Outros trabalhos realizados com

protocolos semelhantes, com ventilação controlada a FR de 0,1 e/ou 0,25 Hz, também em

sujeitos saudáveis, não demonstraram mudanças significativas nas análises espectrais tanto da

variabilidade da frequência cardíaca (VFC) quanto da pressão arterial (VPA), sugerindo que

manobras nestas FR específicas não alteram os parâmetros cardiovasculares (Pinna e cols.,

2006; Tzeng e cols., 2009).

27

Uma possível explicação para as diferentes respostas obtidas na aplicação da mesma

manobra envolve a variabilidade das características autonômicas intrínsecas de cada indivíduo

em situação basal. Alguns trabalhos já demonstraram relação direta da frequência respiratória

espontânea (FRE) com o tônus simpático basal (Naughton e cols., 1998; Narkiewicz e cols.,

2006), indicando uma possível associação entre a resposta autonômica à manobra e a frequência

respiratória espontânea basal. Portanto, a padronização de um protocolo normalizado de

ventilação controlada, otimizado para indução da atividade vagal, depende ainda de uma

investigação sistemática dos efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle

autonômico. Tal padronização seria relevante não só para fins de avaliação, como para

intervenção não medicamentosa, já que o aumento da modulação vagal agrega um potencial

terapêutico sobre diversas patologias (Grossman e cols., 2001; Bernardi e cols., 2001; Joseph e

cols., 2005),

Porém, a avaliação do controle autonômico cardiovascular em condições de baixa

frequência respiratória enfrenta desafios metodológicos. A decomposição espectral da

variabilidade da frequência cardíaca (VFC) e da pressão arterial (VPA) é o principal método

empregado para avaliar o controle autonômico cardiovascular e obter informações sobre as

modulações simpática e vagal cardíacas, permitindo uma ligação interpretativa entre diferentes

componentes oscilatórios e mecanismos fisiológicos específicos (Montano e cols., 1994; Task

Force HRV, 1996; Thayere cols., 2012). Entretanto, limitações impostas pela metodologia linear

de decomposição espectral podem impedir o uso de tais métodos em algumas situações. Em

particular, quando a FR é inferior a 9 incursões ventilatórias por minuto (ivpm), há sobreposição

das faixas de frequência associadas às modulações simpática e vagal (Radaelli e cols., 1994.

Malliani e cols., 1991; Bernardi e cols., 2000), e a análise espectral não é capaz de quantificar tais

modulações separadamente. Neste sentido, a análise simbólica (Porta e cols, 2001; Guzzetti e

cols, 2005) apresenta-se como uma metodologia alternativa, de bases não-lineares, que permite

distinguir as modulações cardíacas simpática e parassimpática mesmo em situações de não-

estacionariedade ou quando há deslocamento de faixas de frequência imposto por alterações na

FR (Porta e cols., 2001; Guzzetti e cols., 2005; Tobaldini e cols., 2009).

28

Neste estudo, empregamos tanto os métodos espectrais quanto a análise simbólica com

o objetivo de avaliar os efeitos da manobra de ventilação controlada sobre o controle autonômico

cardiovascular de indivíduos hígidos em um largo espectro de frequências respiratórias (de 6ivpm

até 22ivpm). Os nossos resultados sugerem a padronização de um protocolo otimizado para

indução da ativação vagal que é baseado na normalização da frequência respiratória espontânea

individual. Esta metodologia protocolar tem o potencial de favorecer a homogeneidade dos

resultados no âmbito da pesquisa e permitir a otimização dos resultados de intervenções não

medicamentosas, reforçando a sua aplicabilidade clínica.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram avaliados 26 voluntários hígidos, de ambos os sexos e não fumantes. Nenhum dos

sujeitos era portador de doenças crônicas, como hipertensão, diabetes mellitus, doenças

respiratórias crônicas, disfunções autonômicas, bem como tabagismo, alcoolismo e outras

drogas. Todos os sujeitos foram instruídos 12 horas antes do teste a não ingerir cafeína e álcool,

dormir bem e não realizar exercício físico intenso. O estudo foi aprovado pelos comitês locais de

pesquisa com seres humanos e consentimento escrito foi obtido de cada sujeito antes da

participação no estudo. Os voluntários foram divididos para participação em dois protocolos

diferentes.

Protocolo Padrão (PP)

Dez indivíduos, com idades entre 24 a 32 anos, foram avaliados no Laboratório de

Investigação Clínica, no Hospital Luiggi Sacco, em um ambiente silencioso, com temperatura (±

23 ° C) e iluminação controladas. O eletrocardiograma (ECG) foi registrado a 300 Hz e o sinal de

pressão de pulso foi adquirido a 1000 Hz, de forma contínua e não invasiva (Finapres 2300,

Ohmeda, Englewood, CO), em posição supina. O protocolo padrão consistiu da aplicação de

manobras de ventilação controlada a frequências respiratórias consideradas padrão na literatura.

No primeiro bloco o indivíduo era mantido em repouso, respirando de forma espontânea por 10

minutos de registro. Nos blocos subsequentes, de forma aleatória, os indivíduos foram instruídos

29

a seguir o estímulo sonoro, gerado por um metrônomo digital, para controle da ventilação em

diferentes frequências respiratórias : 0,17 Hz, 0,25 Hz e 0,33 Hz, equivalentes respectivamente a

10 (bloco R10), 15 (bloco R15) e 20 ivpm (bloco R20). Os registros foram de 10 minutos em cada

bloco, com um intervalo de 5 minutos entre eles para estabilização dos sinais.

Protocolo Normalizado (PN)

Dezesseis indivíduos, com idades entre 24 a 38 anos, foram avaliados no Laboratório de

Investigação Clínica do Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul, em um ambiente

silencioso, com temperatura (± 23 ° C) e iluminação controladas. O sinal de pressão de pulso foi

adquirido a 1000 Hz, de forma contínua e não invasiva (Finapres 2300, Ohmeda, Englewood,

CO), em posição supina. O protocolo normalizado consistiu da aplicação de manobras de

ventilação controlada a frequências respiratórias normalizadas pela frequência respiratória

espontânea de cada indivíduo. No primeiro bloco de registro o indivíduo era mantido em repouso

por 10 minutos e a sua frequência respiratória espontânea (FRE) era aferida, sem que o sujeito

percebesse, através da média de três medidas visuais. Nos blocos subsequentes, de forma

aleatória, os indivíduos foram instruídos a seguir o estímulo sonoro, gerado por um metrônomo

digital, para controle da ventilação em diferentes frequências respiratórias calculadas sobre a

FRE: 100%, 80%, 70%, 60% e 50%. O registro de cada bloco foi de 10 minutos, com um intervalo

de 5 minutos para retorno às condições basais.

Avaliação do Controle Autonômico

As séries temporais de tacograma foram construídas a partir do intervalo entre dois picos

consecutivos de ondas R, para o Protocolo 1, ou pelos intervalos de pulso das ondas pressóricas,

para o Protocolo 2. As séries de sistograma foram geradas pela detecção dos picos sistólicos dos

registros de pressão arterial. Foram selecionados trechos estacionários de 200-300 batimentos

em cada bloco, coincidentes em ambas as séries (Porta e cols., 2004).

As séries de tacograma e sistograma foram submetidas à análise espectral, que permite o

estudo no domínio da frequência da VFC e da VPA respectivamente. A decomposição espectral

30

foi realizada por modelagem autoregressiva com ênfase nas faixas de baixa frequência - LF (Low

frequency: 0,04-0,15 Hz) e alta frequência - HF (High frequency: 0,15-0,40 Hz). A potência total

do espectro contido até 0,40Hz corresponde à VFC total, expressa em valores absolutos (ms2).

Os valores de potência correspondente a cada faixa são expressos em valores absolutos (abs) e

normalizados pela soma das componentes LF e HF (nu). No espectro da VFC, tais faixas estão

relacionadas às modulações simpática e parassimpática cardíacas, sendo que a razão LF/HF

reporta o balanço simpatovagal cardíaco (Malliani e cols., 1991; Montano e cols., 2008). No

estudo da VPA, a faixa LF, em valores absolutos, está ligada à modulação simpática vascular

(Stauss 2007) e a relação entre os componentes LF da VFC e VPA, em valores absolutos,

conhecido como Índice αLF, determina a sensibilidade barorreflexa espontânea (Fazan e cols.,

2005).

Os mesmos trechos estacionários avaliados pela decomposição espectral foram

submetidos à análise simbólica. O método divide a sequência em seis níveis e avalia a série de

tacograma em padrões curtos de três batimentos. Os possíveis padrões são divididos em quatro

grupos: o padrão 0V corresponde a sequência de 3 batimentos sem variação de níveis, o padrão

1V corresponde a uma variação de nível e o 2V associa-se ao caso de duas variações de níveis

na sequência de 3 batimentos. O padrão 2V é subdividido em 2UV e 2LV, de acordo com o tipo

de variação diferente ou semelhante, respectivamente. Ao final, os padrões iguais são agrupados

e calculam-se os percentuais de ocorrência em cada serie (Porta e cols., 2001). Os padrões 0V e

2UV têm sido correlacionados às modulações simpática e vagal cardíacas respectivamente

(Guzzetti e cols., 2005 ; Porta e cols., 2007).

Análise Estatística

Os dados foram avaliados através da análise de variância ANOVA de uma via com

medidas repetidas, seguido de post hoc Tukey para comparação entre os diferentes estágios de

FR. Para as distribuições não normais, o teste aplicado foi o ANOVA de Friedman com medidas

repetidas. As correlações foram calculadas pelo método de Pearson. Foram consideradas

diferenças estatisticamente significativas aquelas com P ≤ 0,05.

31

RESULTADOS

Protocolo Padrão (PP)

Os sujeitos avaliados no protocolo padrão tiveram média de FRE = 14,5 ± 1,7 ivpm. De

acordo com os resultados mostrados na Tabela 1, as manobras não induziram modificações nos

valores de frequência cardíaca (FC) e pressão arterial sistólica (PAS). No entanto, a avaliação do

controle autonômico através da análise espectral apontou alterações importantes na VFC,

sobretudo no bloco de ventilação R10. Apesar do valor total de potência espectral, que reporta o

valor da VFC, não ter sido alterado, a manobra em 10 ivpm evocou modificações ligadas às

componentes espectrais com aumento na banda HF, comparado aos blocos em situação Basal,

R15 e R20, tanto em valores absolutos (p= 0,022, p= 0,015 e p= 0,011, respectivamente), como

em normalizados (p= 0,041) (Figura 1). Além disso, o índice LF/HF, que relaciona-se ao balanço

simpato-vagal, foi menor no bloco R10 quando comparado aos blocos R15 e R20 (p=0,028). Não

houve alteração nos parâmetros de VPA e seus componentes espectrais, bem como no índice α,

ligado à sensibilidade barorreflexa espontânea.

Em relação à análise simbólica, não houve diferença significativa no padrão 0V, que

representa a modulação simpática cardíaca. Já em R20, o padrão 2UV, relacionado à modulação

vagal cardíaca em ortostatismo (Porta e cols., 2007), foi significativamente maior quando

comparado ao bloco Basal e aos blocos R15 e R10 (p< 0,001). Além disso, em R20, o padrão

2LV, cujo significado fisiológico não é conhecido, foi significativamente menor em relação ao

bloco R10.

A Figura 2 mostra o efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente

HFnu para cada sujeito nos diferentes blocos do protocolo padrão. Os protocolos induziram

aumento da ativação vagal em 80% dos indivíduos de R10 (Figura 2-A), em 50% de R15 (Figura

2-B) e de 40% dos indivíduos em R20 (Figura 2-C).

32

Protocolo Normalizado (PN)

No protocolo normalizado, os sujeitos avaliados tiveram média de FRE = 16,3±2,5 ivpm.

Blocos com imposição de frequências respiratórias percentuais menores que a FRE geraram o

deslocamento do componente espectral HF em direção à faixa LF. A Figura 3 exibe os espectros

de VFC e do sinal respiratório de um indivíduo para as situações de ventilação controlada a

100%(A); 70%(B) e 50%(C) da FRE, apresentando o deslocamento da banda de maior coerência

entre os componentes espectrais, de acordo com a FR imposta. Somente para os casos de 100%

e 80% as faixas da FR permaneceram dentro da banda HF em todos os sujeitos. Portanto, os

resultados da avaliação do controle autonômico obtidos por análise espectral estão demonstrados

apenas nas situações Basal, 100% e 80%, (Figura 4(A); Tabela 2) e aqueles obtidos a partir da

análise simbólica, que não depende de tal alteração, estão descritos para todos os blocos (Figura

4(B); Tabela 3).

Não houve alteração nos valores de FC e PAS, bem como nos valores de suas

variabilidades VFC e VPA. A avaliação do controle autonômico por decomposição espectral

demonstrou alterações nas componentes LF e HF, ligados às modulações simpática e vagal

cardíacas (Tabela 2, Figura 4(A)). O controle da ventilação a 100%, quando comparado com a

situação basal, apontou aumento significativo do componente HF (p<0,001), com redução

recíproca do LF(p<0,001), e redução do índice LF/HF (p<0,001), ligado ao balanço simpatovagal

cardíaco. Da mesma forma, o controle da ventilação a 80% apontou aumento do componente HF

(p<0,001), redução recíproca do LF (p<0,001) e redução do índice LF/HF (p<0,001) em relação à

situação basal e também ao bloco de 100%. Não houve alteração nos parâmetros espectrais da

VPA, exceto no componente HF cujo significado fisiológico não é determinado.

A Tabela 3 demonstra os resultados obtidos para a avaliação do controle autonômico

pela análise simbólica em todos os blocos estudados. Com relação aos parâmetros da análise

simbólica, o padrão 0V, ligado a modulação simpática cardíaca, foi significativamente maior no

bloco de 50% quando comparado aos blocos de 100%, 80% e 70% (p= 0,005, p= 0,002 e p=

0,004, respectivamente) (Figura 4(B)). Não houve diferença nos padrões 1V e 2LV. O padrão

33

2UV, relacionado à modulação vagal cardíaca em ortoestatismo, apresentou uma redução linear,

significativa com relação aos blocos basal e 100%, acompanhando a redução da FR(p< 0,001)

(Tabela 3). Além disso, observou-se diferença significativa no padrão 2UV quando os blocos de

60% e 50% foram comparados aos blocos 80% (p= 0,001 e p<0,001, respectivamente) e 70% (p=

0,004 e p< 0,001, respectivamente).

A Figura 5 exibe o efeito do protocolo normalizado sobre a componente HFnu para os

blocos de 100% e 80% em cada sujeito individualmente. Os protocolos induziram aumento da

ativação vagal em 81% dos indivíduos impostos à ventilação controlada na FRE (Figura 5-A). No

bloco de ventilação a 80% da FRE todos os indivíduos apresentaram aumento do componente de

modulação vagal (Figura 5-B).

DISCUSSÃO

A manobra de ventilação controlada é empregada na promoção da ativação vagal,

inclusive sendo indicada para tratamento da hipertensão no intuito de reduzir a pressão arterial e

melhorar o quadro clínico (Grossman e cols., 2001; Radaelli e cols., 1994; Reimann e cols., 2010;

Pinna e cols., 2006; Cooke e cols., 1998; Sakakibara e cols., 1996). Todos estes estudos, porém,

consideram frequências respiratórias absolutas de 10 ou 15ivpm a serem aplicadas

indiscriminadamente aos indivíduos e pacientes. Em particular, a FR respiratória indicada pelas

Diretrizes Brasileiras de Hipertensão é de 10 ivpm (VI Diretrizes Bras. De HAS, 2010). Nossos

resultados ressaltam a importância de se considerar a frequência respiratória espontânea

individual e sua ação no tônus simpático basal em protocolos da ativação vagal. Apesar de

observarmos aumento significativo da ativação vagal a 10 ivpm (Figura 1), a análise individual

dos sujeitos submetidos ao protocolo padrão (Figura 2) evidencia a heterogeneidade das

respostas deste grupo, com aumento da ativação vagal em 80% dos indivíduos de R10, em 50%

de R15 e de 40% dos indivíduos em R20. Ao levarmos em consideração a FRE individual e

aplicarmos o protocolo normalizado, somente o controle da ventilação, mesmo na FRE individual,

já evocou um aumento da modulação vagal em 80% dos indivíduos (Figura 5A) e a ativação vagal

34

foi atingida com homogeneidade, em todos os indivíduos com frequência respiratória de 80% da

FRE (Figura 5B).

Sabe-se que a respiração lenta induz uma diminuição generalizada na regulação das vias

excitatórias dos sistemas cardiovascular e respiratório (Joseph e cols., 2005). Alguns autores já

demostraram que a ventilação controlada, particularmente a respiração lenta de 3 a 6 ciclos/min,

reduz a FC e PA tanto em indivíduos hígidos (Sakakibara e cols., 1995; Krasnikov e cols., 2012)

como em pacientes hipertensos (Joseph e cols., 2005). Os mecanismos envolvidos nas

alterações impostas pela ventilação lenta, porém, ainda não são totalmente conhecidos. Alguns

autores atribuem tais efeitos a modificações reflexas, como aumento da sensibilidade baroreflexa

(Reimann e cols., 2010; Bernardi e cols., 2001; Joseph e cols, 2005) e redução no quimireflexo

(Bernardi e cols., 2001). Além disso, alterações anatômicas de distensão pulmonar podem

evocar respostas autonômicas (Bernardi e cols., 2001). Também o reflexo de Hering-Breuer, que

induz inibição da inspiração após a insulflação do pulmão, é mediado pela inervação vagal e

parece ter um papel importante na regulação da frequência respiratória e profundidade

ventilatória (Clark e cols., 1972). Nossos resultados não apontaram variações na sensibilidade

barorreflexa espontânea, o que pode ser atribuído tanto ao método de avaliação, que no nosso

caso foi indireto (Fazan e cols., 2005) ou devido às próprias variações metodológicas (Tzeng e

cols. (2009)). De qualquer modo, nossos resultados sugerem que a ordem e magnitude de ação

de tais possíveis mecanismos durante a manobra de ventilação controlada podem depender de

características individuais, como a frequência respiratória espontânea. Em um mesmo grupo ao

qual é imposta uma frequência respiratória fixa de 10 ivpm, podemos encontrar indivíduos

respirando em sua própria FRE e outros respirando próximos a 50% da FRE. Nosso estudo

corrobora a hipótese de que estas manobras têm efeitos distintos nos dois casos, sendo que

nestes últimos indivíduos tal manobra poderia não apenas ser ineficaz na redução da PA, como

poderia evocar ativação simpática.

De fato, os resultados da análise simbólica sugerem um aumento da modulação

simpática cardíaca quando a FR imposta é de cerca de 50% da FRE. Protocolos que impõem FR

35

muito lentas podem induzir alterações fisiológicas na função pulmonar em busca da adaptação ao

tempo de ventilação prolongado. Tais alterações podem ocorrer de forma aguda e ser suprimidas

quando o protocolo envolve treinamento com avaliação do efeito crônico. Tanto a hipóxia quanto

a hipercapnia aumentam a ventilação e podem aumentar o tônus simpático, a FC, a PAS (Van de

Borne e cols., 2000; Somers e cols., 1989a,b). Nosso estudo não avaliou os parâmetros de

função respiratória devido ao fato de a metodologia ser capaz de inserir alterações autonômicas

confundidoras na análise (Bernardi e cols., 2000).

Um possível aumento do componente simpático cardíaco possui importância tanto de

caráter investigativo quanto clínico uma vez que a ventilação controlada vem sendo aplicada

como intervenção medicamentosa em diversas patologias como na hipertensão (Radaelli e cols.,

1994; Grossman e cols., 2001; Gavish e cols., 2010; Mourya e cols., 2009), diabetes (Brown e

cols., 2008), infarto agudo do miocárdio (Adams e cols., 2009). A modulação respiratória anormal

é frequentemente relacionada com disfunção autonômica e a manipulação do padrão respiratório

pode promover efeitos benéficos para o controle cardiovascular e respiratório tanto em condições

fisiológicas quanto patológicas. Abre-se então uma nova área para futuras pesquisas visando à

melhora do manejo de pacientes com disfunção autonômica cardiovascular (Bernardi e cols.,

2001). No entanto, o sucesso do método depende muito da interação do paciente e das

condições associadas à patologia (Gavish e cols., 2010).

Cabe ressaltar, porém, que a interpretação dos resultados da análise simbólica não foi

ainda validada em protocolos de ventilação controlada. Demonstrou-se uma correlação do padrão

0V com a modulação simpática somente em situações de ativação simpática farmacológica por

manobras padrões (Guzzetti e cols., 2005) e em protocolo de estimulação simpática gradual

imposta por ortoestatismo passivo, quando correlações positiva e negativa dos padrões 0V e

2UV, respectivamente, foram observadas em relação ao grau de ativação simpática (Porta e

cols., 2007). Nossos resultados da análise simbólica para o grupo 50% da FRE não puderam ser

confrontados com valores obtidos através da análise espectral porque frequências inferiores a 9

ivpm implicam no deslocamento do componente respiratório para a banda LF (Figura 3),

36

impossibilitando a avaliação do controle autonômico por análise espectral (Radaelli e cols., 1994.

Malliani e cols., 1991; Bernardi e cols., 2000; Kox e cols., 2011).

Como conclusão, evidenciamos a importância na avaliação da FRE para a aplicação das

manobras de ventilação controlada. Demonstramos pela primeira vez o comportamento do

controle autonômico com a variação da FR, propondo um protocolo normalizado pelas condições

basais de cada indivíduo. Demonstramos que tal protocolo permite avaliar de forma mais

homogênea indivíduos de FRE variadas e apresentamos algumas evidências que podem indicar

que o uso de FR em torno de 50% da FRE induz ativação simpática cardíaca. O uso da manobra

de ventilação controlada a 80% da FRE evocou aumento do componente vagal cardíaco em

todos os indivíduos avaliados potencializando sua aplicação em protocolos que visem a ativação

vagal em indivíduos hígidos e motivando o estudo de tal protocolo em situações patológicas.

37

PERSPECTIVAS

Como perspectivas, o protocolo normalizado poderia ser aplicado à populações de

diferentes patologias tanto para avaliações do efeito agudo como para estudo crônico por

treinamento de forma adaptativa, buscando a construção de modelos individualizados para

respostas mais eficientes. Além disso, o estudo sobre o efeito agudo das FR lentas, com rigor

metodológico, avaliando de forma direta o tônus simpático e a função respiratória, poderia

fornecer informações mais precisas sobre o efeito da FR a 50% da FRE sobre o controle

autonômico cardiovascular.

LIMITAÇÕES DO ESTUDO

Devido às possíveis implicações da metodologia de análise de gases sobre o controle

autonômico, optamos por não realizar o teste de espirometria para quantificação da eficiência da

função pulmonar. A ausência destes dados é uma limitação do nosso estudo, pois impossibilita a

análise mais precisa sobre as possíveis adaptações fisiológicas durante as manobras como a

hipoxia ou hiperventilação. Outra limitação está relacionada à logistica metodológica que devido

ao período longo de experimento impossibilitou a aplicação dos dois protocolos, padrão e

normalizado, ao mesmo grupo de indivíduos.

CONFLITOS DE INTERESSE

Os autores declaram não haver conflitos de interesse que prejudicariam a imparcialidade

desse estudo.

FINANCIAMENTO

Este trabalho foi financiado por recursos provenientes de agências de fomento à

pesquisa: CNPq, CAPES e FAPERGS.

AGRADECIMENTOS

Grupo de pesquisa em fisiologia da UFCSPA, em especial à Profa. Dra. Katya Vianna

Rigatto, ao Prof. Dr. Rodrigo DellaMéa Plentz e à doutoranda Cinara Stein.

38

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43

Figura 1: Parâmetros relativos a avaliação do controle autonômico através da análise espectral

(n=10) aplicada às séries de intervalo de pulso do Protocolo Padrão. O painel (A) mostra a

potência espectral em valores absolutos da banda de alta frequência HF (HFabs) e o painel (B)

reporta os valores normalizados da mesma componente. Diferença estatisticamente significativa

comparada aos blocos: Basal (*) e R10 (#)

Figura 2: Efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente HF normalizado nos sujeitos submetidos ao protocolo padrão. Linhas contínuas denotam transições com aumento da componente HF com relação à situação basal durante a manobra de ventilação controlada. As linhas pontilhadas marcam diminuição desta componente durante a manobra. Os protocolos induziram aumento da componente HF em 8 de 10 indivíduos em R10 (A), em 5 de 10 em R15 (B) e em 4 de 10 em R20 (C).

# #

# #

44

Figura 3: Exemplo de espectros da variabilidade da frequência cardíaca (acima) e do sinal

respiratório (abaixo) nas situações de controle ventilatório na frequência respiratória espontânea

FRE (A), na frequência normalizada em 70% da FRE (B) e na frequência normalizada em 50% da

FRE. A área grifada corresponde à maior coerência espectral e demonstra o deslocamento dos

picos em direção à banda denominada LF (0,04-0,15Hz). A linha pontilhada marca o limite entre

as bandas de frequência LF e HF (0,15Hz).

45

Figura 4: Parâmetros relativos a avaliação do controle autonômico através da análise espectral

(n=16) (A) e da análise simbólica (n=16)(B) aplicadas às séries de intervalo de pulso do Protocolo

Normalizado. O painel (A) mostra a potência espectral normalizada da banda de alta frequência

HF (HFnu) e o painel (B) reporta os valores percentuais de ocorrência do padrão 0V da análise

simbólica. Diferença estatisticamente significativa comparada aos blocos: Basal (*), 100% (#),

80% (+) e 70% (&).

Figura 5: Efeito das manobras de ventilação controlada sobre o componente HFnu nos sujeitos submetidos ao protocolo normalizado. Linhas contínuas denotam transições com aumento da componente HF com relação à situação basal durante a manobra de ventilação controlada. As linhas pontilhadas marcam diminuição desta componente durante a manobra. Os protocolos induziram aumento da componente HF em 13 de 16 indivíduos no grupo 100% (A) e em todos os 16 indivíduos no grupo 80% (B).

*#+& *#

*

46

Tabela1: Avaliação do controle autonômico no Protocolo Padrão. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desvio padrão da média

e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis 25% e 75%). Diferenças significativas testadas pelo método de ANOVA

de uma via com medidas repetidas, seguido pela comparação múltipla de Tukey, são assinaladas como (*) em relação a condição Basal, (#) em relação ao

bloco R10 e (+) em relação ao bloco R15.

Basal R10 R15 R20 p

FC (bpm) 60,69±10,92 60,03±11,95 59,79±11,17 59,43±11,04 0,832

PAS (mmHg) 104,86±16,04 102,57±8,82 101,22±13,4 104,19±9,48 0,776

Análise Espectral

VFC (ms2) 1786,18 (1057,9-4281,95) 2959,62 (1619,57-4794,65) 2797,81 (1364,5-5163,25) 1957,86 (880,13-3382,84) 0,451

LFa (ms2) 493,16 (246,3-1473,93) 434,51 (161,06-1004,96) 452,55 (192,82-2266,79) 518,67 (264,83-646,21) 0,229

LF nu 43,44(33,73-51,33) 31,80(9,87-4,21)* 46,42(21,98-84,65)# 54,62(34,18-63,49)

# 0,034

HFa (ms2) 1093,92±1054,26 1832,73±1610,46* 920,37±1098,35

# 804,46±773,96

# 0,009

HF nu 55,71(38,30-59,01) 66,87(46,10-88,53)* 45,98(13,62-76,12)# 43,81(33,81-61,05)

# 0,041

VPA (mmHg2) 13,04 (5,46-21,23) 12,53 (6,1-46,67) 10,25 (4,37-24,95) 9,06 (2,45-17,31) 0,494

LFabs (mmHg2) 1,63±1,10 5,57±6,48 5,52±5,69 2,32±2,72 0,09

HFabs (mmHg2) 0,98 (0,5-1,37) 1,98 (1,4-3,81) 0,63 (0,32-0,93) 0,61 (0,46-1,05)

# 0,008

índice-α 26,63±20,99 14,65±11,37 27,98±25,36 31,20±24,63 0,136

Análise Simbólica

0v 12,75 (5,69-19,46) 9,4 (5,02-17,73) 9,04 (6,38-15,1) 11,09 (3,03-14,05) 0,782

1v 48,07 (47,57-48,83) 44,37 (41,95-49,5) 48,66 (41,47-52,84) 44,35 (35,79-47,830 0,145

2lv 18,28±4,82 23,69±12,07 20,39±6,24 12,85±5,18# 0,033

2uv 21,29±6,91 18,92±7,1 20,55±9,72 36,07±12,45*#+

<0,001

47

Tabela 2: Avaliação do controle autonômico no Protocolo Normalizado (n=16) pela análise

espectral. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desvio padrão da

média e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis

25% e 75%). Diferenças significativas obtidas pela análise de ANOVA de uma via com

medidas repetidas, seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey, são assinaladas

como (*) em relação a condição Basal (*) e (#) em relação ao bloco de 100%.

Basal 100% 80% p

FC 70±10 70±10 69±10 0,0785

PAS 114(102-124) 113(103-123) 113(107-128) 0,305

Análise Espectral

HRV (ms2) 2377±1932 2603±2158* 2877±2008*

# 0,644

LFabs (ms2) 932 (349-1376) 551 (186-1130) 438 (248-939) 0,105

LF nu 51±19 39±23* 30±21* <0,001

HFabs (ms2) 933±998 1253±1203 1707±1527 0,058

HF nu 42 (33-61) 62 (41-72)* 73 (50-82)*# <0,001

LF/HF index 1,15 (0,61-1,94) 0,51 (0,29-1,29)* 0,32 (0,17-0,645)*# <0,001

SAPV (mmHg2) 18,22 (8,2-35,8) 15,67 (8,2-31,7) 18,08 (12,1-30,5) 0,210

LF abs (mmHg2) 3,4 (2,2-5,5) 2,7 (1,6-9,1) 2,3 (0,9-19,1) 0,740

HF abs (mmHg2) 2 (1-3) 2,8 (2-4,3)* 4,5 (2,9-7,3)*

# <0,001

Índice-α 13,25±5,51 15,18±11,96 14,54±11,10 0,735

48

Tabela 3 - Avaliação do controle autonômico no Protocolo Normalizado (n=16) pela análise simbólica. Dados com distribuição normal são apresentados como média ± desvio

padrão da média e dados com distribuição não normal são apresentados como mediana (interquartis 25% e 75%). Diferenças significativas obtidas pela análise de ANOVA de

uma via com medidas repetidas, seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey, são assinaladas como (*) em relação a condição Basal (*), (‡)em relação ao bloco 100%,

(#) em relação ao bloco 80%, (†) em relação ao bloco 70% e (&) em relação ao bloco 60%

.

Basal 100% 80% 70% 60% 50% p

(entre blocos de FR)

0V 13,32 (6,0-23,94) 11,87 (4,61-21,36) 9,34 (4,77-18,59) 12,62 (5,54-18,3) 16,57 (9,39-21,15) 16,62 (15,06-24,37)*‡#†&

0,016

1V 45,97 (39,44-47,89) 48,37 (44,75-50,66)* 50,01 (47,71-52,74)* 48,24 (43,73-50,25)* 48,36 (45,44-52,26)* 48,64 (45,04-51,79)* 0,025

2LV 19,44±8,16 19,44±9,77 22,53±8,95 25,17±11,16 24,75±8,36 23,65±10,77 0,061

2UV 22,68±11,75 20,74±8,88 15,04±6,07*‡#†

14,09±6,37*‡#†

9,72±5,36*‡#†

7,68±4,76*‡#†

<0,001

49