Saiba mais sobre os Exercícios CardioBreath®App e as coletas de sinais por sensores de celular

1. Sobre os exercícios

A seção Prescrição do CardioBreath®App apresenta a customização individualizada dos exercícios em frequências respiratórias (FR) mais lentas que a Frequência Respiratória Espontânea (FRe) do usuário, consideradas as mais apropriadas para melhorar os mecanismos de regulação cardiovascular. As faixas de frequência disponíveis para os exercícios do aplicativo são de 2 a 15 ciclos respiratórios por minuto (cpm), ou 0,03 hz a 0,25 hz, de forma equânime para as duas fases respiratórias, conforme classicamente utilizado nos pranayamas do Hatha Yoga.(1)

Respiração lenta e profunda favorece a eficiência do acoplamento cardiorrespiratório.(2) Treinamento respiratório baseado em tradições de yoga e meditação instruem seus participantes a respirar de forma lenta e profunda (por exemplo 6 ciclos respiratórios por minuto).(3) O controle da respiração apresenta inúmeros benefícios sobre a saúde, tais como bem-estar, relaxamento e redução do estresse.(4) Além disso, exercícios respiratórios têm se mostrado efetivos na melhora das condições cardiovasculares de pacientes hipertensos(5), reduzindo a pressão arterial.(6)

A utilização de valores percentuais da FRe como faixa de FR de exercício para estimular melhora da modulação vagal cardíaca, importante fator de proteção para doenças cardiovasculares e outras é uma alternativa eficaz quando comparada à imposição de FR fixas para controle da respiração. A melhor estimativa para aumentar a modulação vagal cardíaca em indivíduos saudáveis é 80% da FRe.(7)

O resultado da prática continuada de exercícios respiratórios pode modificar a FRe. Já foi demonstrado que praticantes de yoga que utilizam a técnica respiratória Ujjayi pranayama apresentam FRe mais baixas que os praticantes que não utilizam a técnica.(8) Um dos fundamentos dos exercícios CardioBreath® App é dominar com consciência a mecânica dos movimentos respiratórios e aumentar a expansibilidade torácica. Exercícios respiratórios tendem a aumentar a expansibilidade torácica e diminuir a frequência respiratória.(9) Já está demonstrado que aumentar a expansibilidade torácica é benéfico para reduzir a pressão arterial.(10) Indivíduos praticantes de yoga apresentam maior expansibilidade abdominal e torácica quando comparados a sedentários saudáveis.(11) Dados na literatura apontam para diminuição da expansibilidade torácica e aumento do esforço respiratório com a idade.(12) Sobrepeso e obesidade apresentam distúrbios respiratórios em função da deposição de gorduras que reduzem volumes pulmonares.(13) Percentual de gordura elevado está associado com volumes pulmonares menores,(14) podendo estabelecer a condição de apneia obstrutiva do sono que apresenta influências deletérias sobre o padrão respiratório,(15) Sedentarismo(16) e tabagismo(17) são apontados como fatores de risco maiores para a saúde e comprometem as funções respiratórias. 

Considerando estes fatores, Prescrição CardioBreath®App é a customização individualizada dos exercícios respiratórios nos níveis básico, médio e avançado a partir dos dados de frequência respiratória espontânea (FRe) coletada pelo aplicativo e os dados biológicos de gênero, idade, IMC (obtido por peso/altura2) e condições fisiopatológicas estratificam o usuário para uma das três faixas de indivíduos (saudáveis, presença de fatores de risco cardiovascular e pacientes cardiovasculares).

A estratificação dos usuários foi estabelecida pelos seguintes critérios:

Idade e sexo: Mulheres < 50 anos =1 ponto; >50 anos =2pontos; Homens < 40 anos =1 ponto > 40 anos = 2 pontos

Peso/altura2 = IMC = estratificação até 25= 1 ponto; entre 25 e 30 = 2 pontos; acima de 30 =3 pontos

Sedentarismo, tabagismo, hipertensão, diabetes, apneia do sono = 3 pontos

Cardiopatia = 5 pontos

A customização dos exercícios no menu Prescrição pode ser visualizado na Tabela 1, em anexo abaixo.

Assim como a pressão arterial, espera-se a redução da frequência cardíaca após a realização de exercícios respiratórios.(18) Em função disso, FC inicial (FCi) e a FC final (FCf) podem ser registradas para acompanhamento no gráfico no menu Progressos. Também estarão registradas as frequências respiratórias FR relativas ao tempo acumulado dos exercícios. O gráfico 1 representa FR de exercício X tempo de exercício e o gráfico 2 demonstra FC pré exercício X FC pós exercícios.

O menu Vitoriosos destina-se aos usuários que já desenvolveram alguma maestria sobre a respiração, apresentando também as possibilidades de realizar exercícios com séries de um minuto e com pausas respiratórias (inspiratórias e expiratórias). Nesta modalidade o usuário auto prescreve seu exercício através da escolha da FR (com ou sem pausas respiratórias), tempo de duração e postura. Os exercícios com pausa respiratória estão prescritos nas frequências 2cpm, 2,5 cpm, 3cpm e 3,75cpm. A duração das fases inspiratórias e expiratórias e suas respectivas pausas obedecem ao mesmo padrão de equanimidade utilizado nos exercícios sem pausas. Ao alcançar 60 minutos de prática desses exercícios, um check list sobre o desenvolvimento da técnica respiratória irá possibilitar a obtenção do troféu dos vitoriosos. Esse check listserá exibido novamente ao acumular mais 30 minutos de exercícios, e assim sucessivamente, até a obtenção do troféu.

Relax é a técnica de relaxamento físico e mental CardioBreath®App. É largamente recomendado aos usuários que desejam relaxar profundamente, sendo realizado exclusivamente na postura deitada. O manejo do estresse através de técnicas de relaxamento já está demonstrado(19), bem como os efeitos benéficos do relaxamento para pacientes hipertensos.(20) O exercício de relaxamento CardioBreath®App é baseado na técnica de yoganidra, ou yoga do sono, e é composto por exercício respiratório específico para relaxamento e rodízio de consciência das partes do corpo, permitindo um relaxamento natural que proporciona restauração de órgãos e tecidos, rede neural e leito vascular, além de reduzir estresse, ansiedade depressão.(21)

As seções Harmonia, Silêncio e Fit são compostas por vídeo aulas de curta duração fundamentadas em yoga e alongamento sincronizados com respiração. Esse tipo e formato de exercício, desenvolvidos pela Prof. Dra. Cláudia Fetter (CREF/RS 1939), Profissional de Educação Física, Mestre e Doutora em Ciências da Saúde (Cardiologia), apresentou resultados relevantes na redução de importantes fatores de risco cardiovascular em mulheres hipertensas pós menopausa.(22)

2. Coletas de sinais

Para validar as coletas do CardioBreath em comparação com avaliações consideradas padrão ouro, um estudo piloto comparou a coleta de FRe do aplicativo versus método visual, amplamente aceito para determinar FRe através de teste T de Student para amostras pareadas através de 100 coletas de FRe (5 séries de um minuto em 20 indivíduos saudáveis). A média encontrada na coleta do aplicativo foi de 13.0 ± 4.6 ciclos por minuto (cpm) versus 13.3 ± 4.3 cpm obtido pelo método visual, constatando que não houve diferença significativa entre os dois métodos (p = 0.253), ou seja, os métodos equivalem entre si.

Os dados da FC foram comparados em 10 séries do aplicativo CardioBreath versus FC obtida por frequencímetro Polar modelo V800 nos mesmos 20 indivíduos saudáveis, totalizando 200 coletas. Analisadas a partir do Plot de Bland Altman que apresenta a diferença ou ∆ entre cada coleta (conforme pode ser visto na Figura 1 abaixo), as diferenças mais discrepantes da linha central são encontradas em FC mais elevadas, que são fisiologicamente menos prevalentes no contexto. O fato em si ainda pode ser atribuído em parte ao fato do aplicativo coletar a FC em 10 segundos (multiplicando por 6) enquanto o polar coleta em 5 segundos (x 12) para determinar a FC, e que mesmo poucos batimentos representam grande diferença no número final.

Estes dados foram apresentados como Pôster no Congresso Mundial de Cardiologia, realizado em outubro de 2022 no Rio de Janeiro. Após estes resultados, pequenos ajustes foram realizados para aprimorar os cômputos de “batimentos inteiros” dentro do trecho contabilizado.

Vale salientar ainda que os vários estudos científicos previstos para o aplicativo, todos aprovados por comitês de ética de variadas instituições, foram forçados a esperar devido à pandemia da Covid-19. No momento, encontra-se em andamento a avaliação das variáveis coletadas pelo aplicativo com sinais contínuos com cintas piezoelétricas para a FRe e sistema Finometer para FC (aquisição de sinal pressórico do qual deriva-se um sistograma e posteriormente um tacograma). O objetivo é buscar mais informações tanto sobre a acurácia dos sinais biológicos e outras possíveis interferência dos diferentes sistemas de coleta. Além disso, outros estudam buscam aprimorar ainda mais o método de prescrição destes exercícios, suas respostas fisiológicas e outras formas de esclarecer sobre a importância não só do aplicativo, mas do fato de respirar de forma mais lenta. Inúmeras são as lacunas da ciência acerca do tema da respiração lenta e suas respostas fisiológicas em variadas populações.

Coleta de Frequência Cardíaca (FC)

É feita uma coleta utilizando a primeira câmera disponível na traseira do dispositivo junto com a ativação do LED também na traseira do dispositivo. O usuário usa o dedo indicador da sua escolha e o estabiliza contra a câmera. Com uma frequência de aproximadamente 20 frames por segundo, a informação do canal vermelho (R do RGB) de cada pixel é usada para calcular a média (de todos pixels). Essa média, ao longo do tempo, é usada para detectar a mudança volumétrica de sangue. Um filtro de média móvel é usado com um certo valor de janela para contribuir na redução de possíveis ruídos. Um algoritmo de detecção de picos é usado para contar o número de picos e localizar os índices correspondentes. Por fim, como o timestamp de cada ponto da coleta é armazenado, temos a fórmula para calcular a frequência cardíaca: (número de picos – 1) * 60 / (dif. de tempo entre último e primeiro pico)

Coleta de Frequência Respiratória espontânea (FRe)

É feita uma coleta usando o acelerômetro disponível com o dispositivo. O usuário estabiliza o seu dispositivo entre o peito e acima do umbigo antes de começar. Com uma frequência de aproximadamente 10 vezes por segundo, são coletadas as informações correspondentes aos eixos X, Y e Z por 60 segundos. Seguindo análises empíricas de dados, os eixos X e Y são usados e o eixo Z foi considerado muito ruidoso (mesmo que intuitivamente pareça o ideal). Um filtro de média móvel é usado com um certo valor de janela para contribuir na redução de possíveis ruídos e suavizar os pontos. Um algoritmo de detecção de picos é usado para contar o número de picos estabelecendo uma relação com a inspiração e expiração e checando se um ciclo respiratório realmente foi completado (é preciso apresentar uma curva crescente e decrescente nos arredores do pico). Por fim, esse número revisado é o número de ciclos respiratórios por minuto.

REFERÊNCIAS

  1. Satyananda SS. Asana Pranayama Mudra Bandha. Bihar India: Bihar School of Yoga; 2006.
  2. Bernardi L, Porta C, Gabutti A, Spicuzza L, Sleight P. Modulatory effects of respiration. Auton Neurosci. 2001;90(1-2):47-56.
  3. Giardino ND, Glenny RW, Borson S, Chan L. Respiratory sinus arrhythmia is associated with efficiency of pulmonary gas exchange in healthy humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2003;284(5):H1585-91.
  4. Zaccaro A, Piarulli A, Laurino M, Garbella E, Menicucci D, Neri B, et al. How Breath-Control Can Change Your Life: A Systematic Review on Psycho-Physiological Correlates of Slow Breathing. Front Hum Neurosci. 2018;12:353.
  5. Ferreira JB, Plentz RD, Stein C, Casali KR, Arena R, Lago PD. Inspiratory muscle training reduces blood pressure and sympathetic activity in hypertensive patients: a randomized controlled trial. Int J Cardiol. 2013;166(1):61-7.
  6. Brandani JZ, Mizuno J, Ciolac EG, Monteiro HL. The hypotensive effect of Yoga’s breathing exercises: A systematic review. Complement Ther Clin Pract. 2017;28:38-46.
  7. De Souza LA, Ferreira JB, Schein ASO, Dartora DR, Casali AG, Scassola CMC, et al. Optimization of Vagal Stimulation Protocol Based on Spontaneous Breathing Rate. Front Physiol. 2018;9:1341.
  8. Satin JR, Linden W, Millman RD. Yoga and psychophysiological determinants of cardiovascular health: comparing yoga practitioners, runners, and sedentary individuals. Ann Behav Med. 2014;47(2):231-41.
  9. Vieira DS, Mendes LP, Elmiro NS, Velloso M, Britto RR, Parreira VF. Breathing exercises: influence on breathing patterns and thoracoabdominal motion in healthy subjects. Braz J Phys Ther. 2014;18(6):544-52.
  10. Pinheiro CH, Medeiros RA, Pinheiro DG, Marinho Mde J. Spontaneous respiratory modulation improves cardiovascular control in essential hypertension. Arq Bras Cardiol. 2007;88(6):651-9.
  11. Fetter C, Souza LA, Dartora DR, Schein A, Eibel B, Casali K, Irigoyen MC. Increased Maximal Expiratory Pressure, Abdominal and Thoracic Respiratory Expansibility in Healthy Yoga Practitioners Compared to Healthy Sedentary Individuals. Int J Cardiovasc Sci 2021;34(6):728-31.
  12. Janssens JP, Pache JC, Nicod LP. Physiological changes in respiratory function associated with ageing. Eur Respir J. 1999;13(1):197-205.
  13. Brazzale DJ, Pretto JJ, Schachter LM. Optimizing respiratory function assessments to elucidate the impact of obesity on respiratory health. Respirology. 2015;20(5):715-21.
  14. Sutherland TJ, McLachlan CR, Sears MR, Poulton R, Hancox RJ. The relationship between body fat and respiratory function in young adults. Eur Respir J. 2016;48(3):734-47.
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  18. Jerath R, Edry JW, Barnes VA, Jerath V. Physiology of long pranayamic breathing: neural respiratory elements may provide a mechanism that explains how slow deep breathing shifts the autonomic nervous system. Med Hypotheses. 2006;67(3):566-71.115
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  4. Fetter C, Marques JR, de Souza LA, Dartora DR, Eibel B, Boll LFC, Goldmeier SN, Dias D, De Angelis K, Irigoyen MC. Additional Improvement of Respiratory Technique on Vascular Function in Hypertensive Postmenopausal Women Following Yoga or Stretching Video Classes: The YOGINI Study. Front Physiol. 2020 Aug 27;11:898. doi: 10.3389/fphys.2020.00898. PMID: 32982766; PMCID: PMC7485134.

Tabela 1. Tabela de customização de FR para exercícios

Após aplicação da fórmula de estratificação, a customização dos exercícios para o usuário obedece a valores de FR e tempo de duração conforme as intensidades básica, média e avançada.

Figura 1. Plot de Bland Altman apresenta ∆ entre cada coleta (total 200) CardioBreath versus FC obtida por frequencímetro Polar modelo V800. As diferenças mais discrepantes da linha central são encontradas em FC mais elevadas.

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