Exercise intolerance and heart failure: Role of vascular dynamics and impact of exercise interventions

Abstract

This doctoral dissertation format follows a scientific article template according to the norms of the Graduate Program in Health Sciences and Technologies at the University of Brasília and the norms of the University of Hasselt. This doctoral dissertation is under joint supervision. The central theme of the thesis is heart failure and exercise intolerance. The three articles portrayed in chapters of the thesis body addressed aspects related to the central theme differently. In the first article, with a cross-sectional design and focus on physiology, exercise intolerance was seen from the vascular perspective of peripheral oxygen extraction during muscle strength stimulation. In this article, we explored possible differences between heart failure phenotypes and disease severity. In the second article, a randomized clinical trial design, exercise intolerance was portrayed as the target of high-intensity physical training protocols aimed at the rehabilitation of patients, in general, with less severe disease. In addition to the cardiorespiratory capacity outcome, this article addressed vascular aspects by measuring endothelial function, muscle strength, and functional capacity. In the third article, a metaanalysis design, exercise intolerance was also portrayed as a target of physical training protocols, and the population included were patients with previous heart failure undergoing a heart transplant procedure. In this article, physical exercise modalities were compared in cardiorespiratory capacity and related outcomes, such as endothelial function and muscle strength. The conclusion of the thesis points out that peripheral oxygen extraction is more impaired in heart failure with preserved ejection fraction phenotype and in more severe patients. It also indicates that high-intensity training, regardless of aerobic or resistance training, reduces exercise intolerance in patients with less severe heart failure. However, high-intensity aerobic training, in general, proved to be more beneficial than resistance training for exercise intolerance with the sum of related aspects. Finally, the high-intensity aerobic training modality showed a more significant reduction in exercise intolerance in patients with heart failure undergoing heart transplantation, verified by the more significant gain in cardiorespiratory capacity regardless of the time after the transplant.

Esta dissertação de doutorado foi escrita no formato de artigo científico seguindo as normas disponibilizadas pelo Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias em Saúde da Universidade de Brasília e seguindo orientações da University of Hasselt. Trata-se de dissertação de doutorado em regime de co-tutela. O tema central da tese é insuficiência cardíaca e intolerância ao exercício. Os três artigos retratados em capítulos no corpo da tese abordaram aspectos relacionados ao tema central de diferentes maneiras. No primeiro artigo, de design transversal e enfoque em fisiologia, a intolerância ao exercício foi retratada pela ótica vascular da extração periférica de oxigênio durante estímulo de força muscular. Neste artigo foi verificado possíveis diferenças entre fenótipos da insuficiência cardíaca e severidade da doença. No segundo artigo, de design ensaio clínico randomizado, a intolerância ao exercício foi retratada como alvo de protocolos de treinamento físico de alta intensidade visando a reabilitação de pacientes, em geral, com menor severidade da doença. Neste artigo, além do desfecho capacidade cardiorrespiratória foram abordados aspectos vasculares pela medida de função endotelial, bem como força muscular e capacidade funcional. No terceiro artigo, de design metanálise, a intolerância ao exercício foi retratada também como alvo de protocolos de treinamento físico e a população incluída foram pacientes previamente com insuficiência cardíaca que passaram por procedimento de transplante cardíaco. Neste artigo, foram comparadas modalidades de exercício físico nos desfechos capacidade cardiorrespiratória e desfechos relacionados a este como função endotelial e força muscular. A conclusão da tese aponta que a extração periférica de oxigênio está mais prejudicada na insuficiência cardíaca de fenótipo fração de ejeção preservada e em pacientes mais severos. Também indica que o treinamento de alta intensidade, independente da modalidade aeróbia ou resistida, reduz a intolerância ao exercício em pacientes com insuficiência cardíaca de severidade menor. Porém o treinamento de alta intensidade aeróbio, em geral, se demonstrou mais benéfico que o treinamento resistido para intolerância ao exercício com a somatória de aspectos relacionados a isso. Por fim, a modalidade de treinamento aeróbio de alta intensidade demonstrou maior redução da intolerância ao exercício em pacientes com insuficiência cardíaca que passaram por transplante cardíaco, verificada pelo maior ganho em capacidade cardiorrespiratória independentemente do tempo pós transplante.