Streszczenie rozprawy lek. M. Sielska - Wojtaszek

Streszczenie rozprawy lek. M. Sielska - Wojtaszek

Mirosława Sielska-Wojtaszek
OCENA WYDOLNOŚCI WYSIŁKOWEJ U DZIECI
Z ZESPOŁEM NADPOBUDLIWOŚCI
PSYCHORUCHOWEJ PRZY POMOCY
TESTU ERGOSPIROMETRYCZNEGO
Rozprawa na stopień doktora nauk medycznych
Promotor:
Prof. dr hab. n. med. Bożena Werner
Klinika Kardiologii Wieku Dziecięcego i Pediatrii Ogólnej
Warszawski Uniwersytet Medyczny
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. n. med. Bożena Werner
Warszawa
2016
1
STRESZCZENIE
Zespół nadpobudliwości psychoruchowej (ADHD) wzbudza zainteresowanie nie tylko w
medycynie, gdyż zaliczany jest do jednej z częstszych patologii wieku rozwojowego i według
rekomendacji Amerykańskiej Akademii Pediatrii ADHD uznany za chorobę przewlekłą. W
większości badań epidemiologicznych zakres rozpowszechnienia ADHD waha się między 3 a
10 %. Zgodnie z tymi badaniami częstość występowania ADHD jest większa u chłopców niż
u dziewcząt w stosunku 3:1 lub 2:1. Zróżnicowanie w badaniach nad stosunkiem płci
tłumaczy odmienność dominujących podtypów u chłopców i dziewcząt.
Rozpoznanie ADHD jest trudne z powodu braku wyraźnych cech patognomonicznych w
badaniu przedmiotowym i badaniach biochemicznych, dlatego pozostaje jedynie w gestii
psychiatrów, korzystających z kryteriów diagnostycznych wg klasyfikacji DSM-IV. Zespół
nadpobudliwości psychoruchowej charakteryzuje obecność trwałych wzorców zachowania,
które wystąpiły nie później niż do 12 roku życia, utrzymują się co najmniej 6 miesięcy i
układają w triadę objawów: zaburzenia uwagi, nadruchliwość i impulsywność.
Systematyczny wysiłek fizyczny stymuluje zdrowie, pobudza rozwój i kształtuje sprawność
fizyczną, a u dzieci ma istotny udział w zapobieganiu wielu chorobom cywilizacyjnym w
wieku dojrzałym, ponadto spełnia funkcje wychowawcze. Niewiele wiadomo na temat
ogólnej wydolności fizycznej pacjentów z ADHD, która zależy przede wszystkim od regulacji
i sprawności funkcji współdziałających w transporcie tlenu do pracujących mięśni i kontroli
metabolizmu. W mechanizmie regulacji tych funkcji w czasie wysiłku ważną rolę odgrywa
współczulny układ nerwowy. Pacjenci z ADHD stanowią niezwykle ciekawą grupę,
odmienną pod względem neurofizjologicznym i, pomimo trudności technicznych, inspirują do
przeprowadzenia analizy ich kondycji fizycznej. Na potrzebę badań w tym kierunku wskazują
nieliczne opublikowane dotychczas prace opisujące, że regularna aktywność ruchowa dzieci z
ADHD prowadzi do poprawy ich zachowań ruchowych, zwiększenia koncentracji, uwagi,
zdolności poznawczych oraz do poprawy sprawności i wydolności fizycznej
W dostępnym piśmiennictwie nie znaleziono pracy, w której jednorodna grupa pacjentów
(chłopców)
z
ADHD
elektrokardiograficznej,
byłaby
radiologicznej
poddana
i
jednoczesnej
wydolności
analizie
wysiłkowej
klinicznej,
ocenianej
metodą
ergospirometryczną.
Celem obecnej pracy była ocena wydolności fizycznej chłopców z zespołem nadpobudliwości
psychoruchowej.
2
Cel pracy realizowano poprzez następujące cele cząstkowe :
1. Czy chłopcy z ADHD mają odmienną budowę antropometryczną?
2. Czy czynność układu krążenia w spoczynku i podczas wysiłku fizycznego
u chłopców z ADHD jest taka sama jak u dzieci zdrowych?
3. Czy chłopcy z ADHD różnią się wydolnością fizyczną od dzieci zdrowych?
4. Czy test ergospirometryczny jest metodą przydatną i bezpieczną do oceny
wydolności wysiłkowej u chłopców z ADHD?
Badaniami objęto 37 chłopców z zespołem nadpobudliwości psychoruchowej, skierowanych
z Poradni Zdrowia Psychicznego dla Dzieci, Młodzieży i ich Rodzin w Warszawie.
Jako kryteria włączenia do grupy badanej przyjęto: płeć męska, wiek od 7-17 lat,
rozpoznanie ustalone przez specjalistów Poradni Zdrowia Psychicznego dla Dzieci,
Młodzieży i ich Rodzin, brak jakichkolwiek wykładników choroby płuc,
normalna aktywność fizyczna – uczestnictwo w lekcjach wychowania fizycznego, bez udziału
w zorganizowanych zajęciach dodatkowych, sekcjach wyczynowych,
pisemna zgoda na udział w badaniu wyrażona przez rodziców lub opiekunów oraz dodatkowo
przez dzieci mające ukończone 16 lat.
Badanych podzielono na 3 podgrupy wiekowe: podgrupa I (7-10 lat), podgrupa II (11-13 lat) i
podgrupa III (14-17 lat). Podział na podgrupy odzwierciedlał 3 etapy rozwojowe: wczesny
okres szkolny, okres pokwitania i młodzieńczy.
Badania diagnostyczne u badanych chłopców obejmowały: badanie podmiotowe i
przedmiotowe, 12-odprowadzeniowe badanie elektrokardiograficzne, badanie radiologiczne
klatki piersiowej oraz test PWC170 i ergospirometryczny / sercowo-płucny test wysiłkowy
cardiopulmonary exercise test CPET/.
W badaniu podmiotowym analizowano dane z wywiadu od rodziców i opiekunów prawnych
dotyczące chorób w rodzinie, rozwoju fizycznego, aktywności fizycznej i objawów infekcji u
badanych. W badaniu przedmiotowym oceniano częstość skurczów serca, pomiary ciśnienia
tętniczego,
oraz cechy antropometryczne.
Wykonywano przeglądowe zdjęcie radiologiczne klatki piersiowej, w którym oceniano
położenie, wielkość i sylwetkę serca, płuca i jamy opłucnowe.
W 12-odprowadzeniowym EKG analizowano rytm serca i jego częstość, czas trwania odstępu
PQ, zespołu QRS, odstęp QT i skorygowany odstęp QTc.
W pomiarach ciśnienia tętniczego oceniano wartości według metodyki podanej w IV
Raporcie Grupy Roboczej ds. kontroli ciśnienia u dzieci.
Test ergospirometryczny wykonano u wszystkich badanych na cykloergometrze rowerowym.
3
Zastosowano własny protokół testu wysiłkowego. U chłopców w podgrupie I obciążenie
zwiększano co 3 minuty o 20 W począwszy od 20 W, a u starszych z podgrupy II i III o 40 W
zaczynając od 40 W. Jako limit obciążenia przyjęto osiągnięcie częstości skurczów serca
190/min. Podczas testu wysiłkowego przeprowadzono następujące pomiary: pobierania tlenu
(VO2), wydalania dwutlenku węgla (VCO2), współczynnika wymiany oddechowej (RER),
ciągłej rejestracji wentylacji minutowej płuc (VE) oraz częstości skurczów serca (HR) i
zapisu EKG. Szczytowe pobieranie tlenu (VO2peak) definiowano jako brak przyrostu VO2
pomimo dalszego zwiększenia obciążenia ; VO2 osiągał plateau, czyli podobny poziom dla
dwóch kolejnych obciążeń i wyrażany był w l/min oraz ml/kg/min. Analogicznie obliczano
wydalanie VCO2. Kolejnym wskaźnikiem, który rejestrowano ciągle podczas testu była
wentylacja minutowa płuc (VE) określana jako objętość (w litrach) powietrza wdychanego
lub wydychanego w ciągu jednej minuty, obliczana jako iloczyn objętości oddechowej i
częstości
oddychania.
Współczynnik
wymiany oddechowej
(RER), obliczany był
automatycznie jako iloraz wytwarzanego dwutlenku węgla do zużytego tlenu. Kolejnym
rejestrowanym wskaźnikiem był VE/VO2 czyli wentylacyjny ekwiwalent tlenu, który oznacza
objętość wentylacji minutowej potrzebnej do pobrania litra O2.
W spoczynku oraz w chwili zakończenia wysiłku maksymalnego mierzono ciśnienie tętnicze
metodą
Korotkowa. Pomiary skurczowego (SBP) i rozkurczowego (DBP) ciśnienia
tętniczego krwi były jednym ze wskaźników odpowiedzi sercowo-naczyniowej na wysiłek.
Podczas testu ergospirometrycznego przeprowadzano ciągły zapis 12-odprowadzeniowego
elektrokardiogramu, w którym oceniano częstość skurczów serca i rytm serca.
Wyniki prób wysiłkowych uzyskane w pracy porównano z dwoma dostępnymi w literaturze
opracowaniami dotyczącymi wydolności fizycznej zdrowych polskich dzieci ocenianej przy
pomocy testu ergospirometrycznego
. Grupy referencyjne stanowiły: REF1-grupa 68
zdrowych chłopców, w wieku 8-19 lat, u których Tomalak opracował wartości należne
badania ergospirometrycznego oraz grupa porównawcza REF2 (Durmały), którą stanowiło
69 zdrowych chłopców w wieku 6-17 lat. Analizując wyniki badania podmiotowego i
przedmiotowego u chłopców z ADHD nie stwierdzono istotnych odchyleń od normy ani
przeciwwskazań do wykonania testu ergospirometrycznego.
Uzyskano następujące wyniki badań antropometrycznych: średnia wartość masy ciała
wynosiła w podgrupie I 37,2 kg, w podgrupie II 46,1 kg, a w podgrupie III 61,2 kg.; średnia
wartość wysokości ciała wynosiła w podgrupie I 138,9 cm natomiast w podgrupie II 155,0 cm
a w podgrupie III 173,0 cm; a średnia wartość BMI w podgrupie pierwszej wynosiła 19,1
kg/m2, w podgrupie drugiej -18,6 kg/m2, a w podgrupie trzeciej 20,3 kg/m2. We wszystkich
4
podgrupach rozkład był zbliżony do normalnego tylko dla BMI, natomiast masa i wysokość
ciała w podgrupie I, II i III nie miały rozkładu normalnego, przeważały wartości z wyższych
przedziałów centylowych. Masa ciała 38,5% (n=14) badanych chłopców mieściła się poniżej
50 centyla, 16,5%
badanych (n=6) pomiędzy 50 a 75 centylem, 14% badanych (n=5)
pomiędzy 75 a 90 centylem, a masa ciała 31% badanych (n=11) chłopców przekraczała
poziom 90 centyla. Łącznie 61,5% badanych chłopców z ADHD (n=22) miało masę ciała
powyżej 50 centyla. Wysokość ciała 36% (n=13) badanych chłopców z ADHD mieściła się
poniżej 50 centyla, u 16% (n=6) badanych pomiędzy 50 a 75 centylem, natomiast u 20%
badanych (n=7) pomiędzy 75 a 90 centylem, a wysokość ciała 28% (n=10) chłopców
przekraczała poziom 90 centyla. Łącznie 64% (n=23) badanych chłopców miało wysokość
ciała
powyżej 50 centyla. Budowę ciała badanych chłopców z ADHD oceniono jako
harmonijną (rozkład normalny przedziałów/kanałów centylowych dla BMI), natomiast masa i
wysokość ciała umiejscawiały się w wyższych kanałach centylowych (wykazano rozkład
odmienny od normalnego).
W podgrupie I średnia częstość skurczów serca w spoczynku wynosiła 90/min, w podgrupie
II - 88/min, a w podgrupie III - 70/min. Wartości średnie ciśnienia tętniczego skurczowego w
spoczynku wynosiły w podgrupie I - 102 mmHg, natomiast w podgrupach II i III -108
mmHg. Z kolei wartości ciśnienia tętniczego rozkurczowego w spoczynku wynosiły średnio
w podgrupie I i III 60 mmHg, a w podgrupie II - 61 mmHg. Jak wynika z analizy danych
centylowych spoczynkowe skurczowe ciśnienie tętnicze krwi u 8% badanych chłopców (n=3)
mieściło się poniżej 10 centyla, u 33% (n=12) pomiędzy 10 a 25 centylem, natomiast u 33%
(n=12) pomiędzy 25 a 50 centylem, z kolei u 14% (n=5) pomiędzy 50 a 75 centylem, u 12%
badanych (n=4) pomiędzy 75 a 97 centylem. Łącznie u 74% (n=27) badanych chłopców z
ADHD wartości ciśnienia skurczowego mieściły się poniżej 50 centyla. Spoczynkowe
rozkurczowe ciśnienie tętnicze krwi u 25% (n=9) badanych chłopców mieściło się poniżej 10
centyla, u 50% chłopców(n=18) pomiędzy 10 a 25 centylem, natomiast u 20% chłopców
(n=7) – między 25 a 50 centylem i tylko 5% (n=2) chłopców miało ciśnienie rozkurczowe w
granicach od 50 do 75 centyla. Nie odnotowano żadnej wartości powyżej 75 centyla, a łącznie
u 95% (n=34) badanych chłopców wartości tętniczego ciśnienia rozkurczowego krwi mieściły
się poniżej 50 centyla. Analiza rozkładu wartości centylowych zarówno dla ciśnienia
skurczowego, jak i rozkurczowego wykazała rozkład odmienny od normalnego, przeważały
wartości z niższych przedziałów centylowych.
5
W obrazie radiologicznym klatki piersiowej u badanych chłopców z ADHD stwierdzono
prawidłową sylwetkę serca i prawidłowy przepływ płucny, nie stwierdzono żadnych
nieprawidłowości.
W zapisie EKG u 36 badanych chłopców stwierdzono rytm zatokowy, tylko u 1 okresowo
rytm okołozatokowy. Częstość skurczów serca u badanych wahała się od 55 do 110 /min, ze
średnią w podgrupie I 76/min, w podgrupie II 70 /min, a w podgrupie III 68 /min. Czas PQ
wynosił od 120 do 160 ms., czas trwania zespołu QRS wynosił 60 – 90 ms. U 13 pacjentów
(co stanowiło 32% badanych) zespół ten był zniekształcony (pozazębiany) i określany jako
zaburzenia przewodnictwa śródkomorowego. Czas QT mieścił się w granicach normy dla
wieku i wynosił 290 – 400 ms. Skorygowany czas QT zawierał się w przedziale 360 – 430
ms. Załamek T u 3 pacjentów miał zmienną morfologię. U 9 pacjentów zanotowano
zaburzenia okresu repolaryzacji niewielkiego stopnia. U 2 pacjentów występowały
pobudzenia przedwczesne z szerokim QRS.
Wyznaczanie wskaźnika PWC170 u badanych
odbywało się podczas pracy na
cykloergometrze rowerowym, w trakcie której okresowo zwiększano obciążenia. Wyjściowe
wartości u badanych chłopców wynosiły 20 W w podgrupie I i 40 W w podgrupie II i III.
Obciążenie zwiększano co 3 minuty o 20 W w podgrupie I, a w podgrupach II i III o 40 W.
Określany w przedstawionej pracy wskaźnik PWC170 oznaczał wielkość obciążenia na
cykloergometrze wyrażony w jednostkach mocy [W], przy wartości HR 170 skurczów na
minutę. Wartość bezwzględna wskaźnika PWC 170 istotnie zwiększała się wraz z wiekiem
badanych chłopców (podgrupa I 69,9 ± 5,9 W; podgrupa II 94,1 ± 4,5 W; podgrupa III 150,3
± 7,8 W), natomiast w przeliczeniu na masę ciała znamienną statystycznie różnicę
stwierdzono tylko pomiędzy najmłodszą podgrupą I (1,85 ± 0,13 W/kg) a II i III
(odpowiednio 2,43 ± 0,4 i 2,48 ± 0,18 W/kg,. Wynik testu PWC170 został przyjęty jako
wskaźnik wydolności wysiłkowej chłopców z ADHD. Im większe wartości wskaźnika
PWC170 osiągali badani chłopcy oznaczało to, że mogli wykonać większą pracę mięśniową
przy optymalnym funkcjonowaniu układu krążenia, a tym samym mieli wyższy poziom
wydolności. Analizując wskaźnik PWC170 był on o 16% wyższy u chłopców z ADHD
aniżeli u zdrowych i jego wartości były umiejscowione w wyższych kanałach centylowych.
Podczas testu ergospirometrycznego chłopcy z ADHD wykonali od 2 do 6 obciążeń (od 40
do 200 W), co odpowiada czasowi wysiłku od 6 do 18 minut. Osiągnięte przez nich średnie
wartości obciążenia wynosiły od 82 W do 175 W. W podgrupie I średnia wartość
maksymalnego obciążenia wynosiła 81,54W, w podgrupie II 113,75W, a w podgrupie III
175,00 W. W podgrupie I uzyskano pobieranie tlenu na szczycie wysiłku (VO2 peak) w
6
zakresie od 0,55 l/min do 1,65 l/min., średnia wartość wynosiła w podgrupie I 1,17 ± 0,10
l/min a w przeliczeniu na masę ciała 31,88 ± 1,50 ml/kg/min. W podgrupie II VO2 wynosiło
przeciętnie 1,41 ± 0,08 l/min (zakres wartości od 1,03 l/min do 2,50 l/min), co odpowiadało
36,6 ± 1,6 ml/kg/min. W podgrupie III rejestrowano wartości VO2 peak w zakresie od 1,58
l/min do 2,96 l/min i uzyskano wartości średnie 2,46 ± 0,18 l/min oraz 40,44 ± 3,04
ml/kg/min.
Średnie wartości szczytowego wydalania dwutlenku węgla u badanych wynosiły: w
podgrupie I 1,17 ± 0,10 l/min a w podgrupie II 1,49 ± 0,09 l/min natomiast w podgrupie III
2,62 ± 0,19 l/min. Współczynnik wymiany oddechowej (RER) wzrastał w poszczególnych
podgrupach chłopców z ADHD, i tak: w podgrupie I średnia wartość wynosiła 0,99 ± 0,01
natomiast w podgrupie II 1,05 ± 0,01 a w podgrupie III 1,06 ± 0,01. Średnie wartości
wentylacji minutowej (VE) zwiększały się z wiekiem i wynosiły: w podgrupie I 44,84 ± 2,93
l/min ; w podgrupie II 49,86 ± 2,49 l/min; a w podgrupie III 78,82 ± 5,84 l/min. Uzyskano
następujące średnie wartości wentylacyjnego ekwiwalentu dla tlenu VE/VO2: w podgrupie I
39,77 ± 1,48 l/min; w podgrupie II 36,62 ± 0,99 l/min a w podgrupie III 32,62 ± 1,58 l/min.
W trakcie testu ergospirometrycznego nie zanotowano powikłań u żadnego z badanych.
Maksymalna częstość skurczów serca na szczycie wysiłku była podobna w trzech podgrupach
i wynosiła przeciętnie 181-183 sk/min. Natomiast średnie wartości ciśnienia skurczowego na
szczycie wysiłku kształtowały się następująco: w podgrupie I 123 mmHg, w podgrupie II 124
mmHg, a w podgrupie III 141 mm Hg.
Chłopcy z ADHD uzyskali niższe szczytowe obciążenia od należnego.
Szczytowe
pobieranie tlenu było niższe u wszystkich badanych z ADHD w porównaniu z wartościami
należnymi zarówno w grupie Tomalaka (REF1) jak i Durmały (REF2). Natomiast analiza
szczytowego pobierania tlenu w poszczególnych podgrupach wykazała istotnie niższe
wartości tylko w podgrupie II w porównaniu do wartości referencyjnych wg. Durmały –
REF2. Warto zauważyć, że również szczytowa wentylacja była istotnie niższa od wartości
należnych tylko w podgrupie II (chłopcy w wieku pokwitaniowym). W trakcie wykonywania
próby ergospirometrycznej u badanych chłopców z ADHD nie zarejestrowano zaburzeń
przewodnictwa ani repolaryzacji. W jednym przypadku przed badaniem stwierdzono
pobudzenia przedwczesne z szerokim QRS, które ustąpiły w trakcie wysiłku. Również po
odpoczynku po zakończeniu próby wysiłkowej nie odnotowano u badanych zaburzeń
przewodnictwa ani innych zmian w zapisie EKG poza fizjologiczną w tej sytuacji
tachykardią. W trakcie testu, ani po jego wykonaniu nie stwierdzono powikłań u żadnego z
badanych.
7
Na podstawie przeprowadzonych badań sformułowano następujące wnioski :
1. Chłopcy z ADHD charakteryzują się harmonijnym rozwojem fizycznym, u większości
masa ciała i wysokość zawierają się powyżej średniej wartości populacyjnej dla danego
wieku.
2. Ciśnienie tętnicze krwi w spoczynku u chłopców z ADHD jest niższe w porównaniu do
wartości u zdrowych rówieśników. Odpowiedź presyjna na wysiłek fizyczny jest u nich
prawidłowa.
3. Badanie EKG jest wartościowym narzędziem przy kwalifikacji do przeprowadzenia testu
ergospirometrycznego, jak również kontroli reakcji układu krążenia na wysiłek.
4. Wyższe wartości wskaźnika PWC 170 u chłopców z ADHD, mogą wskazywać na lepszą
tolerancję obciążeń w czasie krótkotrwałego wysiłku.
5. U chłopców z ADHD w okresie pokwitania (podgrupa II) obserwuje się obniżenie
wydolności fizycznej, co znajduje odzwierciedlenie w niższych wartościach szczytowego
pobierania tlenu w teście ergospirometrycznym.
6. Chłopcy z ADHD z niższymi wartościami szczytowego pobierania tlenu wcześniej niż
zdrowi osiągają próg beztlenowy, czyli wykonywany przez nich wysiłek jest mniej
wydajny i wiąże się z większym kosztem fizjologicznym. Z tego względu proponowane dla
nich ćwiczenia fizyczne powinny być ukierunkowane na poprawę wydajności oraz
przesunięcie progu przemian beztlenowych w kierunku większych obciążeń.
7. Badania za pomocą ergospirometrii wykazały, że pacjenci z ADHD nie mają
przeciwskazań do aktywności fizycznej. Opracowano autorski schemat ćwiczeń jako
propozycję do poszerzenia zakresu metod terapeutycznych w ADHD.
8. Test ergospirometryczny jest bezpiecznym, wartościowym narzędziem diagnostycznym u
dzieci z ADHD
8
ABSTRACT
The Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a hot topic not only in medicine, it
belongs to one of the most frequent pathologies in childhood and according to the
recommendations of the American Academy of Pediatrics ADHD is recognized as a chronic
disease. In the majority of the epidemiological studies scope of the prevalence of ADHD is
between 3 and 10%. According to those studies the incidence of ADHD is higher in boys than
in girls at a ratio of 3:1 or 2:1. The variation in sex ratio studies results from the difference in
the dominant subtypes in boys and girls.
The diagnosis of ADHD is difficult due to the lack of distinct pathognomonic features in the
physical examination and biochemical tests, therefore only the psychiatrists can do it using
the diagnostic criteria of DSM-IV. The attention deficit hyperactivity disorder is characterized
by the presence of persistent patterns of behavior which have occurred no later than at the age
of 12 years, remain for at least 6 months and constitute a triad of symptoms: attention deficit,
hyperactivity and impulsivity.
Regular physical activity promotes health, stimulates the development and physical,
additionally, in children, it prevents many civilization diseases in adulthood and it also fulfills
educational functions. Little is known about the exercise capacity in patients with ADHD,
which depends primarily on the regulation and efficiency of the oxygen transport to the
working muscles and the metabolism of the energy substrates. The key function in the
mechanism of these regulations during the exercise is performed by the sympathetic nervous
system. Patients with ADHD constitute a very unique group, different in terms of
neurophysiology and, despite the technical difficulties, inspiring to analyze their physical
capacity. The need for such research is clearly shown in so far published papers
demonstrating, that regular physical activity in children with ADHD improves their motor
behavior, increases concentration, attention, cognitive ability and improves physical fitness
and exercise tolerance.
9
There are no data in the available literature in which a homogeneous group of patients (boys)
with ADHD would be subjected to concurrent clinical, electrocardiographic, radiological and
exercise tolerance analysis assessed by means of cardiopulmonary exercise test.
Therefore, the aim of the present study was to evaluate the exercise tolerance in boys with
attention deficit hyperactivity disorder.
The Aim of the study was accomplished by answering the following questions:
1. Do boys with ADHD have a different anthropometric structure?
2. Does the cardiovascular system both in boys with ADHD and in healthy children
function the same at rest and during exercise?
3. Do the boys with ADHD have different physical capacity/exercise tolerance than
healthy children?
4. Is the cardiopulmonary exercise test a safe and useful method for evaluating exercise
(tolerance capacity) in boys with ADHD?
The study involved 37 boys aged 7-17 yrs with ADHD diagnosed at the Warsaw Mental
Health Centre for Children, Youth and their Families.
The inclusion criteria were male sex, 7 – 17 yrs of age, diagnosis of ADHD confirmed by the
specialists at the Warsaw Mental Health Centre for Children, Youth and their Families,
normal physical activity – participation in basic physical exercises at school. A written
consent signed by parents or legal guardians and additionally, in case of 16 – 17 yrs old
patients – their written consent too.
The patients under study were divided into 3 age subgroups: subgroup I (7-10 yrs), subgroup
II (11-13 yrs) and subgroup III (14-17 yrs).
The division corresponded to 3 stages of child development – early school stage, puberty
stage and adolescence stage.
Diagnostic examinations included patient’s history and physical examination, 12 – lead ECG,
chest X-ray, PWC 170 test and cardiopulmonary exercise test CPET.
The pt’s history was given by the parents or legal guardians and it was analysed for the
information about the patient’s physical development, his physical activity, any symptoms
and signs of infection, diseases running in the family.
10
On physical examination heart rate, blood pressure and anthropometric features were
assessed. Diagnostic investigations included chest X-ray (to assess the size, shape and
location of the heart, the lungs and the pleural cavity),
12 – lead ECG (to evaluate the heart rhythm and its frequency, PQ, QRS, QT duration and
corrected QT intervals).
Blood pressure measurements were assessed according to the guidlines specified in the IV th
report of The Working Group of pressure control in children, cardiopulmonary exercise test
was performed on a cycle ergometer in all the pts.
There was a unique protocol designed for the purpose of the effort test. In subgroup I the
exercise stress was increased by 20 W every 3 minutes starting with 20 W. In older boys
(subgroups II and III) it was increased by 40 W, starting with 40 W. The maximum acceptable
stress exercise was established at HR 190/min.
The following measurements were taken during the exercise test: oxygen uptake (VO2),
carbon dioxide elimination output (VCO2), respiratory exchange ratio (RER), continuous
recording of minute lung ventilation and HR (heart rate) and ECG.
VO2 peak was evaluated as no increase of VO2. In spite of the increased exercise stress VO2
reached plateau, so it remained at the similar level for subsequent two exercise stress – values
and it was expressed in l/min and ml/kg/min. VCO2 was evaluated following the same
method.
VE (minute pulmonary ventilation) defined as the volume (in litres) of inhaled or exhaled air
per minute, was calculated as the product of tidal volume and respiratory rate.
RER was calculated automatically as the quotient of the produced carbondioxide to the used
oxygen.
The next recorded indicator was VE/VO2, that is the ventilatory oxygen equivalent expressing
the volume of the minute pulmonary ventilation necessary to take up 1 l O2.
Blood pressure was taken by Korotkow method at rest and at the revey end of the maximal
effort.
Measurement of systolic (SBP) and diastolic (DBP) blood pressure were one of the indicators
of the cardiovascular reaction to the exercise.
During the ergospirometric test the 12 – lead ECG was carried out to evaluate the heart rate
and the heart rhythm.
11
The results of the exercise tests were then compared with the two available studies by dr
Tomalak and dr Durmała on physical capacity/tolerance in healthy Polish children evaluated
by means of ergospirometric test.
The reference groups were: REF 1 group, 68 healthy boys aged 8-19 yrs (Dr Tomalak worked
out due values for ergospirometry) and REF 2 group examined by dr Durmała – 69 healthy
boys aged 6 – 17 yrs.
The analysis of the history and physical examination of the boys with ADHD didn’t show any
significant deviation from the standard values; it didn’t show any contraindications against the
use of ergospirometric test.
The following results of antropometric examinations were obtained: subgroup I mean body
mass = 37.2 kg, subgroup II 46.1 kg, subgroup III 61.2 kg; mean body height – subgroup I
138. 9 cm, subgroup II 155.0 cm, subgroup III 173.0 cm; mean BMI in subgroup I – 19.1
kg/m2, subgroup II – 18.6 kg/m2 and subgroup III – 20.3 kg/m2
In all the subgroups only the BMI values were close to the normal (standard) while body mass
and body height presented higher values than those in the centile chart.
Body mass in 38.5% (n=14) of the boys under study was below centile 50, in 16.5% (n=6)
between centile 50 – 70 centile, in 14% (n=5) between 75 – 90 centile, and body mass in 31
% (n=11) boys was above the level of the 90 th centile. Altogether in 61.5% boys with ADHD
(n=22) body mass was above centile 50.
36% (n=13) boys under study presented body height below centile 50, 16% (n=6) between
centile 50 – 70), 20% (n=7) between centile 75 – 90 and 28% (n=10) above the level of
centile 90. Altogether 64% (n=23) boys presented body height above centile 50.
The body build of the boys with ADHD was assessed as harmonious (normal centile values
for BMI) while body mass and body height were above normal.
Mean heart rate at rest in subgroup I was 90/min, in subgroup II 88/min, and in subgroup III
70/min.
Systolic blood pressure at rest was in subgroup I – 102 mmHg, in subgroups II & III 108
mmHg. The average diastolic blood pressure at rest was: in subgroup I and III 60 mmHg, in
subgroup II – 61 mmHg.
12
The analysis of the centile data shows that systolic blood pressure at rest in 8% (n=3) boys
under study was below centile 10, in 33% (n=12) between centile 10 – 25, in 33% (n=12)
between centile 25 – 50, in 14% (n=5) between centile 50 – 75, and in 12% (n=4) between
centile 75 – 97. Altogether in 74% (n=27) boys with ADHD systolic blood pressure was
below centile 50. Diastolic blood pressure at rest was: in 25% (n=9) boys under study below
centile 10, in 50% (n=18) between centile 10 – 25, in 20% (n=7) between centile 25 -50, and
only in 5% (n=2) boys diastolic blood pressure was between centile 50 – 75. No values above
centile 75 were noted. Altogether in 95% (n=34) boys under study diastolic blood pressure
was below centile 50. The analysis of the centile values both for the systolic and diastolic
blood pressure showed abnormal values with dominating lower centile values.
The chest X-ray in boys with ADHD showed the regular shape of the heart and regular
pulmonary flow, no abnormalities were detected.
ECG showed sinus rhythm in 36 boys, only one boy presented periodic persinus rhythm.
Heart rate fluctuated from 55 to 110/min Mean values in subgroups were: I – 76/min,
subgroup II – 70/min and in subgroup III – 68/min
PQ time was from 120 to 160 ms., QRS duration 60 – 90 ms.
QRS was deviated in 13 boys (32%) and it was diagnost as intraventricular conduction failure.
QT time was within normal limits for the age and it was 290 – 400 ms. Corrected QT time
was within 360 – 430 ms.
3 patients presented T wave with a variable morphology.
9 patients presented moderate repolarization disturbances.
2 patients presented premature beats with wide QRS.
PWC 170 indicator was established during the exercise on the cycle ergometer. The exercise
stress was gradually increased. The starting values were 20 W in subgroup I, 40 W in
subgroups II and III. The effort stress was increased by 20W or 40W respectively every 3
minutes. The PWC 170 indicator presented the workload on the cycle ergometer in watts with
HR 170 per minute. Absolute value of PWC 170 increased substantially with the boys’ age
(subgroup I 69.9 ± 5.9 W; subgroup II 94.1 ± 4.5 W; subgroup III 150.3 ± 7.8W)
However taking into account body mass statistically evident difference (could be seen only
within the youngest subgroup I (1.85 ± 0.13 W/kg)
While the values in subgroups II and III were 2.43 ± 0.4 and 2.48 ± 0.18 W/kg respectively.
13
The results of the PWC 170 test were accepted as the indicator for the ADHD boys’ effort
tolerance.
The higher the PWC 170 values were achieved by the boys, the more physical work they were
able to perform with the optimal functioning of the circulatory system, and so their effort
tolerance level was also higher.
The analysis of the PWC 170 indicator showed that it was by 16% higher in boys with ADHD
than in the healthy boys and its values were placed higher on the centile chart.
During the ergospirometric test the boys with ADHD performed from 2 to 6 stress exercises
(workload varied from 40 to 200W) which corresponds to 6 – 18 minutes of effort. They
achieved mean values of 82 – 175 W. The mean value of the maximal workload in subgroup I
was 81.5 W, in subgroup II 113.75 W, and in subgroup III 175,00 W.
In subgroup I oxygen was collected at VO2 peak, from 0.55 l/min to 1.65 l/min. The mean
value was 1.17 ±0.10 l/min, converting per body mass it was 31.88 ±1.50 ml/kg/min.
In subgroup II VO2 was 1.41 ±0.08 (value range 1.03 l/min – 2.50 l/min). which corresponded
to 36.6 ±1.6 ml/kg/min. In subgroup III VO2 values ranged from 1.58 l/min to 2.96 l/min and
the mean values were 2.46 ±0.18 l/min and 40.44 ±3.04 ml/kg/min.
Mean values of the peak VCO2 elimination were:
In subgroup I 1.17 ±0.10 l/min, in subgroup II 1.49 ± 0.09 l/min, but in subgroup III 2.62 ±
0,19 l/min.
RER increased, and so in subgroup I the mean value was 0.99 ± 0.01, in subgroup II 1.05
±0.01, and in subgroup III 1.06 ±0.01.
Mean VE values increased with age and in subgroup I there were 44.84 ±2.93 l/min, in
subgroup II 49.86 ± 2.49 l/min and in subgroup III 78.82 ±5.84 l/min.
The mean values VE/VO2 were: in subgroup I 39.77 ±1.48 l/min, in subgroup II 36.62
±0.99l/min and in subgroup III 32.62 ±1.58 l/min.
There were no complications observed in the patients during the ergospirometric test.
The maximal heart rate at the peak effort was similar in the three subgroups and it was 181 –
183 contractions per minute. Mean values of the systolic blood pressure at the peak effort
were in subgroup I 123 mmHg, in subgroup II 124 mmHg, and in subgroup III 141 mmHg.
The boys with ADHD achieved lower maximal workload than expected.
14
The analysis of the peak O2 uptake in the subgroups revealed significantly lower values only
in group II when compared to the reference values by dr Durmała (REF2).
It’s worth noting that peak ventilation was significantly lower than the standard values only in
subgroup II (the boys at puberty)
There were no conduction or repolarization disturbances observed during the ergospirometric
test. There was only one case of premature beats with wide QRS before the exercise test but if
subsided during the exercise.
The ECG performed after the test hard ended and the boys had rested didn’t reveal any
conduction disturbances or any changes apart from the physiological tachycardia.
No complications were observed either during the test or after.
Summarizing the results of the present study the following conclusions were formulated:
1. The boys with ADHD present harmonious physical development and their body weight and
height are above the mean value for the corresponding age population.
2. The resting blood pressure in boys with ADHD is lower compared to the values of their
healthy peers and the exercise induced blood pressure response is normal.
3. ECG is a valuable qualification tool in performing the cardiopulmonary exercise test, as
well as in monitoring cardiovascular response to exercise.
4. Higher PWC 170 values in boys with ADHD show their better tolerance to higher
workloads.
5. Decreased exercise tolerance is observed in boys with ADHD at their puberty (subgroup
II), which is illustrated in the cardiopulmonary exercise test by the lower values of peak O 2
uptake.
6. Boys with ADHD which is illustrated in the cardiopulmonary exercise test by the lower
values of peak O2 uptake reach the anaerobic threshold earlier than their healthy peers, thus
the effort is performed less efficiently and associated with greater physiological strain.
Therefore, physical activity of children with ADHD should be aimed at improving
efficiency and shifting anaerobic threshold towards larger loads.
7. The research by means of the cardiopulmonary exercise test showed that there are no
contraindications to physical activity. The original set of exercises has been also designed
as my suggestion to broaden the range of therapeutic methods in ADHD.
15
8. Cardiopulmonary exercise testing is a safe and valuable diagnostic tool in children with
ADHD.
16