[Metabolic effects of exercise on childhood obesity: a current view].

OBJECTIVE: To review the current literature concerning the effects of physical exercise on several metabolic variables related to childhood obesity. DATA SOURCES: A search was performed in Pubmed/Medline and Web of Science databases. The keywords used were as follows: Obesity, Children Obesity, Childhood Obesity, Exercise and Physical Activity. The online search was based on studies published in English, from April 2010 to December 2013. DATA SYNTHESIS: Search queries returned 88,393 studies based on the aforementioned keywords; 4,561 studies were selected by crossing chosen keywords. After applying inclusion criteria, four studies were selected from 182 eligible titles. Most studies have found that aerobic and resistance training improves body composition, lipid profile and metabolic and inflammatory status of obese children and adolescents; however, the magnitude of the effects is associated with the type, intensity and duration of practice.
CONCLUSIONS: Regardless of type, physical exercise promotes positive adaptations to childhood obesity, mainly acting to restore cellular and cardiovascular homeostasis, to improve body composition, and to activate metabolism; therefore, physical exercise acts as a co-factor in combating obesity.

Introduction

Obesity is a metabolic disorder characterized by a chronic inflammatory condition and excessive accumulation of body fat, which represents a health risk and contributes to the development of other diseases, such as type 2 diabetes, hypercholesterolemia, arterial hypertension, cardiovascular disease, obstructive sleep apnea syndrome, musculoskeletal impairments and several types of cancers.1 , 2

The etiology of obesity seems to be associated with several factors, such as genetic polymorphisms,3 , 4 dysfunction of the hypothalamic hormone signaling related to satiety, appetite and hunger,5 , 6 increased release of proinflammatory adipokines by white adipose tissue, and positive energy balance, in which the high total calorie intake, mainly high intake of energy-dense foods rich in saturated fats,7 sugar and salt exceeds daily calorie requirement.8

The development of obesity in the early stages of life is associated with the maintenance of the physiopathological state during adulthood. Childhood obesity can be defined as a condition of excessive accumulation of body fat in adipose tissue during childhood, with negative implications for health.9 The worldwide prevalence of childhood obesity is rapidly increasing in recent decades, being characterized as a global epidemic.9 In recent decades, children have become less active, probably encouraged by technological advances and socioeconomic factors.10 Obesity in childhood is the most important known risk factor for cardiovascular disease in adulthood, and these factors, when present in childhood, increase later in life, so it is necessary to fight them since the early stages of life, especially in relation to the life habits observed during this period.11

The benefits that physical exercises have on individuals' health have been well established, by improving cardiorespiratory fitness, body composition, and psychosocial well-being, among others. Physical exercise has been used as an important tool in the prevention and treatment of obesity12 by developing physical qualities that positively alter body composition, metabolic activity and by attenuating the comorbidities associated with excess weight.4 , 13 - 15

An inverse association has been demonstrated between physical activity level and development of obesity, mainly in the early stages of life,9 , 11 , 16 , 17 which justifies adherence to these practices, especially by children. While physical activity recommendations are well established for the adult population to fight obesity and its effects, the magnitude of the volume, intensity and frequency of physical activity is still controversial in the pediatric population.12

Considering that most clinical recommendations for treatment of obesity are based on the combination of several interventions, such as changing eating habits, medication use, regular physical activity and others, it is necessary to identify, assess or quantify the magnitude of the contribution of the possible types of treatment. Therefore, given the multifactorial nature of obesity, it is necessary to explain, in fact, the degree of contribution of physical exercise in the reduction and treatment of childhood obesity and its associated comorbidities.

Thus, the aim of this study was to review the current literature regarding the effects of exercise on several metabolic variables of childhood obesity.

Method

A literature review was performed, focusing on studies that reported the effects of exercise on several metabolic variables involved in childhood obesity. The databases used for this review were PubMed/MEDLINE and Web of Science. The descriptors applied were: Obesity, Children Obesity, Childhood Obesity, Exercise and Physical Activity. The electronic search was based on studies published from April 2010 to December 2013. Therefore, we aimed to focus on the most current findings in the literature on the subject. Inclusion criteria were randomized controlled studies involving the pediatric population around 12 years old, published in English, which associated the effects of physical exercise on metabolic variables associated with childhood obesity. Initially, after a wide selection, the articles were systematically read, analyzed and listed, aiming to confront the variables of interest in the study with the literature findings. Figure 1 shows the design of the study selection.

Figure 1

Article selection for the study.

Results and discussion

The main identified metabolic effects of physical exercise on childhood obesity are described in Table 1.

Table 1

Main metabolic effects of exercise on childhood obesity.

Reference	Origin	(n) F– M	Age(yrs.)	Nutritional status	Assessed Parameters	Type of Exercise	Results
Militão et al, 201337	Brazilians	34 (17-17)	9-11	Overweight and obese	Energy expenditure and health habits	Recreational activities	↓%F ↓SBP ↓TC ↓TG ↓LDL ↑VO2max
Laguna et al, 201329	Spaniards	437 (227-210)	8-11	Obese and normal weight	HRV and Cardiometabolic risk	Cycle ergometer	Inverse association between HRV and BMI
Schranz et al, 201338	Australians	56 (0-56)	13-17	Overweight and obese	Resistance Training and Body Composition	Resistance exercises	↑MM; ↓%F and ↓BMI
Lai et al, 20133	Chinese	88 (48-40)	10-16	Obese	Genetic Polymorphism and Exercise	Aerobics	↓resting HR; ↓%F ↓GI ↓Dyslipidemia
Lee et al, 201235	North-Americans	45 (0-45)	12-16	Obese	Metabolic effects of aerobic and resistance exercises	Aerobics and Resistance	↑MM; ↓%F; ↓BMI ↑VO2max ; ↓BW
Davis et al, 201236	North-Americans	222 (128-94)	9 -10	Overweight and obese	Dose of exercise and risk of T2DM	Aerobics	↓GI; ↓IR; ↓%F; ↓BMI
Araujo et al, 201232	Brazilian	30 (21-9)	8-12	Obese	Endurance and Resistance training	Aerobics and Resistance	↑VO2max; ↓GI; ↓Insulinemia; ↓BMI
Park et al, 201228	Koreans	29 (15-14)	11-12	Overweight and obese	Physical Activity and Endothelial Dysfunction	Aerobics and Resistance	↑VO2max; ↓AC ↓BMI; ↑NO; ↑Vasodilation
Makni et al, 201220	Tunisians	131 (63-68)	12-14	Obese	Field Testing and lipolytic rate	Walking	Correlation VO2max and %F
Legantis et al, 201230	Greeks	48 (23-25)	10-11	Obese and normal weight	Cardiorespiratory Fitness and Hemodynamic Response	Isometric hand grip	↑SNA; ↑CO; ↑SBP
Woo et al, 201226	Koreans	39 (19-20)	10-12	Obese and normal weight	Detraining, Adipokines and Lipid Profile	Aerobics	Negative effect of ↓LPA on lipid profile
Plonka et al, 201125	Polish	59 (59-0)	9-15	Normal weight	Physical Activity Level and Leptin	Daily Energy Expenditure	Negative correlation between LPA, leptin and fat accumulation
Zorba et al, 201118	Turkish	40 (0-40)	11-12	Obese	Effects of Exercise on Cardiometabolic Risk	Aerobics and Recreational activities	↓%F; ↓TC; ↓TG; ↓LDL; ↓Insulin; ↑HDL
Rosa et al, 201123	North-Americans	66 (32-34)	11-14	Obese and normal weight	Physical Exercise and Inflammatory Cytokines	Aerobics with Interval	↑acute Inflammation in obese individuals
Velez et al, 201039	Hispanics	28 (13-15)	15-16	Overweight and obese	Resistance Training and Body Composition	Resistance	↑MM ; ↓%F; ↓BMI

%F, Percentage of fat; SBP, systolic blood pressure; TC, Total Cholesterol; TG, Triglycerides; LDL, Low-density lipoprotein; VO2max, maximal oxygen uptake; HDL, high-density lipoprotein; HRV, heart rate variability; MM, muscle mass; BMI, Body Mass Index; HR, heart rate; GI, Glucose Intolerance; BW, body weight; T2DM, type 2 Diabetes Mellitus; IR, Insulin Resistance; AC, abdominal circumference; NO, Nitric Oxide; SNA, Sympathetic Nervous Activity; CO, cardiac output; LPA, level of physical activity.

Physical exercise, metabolic rate and lipid profile

The results of this review demonstrate the effect of systematic and targeted physical exercise on metabolic variables associated with childhood obesity.9 , 10 , 16 - 18 The evidence associates the practice of exercises to body composition improvement, promoting physiological potentials that involve positive changes regarding the promotion of health and physical fitness.

The main physiological and metabolic effects resulting from both acute and chronic exercise, in general, are: increase in skeletal muscle mass, strength and proprioception gain, decrease in fat stores, increase in caloric expenditure, increased metabolic rate at rest, increased tolerance to glucose use as energy substrate, improved insulin sensitivity, decreased inflammatory state, among others.12 , 17 , 18

The increase in energy expenditure secondary to physical exercise occurs by stimulating the metabolic reactions and the enhancement of energy substrate use by active muscles. This occurs both acutely and by physiological adaptations that stimulate metabolism throughout the day.14 Leisure activities of moderate intensity and practiced for fun for 12 weeks were effective in attenuating dyslipidemia and hemodynamic factors associated with the worsening of the health status of obese children, with a mean body mass index (BMI) of 40 kg/m².18

A study carried out by Escalante et al19 reported that physical exercise can reduce low-density lipoproteins (LDL) by 35% and triglycerides by 40%, and increase high-density lipoproteins (HDL) in up to 25%. Therefore, exercise is considered by many authors as the main tool to attenuate the damage associated with childhood obesity.9 , 12 , 16 Makni et al20 evaluated the correlation between the 6-minute walk test and the use of fat as an energy substrate (FatMax) in 131 obese children (12.4±0.4 years). The study showed that the distance traveled during the test correlated significantly with the maximum heart rate achieved at the end of the walk, with this correlation being positive for boys (r=0.88) and girls (r=0.81). Thus, the researchers demonstrated that the field test is capable of quantifying the lipolytic rate of the obese child, i.e., how much the child is able to metabolize fat as an energy substrate, which makes the walk test a good clinical tool to estimate caloric expenditure. In the absence of an ergospirometer, this simple field test could be used to estimate VO2max and stratify aerobic physical training loads in obese young individuals.20

It is noteworthy, therefore, the beneficial role of exercise in regulating the lipid profile of obese children and as an attenuator of risk factors associated with metabolic syndrome, a pathological condition that involves, in addition to the dyslipidemic and obesogenic characteristics, the presence of hypertension, insulin resistance and altered fasting glucose.11 , 16 , 17 , 18 , 21 , 22

Physical exercise and inflammatory status

It is known that one of the characteristics of obesity is triggering a systemic inflammatory process caused by a regulatory hormonal dysfunction arising mainly from increased release of proinflammatory cytokines in the bloodstream, even during physical exercise.23 However, studies demonstrate that regular physical exercise is associated with the reduction of the systemic inflammatory state observed in childhood obesity.24

Lai et al3 evaluated, in 88 Chinese children, the association of the polymorphism of the recently discovered adipokine vistatin on metabolic variables. The researchers investigated the association of vistatin and the effect of an aerobic training program (20-40% of heart rate reserve), performed four times a week for four weeks. There was a marked decrease in triacylglycerol levels and insulin sensitivity in children that had the polymorphism of this pro-inflammatory adipokine. Rosa et al24 reported a 92% reduction in the levels of the proinflammatory adipokine interleukin-6 and oxidative metabolites of myeloperoxidase in 47 obese children undergoing intermittent training with cycling sprints at 80% VO2max.

Plonka et al25 evaluated the association between serum leptin and physical activity level in 59 obese schoolchildren. Girls that spent at least two hours daily in physical activity were considered active. It was concluded that among the active students, serum leptin was three times lower than among the sedentary ones, suggesting an improvement in sensitivity to leptin action in active girls. Corroborating the findings, Woo et al26 reported a significant reduction in serum leptin and increased adiponectin in obese Korean children between 10 and 12 years submitted to moderate-intensity aerobic training for 12 weeks. Moreover, even after cessation of training, serum concentrations of these adipokines remained unchanged for three subsequent months, during which the children did not engage in physical exercise.

Physical exercise has shown to be able to decrease the systemic inflammatory state, one of the physiopathological factors of obesity. The decrease in this clinical picture leads to improved function of several systems. In parallel, cellular signaling repair at the molecular level is able to act positively on cell communication and all cascades of biochemical reactions associated with metabolic systems and utilization of glucose, amino acids and fatty acids as an energy source.

Physical exercise and cardiovascular and neural risk factors

The metabolic and hormonal dysfunction triggered by childhood obesity is associated with cardiovascular risk factors by inducing systemic changes that, later in life, can cause cardiovascular injury, whose outcomes can culminate in death. Therefore, it is necessary to encourage preventive or remedial measures to attenuate such risk factors.27

It has been demonstrated that regular physical exercise can promote, as early as in childhood, positive cardiovascular adaptations. Park et al28 evaluated the effect of an aerobic and resistance training program on endothelial function in 29 obese children for 12 weeks. Aerobic training consisted of 30 minutes of brisk walking (approximately 60% of heart rate reserve). Resistance exercise consisted in a circuit with three exercises for the upper limbs and four for the lower limbs, with 8-12 repetitions and intensity of 60% of maximum repetitions (MR). Researchers showed a two-fold higher increase in three types of endothelial progenitor cells, that is, physical training was able to stimulate an increase in endothelial vasodilator capacity, which increases blood flow to the body and decreases the strength of ventricular ejection, decreasing cardiac overload.

The heart rate recovery time after physical exercise can be used as an important tool to measure autonomic control of the heart. Thus, the magnitude of the decrease in the number of heartbeats after performing an activity, within a short time, seems to reflect an individual's level of cardiovascular fitness. However, obese individuals have an imbalance, as early as in childhood, of this involuntary control over the heart, i.e., they require more time to decrease heart rate after physical exertion. Laguna et al29 performed maximal exercise test on a cycle ergometer in 437 obese Spanish children, with a mean age of 9 years, and found a positive association between the time of heart rate recovery after exercise and cardiometabolic risk factors in this population, i.e., the longer it took for the heart rate to be restored to resting rate, the lower the efficiency of cardiac work.

Corroborating these findings, Legantis et al30 evaluated the effect of cardiorespiratory fitness and obesity on the hemodynamic response of 24 obese children, physically active and inactive, submitted to isometric handgrip exercise at 30% MR for three minutes. Inactive obese children had higher systolic blood pressure at rest and during isometric muscle contraction, when compared to active obese children. Additionally, higher levels of muscle sympathetic nerve activity, cardiac output and oxygen consumption were observed in the inactive children. Physical inactivity promotes a decrease in the individual's mechanical efficiency in the presence of a certain exertion, that is, obesity reduces the metabolic capacity to generate work and support the energy demands of physical activity. Thus, the lower the individual's aerobic efficiency in the presence of a stimulus, the less capable the individual is to endure the intensity of a task over time. These findings demonstrate that adequate physical conditioning is a good predictor of cardiovascular health, regardless of obesity, i.e., cardiorespiratory fitness may play a protective role in the heart of the obese individuals, even during childhood.

The practice of physical exercises promotes important neural adaptations in the cardiovascular system, positively stimulating neural pathways connected to the heart muscle and endothelial smooth muscle. This has a positive effect on hemodynamic factors, such as blood pressure, heart rate and peripheral vascular resistance, which increases the strength and capacity of cardiac ejection, distribution of blood flow and thus maximizes the availability and utilization of nutrients by the skeletal muscles.

Effect of the types of physical exercises

Increased aerobic capacity is inversely associated with fat accumulation and cardiovascular risk factors. According to a meta-analysis by Saavedra et al, 31 improved aerobic fitness triggers a series of physiological stimuli that enhance oxygen uptake and utilization of fatty acids as an energy source, which reduces body fat deposits, thus decreasing obesity rates.

A study by Araujo et al32 demonstrated an increase in VO2max in 39 obese children submitted to a 12 week-training protocol, using resistance training at 80% of maximum heart rate intercalated with sprints. There was a significant increase in absolute VO2 (26% vs. 19%) and relative peak VO2 (13.1% vs. 14.6%), as well as in insulin sensitivity. However, this proposed training showed no significant reduction in body fat, or serum glucose, cholesterol, triacylglycerols and lipoproteins. However, only measurements of subcutaneous fat were performed, as visceral fat was not assessed. It is known that visceral fat is more metabolically active and associated with cardiometabolic comorbidities. In this sense, these results should be considered with caution, as most studies show positive responses related to metabolic parameters related to obesity and physical exercise, both aerobic and resistance.31 , 33

A study carried out by Ando et al34 showed an increased use of fat as energy substrate 24 hours after the practice of continuous or intermittent aerobic exercise. However, the magnitude of fat utilization during the 24 hours after the exercise was higher in patients submitted to continuous exercise, suggesting that the intensity, in spite of the importance of volume loads, may be a factor that modulates the level of energy expenditure. Thus, it is suggested that fractionated activities throughout the day, with higher intensity and lower volume, may result in greater impact on daily energy expenditure.

Lee et al35 assessed, for a period of three months, the effects of aerobic and resistance exercise on the accumulation of abdominal, hepatic and intramyocellular fat and insulin sensitivity in 32 obese pre-adolescent boys. Both types of exercises promoted decrease in visceral and intramyocellular fat; however, only the counter-resistance exercise caused a significant increase in insulin sensitivity. The researchers attributed this increased sensitivity to the fact that resistance exercises enhance the level of localized muscle contraction and provide a further stimulus to glucose transporter proteins into the cell.

Regarding the training volume Davis et al36 evaluated the effect of different volumes of aerobic training in 222 overweight and obese children during 13 weeks, with five training sessions a week. The intensity of the aerobic training was 65% of VO2max, the volumes were 20 and 40 minutes per session and the analyzed parameters were insulin resistance and visceral fat accumulation. Both 20- and 40-minute training sessions resulted in improved insulin sensitivity and reduced visceral fat. However, the 40-minute group showed an improvement of 83% in insulin sensitivity and the same occurred for visceral fat reduction, whose decrease was 72% higher compared to the control group.

Recreational activities are also effective to promote the attenuation of risk factors of childhood obesity. Militão et al37 followed 34 obese schoolchildren between 9 and 11 years during the interval between classes. The study demonstrated that a 10-week program of recreational exercise combined with a program promoting healthy lifestyle habits was able to increase the values of VO2max, reduce LDL, triglycerides and total cholesterol as well as blood pressure levels.

As for resistance training, studies with obese children are limited due to the difficulty in quantifying training loads. However, studies that reported the effects of resistance training on metabolic variables in obese children reported positive results regarding the potential damage the disease brings to the individual.13 These factors are associated with the gain of fat-free mass and decrease in fat tissue, as well as the reduction of hemodynamic pressure levels and risk factors associated with the development of cardiovascular diseases.33

Schranz et al38 evaluated the effects of a 6-month resistance training program in 56 obese adolescents aged 13-17 years. In addition to the metabolic benefits brought by the practice, such as increase in muscle mass and decrease in body fat percentage, it was observed that this type of intervention also promotes benefits related to the self-esteem of obese individuals, a factor that is indirectly associated with the psychosocial aspect related to obesity.38 , 39

Similarly, it was demonstrated that resistance training promotes many metabolic benefits, such as improved insulin sensitivity, increased glucose utilization as energy substrate and improved lipid profile, factors closely associated with childhood obesity impairment.13

Resistance exercises performed in the traditional way, such as in fitness centers, are usually not well accepted by the pediatric population. Thus, it is important that recreational activities such as games and/or sports that involve the body's own resistance or the peers' are encouraged. Sports practices that include gymnastics or combat sports in general, with special emphasis on judo, are interesting ways of working the force component in this population, mainly by stimulating the practice of pleasurable activities that require anaerobic and neuromuscular power.

Exercises with predominant aerobic characteristics should also be performed. Unlike adults, who can bear periods of continuous exercise on a cycle ergometer or running, children do not tolerate well this type of prescription. Because of this, it is interesting to encourage the practice of recreational activities and sports that involve a large amount of body mass such as soccer, futsal, basketball, handball and water polo. Swimming and activities with roller skates usually represent well-tolerated activities, which are also interesting to increase energy expenditure and improve aerobic capacity.

Thus, alternating different types of physical activity throughout the week, totaling four to six days, would have a fundamental role in daily energy expenditure, constituting a strategy to fight, prevent or mitigate the deleterious effects of childhood obesity.

Conclusion

The practice of physical exercises has shown to promote positive adaptations on childhood obesity and act as adjuvant for its prevention and treatment. The magnitude of benefits may vary with the exercise. The main effects arising from the exercises are mainly related to the restoration of the lipid profile, autonomic and hemodynamic restoration, improved body composition, use of energy substrates and metabolic activation.

Introdução

A obesidade é um distúrbio metabólico caracterizado por um estado inflamatório crônico e acúmulo excessivo de gordura corporal, que apresenta um risco para a saúde e contribui para o desenvolvimento de outras patologias, como diabetes melittus tipo 2, hipercolesterolemia, hipertensão arterial, doenças cardiovasculares, síndrome de apneia obstrutiva do sono, comprometimentos osteomioarticulares e diversos tipos de cânceres. 1 and 2

A etiologia da obesidade parece estar vinculada a inúmeros fatores, tais como polimorfismos gênicos,3 and 4 disfunções da sinalização de hormônios hipotalâmicos vinculados à saciedade, apetite e fome,5 and 6 aumento da liberação de adipocinas pró-inflamatórias pelo tecido adiposo branco e balanço energético positivo, no qual a alta ingestão calórica total, em especial o consumo elevado de alimentos energéticos, ricos em gorduras saturadas,7 açúcares e sal, ultrapassa a necessidade calórica diária.8

O desenvolvimento da obesidade em estágios iniciais da vida está associado à manutenção do estado fisiopatológico durante a vida adulta. A obesidade infantil pode ser definida como um quadro de acúmulo excessivo de gordura corporal no tecido adiposo durante a infância, com implicações negativas para a saúde.9 A prevalência mundial da obesidade infantil vem apresentando um rápido aumento nas últimas décadas e é caracterizada como epidemia mundial.9 Nas últimas décadas, as crianças tornaram-se menos ativas, provavelmente incentivadas pelos avanços tecnológicos e fatores socioeconômicos.10 A obesidade na infância é o mais importante fator de risco conhecido para as doenças cardiovasculares na vida adulta e esses fatores, apresentados na infância, se ampliam posteriormente. Por isso, é necessário combatê-los desde fases iniciais da vida, especialmente em relação a hábitos assumidos nesse período.11

Estão comprovados os benefícios que o exercício físico promove para a saúde das pessoas, por atuar na melhoria da aptidão cardiorrespiratória, da composição corporal e do bem-estar psicossocial, entre outros. O exercício físico tem sido usado como importante ferramenta na prevenção e no tratamento da obesidade12 por desenvolver qualidades físicas que modificam positivamente a composição corporal e a atividade metabólica e por atenuar as comorbidades associadas ao excesso de peso.4 , 13 , 14 and 15

Demonstra-se associação inversa entre nível de atividade física e desenvolvimento da obesidade, principalmente em estágios iniciais da vida,9 , 11 , 16 and 17 o que justifica a adesão a essas práticas especialmente em crianças. Enquanto, para a população adulta, estão bem estabelecidas as recomendações da prática de atividade física no combate à obesidade e aos seus efeitos, para a população pediátrica, a magnitude do volume, da intensidade e da frequência de atividade ainda é controversa.12

Visto que a maioria das recomendações clínicas de tratamento da obesidade se baseia na união de diversas intervenções como mudança de hábitos alimentares, uso de medicamentos, prática de regular atividade física e outras, é necessário identificar, avaliar ou quantificar a magnitude da contribuição das possíveis formas de tratamento. Portanto, dado o caráter multifatorial da obesidade, é preciso explicitar, de fato, o grau de contribuição do exercício físico na atenuação e no tratamento da obesidade infantil e das comorbidades a ela associada.

Assim, o objetivo do presente estudo foi revisar a literatura atual em relação aos efeitos do exercício físico nas diferentes variáveis metabólicas da obesidade infantil.

Método

Foi feita uma revisão da literatura com foco nos estudos que relataram os efeitos do exercício físico sobre diferentes variáveis metabólicas envolvidas na obesidade infantil. As bases de dados usadas foram Pubmed/MedLine e Web of Science. Os descritores aplicados foram: obesity, children obesity, childhood obesity, exercise e physical activity. A pesquisa eletrônica foi baseada nos estudos publicados de abril de 2010 até dezembro de 2013. Dessa maneira, buscou-se focalizar os achados mais atuais da literatura sobre o tema. Foram considerados critérios de inclusão estudos randomizados e controlados que envolveram população pediátrica em torno de 12 anos, publicados em inglês, que relacionaram os efeitos do exercício físico sobre variáveis metabólicas associadas à obesidade infantil. Inicialmente, após uma ampla seleção, os artigos foram sistematicamente lidos, analisados e relacionados com intuito de confrontar as variáveis de interesse do estudo com os achados da literatura. A figura 1 demonstra o delineamento da seleção dos estudos.

Figura 1

Seleção dos artigos do estudo.

Resultados e discussão

Os principais efeitos metabólicos identificados do exercício físico sobre a obesidade infantil são descritos na tabela 1.

Tabela 1

Principais efeitos metabólicos do exercício físico sobre a obesidade infantil

Referência	Origem	(n) F-M	Idade (anos)	Estado nutricional	Parâmetros avaliados	Tipo de exercício	Resultados
Militão et al., 201337	Brasileiros	34 (17-17)	9-11	Sobrepesos e obesos	Dispêndio energético e Hábitos de saúde	Atividades recreacionais	↓% G ↓ PAS ↓CT ↓TG ↓LDL↑VO2max
Laguna et al., 201329	Espanhóis	437 (227-210)	8-11	Sobrepesos e eutróficos	VFC e risco cardiometabólico	cicloergômetro	Inversa associação entre VFC e IMC
Schranz et al., 201338	Australianos	56 (0-56)	13-17	Sobrepesos e obesos	Treinamento de resistência e composição corporal	Resistido	↑MM; ↓% G e↓IMC
Lai et al., 20133	Chineses	88 (48-40)	10-16	Obesos	PolimorfismoGenético e exercício	Aeróbico	↓FCRepouso;↓%G ↓IG ↓Dislipdemia
Lee et al., 201235	Americanos	45 (0-45)	12-16	Obesos	Efeitos metabólicos do exercício físico do tipo aeróbico e resistido	Aeróbico e resistido	↑MM; ↓% G;↓IMC ↑VO2max ; ↓PC
Davis et al., 201236	Americanos	222 (128-94)	9 -10	Sobrepesos e obesos	Dose de exercício físico e risco de DMT2	Aeróbico	↓IG; ↓RI; ↓%G; ↓IMC
Araujo et al., 201232	Brasileiros	30 (21-9)	8-12	Obesos	Treinamento de resistência e resistido	Aeróbico e resistência	↑VO2max ; ↓IG; ↓Insulinemia; ↓IMC
Park et al., 201228	Coreanos	29 (15-14)	11-12	Sobrepesos e obesos	Atividade física e disfunção endotelial	Aeróbico e resistência	↑VO2max ; ↓CA; ↓IMC; ↑NO; ↑Vasodilatação
Makni et al., 201220	Tunisianos	131 (63-68)	12-14	Obesos	Teste de campo e taxa lipolítica	Caminhada	Correlação VO2max  e % G
Legantis et al., 201230	Gregos	48 (23-25)	10-11	Obesos e Eutróficos	Aptidão cardiorrespira-tória e resposta hemodinâmica	Preensão isométrica Manual	↑ANS; ↑DC; ↑PAS
Woo et al., 201226	Coreanos	39 (19-20)	10-12	Obesos e eutróficos	Destreino, adipocinas e perfil lipídico	Aeróbico	Efeito negativo da ↓ NAF sobre perfil lipídico
Plonka et al., 201125	Polonesas	59 (59-0)	9-15	Eutróficas	Nível de atividade física e leptina	Gasto energético diário	Correlação negativa entre NAF, leptina e acúmulo de gordura
Zorba et al., 201118	Turcos	40 (0-40)	11-12	Obesos	Efeitos do exercício físico sobre risco cardiometabó-lico	Aeróbico e atividades recreacionais	↓% G; ↓CT; ↓TG; ↓LDL; ↓Insulina; ↑HDL
Rosa et al., 201123	Americanos	66 (32-34)	11-14	Obesos e eutróficos	Exercício físico e citocinas inflamatórias	Aeróbico intervalado	↑ Inflamação aguda nos obesos
Velez et al, 201039	Hispânicos	28 (13-15)	15-16	Sobrepesos e obesos	Treinamento de resistência e composição corporal	Resistido	↑MM; % G; ↓IMC

%G, percentual de gordura; PAS, pressão arterial sistólica; CT, colesterol total; TG, triglicérides; LDL, lipoproteína de baixa densidade; VO max, volume máximo de oxigênio; HDL, lipoproteína de alta densidade; VFC, variabilidade da frequência cardíaca; MM, massa muscular; IMC, índice de massa corporal; FC, frequência cardíaca; IG, intolerância a glicose; PC, peso corporal; DMT2, diabetes mellitus do tipo 2; RI, resistência a insulina; CA, circunferência abdominal; NO, óxido nítrico; ANS, atividade nervosa simpática; DC, débito cardíaco; NAF, nível de atividade física.

Exercício físico, taxa metabólica e perfil lipídico

Os resultados desta revisão evidenciam o poder que a prática sistematizada e orientada do exercício físico desempenha sobre variáveis metabólicas associadas à obesidade infantil.9 , 10 , 16 , 17 and 18 As evidências associam a prática de exercícios à melhoria da composição corporal e à promoção de potencialidades fisiológicas que envolvem modificações positivas no que diz respeito à promoção de saúde e ao condicionamento físico.

Os principais efeitos fisiológicos e metabólicos proporcionados pelo exercício físico, tanto agudo quanto crônico, de uma maneira geral são: aumento da massa muscular esquelética, ganho de força, propriocepção, diminuição dos estoques de gordura, aumento do gasto calórico, aumento da taxa metabólica de repouso, aumento da tolerância ao uso da glicose como substrato energético, melhoria da sensibilidade insulínica, diminuição do estado inflamatório, entre outros.12 , 17 and 18

O aumento do gasto energético secundário ao exercício físico acontece pelo estímulo das reações metabólicas e pela potencialização do uso de substratos energéticos pela musculatura ativa. Isso ocorre tanto de forma aguda quanto por adaptações fisiológicas que estimulam o metabolismo ao longo do dia.14 Atividades de lazer de moderada intensidade e praticadas com caráter lúdico por 12 semanas se mostraram eficientes na atenuação da dislipidemia e de fatores hemodinâmicos associados à pioria do estado de saúde de crianças obesas, com média de índice de massa corporal (IMC) de 40 kg/m2.18

Levantamento feito por Escalante et al.19 relatou que o exercício físico é capaz de reduzir as lipoproteínas de baixa densidade (LDL) em até 35% e os triacilgliceróis em 40%, além de aumentar as lipoproteínas de alta densidade (HDL) em até 25%. Dessa maneira, o exercício físico é considerado por diversos autores como a principal ferramenta para atenuar os danos associados à obesidade infantil.9 , 12 and 16 Makni et al.20 avaliaram a correlação entre o teste de caminhada de seis minutos e o uso de gordura como substrato energético (FatMax) em 131 crianças obesas (12,4 ± 0,4 anos). O estudo demonstrou que a distância percorrida durante o teste está significativamente correlacionada à frequência cardíaca máxima alcançada no fim da caminhada e tal correlação é positiva para meninos (r = 0,88) e meninas (r = 0,81). Dessa maneira, os pesquisadores demonstraram que o teste de campo é capaz de quantificar a taxa lipolítica da criança obesa, ou seja, o quanto ela é capaz de metabolizar a gordura como substrato energético, o que faz do teste de caminhada uma boa ferramenta clínica para a estimativa de gasto calórico. Na ausência de ergoespirômetro, esse simples teste de campo poderia ser usado para estimar o VO2máx e estratificar as cargas de treinamento físico aeróbico em jovens obesos.20

Destaca-se, portanto, o papel benéfico do exercício físico na regulação do perfil lipídico de crianças obesas e como atenuador dos fatores de risco associados à síndrome metabólica, estado patológico que envolve, além das características dislipidêmica e obesogênica, hipertensão arterial sistêmica, resistência insulínica e glicemia alterada de jejum.11 , 16 , 17 , 18 , 21 and 22

Exercício físico e estado inflamatório

Sabe-se que uma das características da obesidade é desencadear um processo inflamatório sistêmico ocasionado por disfunção regulatória hormonal advinda principalmente do aumento da liberação de citocinas pró-inflamatórias na corrente sanguínea, mesmo durante o exercício físico.23 Todavia, os estudos demonstram que a prática regular de exercícios físicos está relacionada à redução do estado inflamatório sistêmico presente na obesidade infantil.24

Lai et al.3 avaliaram, em 88 crianças chinesas, a relação do polimorfismo da adipocina vistatina, recentemente descoberta, sobre variáveis metabólicas. Os pesquisadores investigaram a relação da vistatina e o efeito de um programa de treinamento aeróbico (20-40% da frequência cardíaca de reserva), feito quatro vezes por semana durante quatro semanas. Os resultados demostraram uma diminuição mais acentuada dos níveis de triacilgliceróis e sensibilidade insulínica das crianças que apresentavam o polimorfismo dessa adipocina pró-inflamatória. Rosa et al.24 relataram redução de 92% da concentração de adipocina pró-inflamatória interleucina-6 e metabólitos oxidativos da mieloperoxidase em 47 crianças obesas submetidas a treinamento intermitente com sprints de ciclismo à 80% VO2max.

Estudo de Plonka et al.25 avaliou a relação entre leptina sérica e nível de atividade física em 59 escolares obesas. Consideraram-se como ativas as meninas que gastavam no mínimo duas horas do dia em atividades físicas. Concluiu-se que, entre as estudantes ativas, a concentração de leptina sérica era três vezes menor do que entre as inativas, o que sugere uma melhoria da sensibilidade à ação da leptina das meninas ativas. Corroborando os achados, Woo et al.26 relataram redução significativa da concentração de leptina sérica e aumento de adiponectina em crianças coreanas obesas entre 10 e 12 anos submetidas a treinamento aeróbico de moderada intensidade por 12 semanas. Ademais, mesmo após a interrupção do treinamento, a concentração sérica dessas adipocinas permaneceu inalterada pelos três meses subsequentes, período em que as crianças não fizeram exercícios físicos.

O exercício físico mostra-se capaz de diminuir o estado inflamatório sistêmico, um dos fatores fisiopatológicos da obesidade. A diminuição desse quadro acarreta a melhoria da função de diversos sistemas. Paralelamente, a restauração da sinalização celular em nível molecular é capaz de agir positivamente sobre a comunicação celular e todas as cascatas de reações bioquímicas vinculadas aos sistemas metabólicos e ao uso de glicose, aminoácidos e ácidos graxos como fonte energética.

Exercício físico e fatores de risco cardiovascular e neural

A disfunção metabólica e hormonal desencadeada pela obesidade infantil está associada a fatores de risco cardiovascular por induzir alterações sistêmicas que, no decorrer da vida, podem gerar lesões a nível cardiovascular, cujos desfechos podem culminar em óbito. Portanto, é preciso incentivar medidas preventivas ou paliativas que visem a atenuar tais fatores de risco.27

Demonstra-se que a prática regular de exercícios físicos é capaz de promover, já na infância, adaptações cardiovasculares positivas. Park et al.28 avaliaram o efeito de um programa de treinamento aeróbico e resistido sobre a função de células endoteliais em 29 crianças obesas durante 12 semanas. O treinamento aeróbico era constituído de 30 minutos de caminhada rápida (aproximadamente 60% da frequência cardíaca de reserva). O exercício resistido consistia na realização de um circuito com três exercícios de contra-resistência para membros superiores e quatro para membros inferiores, constituídos de 8-12 repetições e intensidade de 60% da máxima repetição voluntária (RM). Os pesquisadores evidenciaram um aumento duas vezes maior em três tipos de células progenitoras endoteliais, ou seja, o treinamento físico foi capaz de estimular um aumento da capacidade vasodilatadora endotelial, o que gera impacto positivo sobre o fluxo sanguíneo para o corpo, diminui a força de ejeção ventricular e diminui a sobrecarga cardíaca.

O tempo de recuperação da frequência cardíaca pós-exercício físico pode ser usado como importante ferramenta para mensurar o controle, em nível autonômico, do coração. Dessa maneira, a magnitude do decréscimo do número de batimentos cardíacos após uma atividade, dentro de um curto tempo, parece refletir o nível de aptidão cardiovascular de um indivíduo. Todavia, pessoas obesas apresentam já na infância um desbalanço desse controle involuntário sobre o coração, ou seja, necessitam de maior tempo de descanso para restaurar a frequência cardíaca de repouso após o esforço físico. Laguna et al.29 fizeram testes de esforço máximo em cicloergômetro em 437 crianças espanholas obesas, com idade média de nove anos, e verificaram uma relação positiva entre o tempo de recuperação da frequência cardíaca de esforço com fatores de risco cardiometabólico nessa população, ou seja, quanto maior o tempo de restauração dos batimentos cardíacos máximos até o repouso, menor a eficiência do trabalho cardíaco.

Corroborando esses achados, Legantis et al.30 avaliaram o efeito da aptidão cardiorrespiratória e da obesidade na resposta hemodinâmica de 24 crianças obesas, fisicamente ativas e inativas, submetidas a exercício isométrico de preensão manual a 30% da RM durante três minutos. As crianças obesas inativas apresentaram maiores valores de pressão arterial sistólica no repouso e durante a contração muscular isométrica, em comparação com as crianças obesas ativas. Adicionalmente, foram observados valores mais elevados de atividade nervosa simpática muscular, débito cardíaco e consumo de oxigênio entre as inativas. A inatividade física promove no indivíduo uma diminuição da eficiência mecânica frente a um determinado esforço, ou seja, a obesidade diminui a capacidade metabólica de gerar trabalho muscular e suportar a demanda energética da atividade física. Assim, quanto menor for a eficiência aeróbica do indivíduo frente a um estímulo, menor será a capacidade de suportar, ao longo do tempo, a intensidade de uma tarefa. Esses achados demonstram que o condicionamento físico adequado é um bom preditor de saúde cardiovascular, independentemente da obesidade, ou seja, a aptidão cardiorrespiratória pode desempenhar um papel de proteção ao coração do indivíduo obeso, mesmo durante a infância.

A prática de exercícios físicos promove importantes adaptações neurais sobre o sistema cardiovascular, estimula positivamente vias neurais ligadas ao músculo cardíaco e à musculatura lisa endotelial. Isso repercute positivamente em fatores hemodinâmicos, como pressão arterial, frequência cardíaca e resistência vascular periférica, o que aumenta a força e a capacidade de ejeção cardíaca e a distribuição do fluxo sanguíneo e, consequentemente, maximiza a disponibilidade e o uso de nutrientes pela musculatura esquelética.

Efeito dos tipos de exercício físico

O aumento da capacidade aeróbica está associado inversamente ao acúmulo de gordura e a fatores de risco cardiovascular. De acordo com metanálise feita por Saavedra et al,31 a melhoria do condicionamento aeróbico desencadeia uma série de estímulos fisiológicos que potencializam a captação de oxigênio e o uso dos ácidos graxos como fonte de energia, o que reduz os depósitos de gordura corporal e diminui os índices de obesidade.

Estudo de Araujo et al.32 demonstrou aumento do VO2máx em 39 crianças obesas submetidas a um protocolo de treinamento de 12 semanas, com treino de resistência aeróbica a 80% da frequência cardíaca pico e treinamento intervalado com sprints. Houve aumento significativo no VO2 absoluto (26% vs. 19%) e VO2 pico relativo (13,1% vs. 14,6%), bem como na sensibilidade insulínica. Entretanto, essa proposta de treinamento não demonstrou redução significativa de gordura corporal, tampouco dos valores séricos de glicemia, colesterol, triacilgliceróis e lipoproteínas. Todavia, apenas foi mensurada a gordura subcutânea, não foram verificados os depósitos viscerais. Sabe-se que a gordura visceral é a metabolicamente mais ativa e relacionada às morbidades cardiometabólicas. Nesse sentido, esses resultados devem ser considerados com cautela, pois grande parte dos estudos demonstra respostas positivas relacionadas aos parâmetros metabólicos vinculados à obesidade e a prática exercício físico tanto do tipo resistido quanto aeróbico. 31 and 33

Estudo desenvolvido por Ando et al.34 evidenciou um aumento do uso de gordura como substrato energético 24 horas após a prática de exercício aeróbico contínuo ou intermitente. Entretanto, a magnitude do uso de gordura nas 24 horas subsequentes à prática foi maior nos indivíduos submetidos ao treinamento intermitente, o que sugere que a intensidade, apesar da relevância das cargas de volume, pode ser um importante fator que modula o grau de dispêndio energético. Dessa maneira, sugere-se que atividades fracionadas ao longo do dia, com maior intensidade e menor volume, possam causar maior impacto sobre o gasto energético diário.

Lee et al.35 acompanharam por três meses os efeitos de exercícios físicos do tipo aeróbico e resistido em 32 meninos pré-adolescentes obesos sobre o acúmulo de gordura abdominal, hepática, intramiocelular e sensibilidade insulínica. Ambos os exercícios promoveram redução dos níveis de gordura visceral e intramiocelular, entretanto somente o exercício de contra-resistência promoveu aumento significativo da sensibilidade insulínica. Os pesquisadores atribuíram o aumento da melhoria dessa sensibilidade ao fato de o exercício resistido potencializar o nível de contração muscular localizado e promover um maior estímulo de proteínas translocadoras de glicose para dentro da célula.

Em relação ao volume de treinamento, Davis et al.36 avaliaram a ação de diferentes volumes de treinamento aeróbico em 222 crianças portadoras de sobrepeso e obesidade ao longo de 13 semanas, com cinco sessões de treino por semana. A intensidade do treinamento aeróbico foi de 65% do VO2max, os volumes foram de 20 e 40 minutos por sessão e os parâmetros analisados foram resistência insulínica e acúmulo de gordura visceral. Tanto 20 quanto 40 minutos de duração da sessão de treino proporcionaram melhoria na sensibilidade insulínica e redução de gordura visceral. Todavia, o grupo de 40 minutos apresentou uma melhoria de 83% da sensibilidade insulínica. O mesmo ocorreu para a redução de gordura visceral, cuja redução foi 72% superior ao grupo controle.

Atividades recreativas são também eficientes para promover a atenuação dos fatores de risco da obesidade infantil. Militão et al.37 acompanharam 34 escolares obesos entre 9 e 11 anos, durante o período de intervalo entre aulas. O estudo demonstrou que um programa de 10 semanas de exercício recreativos aliado a um programa de orientação de hábitos de vida saudáveis foi capaz de aumentar os valores de o VO2max e reduzir os valores de LDL, triglicérides, colesterol total e pressão arterial.

Quanto ao treinamento resistido, os estudos com crianças obesas são limitados, devido à dificuldade de quantificar cargas de treinamento. Entretanto, pesquisas que relacionaram os efeitos do treinamento resistido sobre variáveis metabólicas em crianças obesas relatam resultados positivos no que tange aos possíveis danos que a doença exerce sobre o indivíduo.13 Esses fatores estão associados ao ganho de massa isenta de gordura e à diminuição do tecido adiposo, bem como à diminuição dos níveis tensionais hemodinâmicos e dos fatores de risco associados ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares.33

Schranz et al.38 avaliaram os efeitos de um programa de seis meses de treinamento resistido em 56 adolescentes obesos, entre 13-17 anos. Adicionalmente aos benefícios metabólicos proporcionados pelo período de prática, como o aumento da massa muscular e a redução do percentual de gordura, foi observado que esse tipo de intervenção também promove benefícios relacionados à autoestima de jovens obesos, fator que indiretamente está associado ao aspecto psicossocial ligado à obesidade.38 and 39

De maneira semelhante, foi demonstrado que o treinamento resistido promove diversos benefícios metabólicos, como a melhoria da sensibilidade insulínica, o aumento do uso da glicose como substrato energético e a melhoria do perfil lipídico, fatores intimamente associados ao comprometimento da obesidade infantil.13

Exercícios resistidos feitos de forma tradicional, como academias de ginástica, normalmente não são bem aceitos pela população pediátrica. Assim, é importante que atividades lúdicas, como jogos e/ou brincadeiras, que envolvam a resistência do próprio corpo ou de companheiros, sejam estimuladas. A iniciação esportiva na ginástica ou em lutas em geral, com especial destaque para o judô, é uma forma interessante de trabalhar o componente da força nessa população, principalmente por dinamizar a prática prazerosa de atividades que requeiram potência anaeróbica e neuromuscular.

Exercícios com características eminentemente aeróbicas também devem ser realizados. Diferentemente de adultos, que suportam períodos de exercício contínuo em cicloergômetro ou corrida, as crianças não toleram bem essa forma de prescrição. Por conta disso, é interessante o incentivo e a prática de atividades recreativas e jogos esportivos que envolvam uma grande quantidade de massa corporal, como futebol, futsal, basquetebol, handebol e polo aquático. A natação e esportes com patins representam atividades normalmente bem toleradas e que também são interessantes para aumentar o gasto energético e aprimorar a capacidade aeróbica.

Dessa forma, uma alternância de atividades físicas ao longo da semana, entre quatro e seis dias, exerceria papel fundamental no dispêndio energético diário e se constituiria como estratégia para combater, prevenir ou atenuar os efeitos deletérios da obesidade infantil.

Conclusão

A prática de exercícios físicos se mostra capaz de promover adaptações positivas sobre a obesidade infantil e atuar como coadjuvante na sua prevenção e tratamento. A magnitude dos benefícios pode variar conforme o exercício físico. Os principais efeitos oriundos dos exercícios estão vinculados principalmente à restauração do perfil lipídico, restauração hemodinâmica e autonômica, melhoria da composição corporal, mobilização dos substratos energéticos e à ativação metabólica.