Sensitivity and Specificity of Cutoff Points of Resting Heart Rate from 6,794 Brazilian Adolescents: A Cross-Sectional Study.

BACKGROUND: Resting heart rate (RHR) may be a useful screening tool for cardiovascular risk. However, RHR cutoff points, an interesting clinical approach, have never been described in young populations.
OBJECTIVE: To establish RHR cutoff points in Brazilian adolescents and to analyze whether cutoff points are associated with cardiovascular risk factors.
METHODS: The sample was composed of 6,794 adolescents (10 to 19 years old). Blood pressure and RHR were assessed by oscillometric device. Body mass index and waist circumference were also assessed. Receiver operating characteristic curve was adopted to analyze the sensitivity and specificity, and associations of high RHR with cardiovascular risk factors were analyzed by binary logistic regression. A p value < 0.05 was considered statistically significant for all the analyses.
RESULTS: Mean RHR values were higher among participants ages 10 to 14 years than 15 to 19 years, for boys (p < 0.001) and girls (< 0.001). The proposed RHR cutoff points for cardiovascular risk factors detection were significant for boys ages 10 to 14 (> 92 bpm) and 15 to 19 years (> 82 bpm), as well as for girls ages 15 to 19 years (> 82 bpm) (p < 0.05 for all), whereas no cutoff point was identified for girls ages 10 to 14 years (p > 0.05). Proposed RHR cutoff points were associated with abdominal obesity, overweight, and high blood pressure in boys in girls. RHR cutoff points were associated with the cluster of cardiovascular risk factors in adolescents ages 15 to 19 years.
CONCLUSION: The proposed RHR cutoff points were associated with cardiovascular risk factors in adolescents.

Introdução

A frequência cardíaca em repouso (FCR) é uma medida acessível que reflete o equilíbrio entre o sistema nervoso simpático e parassimpático.[1] A FCR elevada tem sido associada a eventos cardiovasculares adversos e à mortalidade em adultos.[2,3] Tem sido associada também à pressão arterial elevada, à obesidade abdominal e ao sobrepeso[4-8] em crianças e adolescentes.[8] A FCR elevada na infância e na adolescência parece rastrear o risco de doença cardiovascular até a idade adulta.[9] Portanto, essa medida pode ser uma ferramenta útil de triagem de risco cardiovascular em populações jovens.

Em crianças e adolescentes, a FCR diminui com a idade e é dependente do sexo.[10-12] Devido a isso, estudos realizados pelo National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES 1999-2008) nos Estados Unidos,[12] um estudo internacional,[13] e a German Health Interview and Examination Survey on Children and Adolescents (KiGGS) têm apresentado percentis para FCR por idade e sexo, para crianças e jovens com idades de 3 a 17 anos.[5]

Apesar dos percentis fornecidos por estudos anteriores, nunca foram descritos os pontos de corte para FCR, o que seria uma abordagem clínica mais interessante para melhorar a utilidade desse marcador.[14-16] Além disso, quase todos os estudos foram realizados em países de alta renda,[5,12,13] e não se sabe se tais resultados poderiam ser extrapolados para adolescentes que vivem em países de renda baixa a média (por exemplo, o Brasil). Desta maneira, o objetivo principal deste estudo foi o de estabelecer os pontos de corte da FCR em adolescentes de 10 a 19 anos. A análise secundária visou explorar se esses pontos de corte estavam associados a fatores de risco cardiovascular.

Métodos

Desenho e amostra do estudo

Este estudo transversal foi realizado a partir das bases de dados de três estudos de base escolar das seguintes populações: 1) alunos de 14 a 19 anos da rede pública de ensino do estado de Pernambuco (Região Nordeste);[4] 2) alunos de 10 a 17 anos da rede pública de ensino da cidade de Londrina (Paraná, Região Sul);[17] e um estudo envolvendo alunos de 10 a 17 anos de escolas públicas e privadas da cidade de Presidente Prudente (São Paulo, Região Sudeste).[18] Portanto, a população-alvo do presente estudo foram alunos de 10 a 19 anos de idade. Os três estudos foram aprovados pelos comitês de ética da Universidade de Pernambuco, da Universidade Estadual de Londrina e da Universidade Estadual Paulista, de acordo com as Diretrizes do Sistema Nacional de Ética em Pesquisa. Os procedimentos dos estudos foram descritos anteriormente.[4,17]

Ambos os estudos tinham critérios de inclusão semelhantes, tais como ausência de diabetes mellitus, doença cardiovascular ou deficiência neurológica ou mental conhecidos. Para as medidas cardiovasculares (FCR e pressão arterial), os adolescentes foram excluídos se relatassem qualquer um dos seguintes fatores: uso de álcool, uso de qualquer forma de tabaco e/ou drogas ilícitas ou realização de exercício físico no dia da medição.

Não foram consideradas variáveis comportamentais como nível de atividade física e comportamento não saudável no presente estudo devido às diferenças metodológicas nos instrumentos utilizados entre os estudos. Portanto, no presente estudo, foram compiladas apenas variáveis biológicas como sexo, idade, pressão arterial, FCR e medidas antropométricas (peso, altura e circunferência da cintura) que foram obtidas utilizando procedimentos semelhantes.

Frequência cardíaca em repouso - Preditores

Foram obtidas as medições da FCR utilizando o dispositivo de monitoramento de pressão arterial Omron HEM 742 (Omron, Xangai, China), que foi previamente validado.[19] Após aproximadamente 30 minutos de repouso (tempo aproximado para responder ao questionário) e um período de pelo menos cinco minutos na posição sentada, todos os adolescentes tiveram sua FCR medida três vezes, sendo as duas últimas medidas consideradas para análise.

Desfechos

Pressão Arterial

A pressão arterial foi medida com o dispositivo Omron HEM 742 (Omron, Xangai, China).[19] Cada adolescente permaneceu na posição sentada durante pelo menos cinco minutos, com as pernas descruzadas. A pressão arterial foi medida no braço direito, com manguito de tamanho adequado posicionado na altura do coração. Para análise, foram consideradas as médias das últimas duas medidas, e os adolescentes foram classificados como tendo pressão arterial elevada quando a pressão arterial sistólica e/ou diastólica foi igual ou maior que o percentil 95 de referência para sexo, idade e altura.[20]

Sobrepeso e obesidade abdominal

A altura e o peso foram obtidos com os adolescentes descalços e sem casacos por meio de estadiômetro e balança automática, respectivamente. O sobrepeso foi determinado conforme proposto por Cole et al.[21] A circunferência da cintura foi obtida na posição ortostática na altura do umbigo utilizando uma fita de tensão constante, e os adolescentes com valores de circunferência da cintura acima do percentil 80 referente para sexo e idade foram considerados com obesidade abdominal.[22]

Conjunto de fatores de risco cardiovascular

O agrupamento dos fatores de risco cardiovascular foi determinado pela soma de obesidade abdominal, sobrepeso e pressão arterial elevada. Para análise, foram incluídos apenas adolescentes com todas as informações, e a pontuação do conjunto variou de 0 a 3.

Análise estatística

Os três bancos de dados foram compilados por um único pesquisador em uma planilha de dados usando o software SPSS/PASW (IBM Corp, New York, EUA) e os possíveis erros foram verificados por um segundo pesquisador independente. A distribuição normal foi analisada por análise gráfica (histograma). As variáveis contínuas foram resumidas como médias, desvio padrão e percentis, enquanto as variáveis categóricas foram resumidas como frequência relativa. Foram realizadas as comparações de idade e FCR entre os sexos usando o teste t independente, enquanto o teste do qui-quadrado foi utilizado para comparar as variáveis categóricas (obesidade abdominal, sobrepeso, pressão arterial elevada e o conjunto de fatores de risco cardiovascular).

A sensibilidade e especificidade da FCR na detecção de fatores de risco cardiovascular foram realizadas usando a curva de ROC. A associação da FCR elevada e os fatores de risco cardiovascular separados ou em conjunto foi realizada pela regressão logística binária. O intervalo de confiança adotado foi de 95% e a significância estatística foi de 5%. Os pacotes estatísticos usados foram SPSS e Medcalc.

Resultados

O número de adolescentes elegíveis, avaliados e excluídos foi descrito anteriormente.[4,17,18] Desta maneira, foram incluídos no estudo 6.794 adolescentes (4.040 meninas e 2.754 meninos) com média de idade de 16,0 ± 1,8 anos. As características dos adolescentes são apresentadas na Tabela 1. As meninas apresentaram maior FCR e obesidade abdominal, enquanto os meninos apresentaram maior prevalência de pressão arterial elevada.

Tabela 1

– Características gerais de adolescentes brasileiros de acordo com sexo, em 2011 (n = 6.794)

	Total	Meninos (n=2.754)	Meninas (n=4.040)	p
Idade (anos)	16,0 ± 1,8	16,0 ± 1,9	16,0 ± 1,7	0,427a
Frequência cardíaca em repouso (bpm)	78,4 ± 12,8	74,4 ± 12,6	81,1 ± 12,2	<0,001a
Obesidade abdominal (%)	20,7	16,5	23,5	<0,001b
Sobrepeso (%)	17,9	18,0	17,8	0,842 b
Pressão arterial elevada (%)	16,6	24,0	11,6	<0,001 b
Fatores de risco (%)				<0,001b
Nenhum	66,1	64,5	67,2	<0,001 b
Um	17,6	19,0	16,6
Dois	11,3	9,9	12,3
Três	5,0	6,6	3,9

bpm: batimentos por minuto;

Os percentis da FCR de adolescentes por idade e sexo são mostrados na Figura 1 e na Tabela 2. A FCR média para meninos de 10 a 14 anos foi maior do que em meninos de 15 a 19 anos (80,7 ± 13,0 bpm versus 73,0 ± 12,0 bpm, p < 0,001). A FCR média para meninas de 10 a 14 anos também foi maior do que para meninas de 15 a 19 anos (83,8 ± 13,0 bpm versus 80,6 ± 12,0 bpm, p < 0,001).

Figura 1

– Frequência cardíaca em repouso suavizada para adolescentes brasileiros de sexo masculino e feminino (n = 6.794). bpm: batimentos por minuto.

Tabela 2

– Médio ± desvio padrão e valores dos percentis para frequência cardíaca em repouso em adolescentes de 10 a 19 anos de idade

	Idade (anos)	Médio ± DP	Percentis para frequência cardíaca em repouso
			1	2,5	5	10	50	90	95	97,5	99
Meninos (n=2.754)	10	85,3 ± 14,6	61,4	64,9	68,1	72,1	83,0	108,4	115,2	121,4	129,1
	11	85,7 ± 12,6	58,7	62,1	65,2	69,0	87,5	104,4	110,9	117,0	124,5
	12	84,4 ± 13,6	56,3	59,6	62,6	66,3	83,5	100,7	107,1	113,0	120,3
	13	80,7 ± 11,3	54,3	57,5	60,4	64,0	79,0	97,3	103,5	109,3	116,4
	14	77,8 ± 12,3	52,7	55,8	58,6	62,1	77,8	94,4	100,4	106,0	112,9
	15	76,1 ± 11,6	51,4	54,4	57,1	60,5	75,0	91,8	97,7	103,1	109,8
	16	73,4 ± 12,5	50,4	53,3	56,0	59,2	73,4	89,6	95,3	100,5	107,0
	17	72,1 ± 12,0	49,7	52,5	55,1	58,3	71,0	87,8	93,3	98,3	104,6
	18	70,7 ± 11,5	49,3	52,1	56,6	57,7	70,0	86,4	91,6	96,5	102,5
	19	72,3 ± 10,9	49,8	54,6	56,0	60,0	70,0	86,0	90,0	99,4	111,6
Meninas (n=4.040)	10	85,9 ± 11,5	61,3	64,5	67,6	71,3	86,0	106,2	112,7	118,8	126,5
	11	86,4 ± 12,4	60,2	63,4	66,4	70,0	84,0	104,2	110,7	116,7	124,1
	12	87,0 ± 13,6	59,3	62,5	65,4	68,9	85,5	102,4	108,7	114,6	121,9
	13	83,4 ± 14,8	58,6	61,7	64,6	68,0	81,0	100,8	106,9	112,6	119,7
	14	82,1 ± 12,0	58,1	61,1	63,9	67,3	81,0	99,2	105,2	110,7	117,6
	15	82,2 ± 12,9	57,7	60,7	63,4	66,8	81,0	97,8	103,6	109,0	115,6
	16	80,1 ± 11,4	57,5	60,4	63,1	66,4	79,0	96,6	102,2	107,3	113,8
	17	80,5 ± 12,1	57,5	60,4	63,0	66,2	79,0	95,5	100,9	105,8	112,0
	18	79,4 ± 11,5	57,7	60,5	63,0	66,2	78,0	94,5	99,7	104,5	110,4
	19	80,1 ± 11,5	54,0	59,3	63,6	67,0	79,0	95,9	102,5	107,0	112,7

DP: desvio padrão.

Os pontos de corte propostos para a detecção de FCR elevada em ambos os sexos de acordo com a idade são apresentados na Tabela 3. Para meninas de 10 a 14 anos, a área sob a curva não foi significante no ponto de corte encontrado (p > 0,05), enquanto para meninos (de 10 a 14 e de 15 a 19 anos) e meninas de 15 a 19 anos, a área sob a curva foi significante (p < 0,05).

Tabela 3

– Pontos de corte propostos e indicadores da curva de característica de operação do receptor de detecção de frequência cardíaca em repouso para fatores de risco cardiovascular em adolescentes (n = 6.773)

	Corte	AUC	IC 95%	p	Sensibilidade	IC 95%	Especificidade	IC 95%
Meninos 10 a 14 anos	>92	0,632	0,588 – 0,675	0,021	44,44	25,5 – 64,7	81,00	77,1 – 84,5
Meninos 15 a 19 anos	>82	0,633	0,612 – 0,653	<0,001	35,96	26,1 – 46,8	82,67	81,0 – 84,2
Meninas 10 a 14 anos	>94	0,528	0,486 – 0,570	0,635	32,14	15,9 – 52,4	80,78	77,2 – 84,0
Meninas 15 a 19 anos	>82	0,709	0,693 – 0,724	<0,001	75,86	65,5 – 84,4	58,43	56,7 – 60,1

AUC: área sob a curva; FCR: frequência cardíaca em repouso; IC: intervalo de confiança.

A Tabela 4 mostra as associações entre os pontos de corte da FCR e os fatores de risco cardiovascular. Em meninos de 10 a 14 anos, a FCR elevada foi associada com a obesidade abdominal e o sobrepeso. Em meninos de 15 a 19 anos, a FCR elevada foi associada com a obesidade abdominal, o sobrepeso e a pressão arterial elevada. Em meninas de 15 a 19 anos, a FCR elevada foi associada com a obesidade abdominal, o sobrepeso e a pressão arterial elevada. Além disso, em meninos e meninas (de 15 a 19 anos), os pontos de corte da FCR foram associados ao conjunto de fatores de risco cardiovascular (Tabela 5).

Tabela 4

– Análises brutas e ajustadas da associação entre pontos de corte para frequência cardíaca em repouso e fatores de risco cardiovascular em adolescentes

Variáveis independentes	Modelos	FCR elevadaa
		RC (IC 95%)
Meninos (10 a 14 anos)
Obesidade abdominal (não = referência)	Bruto	2,46 (1,60 – 3,79)
	Ajustado	2,37 (1,53 – 3,68)
Sobrepeso (não = referência)	Bruto	2,06 (1,38 – 3,10)
	Ajustado	1,87 (1,23 – 2,83)
Pressão arterial elevada (não = referência)	Bruto	1,45 (0,93 – 2,26)
	Ajustado	1,42 (0,90 – 2,23)
Meninos (15 a 19 anos)
Obesidade abdominal (não = referência)	Bruto	1,89 (1,27 – 2,82)
	Ajustado	1,85 (1,24 – 2,76)
Sobrepeso (não = referência)	Bruto	1,88 (1,27 – 2,78)
	Ajustado	1,89 (1,28 – 2,80)
Pressão arterial elevada (não = referência)	Bruto	2,83 (2,01 – 3,98)
	Ajustado	3,00 (2,12 – 4,23)
Meninas (15 a 19 anos)
Obesidade abdominal (não = referência)	Bruto	1,22 (1,04 – 1,43)
	Ajustado	1,26 (1,07 - 1,47)
Sobrepeso (não = referência)	Bruto	1,26 (1,05 – 1,50)
	Ajustado	1,27 (1,06 – 1,51)
Pressão arterial elevada (não = referência)	Bruto	2,86 (2,28 – 3,59)
	Ajustado	2,82 (2,25 – 3,54)

Ajustado por idade, período do dia. FCR: frequência cardíaca em repouso; IC: intervalo de confiança; RC: razão de chances.

Tabela 5

– Análises ajustadas da associação entre pontos de corte para frequência cardíaca em repouso e agrupamento de fatores de risco cardiovascular em conjuntos em adolescentes

Fatores de risco	FCR elevadaa
	RC (IC 95%)
Meninos (10 a 14 anos)
Nenhum	Referência
Um	0,86 (0,50 – 1,49)
Dois	2,48 (1,43 – 4,28)
Três	2,33 (1,20 – 4,52)
Meninos (15 a 19 anos)
Nenhum	Referência
Um	3,14 (2,12 – 4,67)
Dois	2,22 (1,26 – 3,90)
Três	3,72 (2,12 – 6,54)
Meninas (15 a 19 anos)
Nenhum	Referência
Um	1,33 (1,11 – 1,60)
Dois	1,24 (1,01 – 1,54)
Três	3,70 (2,47 – 5,53)

Ajustado por idade, período do dia. FCR: frequência cardíaca em repouso; IC: intervalo de confiança; RC: razão de chances.

Discussão

Os principais achados do presente estudo foram: a) os pontos de corte da FCR apresentam alta especificidade para a detecção de risco cardiovascular em meninos de 10 a 14 e de 15 a 19 anos; b) em meninas de 15 a 19 anos, os pontos de corte da FCR têm alta sensibilidade na detecção de risco cardiovascular, enquanto o ponto de corte não pôde ser estabelecido em meninas de 10 a 14 anos; c) os pontos de corte da FCR identificados foram associados ao conjunto de fatores de risco cardiovascular.

Neste estudo, houve declínio da FCR com o aumento da idade, de modo semelhante a outros estudos.[5,12] Isto pode ser explicado pela melhoria da sensibilidade barorreflexa e da função neural com a maturação sexual.[23] De fato, durante a maturação ocorre um aumento progressivo da atividade cardíaca parassimpática em relação a atividade simpática,[23] resultando em menor FCR no final da adolescência.[24]

A FCR diferiu entre meninos e meninas de 15 a 19 anos (meninos: 73,0 ± 12,0 bpm versus meninas: 80,6 ± 12,0 bpm), corroborando com estudos anteriores.[4,5] Tais diferenças podem ser causadas pela maior adiposidade nas meninas.[25] Estudos anteriores também mostraram que tanto a aptidão cardiorrespiratória quanto os níveis de atividade física são mais elevados em meninos do que em meninas,[26] e estes fatores estão diretamente relacionados ao controle autonômico cardíaco.[27-29]

Estudos anteriores reportaram valores de referência da FCR em crianças e adolescentes do nascimento aos 18 anos de idade, incluindo uma revisão sistemática envolvendo 143.346 participantes, que mostrou valores medianos de 123 bpm em adolescentes de 12 a 18 anos.[13] Outros estudos que analisaram grandes populações nacionais, como o KiGGS[5] e o NHANES,[12] observaram valores medianos da FCR, em toda a faixa etária, variando entre 69 e 104 bpm para meninos e 74 e 108 bpm para meninas. Em comparação com esses estudos, observamos uma FCR mais homogênea (valores medianos de 70 a 83 bpm para meninos e 79 a 86 bpm para meninas), o que pode ser explicado pelo menor amplitude de faixa etária incluída no estudo.

A principal novidade do presente estudo foi a identificação de pontos de corte para a FCR em adolescentes. Tais pontos foram associados a importantes fatores de risco cardiovascular, tais como, a obesidade abdominal, o sobrepeso e a pressão arterial elevada, condições diretamente relacionadas com o controle autonômico cardíaco. Isso Explica, pelo menos em parte, a associação desses fatores com a FCR. Da mesma forma, os pontos de corte da FCR também foram associados ao conjunto de fatores de risco cardiovascular independentemente do sexo, indicando que o acúmulo de fatores de risco leva a maiores alterações na função autonômica cardíaca.

Os principais pontos fortes do presente estudo são o tamanho da amostra relativamente grande, a inclusão de uma ampla faixa etária, o uso de uma técnica automatizada para medições da FCR para evitar viés do observador e o fato de que a análise de dados foi realizada por um único pesquisador de maneira cega. Ademais, adolescentes com condiçoes ou medicamentos que influenciam a FCR foram excluídos. Apesar destes pontos fortes, o estudo presente apresenta algumas limitações que precisam ser consideradas. Primeiro, tivemos apenas uma única avaliação de FCR. Não foi possível determinar o estágio maturacional. Portanto, estudos futuros deverão considerar a maturação sexual dos adolescentes. O delineamento transversal deste estudo constitui uma limitação, pois não se pode inferir causalidade, o que torna necessário estudos longitudinais para validar os pontos de corte encontrados. Embora este seja o primeiro estudo com pontos de corte em adolescentes brasileiros, analisamos poucas regiões do Brasil, sendo necessários mais estudos multicêntricos. Por último, como outros potenciais confundidores que podem afetar a FCR (tabagismo, consumo de álcool e exercício antes da medição) não foram controlados, não se pode desconsiderar a sua influência. Apesar disso, estudos anteriores também adotaram uma estratégia semelhante.[5,12,13]

Conclusão

O presente estudo identificou como pontos de corte para a FCR > 92 bpm para meninos de 10 a 14 anos, > 82 bpm para meninos de 15 a 19 anos e > 82 para meninas de 15 a 19 anos, e demonstrou uma associação entre estes pontos de corte e o conjunto de fatores de risco cardiovascular. Estes pontos de corte podem auxiliar médicos e outros profissionais de saúde a interpretar e classificar o risco cardiovascular, utilizando uma medida simples, fácil e de baixo custo.

Introduction

Resting heart rate (RHR) is an accessible measure that reflects the balance between the sympathetic and parasympathetic nervous systems.[1] Elevated RHR has been associated with adverse cardiovascular disease events and mortality in adults.[2,3] It has also been associated with high blood pressure, abdominal obesity, and overweight,[4-8] including in children and adolescents.[8] Elevated RHR in childhood and adolescence seems to track long-term risk of cardiovascular disease to adulthood.[9] Therefore, RHR may be a useful screening tool for cardiovascular risk in young populations.

In children and adolescents, RHR decreases with age and is sex dependent.[10-12] Thus, RHR percentiles derived in the National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES 1999-2008) in the United States,[12] an international study,[13] and the German Health Interview and Examination Survey on Children and Adolescents (KiGGS) have presented RHR percentiles by age and sex, from the ages of 3 to 17 years.[5]

Despite the percentiles provided in previous studies, RHR cutoff points, which would be a more interesting clinical approach to improve the usefulness of this marker,[14-16] have never been described. Likewise, as almost all of the studies were conducted in high-income countries,[5,12,13] it is still unknown whether such results can be extrapolated for adolescents living in low- to middle-income countries (e.g., Brazil). Thus, the primary purpose of this study was to establish RHR cutoff points in 10 to 19 year olds. Secondary analysis aimed to explore whether these critical values were associated with cardiovascular risk factors.

Methods

Study design and sample

This cross-sectional study was performed using the databases from three school-based studies in the following populations: 1) students ages 14 to 19 years from the public school system in the state of Pernambuco (Northeast Region of Brazil)[4]; 2) students ages 10 to 17 years from the public school system in the city of Londrina (state of Paraná, South Region of Brazil);[17] and students ages 10 to 17 years from both public and private schools in the city of Presidente Prudente (state of São Paulo, Southeast Region of Brazil).[18] Therefore, the target population in the current study was students ages 10 to 19 years old. The three studies were approved by the ethics committees of the University of Pernambuco, Londrina State University, and São Paulo State University, in compliance with the Brazilian National Research Ethics System Guidelines. The study procedures have been previously described.[4,17]

Both studies had similar inclusion criteria, such as without known diabetes mellitus, cardiovascular disease, or neurological or mental disabilities. Due to cardiovascular measures (RHR and blood pressure), adolescents were excluded if they reported any of the following: alcohol use, use of any form of tobacco and/or illicit drugs, and participation in any physical exercise training on the day of measurement.

Behavioral variables such as physical activity level and unhealthy behavior were not considered in the present study due to methodological differences in the instruments used among studies. Therefore, only biological variables such as sex, age, blood pressure, RHR, and anthropometric measurements (weight, height, and waist circumference) with similar procedures were compiled in the current study.

Resting heart rate - Predictors

RHR measurements were obtained using the Omron HEM 742 blood pressure monitoring device (Omron, Shangai, China), which has been previously validated [19]. After approximately 30 minutes at rest (approximate time to answer the questionnaire) and a period of at least five minutes in a seated position, all adolescents had their RHR measured three times, and the last two measurements were considered for analysis.

Outcomes

Blood pressure

Blood pressure was measured using the Omron HEM 742 blood pressure monitoring device (Omron, Shanghai, China).[19] Each adolescent rested in a seated position for at least five minutes, with legs uncrossed. Blood pressure was measured in the right arm placed at the heart level, with an appropriate cuff size. For analysis, the means of the two last measurements were considered, and adolescents were classified as having high blood pressure if they had systolic and/or diastolic blood pressure equal to or greater than the reference sex-, age-, and height-specific 95th percentile.[20]

Overweight and abdominal obesity

Height and weight were obtained from adolescents without shoes and coats using a stadiometer and an autonomic scale, respectively. Overweight was determined as proposed by Cole et al.[21] Waist circumference was obtained in the standing position at the level of the umbilicus using a constant tension tape, and adolescents with waist circumference values above the 80th percentile considering sex and age were considered as having abdominal obesity.[22]

Cluster of cardiovascular risk factors

The clustering of cardiovascular risk factors was determined by the sum of abdominal obesity, overweight, and high blood pressure. For analysis, only adolescents with all information were included and the cluster score ranged from 0 to 3.

Statistical analysis

The three databases were compiled by a single researcher in a data sheet using SPSS/PASW software (IBM Corp, New York, USA) and possible errors were checked by a second independent researcher. Normal distribution was analyzed by graphical analysis (histogram). Continuous variables were summarized as means, with standard deviation and percentiles, whereas categorical variables were summarized as relative frequency. Comparisons of age and RHR between sexes were performed using independent t test, whereas the chi-square test was used for comparing categorical variables (abdominal obesity, overweight, high blood pressure, and Cluster of cardiovascular risk factors).

The sensitivity and specificity of RHR in the detection of cardiovascular risk factors was performed using the receiver operating characteristic (ROC) curve. The association between the adolescents classified with high RHR and the cardiovascular risk factors separated or in the form of a cluster was enhanced by binary logistic regression. The confidence interval adopted was 95%, and the statistical significance was 5%. The statistical packages used were SPSS and Medcalc. A p value < 0.05 was considered statistically significant for all analyses.

Results

The number of adolescents available, evaluated, and excluded was described previously.[4,17,18] Thus, a total of 6,794 adolescents (4,040 girls and 2,754 boys) with a mean age of 16.0 ± 1.8 years old were included in the study. Characteristics of adolescents are shown in Table 1. Girls showed higher RHR and abdominal obesity, whereas boys had a higher prevalence of high blood pressure.

Table 1

– General characteristics of Brazilian adolescents by sex, in 2011 (n = 6,794)

	Total	Boys (n=2,754)	Girls (n=4,040)	p
Age (years)	16.0 ± 1.8	16.0 ± 1.9	16.0 ± 1.7	0.427a
Resting heart rate (bpm)	78.4 ± 12.8	74.4 ± 12.6	81.1 ± 12.2	<0.001a
Abdominal obesity (%)	20.7	16.5	23.5	<0.001b
Overweight (%)	17.9	18.0	17.8	0.842 b
High blood pressure (%)	16.6	24.0	11.6	<0.001 b
Risk factors (%)				<0.001b
None	66.1	64.5	67.2	<0.001 b
One	17.6	19.0	16.6
Two	11.3	9.9	12.3
Three	5.0	6.6	3.9

bpm: beats per minute;

Smoothed RHR percentiles from adolescents by age and sex are shown in Figure 1 and Table 2. Mean RHR for boys ages 10 to 14 was higher than in boys ages 15 to 19 (80.7 ± 13.0 bpm versus 73.0 ± 12.0 bpm, p < 0.001). Mean RHR for girls ages 10 to 14 was also higher than in girls ages 15 to 19 (83.8 ± 13.0 bpm versus 80.6 ± 12.0 bpm, p < 0.001).

Figure 1

– Smoothed resting heart rate for Brazilian adolescent boys and girls (n = 6,794). bpm: beats per minute.

Table 2

– Mean ± standard deviation and percentile values for resting heart rate in adolescents ages 10 to 19 years

	Age (years)	Mean ± SD	Resting heart rate percentiles
			1	2.5	5	10	50	90	95	97.5	99
Boys (n=2,754)	10	85.3 ± 14.6	61.4	64.9	68.1	72.1	83.0	108.4	115.2	121.4	129.1
	11	85.7 ± 12.6	58.7	62.1	65.2	69.0	87.5	104.4	110.9	117.0	124.5
	12	84.4 ± 13.6	56.3	59.6	62.6	66.3	83.5	100.7	107.1	113.0	120.3
	13	80.7 ± 11.3	54.3	57.5	60.4	64.0	79.0	97.3	103.5	109.3	116.4
	14	77.8 ± 12.3	52.7	55.8	58.6	62.1	77.8	94.4	100.4	106.0	112.9
	15	76.1 ± 11.6	51.4	54.4	57.1	60.5	75.0	91.8	97.7	103.1	109.8
	16	73.4 ± 12.5	50.4	53.3	56.0	59.2	73.4	89.6	95.3	100.5	107.0
	17	72.1 ± 12.0	49.7	52.5	55.1	58.3	71.0	87.8	93.3	98.3	104.6
	18	70.7 ± 11.5	49.3	52.1	56.6	57.7	70.0	86.4	91.6	96.5	102.5
	19	72.3 ± 10.9	49.8	54.6	56.0	60.0	70.0	86.0	90.0	99.4	111.6
Girls (n=4,040)	10	85.9 ± 11.5	61.3	64.5	67.6	71.3	86.0	106.2	112.7	118.8	126.5
	11	86.4 ± 12.4	60,2	63.4	66.4	70.0	84.0	104.2	110.7	116.7	124.1
	12	87.0 ± 13.6	59,3	62.5	65.4	68.9	85.5	102.4	108.7	114.6	121.9
	13	83.4 ± 14.8	58.6	61.7	64.6	68.0	81.0	100.8	106.9	112.6	119.7
	14	82.1 ± 12.0	58.1	61.1	63.9	67.3	81.0	99.2	105.2	110.7	117.6
	15	82.2 ± 12.9	57.7	60.7	63.4	66.8	81.0	97.8	103.6	109.0	115.6
	16	80.1 ± 11.4	57.5	60.4	63.1	66.4	79.0	96.6	102.2	107.3	113.8
	17	80.5 ± 12.1	57.5	60.4	63.0	66.2	79.0	95.5	100.9	105.8	112.0
	18	79.4 ± 11.5	57.7	60.5	63.0	66.2	78.0	94.5	99.7	104.5	110.4
	19	80.1 ± 11.5	54.0	59.3	63.6	67.0	79.0	95.9	102.5	107.0	112.7

SD: Standard deviation.

The proposed cutoff points and ROC curve indicators of detection of elevated RHR in both sexes according to age are shown in Table 3. For girls ages 10 to 14, the area under the curve was not significant at the cutoff point found (p > 0.05), whereas, for boys (10 to 14 and 15 to 19 years old) and girls ages 15 to 19, the area under the curve was significant (p < 0.05).

Table 3

– Proposed cutoff points and receiver operating characteristic curve indicators of detection of resting heart rate for cardiovascular risk factors in adolescents (n = 6,773)

	Cutoff	AUC	95% CI	p	Sensitivity	95% CI	Specificity	95% CI
Boys 10 – 14 yo	>92	0.632	0.588 – 0.675	0.021	44.44	25.5 – 64.7	81.00	77.1 – 84.5
Boys 15 – 19 yo	>82	0.633	0.612 – 0.653	<0.001	35.96	26.1 – 46.8	82.67	81.0 – 84.2
Girls 10 – 14 yo	>94	0.528	0.486 – 0.570	0.635	32.14	15.9 – 52.4	80.78	77.2 – 84.0
Girls 15 – 19 yo	>82	0.709	0.693 – 0.724	<0.001	75.86	65.5 – 84.4	58.43	56.7 – 60.1

AUC: area under curve; CI: confidence interval; RHR: resting heart rate; yo: years old.

Table 4 shows the associations between RHR cutoff points and cardiovascular risk factors. In boys ages 10 to 14, there were associations between elevated RHR and abdominal obesity and overweight. In boys ages 15 to 19, there were associations between elevated RHR and abdominal obesity, overweight, and high blood pressure. In girls ages 15 to 19, as well, elevated RHR was associated with abdominal obesity, overweight, and high blood pressure. In addition, in boys and girls (ages 15 to 19), the RHR cutoff points were independently associated with the cluster of cardiovascular risk factors (Table 5).

Table 4

– Crude and adjusted analyses of the association among cutoff points for resting heart rate and cardiovascular risk factors in adolescents

Independent variables	Models	Elevated RHRa
		OR (95% CI)
Boys (10 to 14 years old)
Abdominal obesity (no = reference)	Crude	2.46 (1.60 – 3.79)
	Adjusted	2.37 (1.53 – 3.68)
Overweight (no = reference)	Crude	2.06 (1.38 – 3.10)
	Adjusted	1.87 (1.23 – 2.83)
High blood pressure (no = reference)	Crude	1.45 (0.93 – 2.26)
	Adjusted	1.42 (0.90 – 2.23)
Boys (15 to 19 years old)
Abdominal obesity (no = reference)	Crude	1.89 (1.27 – 2.82)
	Adjusted	1.85 (1.24 – 2.76)
Overweight (no = reference)	Crude	1.88 (1.27 – 2.78)
	Adjusted	1.89 (1.28 – 2.80)
High blood pressure (no = reference)	Crude	2.83 (2.01 – 3.98)
	Adjusted	3.00 (2.12 – 4.23)
Girls (15 to 19 years old)
Abdominal obesity (no = reference)	Crude	1.22 (1.04 – 1.43)
	Adjusted	1.26 (1.07 - 1.47)
Overweight (no = reference)	Crude	1.26 (1.05 – 1.50)
	Adjusted	1.27 (1.06 – 1.51)
High blood pressure (no = reference)	Crude	2.86 (2.28 – 3.59)
	Adjusted	2.82 (2.25 – 3.54)

Adjusted for age, period of the day. CI: confidence interval; OR: odds ratio; RHR: resting heart rate.

Table 5

– Adjusted analyses of the association between cutoff points for resting heart rate and clustering of cardiovascular risk factors in adolescents

Risk factors	Elevated RHRa
	OR (95% CI)
Boys (10 to 14 years old)
None	Reference
One	0.86 (0.50 – 1.49)
Two	2.48 (1.43 – 4.28)
Three	2.33 (1.20 – 4.52)
Boys (15 to 19 years old)
None	Reference
One	3.14 (2.12 – 4.67)
Two	2.22 (1.26 – 3.90)
Three	3.72 (2.12 – 6.54)
Girls (15 to 19 years old)
None	Reference
One	1.33 (1.11 – 1.60)
Two	1.24 (1.01 – 1.54)
Three	3.70 (2.47 – 5.53)

Adjusted for age, period of the day. CI: confidence interval; OR: odds ratio; RHR: resting heart rate.

Discussion

The main findings of the current study were threefold: a) RHR cutoff points have high specificity in detecting the cardiovascular risk in boys ages 10 to 14 and 15 to 19; b) in girls ages 15 to 19, the RHR cutoff points have high sensibility in detecting cardiovascular risk, whereas, in girls ages 10 to 14, the cutoff point could not be established; c) RHR cutoff points identified were independently associated with the cluster of cardiovascular risk factors.

In this study, there was a decline in RHR with increasing age from infancy into adolescence, similarly to others studies.[5,12] This may be explained by improvements in baroreflex sensitivity and neural function with sexual maturation.[23] In fact, during maturation there is a progressive increase in parasympathetic cardiac activity related to sympathetic activity,[23] which supports a lower RHR in late adolescence.[24]

RHR differed between boys and girls ages 15 to 19 (boys: 73.0 ± 12.0 bpm versus girls: 80.6 ± 12.0 bpm), corroborating with previous studies.[4,5] These differences may be caused by the higher adiposity in girls.[25] Previous studies have also shown that both cardiorespiratory fitness and physical activity levels are higher in boys than girls,[26] and these factors are directly related to cardiac autonomic control.[27-29]

Previous studies have investigated RHR reference values in children and adolescents from birth to age 18, including a systematic review involving 143,346 participants, which showed median values of 123 bpm in adolescents ages 12 to 18.[13] Others studies analyzing large national populations, such as the KiGGS[5] and NHANES[12] surveys, observed RHR median values, throughout the age range, varying between 69 and 104 bpm for boys and 74 and 108 bpm for girls. In comparison with these studies, we observed a narrower RHR (median values 70 to 83 bpm for boys and 79 to 86 bpm for girls), which can be explained by the narrow age range.

The main novelty of this study was the identification of cutoff points for RHR in adolescents that were associated with important cardiovascular risk factors for adolescents, namely, abdominal obesity, overweight, and high blood pressure, all of which are independently associated with cardiac autonomic dysfunction,[27,30] therefore explaining, at least in part, the association with RHR. Likewise, RHR cutoff points were also associated with the cluster of risk factors in a sex-dependent manner, indicating that the accumulation of risk factors leads to more alterations in autonomic function in a dose-dependent manner.

The major strengths of the current study are the relatively large sample size, the coverage of a wide age range, the use of an automated technique for RHR measurements to avoid observer bias, and the fact that data analysis was performed by a single researcher in a blinded fashion. Adolescents with conditions or medication that influencing RHR were excluded. Despite these strengths, this study presents some limitations that need to be considered. First, we had only a single assessment of RHR. We could not determine the Tanner stage. Therefore, future studies should consider the sexual maturation of adolescents. The cross-sectional design of this study is a limitation, as no causality can be inferred, making longitudinal studies necessary to validate the cut points found. Although this is the first study with cutoff points in Brazilian adolescents, we have analyzed few regions in Brazil, making more multicenter studies necessary. Finally, as other potential confounders that may affect RHR (use of tobacco, alcohol consumption, and exercise prior to measurement) were not controlled, their influence cannot be disregarded. Despite that, prior studies have also adopted a similar strategy to the current one.[5,12,13]

Conclusion

The current study identified > 92 bpm for boys ages 10 to 14, > 82 bpm for boys ages 15 to 19, and > 82 for girls ages 15 to 19 as cutoff points for RHR and demonstrated the association between these cutoff points and the cluster of cardiovascular risk factors. These cutoff points may help physicians and other health professionals to interpret and stage cardiovascular risk, using a simple, easy and low-cost measure.