Londrina 2020
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU
MESTRADO EM CIÊNCIAS DA REABILITAÇÃO
THAMYRES SPOSITON DA SILVA
PONTO DE CORTE DE FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA
PARA O TESTE DE UMA REPETIÇÃO MÁXIMA E SUA
ASSOCIAÇÃO COM MORTALIDADE EM PACIENTES COM
THAMYRES SPOSITON DA SILVA
Cidade anoAUTOR
Londrina 2020PONTO DE CORTE DE FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA
PARA O TESTE DE UMA REPETIÇÃO MÁXIMA E SUA
ASSOCIAÇÃO COM MORTALIDADE EM PACIENTES COM
DPOC
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação (Programa Associado entre Universidade Estadual de Londrina [UEL] e Universidade Pitágoras Unopar [UNOPAR]), como requisito para obtenção do título de Mestre em Ciências da Reabilitação.
THAMYRES SPOSITON DA SILVA
PONTO DE CORTE DE FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA
PARA O TESTE DE UMA REPETIÇÃO MÁXIMA E SUA
ASSOCIAÇÃO COM MORTALIDADE EM PACIENTES COM
DPOC
BANCA EXAMINADORA:
_________________________________________ Profa. Dra. Karina Couto Furlaneto
Universidade do Norte do Paraná UNOPAR - Pitágoras
_________________________________________ Prof. Dr. Fabio de Oliveira Pitta
Universidade Estadual de Londrina UEL
_________________________________________ Profa. Dra. Ercy Mara Cipulo Ramos
Universidade Estadual Paulista Unesp
Londrina 2020
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação (Programa Associado entre Universidade Estadual de Londrina [UEL] e Universidade Pitágoras Unopar [UNOPAR]), como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciências da Reabilitação.
CDD 616.24 Silva, Thamyres Spositon da
Ponto de corte de força muscular periférica para o teste de uma repetição máxima e sua associação com mortalidade em pacientes com DPOC. / Thamyres Spositon da Silva.
Londrina: [s.n.], 2020. 62 f.
Dissertação (Mestrado em Ciências da Reabilitação). Universidade Pitágoras Unopar.
Orientadora: Profa. Dra. Karina Couto Furlanetto.
1. Doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) - Dissertação - UNOPAR. 2. Mortalidade. 3. Força muscular. 4. Músculo quadríceps. I. Furlanetto, Karina Couto; orient. II. Universidade Pitágoras Unopar. III. Título.
S586p
AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Universidade Pitágoras Unopar BibliotecaCCBS/CCECA PIZA Setor de Tratamento da Informação
AGRADECIMENTO
Agradeço primeiramente à Deus que me deu a oportunidade de entrar no mestrado, por ter me sustentado e me dado força a todo momento, pois o Senhor é essencial еm minha vida, sem Ele nada seria capaz.
À minha família por sempre estar ao meu lado, ter me apoiado nessa caminhada e nunca duvidarem de mim. Sempre cоm muito carinho, nãо mediram esforços para quе еu chegasse аté esta etapa da minha vida.
Sou imensamente agradecida à Professora Karina Couto Furlanetto que acreditou em mim e no meu trabalho, proporcionando a oportunidade de aprender e crescer; agradeço por todo conhecimento passado para mim, por toda disponibilidade e dedicação para concretização desse estudo. Obrigada pelo incentivo desde à graduação e por me fazer acreditar que somos capazes de realmente ir mais longe.
Aos amigos que fiz ao longo destes anos, aos colegas do Laboratório de Pesquisa em Fisioterapia Pulmonar (LFIP), em especial à Joice Mara de Oliveira, pessoa que se tornou uma grande amiga e que me ajudou muito no dia a dia trabalhando juntas. Gostaria também de agradecer à Juliana Fonseca Micheleti que foi sempre minha dupla desde a graduação até hoje, mesmo que atualmente não temos uma convivência muito grande, durante esses anos ela esteve sempre comigo e me ajudando.
O meu muito obrigada também ao professor Fabio Pitta por ter me acolhido no laboratório no início da minha graduação até os dias atuais e por ter confiado em mim. Ele é uma pessoa que tenho um grande respeito e admiração.
Agradeço também aos professores do programa por transferirem seus conhecimentos e estarem sempre dispostos a ajudar e ensinar cada vez mais. Pela dedicação que contribuiu para meu crescimento.
Quero agradecer também à banca examinadora por atender ao convite prontamente e contribuir com toda experiência e conhecimento. São pessoas que eu tenho uma grande admiração por serem excelentes profissionais.
Gostaria de agradecer à Universidade do Norte do Paraná (UNOPAR), pela oportunidade de concluir uma fase muito importante da minha vida. Agradeço também à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/ Programa de Suporte à Pós-Graduação de Instituições de Ensino Particulares (CAPES/PROSUP) por promover o financiamento da minha bolsa de mestrado ao longo do ano. O meu muito obrigada ao Núcleo
de Informação em Mortalidade (NIM) por ter me recebido com muita paciência, colaborado com o levantamento de dados de mortalidade.
Agradeço aos pacientes que participaram do estudo e que colaboraram com essa pesquisa. Por fim, agradeço a tudo e a todos que acreditaram em mim e no meu trabalho!
“Consagre ao Senhor tudo o que você faz, e os seus planos serão bem-sucedidos. ”
SPOSITON, Thamyres. PONTO DE CORTE DE FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA PARA O TESTE DE UMA REPETIÇÃO MÁXIMA E SUA ASSOCIAÇÃO COM MORTALIDADE EM PACIENTES COM DPOC. 2019. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação – Programa Associado UEL – UNOPAR)
RESUMO
Introdução: Atualmente, a Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) é considerada a terceira causa de mortalidade no mundo. Pacientes com DPOC apresentam comprometimento pulmonar e extrapulmonar. Dentre as alterações extrapulmonares observadas na doença, a disfunção muscular periférica é comumente detectada independente da fraqueza muscular de extensores de joelho que pode estar associada com a mortalidade desses indivíduos. Objetivo: Determinar pontos de corte para fraqueza muscular de extensores de joelho (por meio do teste de uma repetição máxima [1RM]) que apresentem associação com mortalidade em pacientes com DPOC. Métodos: Estudo longitudinal e com análise retrospectiva de quatro anos que identificou a incidência de óbitos/ano em pacientes com DPOC previamente avaliados para entrar em um projeto de pesquisa que oferece programa de treinamento físico (TF). Entre outras variáveis, a força muscular periférica de extensores de joelho foi avaliada antes e após o TF por meio do teste de 1RM. Foram determinados pontos de corte por sexo e para cada ano de seguimento para identificar “força muscular reduzida”, bem como as associações da mortalidade com a medida de força muscular em kg [1RM] e também dos valores corrigidos pelo Índice de massa corpórea (IMC; razão 1RM/IMC) e peso (razão 1RM/Peso). Foram utilizadas análises de curva ROC (Receiver Operating Characteristic Curve) com estimativa da área abaixo da curva (AUC), regressão de Cox corrigida para fatores confundidores com o método Kaplan-Meier, e estimativa de Hazard Ratio (HR). Resultados: Dados de 204 pacientes com DPOC (52% homens, 66±8 anos, VEF1 46 [33–57] %pred) mostraram que os
melhores pontos de corte para identificar pacientes com força muscular de extensores de joelho reduzida foram obtidos apenas para homens (1RM≤13,5kg [AUC:0,848]; razão 1RM/IMC≤60% [AUC:0,856]; razão 1RM/Peso≤22% [AUC: 0,854]). Nas mulheres, os valores de AUC não foram estatisticamente aceitáveis para serem recomendados. Além disso, as melhores associações com mortalidade foram obtidas com 1 ano de seguimento para 1RM≤13,5 (HR: 16,81 [3,25–86,86]), razão 1RM/IMC≤60% (HR: 19,12 [2,30–158,94]) e razão 1RM/Peso≤22% (HR: 9,81 [1,90-50,62]). Conclusão: Valores obtidos com o teste de 1RM dos músculos extensores de joelho permitem a identificação de pacientes do sexo
masculino com DPOC com maior chance de mortalidade.
Palavras-chave: Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica; Mortalidade; Força Muscular; Músculo Quadríceps
SPOSITON, Thamyres. CUT-OFF POINT TO IDENTIFY REDUCTION OF PERIPHERAL MUSCLE FORCE BASED ON THE 1-REPETITION MAXIMUM TEST AND ITS ASSOCIATION WITH MORTALITY IN PATIENTS WITH COPD. 2019. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação – Programa Associado UEL – UNOPAR)
ABSTRACT
Introduction: Nowadays, Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is the third cause of mortality worldwide. Patients with COPD present several pulmonary and extrapulmonary impairments. Among the extrapulmonary disease characteristics, peripheral muscle dysfunction is commonly detected regardless of the amount of knee extensor muscle strength that may be associated with mortality in these individuals. Objective: To determine cutoff points for knee extensor muscle weakness (based on the 1-repetition maximum test [1RM]) which are associated with mortality in patients with COPD. Methods: This is a longitudinal study with a retrospective 4-year analysis which identified the incidence of deaths/year in patients with COPD previously evaluated for inclusion in a research project that offers physical training. Among several evaluations performed before and after a physical training program, peripheral muscle strength of knee extensors was evaluated by the 1RM test. Cutoff points were determined by sex and for each year of follow-up to identify “reduced muscle strength”, as well as the associations of mortality with muscle strength in kg [1RM] as well as with values adjusted by Body Mass Index (BMI; ratio 1RM/BMI) and weight (ratio 1RM/Weight). Receiver Operating Characteristic Curve (ROC) analyzes were used to estimate the area under the curve (AUC), as well as Cox regression adjusted for confounder factors with the Kaplan-Meier method and Hazard Ratio (HR) estimation. Results: Data from 204 patients with COPD (52% men, 66 ± 8 years, FEV1 46 [33-57] % pred) showed that the
best cutoff points to identify patients with reduced knee extensor muscle strength were obtained just for men (1RM≤13.5kg [AUC: 0.848]; ratio 1RM/BMI ≤60% [AUC: 0.856]; ratio 1RM/Weight≤22% [AUC: 0.854]). Women presented AUC values statistically insufficient. Moreover, the best associations with mortality were obtained at 1 year of follow-up for 1RM≤13.5 (HR: 16.81 [3.25-86.86]), ratio 1RM/BMI ≤60% (HR: 19.12 [2.30-158.94]) and ratio 1RM/Weight ≤22% (HR: 9.81 [1.90-50.62]). Conclusion: Values obtained with the 1RM test of knee extensor muscles allow the identification of male patients with COPD with higher mortality likelihood.
Keywords: Chronic Obstructive Pulmonary Disease; Mortality; Muscle Strength; Quadriceps Muscle
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Contextualização - Figura 1 – Alterações morfológicas e estruturais na musculatura periférica de pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) ... 15
Contextualização - Figura 2 – Teste isométrico de extensores de joelho através da contração voluntária máxima (CVM), pela célula de carga ... 18
Contextualização - Figura 3 – Teste isotônico de extensores de joelho através do teste de 1RM, no aparelho de multiestação ... 19
Contextualização - Figura 4 – Teste Isocinético de extensor de joelho ... 20
Artigo - Figura 1 – Sobrevivência de pacientes com DPOC com força muscular de quadríceps preservada e reduzida, conforme definido pelo teste de 1 repetição máxima para homens (fig. A) e para mulheres (fig. B), em 4 anos de seguimento ... 41
Artigo - Figura 2 – Sobrevivência de pacientes com DPOC com força muscular de quadríceps preservada e reduzida, conforme definido pela razão do teste de 1 repetição máxima pelo índice de massa corpórea para homens (fig. A) e para mulheres (fig. B), em 4 anos de seguimento. ... 42
Artigo - Figura 3 – Sobrevivência de pacientes com DPOC com força muscular de quadríceps preservada e reduzida, conforme definido pela razão do teste de 1 repetição máxima pelo peso para homens (fig. A) e para mulheres (fig. B), em 4 anos de seguimento 43
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Caracterização dos pacientes incluídos no estudo ... 38 Tabela 2 – Pontos de corte para identificar pacientes com redução da força muscular de extensores de joelhos encontrados pela análise de curva ROC ... 39
Tabela 3 – Associações entre os pontos de corte de força muscular encontrados através do teste de uma repetição máxima (1RM) com o estado vital dos pacientes com DPOC ... 40
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ATS - American Thoracic Society AUC - Area under the curve CVF - Capacidade vital forçada CVM - Contração voluntária máxima
DPOC - Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica ES - Especificidade
GOLD - Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease HR - Hazard Ratio
IMC - Índice de massa corpórea IMMC - Índice de massa magra
LFIP - Laboratório de Pesquisa em Fisioterapia Pulmonar MRC - Medical Research Council
NIM - Núcleo de Informação sobre Mortalidade OMS - Organização Mundial da Saúde
ROC - Receiver Operating Characteristic Curve RP - Reabilitação pulmonar
SE - Sensibilidade
TC6 - Teste da caminhada de seis minutos UEL - Universidade Estadual de Londrina
VEF1 - Volume expiratório forçado no primeiro segundo
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO... 12
2 REVISÃO DE LITERATURA - CONTEXTUALIZAÇÃO ... 13
2.1 DOENÇA PULMONAR OBSTRUTIVA CRÔNICA (DPOC) ... 13
2.2 DISFUNÇÃO MUSCULAR PERIFÉRICA ... 14
2.3 DISFUNÇÃO MUSCULAR PERIFÉRICA NA DPOC ... 15
2.4 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA ... 16
2.5 FATORES PREDITORES DE MORTALIDADE NA DPOC ... 20
3 ARTIGO CIENTÍFICO ... 23
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 44
5 REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA ... 45
6 APÊNDICES ... 50
APÊNDICE A – FICHA DE AVALIAÇÃO DO TESTE DE 1RM ... 51
7 ANEXOS ... 52
ANEXO A – NORMAS DA REVISTA ... 53
1 INTRODUÇÃO
A Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) é considerada uma doença sistêmica que não pode ser analisada somente pelo seu comprometimento pulmonar. Os efeitos extrapulmonares são diversos, e características como a disfunção muscular, alterações cardiovasculares e metabólicas e limitação da capacidade funcional são potenciais fatores de risco para o prejuízo do estado de saúde a longo prazo1,2. A
disfunção muscular periférica é uma das maiores consequências sistêmicas da DPOC devido ao seu impacto em outros desfechos como a atividade física, tolerância ao exercício, qualidade de vida e mortalidade3,4.
A DPOC tornou-se, recentemente, a terceira causa de mortalidade no mundo5.
Desse modo, torna-se necessário investigar mais profundamente os fatores preditores de mortalidade nessa população, com uma análise mais aprofundada dos desfechos clínicos. Na literatura científica já foram descritos diferentes desfechos clínicos com seus respectivos pontos de corte capazes de identificar pacientes com DPOC em alto ou baixo risco de morte 6–9. Em se tratando da avaliação de força muscular periférica
nesses pacientes, sabe-se que ela está associada com a mortalidade quando utilizado o teste isocinético de força muscular periférica por meio da contração voluntária máxima (CVM)10.
O teste de uma repetição máxima (1RM) é uma opção mais simples e de custo relativamente mais baixo quando comparado ao teste isométrico por CVM e a outros métodos de avaliação para avaliação de força muscular nesses pacientes11. No entanto,
ainda não foi estudado em profundidade por exemplo, se o teste de 1RM é capaz de discriminar pacientes com DPOC que apresentam força muscular reduzida a ponto de que essa redução esteja associada com mortalidade mais precoce.
Portanto, considerando a maior praticidade em relação a outros métodos de qualificação da força muscular periférica, além do fato de que a mortalidade é um dos desfechos clínicos mais importantes da doença, observou-se a necessidade da investigação de um ponto de corte para força muscular reduzida através do teste de 1RM.
13
2 CONTEXTUALIZAÇÃO
2.1 DOENÇA PULMONAR OBSTRUTIVA CRÔNICA (DPOC)
A DPOC é uma doença prevenível e tratável, caracterizada por sintomas respiratórios persistentes e limitação ao fluxo aéreo causados por anormalidades de vias aéreas, comumente ligadas à exposição significativa a partículas ou gases nocivos, como o uso do cigarro1. Essas partículas inaladas causam uma resposta inflamatória nos
pulmões, e quando esta se torna crônica, pode induzir a destruição do parênquima pulmonar, com anormalidades nas trocas gasosas estreitamento de vias aéreas, a qual leva ao aprisionamento de ar e limitação ao fluxo aéreo de forma progressiva1. Como
consequência dessas alterações no sistema respiratório, é comum observar o aumento da resistência de vias aéreas, alteração na complacência pulmonar e sintomas de dispneia e tosse produtiva, além de períodos de exacerbação que são caracterizados por piora destes sintomas respiratórios12,1.
Além de um comprometimento respiratório marcado por essas anormalidades previamente descritas, outras alterações sistêmicas advindas da doença também são observadas1. Adiconalmente, pacientes com DPOC podem apresentar maior estresse
oxidativo e maior estado pró-inflamatório, que inclusive piora com as crises de exacerbações1,13. Adicionalmente, alterações clínicas como baixa capacidade de
exercício, inatividade física, alterações no peso e na composição corporal e redução da força muscular respiratória14. A disfunção muscular periférica é uma importante
consequência sistêmica da doença nesses pacientes, com reflexo na sua sobrevida4.
Pacientes com DPOC também apresentam algumas outras comorbidades comuns, como a ansiedade, depressão, osteoporose e apneia obstrutiva do sono, que podem estar associadas com um pior estado de saúde e prognóstico1. Além disso, outras
doenças também podem estar associadas à DPOC, como doenças cardíacas, hipertensão, diabetes, obesidade, síndrome metabólica e câncer de pulmão, as quais são capazes de gerar um impacto negativo significativo nos desfechos clínicos1,15,16.
Cerca de 64 milhões de pessoas no mundo tem DPOC, resultando em mais de 800 mil hospitalizações ao ano17, traduzindo-se em um grande desafio de saúde
de DPOC em todo o mundo ao longo dos anos, a doença tornou-se recentemente a terceira causa mais comum de morte no mundo, posição que ocuparia apenas no ano de 2030 de acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS)5. Além disso, a incidência
da DPOC está projetada para aumentar nas próximas décadas devido à exposição continuada a fatores de risco e envelhecimento da população1.
2.2 DISFUNÇÃO MUSCULAR PERIFÉRICA
Em idosos, a diminuição progressiva da massa muscular esquelética é uma mudança associada ao envelhecimento que pode levar à redução da força muscular e da funcionalidade18. A disfunção muscular é definida como a redução das propriedades de
força e/ou endurance muscular3. A atrofia e a fraqueza muscular têm como
consequências a dificuldade na realização de atividade física, diminuição da tolerância ao exercício e, consequentemente, pior qualidade de vida3.
A sarcopenia é definida pela diminuição de massa muscular e da função muscular (força ou desempenho físico) relacionada à idade, e pode afetar o equilíbrio e a marcha no idoso19. A redução na massa muscular decorrente do processo de
envelhecimento também é um aspecto que deve ser considerado, levando ao aumento do risco de quedas e fraturas, inabilidade para realização de atividades de vida diária, perda de independência e aumento do risco de morte20,21. Essas condições são causadas por
um desequilíbrio entre a síntese e degradação de proteínas, em consequência de mudanças relacionadas ao envelhecimento18.
Os critérios diagnósticos para a sarcopenia são a redução da massa muscular esquelética associada à redução da força muscular e baixa performance física18.Diferentes
fatores contribuem para o desenvolvimento da sarcopenia, incluindo alterações hormonais, perda de neurônios motores, nutrição inadequada, inatividade física e baixo grau de inflamação crônica. Essas alterações têm sido apresentadas até mesmo em indivíduos saudáveis fisicamente ativos, resultando em perda da massa muscular22. A
diminuição da força de preensão palmar, por exemplo, está associada à perda de independência em idosos, assim como também é capaz de predizer o risco aumentado de limitações funcionais, incapacidade em idade avançada e mortalidade 23,24.
15
O treinamento de força pode minimizar ou retardar o processo de sarcopenia ao obter efeitos benéficos como a hipertrofia e ganho de força muscular por meio do aumento da capacidade contrátil dos músculos esqueléticos25,26.
2.3 DISFUNÇÃO MUSCULAR PERIFÉRICA NA DPOC
A disfunção muscular periférica na DPOC é uma das principais consequências sistêmicas devido ao impacto na atividade física, tolerância ao exercício, qualidade de vida e mortalidade3. Altamente prevalente na DPOC, sendo de 4 a 35% a presença de
atrofia nesses indivíduos4,27, essa disfunção reflete adaptações estruturais e metabólicas
como alterações nos tipos de fibra de modo que há menos fibras do tipo I (oxidativas) e mais fibras do tipo II (glicolíticas), redução da capacidade oxidativa, disfunção mitocondrial, redução da capilarização e perda de massa muscular4 (Figura 4).
Figura 1. Alterações morfológicas e estruturais na musculatura periférica de pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC).
Fonte: Disponível no artigo: An official American Thoracic Society/European
Respiratory Society statement: Update on limb muscle dysfunction in chronic obstructive pulmonary disease, 2014.4
A disfunção muscular em pacientes com DPOC é multifatorial4. Dentre os
fatores relacionados podem ser citados a inflamação sistêmica, estresse oxidativo, desequilíbrio nutricional, hipoxemia e, principalmente, a inatividade física4. Além disso,
a disfunção muscular ainda pode ser agravada pelo uso crônico de corticosteroides, inflamação local e pelos episódios de exacerbações, que podem impactar negativamente no estado de saúde e progressão da doença28–30.
A disfunção muscular dos membros é uma manifestação sistêmica clinicamente relevante da DPOC pois influencia importantes implicações clínicas resultantes da doença. O treinamento físico (TF) é o melhor tratamento para disfunção muscular nesses pacientes20, sendo um pilar indispensável na reabilitação desses indivíduos
devido aos efeitos positivos na melhora da força muscular periférica, da capacidade de exercício, dispneia e qualidade de vida31,32. A literatura científica atual descreve vários
pontos de corte que estão associados com maior risco de mortalidade nas diversas variáveis que melhoram com o TF, porém ainda não está definido um ponto de corte para identificação de fraqueza muscular periférica por meio do teste de 1RM que mostre associação com mortalidade.
2.4 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA FORÇA MUSCULAR PERIFÉRICA
Considerando a complexidade das manifestações apresentadas pela DPOC, é necessário encontrar estratégias para a melhor forma de avaliação e tratamento.
A avaliação da força muscular periférica para se conhecer o nível de força muscular de um indivíduo, é fundamental para prescrição apropriada de exercícios11. A
força muscular pode ser avaliada de forma isométrica, isotônica e isocinética, onde há necessidade de:
• Planejamento: O avaliador deve determinar o porquê está realizando a avaliação, e quais informações específicas são importantes11.
• Segurança: Antes de iniciar qualquer bateria de teste, é importante verificar se os equipamentos e ambiente são adequados11.
17
• Aquecimento: É fisiologicamente importante para presumir que o aumento da temperatura muscular diminui lesões associadas ao teste. As atividades de aquecimento devem incluir aquecimento específico e aquecimento geral, os quais devem ser atividades leves que antecedem o teste11.
• Familiarização: Os indivíduos avaliados quanto à força muscular periférica podem ter pouca ou nenhuma experiência para realizar manobras do teste de força. Ao realizar a familiarização, podem melhorar os valores realizados nos testes subsequentes3,33.
• Especificidade: Vários aspectos da força estão associados a altos níveis de especificidade, ou seja, a avaliação de um determinado musculo é testado de forma isolada em uma articulação. O teste mostra ao avaliador conclusões específicas sobre a articulação avaliada e o teste deve ser o mais específico possível para a configuração na qual a informação é aplicada11.
Os testes mais comumente utilizados na literatura científica para avaliação da força muscular periférica são:
2.4.1 Teste Isométrico
A avaliação da força muscular pelo teste isométrico é realizada por meio de contrações musculares voluntárias máximas onde o comprimento do músculo permanece constante, resultando em pequenas mudanças no comprimento da fibra muscular e nos componentes elásticos do músculo. Esse teste tem como vantagem o fato de ser relativamente rápido e fácil de aplicar, e tem como desvantagem que a maioria das atividades físicas são dinâmicas34,35.
Há vários fatores importantes considerados no teste isométrico, como o ângulo de articulação no qual o indivíduo realiza o teste (orienta-se que o indivíduo com DPOC fique em flexão de joelho de aproximadamente 90º); o intervalo de descanso entre as repetições, (a literatura científica sugere um período de descanso de um minuto para uma recuperação adequada); o número de repetições (idealmente três repetições de teste são suficientes); e, a duração da contração, (normalmente de quatro a cinco segundos)11,34.
Figura 2. Teste isométrico de extensores de joelho através da contração voluntária máxima (CVM), pela célula de carga.
Fonte: Arquivo pessoal do autor 2.4.2 Teste Isotônico
Contrações isotônicas referem-se a contrações em que um peso fixo é levantado contra a gravidade. O teste isotônico é normalmente realizado em máquinas que utilizam pesos ajustáveis ou com o uso de pesos livres, onde a quantidade máxima de peso que pode ser levantada em uma repetição é chamada de uma repetição máxima (1RM), que é a medida mais comum de força isotônica11.
As vantagens dos testes isotônicos são que os equipamentos necessários são de fácil acesso e com o custo relativamente baixo11. Além disso, esse tipo de contração
muscular é utilizado na maioria dos programas de TF como intervenção para ganho de resistência11. De fato, o teste isotônico é específico para o treinamento que é realizado36.
Uma desvantagem desse teste é o fato de apresentar desempenho submáximo da musculatura avaliada durante múltiplas tentativas até que encontre o valor da carga de 1RM, visto que o resultado deste teste pode ser influenciado pela fadiga. Outra desvantagem é o fato desse teste fornecer uma medida de desempenho concêntrico e nenhuma medida sobre a capacidade excêntrica11,37.
O teste isotônico de 1RM é realizado por tentativas, as quais podem ser realizadas com um peso menor, até que o maior peso seja levantado de forma bem-sucedida sem realizar nenhum movimento de compensação, ou as tentativas podem ser realizadas de maneira decrescente, onde o peso inicial é reduzido progressivamente até que o
19
indivíduo consiga levantar o máximo de peso na amplitude de movimento completa em apenas uma repetição sem nenhuma movimento compensatório. 11.
Uma variedade de fatores precisa ser considerada para otimizar o desempenho no teste de 1RM, como a escolha de peso inicial que pode ser estimado. Além disso, o intervalo de descanso entre tentativas não deve ser inferior a um e não mais do que cinco minutos38, incrementos de peso devem ser uniformes e as tentativas devem idealmente
variar de três a cinco11.
Figura 3. Teste isotônico de extensores de joelho através do teste de 1RM no aparelho de multiestação.
Fonte: Arquivo pessoal do autor
2.4.3 Teste Isocinético
O teste isocinético é avaliado em velocidade constante e representa uma associação entre velocidade e movimento do indivíduo. Há diversas variáveis de desempenho que podem ser analisadas pelo teste isocinético, como o pico de torque, trabalho e potência11. Além disso, é um método seguro e fidedigno que representa o
“padrão ouro” na avaliação em cadeia cinética aberta39.
Durante a avaliação, pode-se utilizar uma velocidade rápida para determinar o maior torque; já uma velocidade angular lenta é utilizada com enfoque maior na avaliação da potência e do índice de fadiga. Podem ser realizadas de três a cinco repetições e é possível a utilização da contração na forma concêntrica e/ou excêntrica,
mas normalmente é realizada a forma concêntrica por apresentar uma compreensão mais fácil para a execução11.
Figura 4. Teste Isocinético de extensores de joelho.
Fonte: Imagem disponível na internet em:
https://www.sportslab.com.br/servicos/avaliacao-e-treino-isocinetico/. Último acesso: Agosto 2019.
2.5 FATORES PREDITORES DE MORTALIDADE NA DPOC
Diversos fatores mostraram-se associados à mortalidade na DPOC, como por exemplo as exacerbações agudas, as quais estão relacionadas com a piora da qualidade de vida e agravamento da doença40. Com o aumento da prevalência da DPOC, torna-se
necessária uma maior investigação dos fatores preditores de mortalidade nessa população. Na literatura atual, vários pontos de corte capazes de identificar pacientes com DPOC em maior ou menor risco de morte já foram previamente descritos.
Entre os diversos fatores conhecidos está: a obstrução ao fluxo aéreo, que é principal manifestação na DPOC (i.e. redução do volume expiratório forçado no primeiro segundo [VEF1])6. Estudos demonstram que o VEF1 apresenta capacidade
limitada para a predição da tolerância ao exercício, da qualidade de vida e da sensação de dispneia nesses pacientes7. Entretanto, sabe-se que valores de VEF1 abaixo de 31%
do predito (para o sexo masculino) ou abaixo de 26% do predito (para o sexo feminino) indicam maior risco de morte em pacientes com DPOC6.
21
DPOC e também pode predizer mortalidade nessa população. Definida como uma experiência subjetiva de desconforto respiratório que pode influenciar na qualidade de vida relacionada à saúde, pode ser avaliada pela escala Medical Research Council (MRC)12. Pacientes caracterizados com ≥2 pontos na escala MRC modificada (que apresenta
pontuação mínima de 0 até máxima de 4) apresentam maior risco de morte7.
É sabido que a evolução da DPOC pode trazer inúmeras complicações que afetam o estado nutricional desses pacientes4, como por exemplo, a depleção muscular e
o estresse oxidativo41. A depleção de massa livre de gordura e diminuição do índice
massa corpórea, também são fatores preditores de mortalidade8,9. As alterações do
estado nutricional contribuem para a diminuição da resistência muscular e aumento da fadiga muscular, predispondo esses pacientes a uma série de complicações graves como falência respiratória e atrofia muscular42.
A baixa capacidade de exercício, tanto submáxima quanto máxima, também está relacionada com a mortalidade na DPOC43. A incapacidade ou intolerância para praticar
exercícios é um dos principais determinantes da redução no estado de saúde global de pacientes com DPOC44. O ponto de corte para maior risco de mortalidade sugerido na
literatura para capacidade de exercício é de 350 metros no teste da caminhada de 6 minutos (TC6min), descrito a partir de estudos desenvolvidos na população europeia45.
No entanto, Rodrigues e colaboradores recentemente sugeriram, em uma análise de clusters, que o ponto de corte de 427 metros é mais sensível para predizer mortalidade em pacientes brasileiros com DPOC do que o ponto de corte de 350 metros46.
O índice BODE é uma escala multidimensional utilizada como um preditor indireto do risco de morte para essa população. Quatro fatores são utilizados para o cálculo do BODE: índice de massa corporal (BMI: body mass index; B), grau de obstrução das vias aéreas com VEF1 em % dos valores preditos (airflow obstruction;
O), dispneia por meio da escala mMRC (dyspnea; D) e capacidade ao exercício (exercise capacity; E) medida por meio do TC6min. Este índice é utilizado como um preditor indireto do risco de morte para pacientes com DPOC, sendo que a pontuação varia de zero até dez e quanto maior o valor, maior o risco de morte do paciente47.
Os pacientes com DPOC também costumam realizar pouca atividade física com intensidade moderada ou alta na vida diária48. Sabe-se também que o sedentarismo
resulta em efeitos deletérios à saúde do indivíduo, independentemente do nível de atividade física realizado, e isso se aplica para diferentes populações, incluindo pacientes com DPOC41. Portanto, de forma complementar à inatividade física, o
comportamento sedentário é considerado outro fator que aumenta o risco de morte nessa população. A literatura científica já descreve que pacientes com um gasto ≥ 8:30 horas/dia em atividades sedentárias com intensidade inferior a 1,5 MET apresentam maior risco de morte49. Além do sedentarismo, a literatura mostra outros pontos de corte
relacionado a atividade física na vida diária (AFVD), como por exemplo passos por dia, pacientes que andam menos que 1845 passos possuem maior risco de mortalidade50.
Esses são alguns fatores que justificam a incessante busca por estratégias que aumentam o nível de atividade física e reduzem o sedentarismo em pacientes com DPOC no meio científico.
A redução da força muscular periférica é outra característica comumente presente nesses pacientes e contribui para um baixo desempenho físico4. Portanto, a
fraqueza e a atrofia musuclar de quadríceps estão presentes em aproximadamente 30% dos pacientes com DPOC quando comparada com indivíduos saudáveis4. Sabe-se que
tanto a redução da massa muscular quanto da força muscular estão associadas ao aumento da mortalidade51. Há estudos na literatura científica que mostram que a
redução da área transversal do músculo quadríceps femoral está associada à mortalidade52. Por exemplo, a área da secção transversal deste músculo, avaliado pela
tomografia computadorizada com valor inferior a 70cm, está associada a um aumento de quatro vezes na mortalidade em relação a pacientes que não apresentam essa redução. Vale ressaltar que essa associação é atribuída apenas para os homens53.
A diminuição da força de quadríceps também já foi identificada como um fator associado à mortalidade em pacientes com DPOC. Swallow e colaboradores mostraram que com o aumento da idade e redução da força muscular, avaliada pela contração voluntária máxima, apresentam uma associação significativa na sobrevida desses pacientes. Neste estudo os pacientes com DPOC foram classificados em grupo com força muscular normal ou reduzida a partir da força de contração voluntária máxima > ou < que 120% do IMC, respectivamente. Interessantemente, a razão de força do quadríceps em relação ao IMC inferior a 120% se mostrou associada ao aumento da mortalidade10. Além disso, cada incremento de 10% dessa proporção está associado a
uma redução de 9% na mortalidade10. Portanto é de grande importância avaliar as
características antropométricas e a força muscular em pacientes com DPOC, pois essas avaliações podem identificar disfunção músculo esquelética, e também, os pacientes identificados com fraqueza muscular periférica podem ter maior ganho com a RP4.
23
Contudo torna-se necessário uma maior investigação da força muscular associada com mortalidade e avaliada por outros métodos, como por exemplo, o teste 1RM, o qual é amplamente utilizado nos programas de RP.
3.ARTIGO
Nas normas para publicação no periódico: Respiratory Medicine
25
Cut-off point to identify reduction of quadriceps muscle strength based on the 1-Repetition Maximum test (1RM) and its association with mortality in patients with COPD.
Thamyres Spositon da Silvaa,b; Antenor Rodriguesa,c; Jéssica Fonsecaa; Lais Santina;
Felipe Vilaça Cavallari Machadod,e,f; Joice Mara de Oliveiraa,b; Nidia Aparecida
Hernandesa; Alda Marquesg; Fabio Pittaa; Karina Couto Furlanettoa,b.
a. Laboratory of Research in Respiratory Physiotherapy (LFIP), Department of Physiotherapy, State University of Londrina (UEL), Londrina, Brazil.
b. Biological and Health Sciences Research Center, University North of Parana (UNOPAR), Londrina, Brazil.
c. Rehabilitation Aimed at Muscle Performance Laboratory – RAMP, University of Toronto, Canada
d. Department of Research and Development, Ciro - Center of Expertise for Chronic Organ Failure (CIRO), Horn, The Netherlands.
e. NUTRIM - School of Nutrition and Translational Research in Metabolism, Maastricht, The Netherlands.
f. Department of Respiratory Medicine, Maastricht University Medical Centre (MUMC+), Maastricht, the Netherlands.
g. Respiratory Research and Rehabilitation Laboratory (Lab 3R), School of Health Sciences, University of Aveiro, Portugal
ABSTRACT
Introduction: Quadriceps muscle weakness has been associated with increased mortality in individuals with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Pulmonary rehabilitation routinely assesses and improves quadriceps muscle strength. Nevertheless, a cut-off of quadriceps muscle weakness assessed by the 1 repetition maximum test (1RM) associated with mortality has never been established.
Objective: To determine cut-off points of quadriceps muscle strength assessed by the 1RM that are associated with 4-year mortality in patients with COPD.
Methods: Retrospective four-year follow-up study. Knee extensor muscle strength was assessed by the 1RM test. Cut-off points with discriminatory capacity (Receiver Operational Characteristic Curve) to identify patient’s quadriceps muscle weakness were determined to 1RM in kg and adjusted by Body Mass Index (BMI) [1RM/BMI] and weight [1RM/Weight]. Thereafter, Cox regression and Kaplan-Meier analysis were used to investigate its association with mortality.
Results: 204 patients with COPD (52% men, 66±8 years, FEV1 46[33-57]%
pred) were included. Cut-off points identifying subjects with COPD with reduced quadriceps muscle strength were obtained (0.456 ≤ AUC ≤ 0.669); however, only 1RM/Weight ≤31% was associated with mortality (P=0.044, Univariate Cox Regression; P=0.040, Log-Rank test). Multivariate analysis showed higher mortality risk in 4-year follow up (Hazard ratio: 2.73 [1.14-5.46]; P=0.005), independent of sex, age and lung function.
Conclusion: Quadriceps muscle weakness assessed by the 1 repetition maximum test (1RM) and adjusted by weight [1RM/Weight] present increased 4-year mortality risk in subjects with COPD. A Cut-off point of 1RM/Weight <31% might be useful to identify quadriceps weakness which is associated with mortality.
Keywords: Chronic Obstructive Pulmonary Disease; Mortality; Muscle Strength; Quadriceps Muscle
27
INTRODUCTION
In addition to respiratory impairment characterized by the sensation of dyspnea due to lung hyperinflation and abnormalities in gas exchange, individuals with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) also present extrapulmonary manifestations1.
Musculoskeletal dysfunction is common in patients with COPD and is characterized by reduced endurance and/or reduced muscle strength1,2. Reason for this dysfunction are a
modified proportion of different muscle fiber types, i.e., less oxidative fibers and more glycolytic fibers. This change in the fiber type profile may partly explain the low mechanical efficiency of these muscles2,3. In the clinical context, the muscles have the
capacity to generate strength and are essential during daily activities. Consequently, clinical impairments such as low exercise capacity, physical inactivity, changes in body composition and respiratory and peripheral muscle dysfunction may be present in this population4,5. In addition, peripheral muscle weakness and atrophy have been associated
with increased fatigue and use of healthcare services and consequently higher morbidity and mortality in patients with COPD6.
Although muscle strength of the upper limbs is relatively preserved compared with lower limbs, the latter is more vulnerable to atrophy3,7 and is the main reflex of the
whole-body muscle mass lossin COPD8. The evaluation of quadriceps femoris muscle
strength mainly activates the knee extensor, which is composed by the rectus femoris, vastus lateralis, vastus medialis and vastus intermedium. Quadriceps femoris assessment is widely performed in patients with COPD due to the functional abnormalities previously described, as well as because these muscles are mainly related to locomotion3,9,10.
Based on the current scientific literature, several clinical modifications that affect physical health of patients with COPD are recognized as factors that directly and indirectly interfere in their risk of mortality11-14. In this context, it has been described
that individuals with COPD with higher quadriceps muscle strength, as measured by the maximum voluntary contraction test > 120% body mass index, presented lower mortality risk (Hazard Ratio = 0.91)15.
Pulmonary rehabilitation (PR) is an essential treatment for the management of people with COPD and it has been shown to increase significantly quadriceps muscle strength11,14. Prescription of quadriceps muscle strength training in PR is commonly
application. However, it is not known whether is possible to identify a cut-off of quadriceps muscle weakness associated with mortality in this population.
Therefore, due to the characteristics of patients with COPD and its increasing prevalence and mortality worldwide16, it is important to investigate simple predictive
factors with a good discriminative capacity of increased mortality risk in this population to prioritize interventions. Thus, the aim of the study was to determine cut-off points for knee extensor muscle weakness (based on 1RM) which are associated with 4-year mortality in patients with COPD.
METHODS
Study design and sample
This was a longitudinal retrospective study developed at the Laboratory of Research in Respiratory Physiotherapy (LFIP) at the State University of Londrina (UEL), Paraná. The study has been reported according to the Strengthening the Reporting of Observational Studies in Epidemiology (STROBE) guidelines17.
Participants diagnosed with COPD have been assessed to participate in a research project which offered an exercise training program since 2006. Those interested to participate signed the informed consent and participated in a 12 weeks (3 times a week) exercise training programme18.
Inclusion criteria of the study were: diagnosis of COPD according to international criteria of the Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD)1; no
exacerbations in the least 3 months; absence of bone-neuromuscular changes that could interfere or limit the performance of the proposed tests; not having participated in a exercise training program in the last year; and having results available for the main proposed variables.
Assessments were taken before and after the exercise training programme, as previously described18 and the most recent participant data were used in in the present
study. A survey of the current vital status of all evaluated patients until 2014 was made including those who completed or not the physical training program.
Assessments
Patients were initially evaluated for anthropometric characteristics using a stadiometer and a calibrated scale (Filizolamodelo 31, Filizola Brasil). Body mass index
29
(BMI) was calculated using the weight/height2 formula. In addition, patients were also
assessed regarding body composition, lung function, exercise capacity, degree of limitation due to dyspnea in daily life, and peripheral muscle strength. Finally, vital status of each subject was identified retrospectively in a 4-year follow-up. All these assessments are described in more details below.
Lung function
Lung function assessment was performed by a spirometer (Spirobank G®, MIR, Italy) with the technique according to the guidelines of the American Thoracic Society (ATS)19, based on the post-bronchodilator values of the forced expiratory volume in the
first second (FEV1), forced vital capacity (FVC) and FEV1/FVC ratio. Reference values
for the Brazilian population were used20.
Exercise capacity
Functional exercise capacity was assessed using the 6-minute walk test (6MWT) according to international recommendations21 and reference values were calculated for
Brazilians as described by Britto et al222.
Dyspnea in daily life
The Medical Research Council (MRC) scale was used to assess the sensation of dyspnea in daily life, in which the patient chooses an item, between 1 and 5, which corresponds to how much dyspnea limits his/her daily life23. The higher the score, the
greater the limitation by dyspnea.
Body composition
Body composition was assessed using the electrical bioimpedance (Biodynamics model 310). Patients were instructed to avoid exercise and to refrain from coffee, tea, chocolate or alcoholic beverages for at least 12 hours before the assessment and for at least 4 hours. During the test, the patients were on lying down position and were placed with surface electrodes on their right hemibody at dorsal regions of their wrist and foot24. The values of fat-free mass index (FFMI) were estimated by the Kyle’s equation
and patients were classified as sarcopenic or not according to the 10th percentile proposed25,26.
Quadriceps muscle strength
Quadriceps muscle strength was assessed by the 1RM test for all participants and a subgroup of participant was also assessed by maximal voluntary isometric contraction.
The 1 RM test (through the knee extension movement) was performed in a multi-station weight training device (CRW 1000, Brazil) and aimed to determine the maximum weight that could be lifted in just one movement of the muscle group tested throughout full range of motion and without compensatory movements27,28. To perform
the 1RM test, individuals were initially seated with support for the trunk, knees flexed at 90º, and both hands resting on thighs, and were instructed to perform the maximum knee extension without compensation.
The test was performed by a properly trained evaluator. The load was initially estimated individually and was increased until the individual could not complete the movement or presented compensations. Then, the load previously lifted, without compensation, was considered the 1RM load. One-minute rest was given between attempts to avoid fatigue.
Assessment of peak quadriceps femoris muscle force by measuring maximal voluntary isometric contraction of knee extension was performed with a hand-held dynamometer (MicroFET 2; Hoggan Health Industries, West Jordan, UT, USA)29. The
hand-held dynamometer was attached to the arm of the knee extension chair of a multi-station unit and positioned above the ankle joint of the patient's dominant limb. Participants were positioned seated with their hips flexed at 90º and their hands resting on thier thights. Assessment consisted of maximal voluntary isometric contraction of quadríceps femoris for six seconds at a knee joint angle of 60º30. A minimum of four
and maximum of ten measurements were conducted by a properly trained evaluator and with standardized verbal encouragement31.
Patients were classified as decreased muscle strength (<80% of predicted) or preserved muscle strength (≥ 80% of predicted), according to Decramer's predicted percentage32.
Vital status
The vital status of all patients who underwent initial assessments until 2014 was initially verified with data from the Mortality Information Center (NIM), which is the official responsible for recording all death events in the municipality. The outcome used
31
in the study was all-cause mortality after a 4-year follow-up. The most recent evaluation carried out in the research laboratory was considered as a reference for follow-up time. Confirmation of the vital status of patients without a death record in the NIM was carried out by telephone contact and/or in person during routine evaluation.
Statistical analysis
The Shapiro-Wilk test was used to analyze data distribution. Descriptive analysis was performed using mean ± standard deviation for data normally distributed or median [interquartile range 25-75%] for data non-normally distributed.
Receiver operating characteristic (ROC) curves were used to identify cut-off points for quadriceps muscle strength. Muscle strength values used for the analysis were those obtained directly in the 1RM test (kg) and also the values adjusted by the body mass index (BMI [kg / m2]; 1RM / BMI [%]) and weight (kg; 1RM / weight [%]). Two
different criteria were used in the ROC curves analysis. The classification of all participants according to exercise capacity assessed by the 6MWT (cut-off < 479 m, as suggested by Rodrigues et al.)18, as well as the classification of a subsample according
quadriceps muscle weakness assessed with quadriceps maximal voluntary isometric contraction (cut-off < 80% of predicted as suggested by Decramer et al)32 . The values
of the area under the curve (AUC), with the best sensitivities (SE) and specificities (EP) were determined to identify quadriceps muscle weakness as assessed with 1RM test.
Both the Kaplan-Meier and the Log Rank tests were used to verify associations with mortality in a 4-year follow-up between individuals classified as 'normal muscle strength' or 'reduced muscle strength' according to each identified cut-off point with the ROC curve. Cox Regression, using the Stepwise method and the Hazard Ratio (HR) estimate was used to analyze whether the identified cut-off points had significant prognostic values of mortality in 4-year follow-up in univariate analysis and to confirm whether the cut-off points remained associated with mortality even after adjustment for confounding factors such as gender, age and FEV1, as well as whether the patient
completed exercise training program or not in multivariate analysis. For data tabulation and statistical analysis, the software used was the statistics package for the social sciences (SPSS) 22.0. The level of significance was set at P <0.05.
In total, 204 participants diagnosed with COPD were included in the study. 58% (n = 108) of patients have completed the 3 months exercise training program. There were no differences between the initial assessments of patients who completed or not completed exercise training regarding body composition (BMI, FFMI), lung function (FEV1, FEV1 / FVC, FVC), exercise capacity (6MWT), dyspnea in daily life (MRC)
and peripheral muscle strength (1RM of knee extensors), (P> 0.06 for all).
The sample consisted of 6% of patients classified according to BMI as low weight, 36% with normal weight, 32% classified as overweight and 26% classified as obese33. In addition, 63% of the sample was classified with sarcopenia26. The degree of
airflow obstruction varied from mild to very severe1. In addition, patients were
commonly symptomatic during performance of activities of daily living, assessed by the MRC scale. All data concerning the total sample characterization are described in table 1.
The 6MWT was performed by the whole-sample and 48% (n = 98) was classified as presenting worse exercise capacity (<479m). Whereas, only 67 participants performed quadriceps muscle strength assessment with maximal voluntary isometric contractionand 69% (n = 46) presented quadriceps muscle weakness (<80% predicted).
Cut-off values for 1RM (kg), 1RM/BMI (%) and 1RM/Weight (%) according to both criteria are presented in Table 2. All cut-offs reached AUC greater than 0.60, except of 1RM derived from quadriceps maximal voluntary isometric contraction. It is worth mentioning that best cut-off values for quadriceps muscle strength in 1RM/Weight (%) was very similar according to both criteria (i.e. 30.5 and 31.6%); therefore, 0.31 was suggested as cut-off.
In total, 153 participants underwent initial assessments until 2014 and had their vital status assessed after at least four years (male=55%; 67±8 years; BMI 26±6; FEV1
%pred 44±16). The 4-year follow-up period from the evaluation in the research laboratory until the last contact identified 29% of death (n=44). Unfortunately, 16% (n= 25) of the sample was censored due to loss of contact; however, analyzes of mortality were performed including all 153 participants, as recommended, and the last contact within the 4-year follow-up period was considered.
From all cut-off values described in table 2, only 1RM/Weigh <31% presented significant association with mortality in univariate Cox regression. Multivariate Stepwise Cox Regression adjusted for sex, age, FEV1 and whether exercise training
33
(HR: 2.73; P = 0.005) (Table 3).
The Kaplan-Meier method showed significant differences in survival time (log rank test, P = 0.040) regarding participants classified as 'reduced muscle strength' using the new cut-off point of 1RM/Weight < 31% (Figure 1).
DISCUSSION
Through this study, a simple way of identifying individuals with COPD who have quadriceps muscle weakness associated with mortality was proposed. 1RM/Weight < 31% was associated with increased 4-year mortality risk independently of sex, age, airway obstruction and participation on previous exercise training program.
It is well established that subjects with COPD have a musculoskeletal system dysfunction5,34. Quadriceps muscle strength is commonly assessed in this population
and the 1RM test is a simple, low cost, and largely used tool for prescription of quadriceps muscle strength training in PR. Therefore, a simple adjustment of the 1RM (kg) by weight would be fundamental to prioritize interventions.
In the scientific literature, a previous study identified quadriceps weakness as a predictor of mortality in healthy individuals35. Other studies have already shown that
weakness in patients with COPD is more pronounced when compared to healthy individuals8,15,36. In addition, Seymour and colleagues compared a cohort of healthy
individuals and patients with COPD and showed that there is a reduction in quadriceps muscle strength assessed by maximum voluntary contraction which is related to increased mortality and reduced exercise capacity in subjects with COPD. In addition, the value found for muscle strength was normalized for lean mass34. In the present
study, it was possible to identify similar results regarding the association of reduced muscle strength with mortality when using another method of assessing muscle strength (i.e. 1RM test adjusted for weight (1RM/Weight). It is worth mentioning that methods to assess the 1RM test, BMI and weight values are simple and have low cost, which favors its wide use not only by researchers, but also in clinical practice.
It is known that the decrease in lean mass and peripheral muscle strength, especially in the lower limbs, are common characteristics of chronic diseases, such as COPD36, and the measurement of quadriceps muscle strength can be used to identify
peripheral muscle dysfunction3,27. In the present study, the use of the ratios 1RM/BMI
and 1RM/Weight to find new cut-off points was proposed because the quadriceps muscle strength has a close relationship with body weight, therefore, normalize muscle
strength by this characteristic is recommended37.
Unlike, some studies which suggest normalization of muscle strength by body weight, the study by Swallow et al used BMI to normalize this variable assessed by maximum voluntary contraction. The authors discussed that muscle quality is more important than quantity; moreover, although height do not vary considerably, muscle strength test normalized by BMI was associated with mortality15. Thus, the present
study chose to investigate the best cut-off considering both normalizations, in addition to the absolute muscle strength measurement, however, the cut-off value proposed by the present study was adjusted for weight.
In this population, it is believed that lower limbs strength may have a greater prognostic value than upper limbs due to the great loss of muscle function of the former, which generates a physical inactivity scenario36. In addition, it is known that other
mechanisms related to lower limb muscle dysfunction can be associated with the patient’s clinical condition, such as physical inactivity3. In fact, several related disease
factors may also contribute to peripheral muscle dysfunction in patients with COPD, such as negative energy balance, hypoxia and pharmacological therapy with corticosteroids38. This might occur in patients frequently exposed to systemic
corticosteroids since its chronic use can potentiate muscle atrophy and weakness in patients with COPD39. Moreover, there are other factors that also influence the survival
of patients with COPD and was not evaluated in this study. An example is the occurrence of exacerbations through the time, since lower limbs muscle function is further compromised during exacerbation episodes in patients with COPD.
The 1RM test is usually performed at the baseline assessment of exercise training program, and the present study hypothesized that it would be possible to identify individuals with the highest chance of mortality from patients’ physical characteristics. Kovarik et al. have already shown that dynamometric parameters, assessed by hand grip endurance test, relates to clinical status and prognosis of patients with COPD better than the 6MWT40. Although muscle strength is commonly impaired
in this population, the BODE index, which is one of the most important tools to detect disease prognosis, does not include this characteristic as a predict factor41. Interestingly,
Camillo and colleagues studied the effects of pulmonary rehabilitation (PR) on mortality of patients with COPD and identified that although the 6MWT improvement after a PR program is a strong predictor of mortality, other responses to exercise are also related to mortality of these patients, such as improvement in muscle strength of knee
35
extensors, which is directly related to longer survival42. These findings corroborate with
the present study and reinforce the message that the values determined as cut-off points for peripheral muscle strength in this study might help to detect patients who have a higher mortality risk, regardless of having participated on PR. However, future research is welcome to investigate whether the effects of PR are similar or not for patients classified in the group with the highest mortality risk from the cut-off point proposed in the present study.
This study adds new information for the scientific literature with clinical applicability, in addition to reflecting a typical sample referred to PR programs. Some limitations are noted such as a retrospective design, with a relatively small sample, with cut-off points studied in only one cohort and with the absence of exacerbation information. Although the values of muscle strength assessed by 1RM test are similar in some studies43,44, which indicates the representativity of the sample, Daabis and
colleagues showed a 5% variation in the quadriceps muscle strength values in subjects with COPD in relation to the present study. Therefore, future studies are needed to test the proposed cut-off points on independent samples.
CONCLUSION
Quadriceps muscle weakness assessed by the 1 repetition maximum test (1RM) and adjusted by weight [1RM/Weight] is able to predict mortality in a follow-up period of 4 years in subjects with COPD. A cut-off value to identify subjects with COPD with reduced quadriceps strength which is associated with increased 4-year mortality risk was 31% for the ratio 1RM / Weight and might be useful in clinical practice.
ACKNOWLEDGMENT
To undergraduate and graduate students at the Pulmonary Physiotherapy Research Laboratory (LFIP), which assists in the data collection of this study, and in patients with COPD, who accept to participate in this research.
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