Is there a relationship between strength and peripheral muscle thickness and duration of mechanical ventilation?

Abstract
Introduction: Patients admitted to the Intensive Care Unit (ICU) suffer deleterious effects on intensive care. Among the chances of loss of muscle mass proved by immobility and by the critical illness itself. The present study aimed to investigate a possible relationship between peripheral muscle strength (FMP) without muscle strength and quadriceps muscle extension (EMQ) with mechanical ventilation time in clinical patients admitted to the ICU of a university hospital located in the center of the state of RS. Material and methods: This is a quantitative cross-sectional study, whose sample was composed of 23 patients (48.9 ± 18.9 years, 14 men). These were inserted in the study, according to inclusion requirements for eligibility. The individuals were taxed in the first 24 hours of ventilation time and had no problems with sedation. An EMQ was assessed using ultrasound and peripheral muscle strength was assessed using the Medical Research Council (MRC) scale. . For statistical analysis, Pearson's correlation test (p < 0.05) was performed. Results: The results showed that there was a positive and moderate correlation between EMQ and FMP at awakening (r = 0.433; p = 0.039). On the other hand, MV time was not associated with EMQ (p = 0.278) and FMP (p = 0.269). Conclusions: This finding highlights the clinical relevance of the study, given that the deleterious effects triggered in the critical phase of the disease can cause damage for a long period after hospital discharge. In this context, we highlight the relevance of early identification of musculoskeletal changes present in this population.

Key words
muscle strength, intensive care units, ultrasonography, artificial respiration, muscle weakness

Artículo completo
Introdução

Pacientes submetidos aos cuidados da Unidade de Terapia Intensiva (UTI) frequentemente apresentam uma condição de saúde frágil, que pode variar de acordo com sua razão primária de admissão, bem como a evolução do quadro clínico (salud frágil, que puede variar según su principal motivo de ingreso, así como la evolución del cuadro clínico).¹ O imobilismo prolongado é adverso podendo causar (La inmovilidad prolongada es perjudicial y puede ocasionar) várias complicações tais como atrofia e fraqueza muscular esquelética, as quais influenciam na recuperação de doentes críticos (atrofia y debilidad muscular esquelética, que influyen en la recuperación de pacientes en estado crítico).² Neste sentido, a atrofia muscular ocorre como consequência da degradação muscular, uma vez que, a atividade proteolítica supera a síntese de proteínas, enquanto o reparo muscular prejudicado contribui para a fraqueza sustentada após a (mientras que la reparación muscular deteriorada contribuye a la debilidad sostenida posterior al) alta da UTI.³

Evidências demonstram que embora o estado catabólico esteja limitado à fase aguda da doença crítica, anos após a alta da (aunque el estado catabólico se limita a la fase aguda de la enfermedad crítica, años después del alta de la) UTI observa-se a persistência de implicações subsequentes na massa e função muscular.⁴ Partindo dessa premissa, um estudo de coorte (n = 4640 participantes) conduzido por Hermans et al. (2019) demonstrou a persistência da fraqueza muscular mesmo após 5 anos da alta da UTI.⁵ Nesse cenário, estudos sugerem que a sobrevida global em 2 anos é reduzida em (En este escenario, los estudios sugieren que la supervivencia general a los 2 años se reduce en) pacientes que desenvolvem fraqueza muscular adquirida na UTI (FMA-UTI), a mortalidade é ainda maior nos pacientes que apresentam concomitantemente disfunção diafragmática adquirida na (la mortalidad es incluso mayor en pacientes que han adquirido concomitantemente disfunción diafragmática en la) UTI (DD-UTI).⁶

Na fase aguda da doença, uma das necessidades dos pacientes que se encontram em tratamento intensivo é a utilização de suporte ventilatório invasivo, a fim de manter a homeostase e as funções orgânicas vitais (para mantener la homeostasis y las funciones orgánicas vitales). No entanto a ventilação mecânica (VM) pode resultar em efeitos deletérios ao sistema orgânico do paciente.⁷ Evidências demonstram que o uso prolongado da VM, desmame inadequado, falha no processo de extubação (destete inadecuado, fracaso del proceso de extubación), necessidade de reintubação, realização de traqueostomia tardiamente e relação entre pressão arterial de oxigênio e fração inspirada de oxigênio baixa são fatores preditores de mortalidade em pacientes críticos submetidos a VM.⁷

Frente ao exposto, surge a necessidade de avaliar a integridade muscular desses pacientes precocemente, pois sabe-se que a (valorar precozmente la integridad muscular de estos pacientes, ya que la) massa muscular do quadríceps (espessura muscular do quadríceps - EMQ - e área de secção transversa do reto femoral) diminuem consistentemente durante as primeiras 2 semanas de doença crítica. Ademais, para cada 1% a mais de perda da espessura do quadríceps durante a primeira semana de doença crítica. a (Además, por cada 1% más de pérdida de grosor del cuádriceps durante la primera semana de enfermedad crítica, la) mortalidade em 60 dias é 5% maior.⁸ Em outro estudo realizado em pacientes que apresentaram FMA-UTI, Dres e colaboradores (2019), verificaram uma maior taxa de mortalidade durante a internação. Essa taxa foi ainda maior naqueles que apresentaram disfunção diafragmática concomitante.⁹

Nesse contexto, a ultrassonografia surge como uma ferramenta de fácil aplicabilidade dentro do cenário da UTI, visto que trata-se de um método de avaliação não-volitivo e pode ser realizado à beira-leito (evaluación no voluntaria y se puede realizar junto a la cama).¹⁰ Em estudo realizado por Sabatino e colaboradores, foram comparadas as medidas de EMQ obtidas através de ultrassonografia e tomografia computadorizada, em pacientes com lesão renal aguda, no qual concluiu-se que há consistencia entre as (en el que se concluyó que existe coincidencia entre las) medidas realizadas entre os métodos.¹⁰

Visto que na literatura há uma escassez de estudos que investiguem a possível relação entre estas variáveis, o objetivo do presente estudo foi investigar se há relação entre a força muscular periférica no despertar e a espessura muscular do quadríceps com o tempo de ventilação mecânica em pacientes críticos (si existe una relación entre la fuerza muscular periférica al despertar y el grosor muscular del cuádriceps con el tiempo de ventilación mecánica en pacientes en estado crítico).


Materiais e métodos

Este estudo está vinculado ao projeto matricial intitulado “Impacto da implantação de um programa de mobilização precoce em pacientes internados na UTI adulto do XXX e sua associação com marcadores inflamatórios”. O projeto foi aprovado pelo comitê de ética e pesquisa local (1.873.581) e registrado no Gabinete de Projetos do Centro de Ciências da Saúde da instituição (039963). O termo de consentimento livre e esclarecido foi assinado por familiar ou responsável após o convite para a participação da pesquisa, bem como a exposição dos riscos e benefícios. A amostra foi composta por pacientes internados na UTI adulto do referido hospital e o período de coleta dos dados compreendeu dezembro de 2016 a março de 2018.

Os pacientes foram selecionados conforme os seguintes critérios de inclusão: ambos os sexos, maiores de 18 anos, hemodinamicamente estáveis, com nível de sedação profundo (-4) avaliado pela escala Richmond Agitation Sedation Scale (RASS), nas primeiras 24 horas de VM. Foram excluídos os pacientes com elevação da pressão intracraniana, amputação de membros inferiores, gestantes, evolução para delírium, infarto agudo do miocárdio, parada cardiorrespiratória com evolução para anóxia cerebral, doença neuromuscular em rápido desenvolvimento, fraturas instáveis e (paro cardiorrespiratorio con progresión a anoxia cerebral, enfermedad neuromuscular de rápida evolución, fracturas inestables y una) internação prévia a UTI maior do que 5 dias.

Foi realizado um cálculo amostral para estimar o número de participantes do ensaio clínico proveniente do estudo citado acima, o qual derivou esta pesquisa. A mensuração foi realizada através do programa WinPepi versão 10.5. Para o cálculo, foi desenvolvido um estudo piloto com 10 pacientes. Utilizou-se como variável de desfecho primário a média da (Se utilizó como variable de resultado primaria, la media de la) EMQ esquerda e direita em cm. Foram considerados os seguintes dados: nível de significância de 5% (p < 0.05), poder de 80%, razão do tamanho da amostra de 1 e diferença entre as médias de 2.52 cm. Portanto, o tamanho ideal da amostra foi de 28 pacientes. Para o presente estudo foi utilizado o mesmo cálculo amostral previamente definido.

A EMQ foi avaliada através da ultrassonografia de alta resolução (Ultrassom Mindray, DP-2200 portátil, China), em modo B, conforme previamente descrito.¹¹ O paciente estava em decúbito dorsal, com os membros inferiores estendidos, relaxados e na posição neutra (con los miembros inferiores extendidos, relajados y en posición neutra). O transdutor ecocardiológico microconvexo, revestido com gel ultrassônico, foi posicionado perpendicularmente sobre a pele com mínima pressão no ponto médio do (sobre la piel con una presión mínima en el punto medio del) quadríceps femoral (região situada entre a espinha ilíaca ântero-superior e o pólo superior da patela). A mensuração da EMQ, compreendeu a distância entre a aponeurose superior do músculo reto femoral e o córtex femoral, realizada usando o software ImageJ® (NIH, Bethesda, MD). Foram registradas a média de três medidas transversais com uma diferença máxima entre elas de 0.1 cm. As mensurações foram realizadas por um profissional com experiência em ultrassonografia (Figura 1).






A força muscular periférica foi avaliada no despertar da sedação (RASS = 0) através da escala MRC, a qual compreende a avaliação da medida muscular volitiva direcionada para sujeitos cooperativos de três grupos musculares nos membros superiores e inferiores. A pontuação em cada grupo muscular varia de 0 (sem contração muscular visível ou palpável) a 5 (completa amplitude de movimento contra a gravidade e resistência) e o escore total varia de 0 a 60.¹² Segundo os critérios da escala o escore total abaixo de 48 pontos indica presença de FMA-UTI.¹³

A análise estatística foi realizada através do software estatístico GraphPad Prism 5 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, EUA). Para avaliação da normalidade das variáveis utilizou-se o teste de Shapiro-Wilk. As variáveis contínuas são apresentadas em média e desvio padrão e as categóricas em frequências absolutas e porcentagens. A correlação entre força muscular periférica no despertar, EMQ e tempo de VM em pacientes críticos na UTI foi verificada pelo coeficiente de correlação de Pearson, sendo consideradas correlações fracas (r < 0.30), moderadas (0.30 < r < 0.60) e fortes (r > 0.60).¹⁴ O nível de significância adotado foi de 5% (p < 0.05).


Resultados e discussão

Dos 23 pacientes selecionados para o estudo (Entre los 23 pacientes elegidos para el estudio), 60,0% (n = 14) eram do sexo masculino, com média de idade de 48.9 ± 18.9 anos. No que se refere à força muscular periférica no despertar, cerca de 60% (n = 14) da amostra apresentou escore na escala MRC inferior a 48 pontos. As características clínicas e variáveis de desfecho estão apresentadas na Tabela 1.






Conforme apresentado na Figura 2, nota-se que não houve associação entre EMQ (r = 0.236; p = 0.278) e a força muscular periférica (r = 0.240; p = 0.269) com o tempo de VM na amostra estudada. Em contrapartida, nossos achados demonstram que houve associação moderada (r = 0.433; p = 0.039) entre as variáveis EMQ e força muscular periférica.






Até o limite do nosso conhecimento, o presente estudo foi o (Hasta donde sabemos, el presente estudio fue el) primeiro a correlacionar as variáveis EMQ e força muscular periférica no despertar com o tempo de VM em pacientes críticos. Os resultados apontam que houve associação moderada entre a EMQ de pacientes críticos com o nível de sedação RASS -4 nas primeiras 24 horas de VM, com a força muscular periférica no despertar da sedação. Por outro lado, não houve associação entre a EMQ e a força muscular periférica no despertar com o tempo de VM na população estudada.

Corroborando com nosso estudo, Martín et al. (2018), analisaram a EMQ em 59 pacientes críticos, os quais mais de 80% necessitaram de VM, cujos resultados demonstraram associação entre baixa EMQ e mortalidade, sendo que a espessura muscular preservada mostrou-se como fator protetor para mortalidade nesta população.¹⁵ Em contrapartida, estudo realizado por Palakshappa et al. (2018), não encontrou associação entre EMQ e a força muscular periférica no 7° dia de internação de pacientes críticos. Entretanto, neste mesmo estudo houve correlação moderada entre a taxa diária de redução da área de secção transversa do reto femoral e a força muscular no 7º dia (r = 0.51; p = 0.03).¹⁶

A amostra do presente estudo revelou em média 45,9 pontos na escala MRC, condizente com FMA-UTI. Semelhante a estudo realizado por Martins e colaboradores, o qual analisou a FMP no despertar de 48 pacientes críticos, divididos em 3 grupos: 16 adultos jovens (18-39 anos), 17 adultos (40-59 anos) e 15 idosos (acima de 60 anos).¹⁶ Destes, a incidência de FMA-UTI nos adultos jovens e adultos foi de 50% e 59%, respectivamente.¹⁷ Os resultados do referido estudo corroboram com os nossos achados, a partir dos quais podemos inferir que há (Los resultados del mencionado estudio corroboran nuestros hallazgos, de los cuales podemos inferir que existe) incidência considerável de FMA-UTI nesta população, na fase adulta. Destaca-se que a FMA-UTI foi associada de forma independente ao aumento da mortalidade em 5 anos pós-alta da unidade.^18,19

Machado et al. (2017) avaliaram, o efeito do exercício passivo em cicloergômetro, comparado a fisioterapia convencional, no tempo de VM em 38 pacientes críticos, no qual não houve diferença significativa entre os grupos no tempo de VM.²⁰ Assemelhando-se aos resultados do presente estudo, no qual as variáveis da musculatura periférica nas primeiras 24 horas de VM e no despertar não foram relacionadas com o tempo de VM. Uma possível explicação para tal achado se dá pelo fato de que, além da degradação muscular periférica, a VM gera fraqueza da musculatura respiratória desses pacientes, a qual ocorre devido à substituição do esforço da respiração espontânea pelo ventilador (Una posible explicación de este hallazgo es el hecho de que, además de la degradación muscular periférica de estos pacientes, la ventilación mecánica produce debilidad, la que tiene lugar debido a la sustitución del esfuerzo de la respiración espontánea por el ventilador), culminando em incapacidade de gerar força por parte do diafragma.^21,22 Assim, sugerimos que esta é uma variável que deve ser considerada ao avaliar o tempo de VM nesta população.

Em um recente estudo realizado por Dres e colaboradores (2019), foram avaliados 116 pacientes críticos, 41% (n = 48) com disfunção diafragmática associada à UTI (DD-UTI) e 59% (n = 68) sem DD-UTI. No grupo sem DD-UTI, 32 apresentaram FMA-UTI, destes 63% (n = 20) apresentaram falha no desmame e 13% (n = 4) mortalidade na UTI. Os pacientes que apresentaram FMA-UTI somada à DD-UTI tiveram maior índice de falha no desmame da ventilação 86% (n = 31) e maior mortalidade 39% (n = 14).⁹ A partir disso, podemos inferir que a FMA-UTI é uma disfunção que adicionada as disfunções respiratórias, as quais o paciente crítico é exposto, é um fator que aumenta o risco de mortalidade neste ambiente (a los que está expuesto el paciente en estado crítico, es un factor que aumenta el riesgo de mortalidad en este medio).

Tendo em vista a associação entre EMQ e a fraqueza muscular periférica no despertar, assim como o fato de que cerca de 60% dos pacientes do estudo apresentaram fraqueza muscular associada à doença crítica, podemos inferir que a EMQ é uma medida que pode ser utilizada na prática clínica. Esta pode ser mensurada através da ultrassonografia à beira-leito, para identificar índices de degradação muscular ainda na fase crítica da doença. A partir disso, estas medidas podem ser utilizadas com a finalidade de evitar possíveis consequências da fraqueza muscular periférica após o despertar da sedação, bem como após a alta hospitalar.²³

Nesse contexto, ratificamos a pertinência clínica da identificação precoce de alterações musculoesqueléticas na fase crítica da doença. Esta torna-se promissora no que diz respeito a prevenção de danos a curto e longo prazo para esta população (En este contexto, confirmamos la relevancia clínica de la identificación temprana de cambios musculoesqueléticos en la fase crítica de la enfermedad. Esto se vuelve prometedor en términos de prevención de daños a corto y largo plazo para esta población). Premissa essa corroborada por Hadda et al. (2017) ao demonstrarem, através de um estudo transversal no qual foram analisadas as medidas de EMQ de 20 pacientes com sepse, que a mensuração da EMQ de pacientes críticos através da ultrassonografia a beira leito é um método de excelente confiabilidade.²⁴
Como limitação da pesquisa destacamos que o valor estimado pelo cálculo amostral (n = 28) não foi alcançado em consequência das perdas que ocorreram ao longo do estudo (no se logró, como resultado de las pérdidas que se produjeron durante el estudio). Ainda, nota-se uma heterogeneidade entre os pacientes considerando sua razão primária de admissão na UTI, bem como o uso de bloqueadores neuromusculares e corticosteroides, que podem potencializar a perda de massa muscular. Ademais, para a avaliação da força muscular periférica não foi possível o uso de medidas objetivas, como força de preensão palmar, por exemplo, dada a condição de confusão cognitiva em que o paciente se encontrava no despertar da sedação (Además, para la evaluación de la fuerza de los músculos periféricos, no fue posible utilizar medidas objetivas, como la fuerza de prensión manual, por ejemplo, dada la condición de confusión cognitiva en la que se encontraba el paciente tras la sedación). Sugerimos pesquisas mais amplas neste contexto, uma vez que, para o nosso conhecimento, este foi o primeiro estudo que avaliou a associação entre EMQ e FMP no despertar com o tempo de VM.



Conclusões

Os achados do estudo não evidenciaram associação entre as variáveis EMQ e a força muscular periférica com o tempo de VM na população estudada. No entanto, mostrou-se inédito ao avaliar a possível associação entre variáveis da musculatura periférica com o tempo de VM nesta população. Além disso, apresentou associação moderada entre EMQ e a força muscular periférica. Este achado permite inferir que a baixa EMQ poderá implicar em fraqueza muscular periférica no despertar da sedação. Nesse cenário, ressaltamos a relevância clínica da avaliação de medidas musculares no contexto da terapia intensiva (Este hallazgo permite inferir que un CMS bajo puede implicar debilidad muscular periférica al despertar de la sedación. En este escenario, destacamos la relevancia clínica de la evaluación de las medidas musculares en el contexto de cuidados intensivos). Ademais, a EMQ pode ser mensurada através de um método não volitivo que pode ser empregado, a beira-leito, nas primeiras 24 horas de internação. A partir disso, permitindo aos profissionais delinear intervenções profiláticas que possam ser empregadas para reduzir os efeitos deletérios da fraqueza muscular nesta população (Y, gracias a esto, posibilitar a los profesionales diseñar intervenciones profilácticas que puedan ser utilizadas para reducir los efectos deletéreos de la debilidad muscular en esta población).

Bibliografía del artículo
1. Vanhorebeek I, Latronico N, Van den Berghe Greet. ICU-acquired weakness. Intensive Care Med 46(4):637-653, 2020.
2. Aquim EE, Bernardo WM, Buzzini RF, et al. Brazilian Guidelines for Early Mobilization in Intensive Care Unit. Rev Bras Ter Intensiva 31(4):434-443, 2019.
3. Lad H, Saumur TM, Herridge MS, et al. Intensive Care Unit-Acquired Weakness: Not just Another Muscle Atrophying Condition. Int J Mol Sci 21:7840, 2020.
4. Van Gassel RJJ, Baggerman MR, Van de Poll MCG. Metabolic aspects of muscle wasting during critical illness. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 23(2):96-101, 2020
5. Hermans G, Van Aerde N, Meersseman P, et al. Five-year mortality and morbidity impact of prolonged versus brief ICU stay: a propensity score matched cohort study. Thorax 74(11):1037-1045, 2019.
6. Saccheri C, Morawiec E, Delemazure J, et al. ICU-acquired weakness, diaphragm dysfunction and long-term outcomes of critically ill patients. Ann Intensive Care 10(1):1-9, 2020.
7. Suelayne GC, Reis PED, Rocha PRS. Preditores de mortalidade em pacientes ventilados mecanicamente: revisão integrativa. Online Braz J Nurs 16:486-496, 2017.
8. Lee ZY, Ong SP, Ng CC, Yap CSL, Engkasan JP, Barakatun-Nisak, MY. Association between ultrasound quadriceps muscle status with premorbid functional status and 60-day mortality in mechanically ventilated critically ill patient: A single-center prospective observational study. Clinical Nutrition 40(3):1338-1347, 2021.
9. Dres M, Jung B, Molinari N, et al. Respective contribution of intensive care unit-acquired limb muscle and severe diaphragm weakness on weaning outcome and mortality: a post hoc analysis of two cohorts. Crit Care 23(1):1-9, 2019.
10. Sabatino A, Regolisti G, di Mario F, et al. Validation by CT scan of quadriceps muscle thickness measurement by ultrasound in acute kidney injury. J Nephrol 33(1):109-117, 2020.
11. Fivez T, Hendrickx A, Van Herpe T, et al. An analysis of reliability and accuracy of muscle thickness ultrasonography in critically ill children and adults. JPEN 40(7):944-949, 2016.
12. Hermans G, Clerckx B, Vanhullebusch T, et al. Interobserver agreement of medical research council sum-score and handgrip strength in the intensive care unit. Muscle Nerve 45(1):18-25, 2012.
13. Kress JP, Hall JB. ICU-acquired weakness and recovery from critical illness. New Engl J Med 370(17):1626-1635, 2014.
14. Malina RM. Tracking of physical activity and physical fitness across the lifespan. Res Q Exerc Sport 67(3 Suppl):S48-57, 1996.
15. Martín CAG, Zelaya RDCUZ, Zepeda EM, Méndez OAL. ROUNDS Studies: Relation of outcomes with nutrition despite severity-round one: ultrasound muscle measurements in critically ill adult patients. J Nutr Metab 1-7, 2018.
16. Palakshappa JP, Reilly JP, Schweickert WD, Anderson BJ, Khoury V, Shashaty MG. Quantitative peripheral muscle ultrasound in sepsis: Muscle area superior to thickness. J Crit Care 47:324-330, 2018.
17. Martins GS, Toledo SV, Andrade JML, et al. Análise do estado funcional e força muscular de adultos e idosos em Unidade de Terapia Intensiva: Coorte prospectiva. Cien Saude Colet 26(07):2899-2910, 2021.
18. Rengel KF, Hayhurst C, Pandharipande PP, Hughes C. Long-term cognitive and functional impairments after critical illness. Anesth Analg 128:772-80, 2019.
19. Van Aerde, Meersseman P, Debaveye Y, et al. Five-year impact of ICU-acquired neuromuscular complications: a prospective, observational study. Intensive Care Med 46(6):1184-1193, 2020.
20. Machado AS, Pires-Neto RC, Carvalho MTX, Soares JC, Cardoso DM, Albuquerque IM. Efeito do exercício passivo em cicloergômetro na força muscular, tempo de ventilação mecânica e internação hospitalar em pacientes críticos: ensaio clínico randomizado. J Bras Pneumol 43(02):134-139, 2017.
21. Sassoon CS, Zhu E, Caiozzo VJ. Assist-control mechanical ventilation attenuates ventilator-induced diaphragmatic dysfunction. Am J Respir Crit Care Med 170(6):626-32, 2004.
22. Dres M, Dubé BP, Mayaux J, Delemazure J, Reuter D, Brochard L. Coexistence and impact of limb muscle and diaphragm weakness at time of liberation from mechanical ventilation in medical intensive care unit patients. Am J Respir Crit Care Med 195:57-66, 2017.
23. Hernández-Socorri CR, Saavedra P, López-Fernández JC, Ruiz-Santana S. Assessment of muscle wasting in long-stay ICU patients Using a new ultrasound protocol. Nutrients 10:1-11, 2018.
24. Hadda V, Khilnani GC, Kumar R, et al. Intra and Inter observer Reliability of quadriceps muscle thickness measured with bedside ultrasonography by critical care physicians. Indian J Crit Care Med 21(7): 448-452, 2017.