Scholarly article on topic 'Correlação entre hipoxemia moderada e função muscular esquelética periférica na doença pulmonar obstrutiva crónica – Estudo-piloto'

Correlação entre hipoxemia moderada e função muscular esquelética periférica na doença pulmonar obstrutiva crónica – Estudo-piloto Academic research paper on "Educational sciences"

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Academic journal
Revista Portuguesa de Pneumologia
OECD Field of science
Keywords
{"Teste de caminhada de seis minutos" / "força muscular" / hipoxemia / DPOC / "reabilitação pulmonar" / electromiografia / "Six-minute walk test" / "muscle strength" / hypoxaemia / COPD / "pulmonary rehabilitation" / electromyography}

Abstract of research paper on Educational sciences, author of scientific article — Sérgio Leite Rodrigues, César Augusto Melo e Silva, César Ferreira Amorim, Terezinha Lima, Fernanda Almeida Ribeiro, et al.

Abstract Rationale: Exercise capacity in COPD patients depends on the degree of airflow obstruction, the severity of the hypoxaemia and skeletal muscle function. Muscle atrophy and weakness are considered systemic consequences of COPD and are associated with reduced exercise capacity. Aims: To investigate the correlation between mild hypoxaemia and muscular strength, muscular fatigue and functional capacity in COPD patients. Methods: Ten patients enrolled on a PRP at the Hospital Universitário de Brasília – HUB were included in this study. Lung function was evaluated by spirometry and arterial blood gas analysis. Functional evaluation was made using the 6MWT and using isometric contraction of deltoid and quadriceps muscles. Results: There were positive correlations between PaO2, quadriceps strength (r2 =0.61 and p=0.007) and PaO2 and the 6MWT (r2 =0.96, p=0.001). There were negative correlations between PaO2 and median frequency of quadriceps (r2 =-0.42 and p=0.04). We observed significant correlation between quadriceps strength and the 6MWT (r2 =0.67 and p=0.001). There was negative correlation between median frequency of quadriceps and the 6MWT (r2 =-0.42 and p=0.04). We did not observe any correlation between PaO2 and strength or median frequency of deltoid muscle. Conclusions: PaO2 has important correlations with muscular function variables. The main negative impact of mild hypoxaemia and precocious limb muscular disability on COPD patients is decreased functional capacity. Rev Port Pneumol 2008; XIV (6): 769-785

Academic research paper on topic "Correlação entre hipoxemia moderada e função muscular esquelética periférica na doença pulmonar obstrutiva crónica – Estudo-piloto"

Artigo Original Original Article

Sérgio Leite Rodrigues1 César Augusto Melo e Silva2 César Ferreira Amorim3 Terezinha Lima4 Fernanda Almeida Ribeiro5 Carlos Alberto de Assis Viegas6

Correlagäo entre hipoxemia moderada e fungäo muscular esquelética periférica na doenga pulmonar obstrutiva crónica - Estudo-piloto

Correlation between mild hypoxaemia and limb skeletal muscle function in chronic obstructive pulmonary disease - Pilot study

Recebido para publicaçâo/rece/Ved for publication: 07.10.18 Aceite para publicaçâo/accepted for publication: 08.07.23

Resumo

Introdu^áo: A capacidade de exercício em portadores de DPOC depende da gravidade da limitado ao fluxo aéreo, do grau de hipoxemia e da fun^áo muscular esquelética. Nesses doentes, a atrofia e a fraque-za da musculatura periférica sáo consideradas conse-quencias sistémicas da DPOC e estáo associadas a redu^áo da capacidade de exercício. Objectivos: Investigar a possível correlato entre hi-poxemia moderada e o comprometimento muscular periférico na DPOC.

Abstract

Rationale: Exercise capacity in COPD patients depends on the degree of airflow obstruction, the severity of the hypoxaemia and skeletal muscle function. Muscle atrophy and weakness are considered systemic consequences of COPD and are associated with reduced exercise capacity.

Aims: To investigate the correlation between mild hypoxaemia and muscular strength, muscular fatigue and functional capacity in COPD patients.

1 Fisioterapeuta, Mestre em Ciencias da Saúde, Universidade de Brasilia - UnB / Physiotherapist, MsC, Health Sciences, Universidade de Brasilia - UnB

2 Fisioterapeuta, Doutor em Ciencias Médicas, Universidade de Brasilia - UnB / Physiotherapist, Doctor of Medical Sciences, Universidade de Brasilia - UnB

3 Engenheiro electrónico, Mestre em Engenharia Biomédica, Universidade do Vale do Paraiba - UNIVAP / Electronic Engineer, MsC, Biomedical Engineering, Universidade do Vale do Paraiba - UNIVAP

4 Médica, Mestre em Ciencias da Saúde, Universidade de Brasilia / Physician, MsC, Health Sciences, Universidade de Brasilia

5 Fisioterapeuta, Especialista em Fisioterapia Pneumofuncional, Universidade de Brasilia / Physiotherapist, Respiratory Physiotherapy specialist, Universidade de Brasilia

6 Médico, Doutor da Universidade de Brasilia - UnB, Universidade de Brasilia - UnB / Physician, Doctor at the Universidade de Brasilia - UnB, Universidade de Brasilia - UnB

Trabalho realizado no Servigo de Pneumologia do Hospital Universitário de Brasilia e no Centro de Fisioterapia e Reabilitagao do Hospital Universitário de Brasilia / Work carried out at the Servigo de Pneumologia do Hospital Universitário de Brasilia and at the Centro de Fisioterapia e Reabilitagao do Hospital Universitário de Brasilia

Chefe do Servigo de Pneumologia / Head, Pulmonology Unit: Dra.Veronica Amado Chefe do Centro de Fisioterapia / Head, Physiotherapy Unit: Sérgio Leite Rodrigues Hospital Universitário de Brasilia - HUB Rua L2 Norte Quadras 605 CEP 70840-901 Brasilia - DF Brasil

Correspondencia / Correspondence to.

Rua 05 Norte Lote 02 Bloco B Apto 1304 Residencial Cedro, Águas Claras CEP.71907-720 Brasilia - DF Brasil

REVISTA PORTUGUESA DE PNEUMOLOGIA

NA DOEN^A PULMONAR OBSTRUTIVA CRÓNICA - ESTUDO-PILOTO Sérgio Leite Rodrigues, César Augusto Melo e Silva, César Ferreira Amorim, Terezinha Lima, Fernanda Almeida Ribeiro, Carlos Alberto de Assis Viegas

Doentes e métodos: Dez doentes encaminhados ao Programa de Reabilitaçâo Pulmonar do Hospital Universitário de Brasilia foram incluidos neste estudo. A funçâo pulmonar foi avaliada por espirometria, gasometria arterial e avaliaçâo funcional pelo teste de caminhada de seis minutos, sinal electromiográfico e força de deltóide e quadricípetes. Resultados: As correlaçôes entre PaO2 e a força qua-dricíptica (r2 = 0,61 e p = 0,007) e a distância percorri-da no TC6 (r2 = 0,96 e p = 0,001) foram positivas e significativas. Houve correlaçâo negativa e significativa entre PaO2 e a frequência mediana de quadricípetes (r2 = -0,42 e p = 0,04). Observámos também correlaçâo significativa entre força de quadricípetes e o TC6 (r2 = 0,67 e p = 0,001). Assim como houve correlaçâo negativa e significativa entre a frequência mediana de quadricípetes, e o TC6 (r2 = -0,42 e p = 0,04). Nâo encontrámos correlaçâo significativa entre a PaO2 e força ou frequência mediana do músculo deltóide. Conclusáo: A PaO2 tem correlaçâo importante e significativa com variáveis de funçâo muscular periférica. A hipoxemia moderada e a disfunçâo muscular periférica precoce possuem como principal impacto negativo a deterioraçâo da capacidade funcional de portadores de DPOC.

Rev Port Pneumol 2008; XIV (6): 769-785

Palavras-chave: Teste de caminhada de seis minutos, força muscular, hipoxemia, DPOC, reabilitaçâo pulmonar, electromiografia.

Methods: Ten patients enrolled on a PRP at the Hospital Universitario de Brasilia — HUB were included in this study. Lung function was evaluated by spirometry and arterial blood gas analysis. Functional evaluation was made using the 6MWT and using isometric contraction of deltoid and quadriceps muscles.

Results: There were positive correlations between PaO2, quadriceps strength (r2 = 0.61 and p = 0.007) and PaO2 and the 6MWT (r2 = 0.96, p = 0.001). There were negative correlations between PaO2 and median frequency of quadriceps (r2 = -0.42 and p = 0.04). We observed significant correlation between quadriceps strength and the 6MWT (r2 = 0.67 and p = 0.001). There was negative correlation between median frequency of quadriceps and the 6MWT (r2 = -0.42 and p = 0.04). We did not observe any correlation between PaO2 and strength or median frequency of deltoid muscle.

Conclusions: PaO2 has important correlations with muscular function variables. The main negative impact of mild hypoxaemia and precocious limb muscular disability on COPD patients is decreased functional capacity.

Rev Port Pneumol 2008; XIV (6): 769-785

Key-words: Six-minute walk test, muscle strength, hypoxaemia, COPD, pulmonary rehabilitation, elec-tromyography.

Siglas

DPOC — Doen^a pulmonar obstrutiva crónica

PRP — Programa de reabilita^áo pulmonar GOLD — Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease

Abbreviations

COPD — Chronic obstructive pulmonary disease

PRP — Pulmonary rehabilitation programme GOLD - Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease

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PaO2 — Pressáo parcial de oxigénio no sangue

arterial (mmHg) SaO2 — Saturado do oxigénio no sangue

arterial (%) SpO 2 — Saturado periférica de oxigénio (%) PaCO2 — Pressáo parcial de dióxido de carbono no sangue arterial (mmHg) pH — Concentrado de ióes H+ livres VEFi% — Volume expirado forjado no

primeiro segundo (%) CVF% - Capacidade vital forjada (%) VEFi/CVF% - Rela^áo entre o volume expirado forjado no primeiro segundo e a capacidade vital forjada TC6 — Teste e caminhada de seis minutos (metros)

CIVM — Contra^áo isométrica voluntária

maxima (Kgf) SENIAM — Surface ElectroMyoGraphy for the Non-Invasive Assessment of Muscles Group

FM — Frequencia mediana (Hz)

PaO2 — Partial pressure of oxygen in arterial

blood (mmHg) SaO2 — Saturation of oxygen in arterial blood (%)

SpO 2 — Saturation of peripheral oxygen (%)

PaCO2 — Partial pressure of carbon dioxide

in the blood (mmHg) pH — Concentration of hydrogen ions FEVi% —Forced expiratory volume in one

second (%) FVC% - Forced vital capacity (%) FEVi/FVC% - Relationship between forced expiratory volume in one second and forced vital capacity 6MWT - Six-minute walk test (metres) MVIC — Maximal voluntary isometric contraction (Kgf) SENIAM - Surface ElectroMyoGraphy for the Non-Invasive Assessment of Muscles Group

FM - Median frequency (Hertz)

Introduçâo

Tradicionalmente, a doença pulmonar obs-trutiva crónica (DPOC) tem classificaçâo diagnóstica e funcional estabelecida por teste espirométrico, assim como o seu prognóstico.1 Actualmente, alteraçôes hormonais, metabólicas e musculoesqueléticas sâo consideradas consequências sistémicas da DPOC, consequências de factores como stress oxidativo, libertaçâo de mediadores inflamatórios sistémicos, imobilidade e dis-funçâo da musculatura esquelética. Esta última traduzida por alteraçôes estruturais, como perda da massa muscular e atrofia das fibras musculares tipo I, e, funcionalmente, pela perda da força e da resistência muscular2-4.

Introduction

Spirometry has long been the traditional tool for establishing the diagnostic and functional stage and prognosis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD)1. Hormonal, metabolic and skeletal muscle abnormalities are nowadays taken as systemic consequences of COPD, a result of such factors as oxidative stress, the release of systemic inflammatory mediators, immobility and loss of skeletal muscle ability. Skeletal muscle loss results in structural abnormalities such as loss of muscular strength and atrophy of the type I muscular fibres. Functional consequences are loss of strength and muscular force2-4.

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NA DOENÇA PULMONAR OBSTRUTIVA CRÓNICA - ESTUDO-PILOTO Sérgio Leite Rodrigues, César Augusto Melo e Silva, César Ferreira Amorim, Terezinha Lima, Fernanda Almeida Ribeiro, Carlos Alberto de Assis Viegas

O papel da hipoxemia na génese dos disturbios sistémicos tem sido estudado, principalmente como uma forma de alteraçâo da ho-meostase da musculatura esquelética periférica.5 Assim, por meio da supressâo da síntese proteica e da alteraçâo estrutural na célula muscular, a conversâo do metabolismo aerobio em anaerobio ocorre em baixos ní-veis de actividade física.5,6 Essa baixa capaci-dade oxidativa do músculo esquelético pode influenciar negativamente a capacidade de exercício do doente portador de DPOC.6,7 Hoje sabemos que a capacidade física é considerada importante marcador da evoluçâo da DPOC, principalmente por estimar o elo de conexâo entre o declínio da funçâo pulmonar e o impacto extrapulmonar da enfermidade nos sistemas cardiovascular e muscular.8 Neste contexto, a avaliaçâo multidimensional, asso-ciando variáveis pulmonares e a capacidade funcional, surge como alternativa na monito-raçâo do tratamento clínico, na avaliaçâo do prognóstico e na avaliaçâo da sobrevida de doentes portadores de DPOC submetidos aos programas de reabilitaçâo pulmonar (PRP)9. Pelo exposto, o objectivo deste estudo foi analisar a possível correlaçâo entre a PaO2 e o comprome-timento da musculatura periférica em doentes com doença pulmonar obstrutiva crónica.

The role hypoxaemia plays in the genesis of systemic imbalances has been studied mainly as a form of abnormal homeosta-sis of limb skeletal muscle loss5. As protein synthesis is suppressed and muscular cell structure altered, aerobic metabolism is converted into anaerobic metabolism at low levels of physical activity5,6. This weak oxidative capacity of the skeletal muscle function can have a negative impact on the COPD patient's exercise ca-

pacity6,7.

Nowadays it is known that physical capacity is considered an important marker of COPD progress, mainly as it measures the link between the loss of lung function and the extra-pulmonary impact of the cardiovascular and muscular systems' weakness8. Here, a wide-ranging evaluation which associates pulmonary variables and functional capacity is an alternative monitor of clinical treatment, prognostic evaluation and survival of COPD patients enrolled on Pulmonary Rehabilitation Programmes (PRP) 9.

Accordingly, we aimed to study the correlation between mild hypoxaemia and muscular strength, muscular fatigue and functional capacity in COPD patients.

Métodos

Doentes

O diagnóstico da doença, bem como a classifi-caçâo da sua gravidade, foram estabelecidos de acordo com o GOLD.1 Os critérios de inclusâo foram: (i) doentes portadores de DPOC com obstruçâo ao fluxo aéreo de moderada e de grave intensidade; (ii) PaO2 = 56 a 69 mmHg no repouso e em ar ambiente10; (iii) condiçâo clíni-

Methods

Patients

Diagnosis of disease and classification of disease severity were established in line with the GOLD criteria1. Inclusion criteria were (i) COPD patients with moderate airflow restriction of moderate to severe intensity; (ii) resting/environmental PaO2 = 56 - 69 mmHg10; (iii) clinically

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ca estável: sem sinal de doença cardíaca (angina, insuficiencia cardíaca crónica) e sem historia de infecçao respiratoria por pelo menos seis semanas antes de entrar no estudo. Os critérios de exclusao foram: (i) inabilidade para andar; (ii) inabilidade de realizar o teste de caminhada de seis minutos; (iii) portador de doenças neuro-musculares, insuficiencia hepática ou doenças renais que necessitassem de diálise; (iv) doentes submetidos a transplante pulmonar; (v) uso de corticosteróide oral por pelo menos 6 semanas antes de entrar no estudo. Este protocolo foi aprovado pelo comité de ética em pesquisa com seres humanos da Faculdade de Medicina da Universidade de Brasilia. Todos os participantes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido antes do início do estudo.

Testes de funçâo pulmonar

A funçao pulmonar dos doentes foi avaliada por espirometria e gasometria arterial.

1) Foram recolhidos os valores absolutos da capacidade vital forçada (CVF), do volume expirado forçado no primeiro segundo (VEF1) e do índice VEF1/CVF%, mensurados de acordo com as recomendaçôes da American Thoracic Society (ATS)11, e os valores relativos, calculados pelas equaçôes de referencia de Knudson.12 Para aferiçao dessas variáveis utilizámos o espirómetro Vmax 22 series (Sensor Medics, Yorba Linda, California, EUA).

2) A gasometria arterial foi realizada em ar ambiente, com sangue da artéria radial reco-lhido para análise do potencial hidrogenió-nico (pH), pressôes parciais de oxigénio e gás carbónico (PaO2 e PaCO2, respectivamente) e saturaçao de oxigénio (SaO2%). Para aferiçao dessas variáveis utilizámos o gasómetro Ciba Corning 278 Gas System (Ciba Corning, Diagnostics Corp, Medifield, EUA).

stable with no cardiac disease (angina, chronic cardiac failure) and no sign of respiratory infection for at least six weeks prior to study-start. Exclusion criteria were (i) inability to walk; (ii) inability to perform the six-minute walk test; (iii) any neuromuscular, disease, liver failure or renal disease needing dialysis; (iv) lung transplant patients; (v) oral corticosteroid use for at leas 6 weeks prior to study-start. The protocol was approved by the research into living beings ethics committee of the Universidade de Brasilia Medical School. All participants freely gave their informed written consent prior to study-start.

Lung function tests

Spirometry and arterial blood gas analysis were used to evaluate patients' lung function.

1) Absolute forced vital capacity (FVC) values, forced expiratory volume in one second (FVE1) and the FVE1/FVC% index measured in line with the American Thoracic Society (ATS) guidelines11, and the relative values were recorded, calculated using Knudson reference equations12. The Vmax 22 series (Sensor Medics, Yorba Linda, California, USA) spirometer was used to adjust these variables.

2) Arterial blood gas analysis was performed in environmental air, with radial arterial blood collected to analyse concentration of hydrogen ions (pH), partial oxygen and carbonic gas pressure (PaO2 and PaCO2 in turn) and oxygen saturation (SaO2%). We used the Ciba Corning 278 Gas System (Ciba Corning, Diagnostics Corp, Medi-field, USA) blood gas analyser to adjust these variables.

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NA DOEN^A PULMONAR OBSTRUTIVA CRÓNICA - ESTUDO PILOTO Sérgio Leite Rodrigues, César Augusto Melo e Silva, César Ferreira Amorim, Terezinha Lima, Fernanda Almeida Ribeiro, Carlos Alberto de Assis Viegas

Teste de caminhada de seis minutos

O teste de caminhada de seis minutos (TC6) foi realizado segundo as recomendaçôes da ATS.13 Os doentes foram instruidos a andar no passo mais rápido possivel, sem correr, num corredor plano de vinte e cinco metros de comprimento. O teste é sintoma-limitado; assim, foi permitido que os doentes parassem de caminhar se qualquer sinal ou sintoma de desconforto fosse percebido (dispneia grave ou dor musculoesquelética). Foram instruidos também para voltar a caminhar quando o desconforto já nao fosse percebido. A distancia percorrida foi mensurada em metros, e, no inicio e ao final no TC6, a sensaçao de dispneia foi avaliada por meio da escala de percepçao de esforço de Borg. A oximetria nao invasiva (oxímetro modelo 920M, Heal-thdyne technologies, Marietta-Ga, EUA) foi utilizada na aferiçao da saturaçao periférica de oxigénio (SpO2) e da frequência cardíaca (FC) durante todo o teste.

Avaliaçâo da força muscular

A força dos músculos deltóide e quadricípe-tes foi avaliada por meio de contraçao iso-métrica voluntária máxima (CIVM).14 Para avaliaçao do quadricipetes, os doentes fo-ram sentados numa cadeira, posicionados de forma que os joelhos e o quadril ficassem flectidos a 900, coluna erecta, braços flexionados em forma de X na porçao anterior do tórax e pés pendentes. No tornozelo do membro inferior dominante foi colocada uma braçadeira de couro que estava conectada, por meio de um cabo de aço, a uma célula de carga (Kratos, Sao Paulo) fixada na parede. Os doentes foram instruidos e estimulados verbalmente para realizarem a ex-tensao do joelho por meio da CIVM do

Six-minute walk test

The six-minute walk test (6MWT) was performed in line with the ATS guidelines13. Patients were instructed to walk as quickly as they could without running along a flat twenty-five metre long corridor. The test is symptom-limited; it allows patients to cease walking if any signs or symptoms of discomfort (severe dyspnoea or skeletal muscle pain) are noted. Patients were instructed to resume walking once the discomfort had ceased. The distance walked was measured in metres and after the 6MWT dyspnoea was assessed using the Borg rating of perceived exertion scale. Non-invasive oximetry (using the 920M Healthdyne technologies, Marietta-Ga, USA, oximeter) was used to adjust saturation of peripheral oxygen (SpO2) and cardiac frequency (CF) during the test.

Evaluating muscular force

We measured the muscular strength of the deltoid and quadriceps muscles using maximal voluntary isometric contraction (MVIC) of those muscles14. Patients were seated in a chair for quadriceps assessment with their knees and hip joint flexed at a 900 angle, their spines straight, arms flexed into an 'X' shape in front of their lower thorax and their feet in natural balance. The ankle of patient's dominant lower limb was placed in a leather stirrup which was connected by a steel cable to a load cell (Kratos, Sao Paulo, Brazil) attached to the wall. Patients were instructed and encouraged to perform quadriceps MVIC knee extensors for 30 seconds. They performed three MVICs with a minute's rest between each. If the force measured did not vary by

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quadricípetes durante 30 segundos. Foram realizadas três CIVM com intervalos de 1 minuto de descanso entre elas. Se a variabi-lidade da força medida nao excedesse 5% entre as medidas, a contracçao muscular de maior valor era entao computada. Para a determinaçao da força máxima do músculo deltóide, os doentes ficaram sentados com joelhos e quadril a 900, pés no chao e braços pendentes. O mesmo equipamento utilizado para medir a força do quadricípete, foi utilizado para determinaçao da força do deltóide. Os doentes foram instruídos e estimulados verbalmente para realizarem a fle-xao de ombro por meio da CIVM do deltói-de. Aqui também foram realizadas três CIVM com intervalo de 1 minuto de descanso entre elas. Se a variabilidade da força medida nao excedesse 5% entre as medidas, a contraçao muscular de maior valor era en-tao computada.

Aquisiçao e análise do sinal da célula de carga e do sinal electromiográfico

O sinal proveniente da célula de carga e do eléctrodo utilizado na recolha do sinal electro-miográfico foi condicionado (amplificado 300 vezes, filtrado — filtro passa-baixa de 50 Hz, a rejeiçao do modo comum maior que 100 dB, a impedância do sistema era de 109 Ohms e a taxa de ruído do sinal inferior a 3 pV RMS), enviado para transdutores de força (EMG 800-C, EMG system do Brasil, Sao José dos Campos, Sao Paulo) e digitali-zado por uma placa analogicodigital de 12 bits (EMG System do Brasil, Sao José dos Campos, Sao Paulo) com frequência de amostragem de 1024 Hz. Para aquisiçao dos sinais recolhidos, utilizámos o software Win-daq/lite (Dataq Instruments, Akron, Ohio,

more than 5% between assessments, the greatest muscular contraction was then calculated.

Patients were seated with knees and hip joint at a 900 angle, feet on the floor and arms in natural balance for deltoid muscle assessment. Patients were instructed and encouraged to perform deltoid MVIC shoulder flexes. Again they performed three MVICs with a minute's rest between each. If the force measured did not vary by more than 5% between assessments, the greatest muscular contraction was then calculated.

Acquisition and analysis of the load cell and electromyograph signal

The load cell signal and the signal from the electrode used in capturing the electromyograph signal had 300 times pre-amplification and a bandpass filter at under 50 Hz, with a common mode rejection rate of over 100 dB. System impedance was 109 ohms and the noise rate of the minor signal was 3 pV RMS. The data was sent to force transducers (EMG 800-C, EMG system, Sâo José dos Campos, Sâo Paulo, Brazil) and sent to a 12-bit A/D converter (EMG System, Sâo José dos Campos, Sâo Paulo, Brazil) and sampled at 1024 Hz. We used the Windaq/lite software (Dataq Instruments, Akron, Ohio, USA) for acquisition of the captured signals and Windaq Playback software (Dataq Instruments, Akron, Ohio, USA) for data analysis. The electromyo-graph signal was analysed using frequency capture, allowing the median frequency of the power spectrum to be determined14. The electrodes were positioned in line with SE-NIAM guidelines15.

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NA DOEN^A PULMONAR OBSTRUTIVA CRÓNICA - ESTUDO PILOTO Sérgio Leite Rodrigues, César Augusto Melo e Silva, César Ferreira Amorim, Terezinha Lima, Fernanda Almeida Ribeiro, Carlos Alberto de Assis Viegas

EUA) e para a sua análise o software Windaq Playback (Dataq Instruments, Akron, Ohio, EUA). A análise do sinal electromiográfico foi realizada no domínio da frequência, o que permitiu a determinaçao da frequência mediana do espectro de potencia.14 Os eléc-trodos foram posicionados de acordo com as recomendaç6es do Surface ElectroMyoGraphy for the Non-Invasive Assessment of Muscles Group (SENIAM).15

Análise estatística

Utilizámos o teste de Shapiro-Wilk para testar a normalidade da distribuiçao dos dados gaso-métricos, espirométricos, do teste de caminha-da de seis minutos, da força muscular e da fre-quência mediana do quadricípete e do deltóide. Como a hipótese nula foi aceite em todos os testes, o teste de Pearson foi utilizado para ava-liar a possível correlaçao entre os dados da gasometria, da distancia percorrida, da fadiga e da força muscular de deltóide e quadricípetes. O nível de significancia estabelecido foi de 5%.

Resultados

Dez doentes portadores de DPOC foram in-cluídos no estudo, 8 homens e 2 mulheres, com idades entre 63 e 74 anos. O valor médio da CVF foi de 86 ± 15% do previsto, com valor máximo de 105% e mínimo de 57%. Em relaçao ao VEF1, observámos o valor médio de 53 ± 21% do previsto, com valor máximo de 83% e mínimo de 31%. A relaçao VEF1/CVF obteve valor médio de 47 ± 16%, atingindo valor máximo de 69 e mínimo de 31. Em relaçao à gasometria arterial, encon-trámos valor médio de pH com 7,40 ± 09, atingindo valor máximo de 7,48 e mínimo de 7,30. Aferimos a PaCO2 com valor médio de

Statistical analysis

We used the Shapiro-Wilk test to test the regular distribution of the arterial blood gas analysis, spirometry, 6MWT, muscular force and median frequency of quadriceps and deltoid data. As the null hypothesis was accepted in all tests, we used the Pearson test to evaluate any correlation between the arterial blood gas analysis, 6MWT, fatigue and quadriceps and deltoid strength data. We set a 5% statistical significance level.

Results

Ten COPD patients, 8 male and 2 female aged 63 - 74 years old, were included in the study. Mean FVC was 86±15% of the expected amount, max. 105% and min. 57%. Mean FEV1 was 53±21% of the expected amount, max. 83% and min. 31%. Mean FEV1/FVC ratio was 47±16%, max. 69 and min. 31. Mean arterial blood gas pH was 7.40±09, max. 7.48 and min. 7.30. We put the mean PaCO2 at 31±05 mmHg and PaO2 at 68±09 mmHg, varying from 55 mmHg - 69 mmHg, when only two patients had measurements under 60 mmHg (Table 01).

In adjusting for the 6MWT we found mean distance was 435±76 metres, max. 527 metres and min. 329 metres. In relation to quadriceps and deltoid force we found mean 33±07 KgF and 10±03 KgF, in turn. Median frequency (MF) of quadriceps was mean 172±17 Hz and median frequency of deltoid was mean 186±14 Hz (Table 01). We found positive and significant Pearson correlations between PaO2 and quadriceps strength (r2 = 0.61 and p = 0.007) and the 6MWT (r2 = 0.96 and p = 0.001) (Figs. 1 and 2). We found negative and significant

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31 ± 05 mmHg e de PaÜ2 de 68 ± 09 mmHg, variando de 55 mmHg a 69 mmHg, onde apenas dois doentes apresentaram valores abaixo de 60 mmHg (Quadro I). Na aferiçâo da distancia percorrida no TC6, observámos valor médio de 435 ± 76 metros, valor máximo de 527 metros e distancia mínima de 329 metros. Em relaçâo à força de qua-dricípetes e deltóide encontrámos valor médio de 33 ± 07 KgF e de 10 ± 03 KgF, respectivamente. A frequência mediana (FM) de quadri-cípetes atingiu o valor médio de 172 ± 17 Hz e de deltóide de 186 ± 14 Hz (Quadro I). Considerando a análise de Pearson, as correlaçôes entre PaO2 e a força de quadricípetes (r2 = 0,61 e p = 0,007) e a distancia percorrida no TC6 (r2 = 0,96 e p = 0,001) foram positivas e significativas (Figs. 1 e 2). Percebemos correlaçâo negativa e significativa entre PaO2 e a frequência mediana de quadricípetes (r2 = - 0,42 e p = 0,04) (Fig. 3).

Pearson correlations between PaO2 and median quadriceps frequency (r2 = — 0.42 and p = 0.04) (Fig. 3). We also found significant correlation between quadriceps force and the 6MWT (r2 = 0.67 and p = 0.001) (Fig. 4). There was also negative and significant correlation between the median quadriceps frequency and the 6MWT (r2 = - 0.42 and p = 0.04) (Fig. 5). There was no significant correlation between the PaO2 and deltoid strength or median frequency.

Discussion

We aimed to investigate the correlation between the PaO2 and limb skeletal muscle function in COPD patients. Our main findings were: 1) The PaO2 has a strong and significant correlation with femoral quadri-

Quadro I - Características demográficas e funcionáis dos pacientes portadores de doenga pulmonar obstrutiva crónica estudados, valores apresentados como média e desvio--padrao

Table I - Demographic and functional characteristics of COPD patients. Numbers given as means and standard deviations

Variáveis Características Variables Characteristics

Género 8 homens 2 mulheres Gender 8 males 2 females

Idade 67 ± 06 anos Age 67±06 anos

CVF = 86 ± 15% FVC = 86±15%

Espirometria VEFi = 53 ± 22% VEFi/CVF% = 47 ± 16 Spirometry FEVi = 53±22% FEVi/FVC% = 47±16

pH = 7.40 ± 09 pH = 7.40± 9

Gasometria PaCO2 = 31 ± 05 mmHg PaÛ2 = 68 ± 09 mmHg SaO2 = 92 ± 03% Arterial blood gas analysis PaCO2 = 31±05 mmHg PaO2 = 68±09 mmHg SaO2 = 92±03%

TC6* 435 ± 76 metros 6MWT* 435±76 metres

Força muscular Deltóide = 10 ± 03 KgF Quadricípetes = 33 ± 07 KgF Muscular strength Deltoid = 10±03 KgF Quadriceps = 33±07 KgF

Frequência mediana Deltóide = 186 ± 14 Hz Quadricípetes = 172 ± 17 Hz Median frequency Deltoid = 186±14 Hz Quadriceps = 172±17 Hz

* Teste de caminhada de seis minutos * Six-minute walk test

R E V I S TA P O R T U G UESA D E PNEUMOLOGIA 777

Vol XIV N.° 6 Novembro/Dezembro 2008

Podemos observar também correlaçao significativa entre força de quadricípetes e o TC6 (r2 = 0,67 e p = 0,001) (Fig. 4). Assim como houve correlaçao negativa e significativa entre a frequência mediana de quadricípetes, e o TC6 (r2 = - 0,42 e p = 0,04) (Fig. 5). Nao encontrámos correlaçao significativa entre a PaÜ2 em relaçao ao músculo deltóide.

Discussâo

Ü presente estudo teve o objectivo de aferir e analisar a correlaçao existente entre a PaÜ2 e o comprometimento da musculatura periférica em doentes com DPÜC. Üs principais achados foram: 1) a PaÜ2 tem forte e significativa correlaçao com a força e a frequência mediana do quadricípete femoral; 2) a capa-cidade funcional sofre influência da PaÜ2 e é associada a indicadores de fadiga muscular. Na populaçao estudada, mesmo apresentando hipoxemia moderada, observámos que apenas dois doentes apresentaram PaÜ2 < 60 mmHg e nenhum possuía indicaçao formal para utiliza-

ceps muscular strength and median frequency; 2) The PaO2 has a strong impact on functional capacity, and is associated to muscular fatigue.

Our population presented only mild hypo-xaemia, and two patients had PaO2 < 60 mmHg while none were prescribed supplementary oxygen intake, in line with the criteria established in the literature1,16,17. Romer et al. found that hypoxaemia negatively impacted on exercise performance, reducing time to exhaustion by up to 70% in healthy humans, mainly by decreased contractility of limb locomotor muscles18. This suggests that functional capacity essentially depends on oxidative muscular metabolism18,19. The strong and positive correlation between the PaO2 and the 6MWT in our study bears out this hypothesis.

It is a known fact that muscle fatigue by definition involves indexes based on several physical variables, including strength, power, or variables associated to motor unit recruit-

PaÜ2 = Pressâo pacial de oxigénio no sangue arterial (mmHg) / PaO2 = Partial pressure of oxygen in arterial blood (mmHg)

Força dos quadricípetes = Força muscular do músculo quadricípete femoral (kgF) / Quadriceps Strength = Muscular strength of femoral

quadriceps muscles (KgF)

Fig. 1 - Análise de correlaçâo entre a PaÜ2 e força muscular de quadricípetes dos doentes portadores de doença pulmonar obstrutiva crónica estudados

Fig. 1 - Analysis of the correlation between CÜPD patients' PaÜ2 and quadriceps muscle strength

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PaÜ2 = Pressao pacial de oxigénio no sangue arterial (mmHg) / PaÜ2 = Partial pressure of oxygen in arterial blood (mmHg) TC6 = Teste de caminhada de seis minutos (metros) / 6MWT = Six-minute walk test (metres)

Fig, 2 - Análise de correlagao entre PaC>2 e o teste de caminhada de seis minutos dos doentes portadores de doenga pulmonar obstrutiva crónica dos doentes estudados

Fig. 2 - Analysis of the correlation between COPD patients' PaO2 and the six-minute walk test

çao de oxigénio suplementar, segundo os crité-rios estabelecidos pela literatura.1,16,17 Para Romer e colaboradores, os efeitos deletérios da hipóxia no rendimento físico reduzem em até 70% o tempo de exaustao em individuos saudá-veis, principalmente por diminuir a contractili-dade da musculatura locomotora.18 Isto sugere que a capacidade funcional depende essencial-mente do metabolismo muscular oxidativo.18,19 Neste estudo, a forte e positiva correlaçao entre a PaÜ2 e a distância percorrida no TC6 concorda com esta hipótese.

Sabemos que a fadiga muscular, por definiçao, envolve índices baseados em variáveis físicas, como força, potencia ou variáveis associadas ao recrutamento das unidades motoras, como a velocidade de conduçao do impulso nervoso e a amplitude espectral do sinal electromiográ-fico20. Neste estudo, utilizamos a técnica da contracçao isométrica voluntária máxima para aferiçao da fadiga muscular, por meio da aná-lise do espectro de potencia desenvolvido durante a contracçao. Como sugerem Merletti e colegas, esta forma de análise permite uma di-

ment, such as the conduction speed of the nerve impulse and the spectrum range of the electromyograph signal20. We used maximal voluntary isometric contraction to measure muscle fatigue, to analyse the power spectrum used during the contraction. As Merletti et al. suggest, this form of analysis allows a differentiation between distinct muscle groups to be made, and also defines the muscle strategy adopted to avoid fa-tigue20. In our study the power spectrum did not have a normal distribution and so our choice was to analyse the median frequency of the electromyograph signal to analyse muscular fatigue. We found that the greater distribution of oxygen in arterial blood bore an inverse relationship to the median frequency of the femoral quadriceps muscle. Gosselin et al. studied physically active COPD patients and found that when the aerobic metabolism predominated in physical activity, the decreased median frequency indicated greater recruitment of slow-twitch fibres21.

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PaÜ2 = Pressao parcial de oxigénio no sangue arterial (mmHg) / PaO2 = Partial pressure of oxygen in arterial blood (mmHg)

FMed quadricípetes = Frequencia mediana do músculo quadricípetes femoral (Hz) / MedF Quadriceps = Median frequency of femoral

quadriceps muscle (Hz)

Fig. 3 - Análise de correlagao entre PaÜ2 e a frequencia mediana de quadricípetes dos doentes portadores de doenga pulmonar obstrutiva crónica estudados

Fig. 3 - Analysis of the correlation between COPD patients' PaO2 and median frequency of quadriceps muscle

Força dos quadricípetes (kgf) / Quadriceps strength (Kgf)

Força dos quadricípetes = Força muscular do músculo quadricípete femoral (kgF) / Quadriceps Strength = Muscular strength of femoral quadriceps muscle (KgF)

TC6 = Teste de caminhada de seis minutos (metros) / 6MWT = Six-minute walk test (metres)

Fig. 4 - Análise de correlagao entre teste de caminhada de seis minutos e a frequencia mediana de quadricípetes dos doentes portadores de doenga pulmonar obstrutiva crónica estudados

Fig. 4 - Analysis of the correlation between COPD patients' six-minute walk test and quadriceps muscle strength

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Força dos quadricípetes (kgf) / Quadriceps strength (Kgf)

FMed quadricípetes = Frequência mediana do músculo quadricípete femoral (Hz) / MedF Quadriceps = Median frequency of femoral quadriceps muscle (Hz)

TC6 = Teste de caminhada de seis minutos (metros) / 6MWT = Six-minute walk test (metres)

Fig. 5 - Análise de correlagao entre teste de caminhada de seis minutos e a frequéncia mediana de quadricípetes dos doentes portadores de doenga pulmonar obstrutiva crónica estudados

Fig. 5 - Analysis of the correlation between COPD patients' six-minute walk test and median frequency of quadriceps muscle

ferencia^ao entre grupos musculares distintos, assim como define a estratégia muscular adoptada para se evitar a fadiga.20 Neste estudo, como o espectro de potencia nao apresentou uma distribuidlo normal, optamos pela análise da frequéncia mediana do sinal electromio-gráfico para estimarmos a fadiga muscular. No presente estudo, observámos que a maior disponibilidade do oxigénio no sangue arterial se relacionou inversamente com a frequéncia mediana do quadricípets femoral. Gosselin e colegas, estudando doentes portadores de DPOC submetidos a treinamento físico, sugerem que quando há predominancia do metabolismo aerobio na realizado da activi-dade física, a redu^ao da frequéncia mediana indica maior recrutamento de fibras resistentes a fadiga.21 Esta afirmativa define, objecti-vamente, a frequéncia mediana como uma variável electromiográfica capaz de identificar o padrao de recrutamento das fibras musculares esqueléticas durante a actividade física e

This finding objectively defines the median frequency as an electromyographic variable able to identify the skeletal muscle fibre recruitment pattern during physical activity and also as a marker of muscle fatigue in COPD patients.

The 6MWT has also been described in the literature as an important tool for evaluating the functional capacity of COPD patients. The main advantage it has over traditional indexes is its strong relationship with the maximal rate of oxygen consumption (VO2) expended in daily life activities (DLAs) 22,23. In our population, a significant (p < 0.05) inverse correlation between the MF of the quadriceps muscle and the 6MWT reinforced the idea that functional capacity is more dependant on muscular function than on any other variable21. It appears that even mild chronic hypoxaemia has an early and significant impact on the genesis of muscular disability in COPD.

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como marcador da fadiga muscular em doen-tes portadores de DPÜC. Por outro lado, o TC6 tem sido referido na literatura como importante instrumento de avalia-çao da capacidade funcional de portadores de DPÜC. A sua principal vantagem, em relaçao aos índices tradicionalmente utilizados, é a forte associaçao ao consumo máximo de oxigénio (VO2) despendido nas actividades de vida diá-ria (AVD).22,23 Na nossa populaçao, a significativa (p < 0,05) correlaçao inversa entre a FM do quadricípete e o TC6 reforça o conceito de que a capacidade funcional é mais dependente da funçao muscular do que de qualquer outra vari-ável.21 Isto sugere que, mesmo em níveis moderados, a hipoxemia crónica tem participaçao precoce e significativa na génese dos disturbios musculares da DPÜC. Segundo Maltais e colegas, a reduçao da actividade de enzimas musculares oxidativas é determinante do VÜ2, inde-pendente da funçao pulmonar, e tem forte correlaçao com a capacidade funcional dos do-entes com DPÜC.24 Possivelmente, na nossa amostra a produçao das enzimas oxidativas musculares e a acçao das fibras musculares resistentes à fadiga, factores directamente responsá-veis pela capacidade funcional dos portadores de DPÜC, já estejam prejudicadas. Contudo, na nossa populaçao, o comportamen-to funcional do músculo deltóide foi distinto do quadricípete femoral, nao observamos correla-çao entre PaÜ2 e a força ou fadiga muscular do deltóide, assim como nao houve correlaçao entre a frequencia mediana do músculo deltóide e o TC6. Este resultado concorda com os encontrados na literatura, onde a fraqueza muscular periférica na DPÜC é mais prevalente nos membros inferiores do que nos superiores.25 Bernard e colegas, estudando doentes com DPÜC, afirmam que há correlaçao entre a força do quadricípete femoral e o VÜ2, o que nao

Maltais et al. show that decreased oxidative enzyme activities are a determinant of VO2, independent of lung function, and have a strict correlation with COPD patients' functional capacity24. It could be the case that muscular oxidative enzyme production and slow-twitch muscular fibres, factors with a direct bearing on COPD patients' functional capacity, were already compromised in our sample.

While in our population the functional behaviour of the deltoid muscle was distinct from that of the femoral quadriceps muscle, we saw no correlation between PaO2 and deltoid muscular strength or weakness. Equally so, there was no correlation between median frequency of the deltoid muscle and the 6MWT. This result tallies with those seen in the literature, in which muscular weakness in COPD is more prevalent in the lower limbs than the upper25. Bernard et al. in their studies into COPD patients affirmed that there was correlation between femoral quadriceps muscle strength and the VO2, something which did not occur in other muscle groups. They feel the weakness can be partially explained by atrophy caused by lack of use and the poor physical condition of the patients studied26. It is possible that the maintained muscular activity of the muscles of the shoulder girdle in everyday activities, which demand a low VO2, had a lesser functional impact than hypoxaemia on the upper limbs. Our study had limitations which must be taken into consideration. The small patient size, a hallmark of a pilot study, and the transversal design did not allow us to determine causal relationships between the PaO2 and muscular disability in COPD. Spiro-metry evaluation did not include lung vo-

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ocorre em outros grupos musculares. Com isto, sugerem que a fraqueza pode ser explicada, parcialmente, pela atrofia por desuso e pelo descon-dicionamento físico dos doentes estudados26. Na presente amostra, possivelmente, a manu-tençao da actividade dos músculos da cintura es-capular em funçôes quotidianas, que demandam baixo VO2, geraram um menor impacto funcional da hipoxemia nos membros superiores. Este estudo apresenta limitaçôes que devem ser consideradas. O número reduzido de doentes, que caracteriza o estudo-piloto, e o delineamento transversal nao nos permitiram determinar as relaçôes causais entre PaO2 e disfun-çao muscular periférica na DPOC. A avaliaçao espirométrica nao contemplou os volumes pulmonares e a capacidade de difusao do monóxi-do de carbono (DCO), importantes variáveis relacionados com o desempenho físico na DPOC.27 Para corroborar este conceito, Carter e colegas encontraram correlaçao significativa da DCO com a capacidade funcional, analisa-da por meio do TC6, de doentes com DPOC.22 Sabemos que a incapacidade pulmonar para troca gasosa pode ser traduzida como limitaçao ventilatória ao exercício. Por fim, podemos concluir que a PaO2 tem correlaçao importante e significativa com va-riáveis de rendimento físico (força, frequéncia mediana do músculo quadricípete femoral e TC6). Assim como a hipoxemia, mesmo em grau moderado, e a disfunçao muscular periférica precoce possuem como principal impacto negativo a deterioraçao da capacidade funcional de doentes portadores de DPOC.

Agradecimentos

Ao Dr. Paulo Tavares, Dra. Verónica Amado e ao Dr. Marcelo Palmeira pela revisao do manuscrito e pelas importantes sugestôes para a versao final do texto.

lume and diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide (DLCO), both important variables in physical performance in COPD27. To corroborate this, Carter et al. found significant DLCO correlations with COPD patients' functional capacity, assessed using the 6MWT22. It is a known fact that lung incapacity for gas exchange can translate into ventilatory limitation on exercise.

To end, we can conclude that PaO2 has an important and significant correlation with variables of muscular function (strength, median frequency of the femoral quadriceps muscle and the 6MWT). As such, the main negative impact of mild hypoxaemia and precocious limb muscular disability on COPD patients is decreased functional capacity.

Acknowledgements

The authors thank Dr. Paulo Tavares, Dr. Veronica Amado and Dr. Marcelo Palmeira for their help in reviewing this manuscript and for their valuable suggestions for the final version of the text.

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