Estimulação elétrica neuromuscular: parâmetros de corrente e reprodutibilidade de medidas para avaliação e reabilitação de pacientes críticos em unidades de terapia intensiva

Abstract

A presente tese teve por objetivosdeterminar os parâmetros de corrente elétrica, a variabilidade da frequência cardíaca (VFC) e a confiabilidade de medidas da morfologia e da função muscularesem sujeitos saudáveis submetidos a protocolo de estimulação elétrica neuromuscular (EENM)em ambiente de unidade de tratamento intensivo (UTI) simulada. Ela está dividida em três capítulos que são descritos a seguir. CAPÍTULO 1: ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA NEUROMUSCULAR: EFEITOS DE DIFERENTES DURAÇÕES DE PULSO SOBRE O DESCONFORTO E FADIGA EM SUJEITOS JOVENS SAUDÁVEIS.Introdução: O objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos de diferentes durações de pulso e de diferentes tempos de contração/relaxamento da EENM sobre a intensidade de corrente, produção de torque, desconforto e fadiga muscular. Métodos: 24 jovens saudáveis (12 ♂ e 12 ♀, 23,8±3,4 anos) foram submetidos a quatro protocolos de EENM (10 min de duração, duração de pulso = 1,2 e 2ms; tempos de contração/relaxamento = 5/25s e 10/50 s, respectivamente). Antes e após os protocolos de EENM, os sujeitos realizaram contrações voluntárias máximas isométricas (CVMIs) dos extensores de joelho, seguidas de um teste supramáximo de torque evocado (PSTE) afim de avaliar a fadiga. A intensidade de corrente (IC), o torque evocado (EENMTE) e o desconforto produzido (EVA) foram registrados no início e no final dos protocolos de EENM. Resultados: Menores níveis de IC foram necessários durante os protocolos com 2 ms de duração de pulso (efeito observado para duração do pulso: p=0,001). O desconforto relatado pelos sujeitos diminuiu durante os protocolos (efeito observado para momento: p<0,0001) e não foi diferente entre os quatro protocolos de EENM (efeito observado para: duração do pulso, p=0,203; tempos de contração/relaxamento, p=0,679). O PSTE foi significativamente maior para os protocolos com duração de pulso de 2 ms (efeito observado para duração de pulso: p=0,044). Conclusão: Embora não tenha havido diferença entre a sobrecarga mecânica produzida durante os protocolos de EENM realizados na máxima IC tolerada, uma duração maior do pulso permite o uso de uma menor IC. CAPÍTULO 2: EFEITO DO TEMPO DE CONTRAÇÃO/RELAXAMENTO DA ESTIMULAÇÃO ELÉTRICA NEUROMUSCULAR SOBRE A VARIABILIDADE DA FREQUÊNCIA CARDÍACA EM SUJEITOS SAUDÁVEIS EM UTI SIMULADA.Introdução: O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito de dois protocolos de EENM submáximos, com diferentes tempos de contração/relaxamento, sobre a VFC. Métodos: 24 sujeitos saudáveis (12 ♂ e 12 ♀, 26,6±4,8 anos) foram submetidos a dois protocolos de EENM (20 minutos de duração) com tempos de contração/relaxamento de 5/25 s (EENM5/25) e de 1/5 s (EENM1/5). Um monitor cardíaco digital foi colocado na região do tórax e cada sujeito descansou por 10 minutos. A VFC foi avaliada por meio da análise de períodos de 5 min obtidos da segunda metade do repouso (10 min) e da segunda metade dos protocolos de EENM (20 min). Para a análise na VFC no domínio do tempo, calculou-se a média da frequência cardíaca (MFC) e a média dos intervalos RR (MRR). Para a análise no domínio de frequência, os componentes de baixa frequência (BF) e alta frequência (AF) do espectro de potência,seguidos de sua razão (BF/AF), foram calculados. Resultados: A MFC aumentou, enquanto, concomitantemente, a MRR reduziu (efeito observado para momento: p=0,049 e p<0,0001, respectivamente). Houve um aumento do componente de BF durante ambos os protocolos (efeito observado para momento: p=0,001), mas o aumento do componente de BF foi maior durante a EENM5/25 (tempos de contração/relaxamento: p<0,0001). Concomitantemente, o componente de AF apresentou diminuição tanto para a EENM5/25 quanto para a EENM1/5, mas observou-se maior decréscimo para a EENM5/25 (efeito observado: momento, p=0,001; tempos de contração/relaxamento, p<0,0001). Consequentemente, a razão BF/AF aumentou tanto em NMES5/25 quanto em EENM1/5, mas um aumento maior foi encontrado para EENM5/25 (efeito observado: momento, p=0,008; tempos de contração/relaxamento, p=0,001). Conclusão: O aumento do tempo de contração/relaxamento da EENM de 1/5 s para 5/25 s aumentou a razão BF/AF, sugerindo um aumento na atividade simpática em indivíduos saudáveis. CAPÍTULO 3: CONFIABILIDADE DE MEDIDAS DA MORFOLOGIA MUSCULAR E DA FUNÇÃO MUSCULAR EM UM AMBIENTE DE UTI SIMULADA.Introdução: O objetivo do presente estudo foi o de avaliar a confiabilidade intra-avaliador, inter-avaliador e inter-analisador de medidas da morfologia do músculo quadríceps,obtidas por meio de ultrassonografia,e das medidas de força voluntária e evocada dos extensores de joelho em uma UTI simulada. Métodos: 32 sujeitos saudáveis (16 ♂ e 16 ♀; 26,6±4,9 anos) foram submetidos a doisdias de avaliações,separados por uma semana. Em um dos dias, os participantes foram avaliados por um único avaliador, que repetiu a avaliação no dia de testes seguinte, juntamente com outros dois avaliadores. A morfologia muscular foi avaliada por meio de ultrassonografia para obtenção da área de secção transversa do músculo reto femoral (RFAST), espessura muscular do quadríceps femoral (QEM), reto femoral (RFEM), vasto intermédio (VIEM), vasto medial (VMEM) e vasto lateral (VLEM), o comprimento das fibras musculares do vasto lateral (VLCF) e seu respectivo ângulo de penação (VLAP). Em seguida, a força foi avaliada por meio de contrações voluntárias máximas isométricas (CVMIs) e pela força evocada (FE). Para a determinação da confiabilidade, foram calculados o coeficiente de correlação intra-classe (CCI), erro padrão de medida (EPM) e mínima mudança detectável (MMD). Resultados: As comparações intra-avaliador mostraram um alto valor de CCI (>0,90). Nas comparações inter-avaliadores, os parâmetros QMT, VLMT, VMMT, RFMT e VIMT apresentaram CCIs elevados (0,87 a 0,96), enquanto os parâmetros VLAP e VLCF apresentaram um CCI moderadamente elevados (0,66 e 0,69, respectivamente). Para as comparações entre os analisadores das medidas de RFAST, o ICC foi alto (0,98). Para as comparações intra-avaliador das avaliações de força, os CCIs foram altos tanto para CVMI quanto para FE (0,91 e 0,94, respectivamente). Nas comparações inter-avaliadores das medidas de força, os CCIs foram menores do que aqueles para as comparações intra-avaliador, mas ainda considerados altos tanto para a CVMI quanto para a FE (0,89 e 0,86, respectivamente). Conclusão: As medidas ultrassonográficas são precisas na avaliação da morfologia muscular, quando realizadas pelo mesmo avaliador em diferentes momentos. Foi alta a confiabilidade inter-avaliadores e inter-analistas encontrada para a RFAST e medidas de espessura muscular quando realizadas por diferentes avaliadores e analistas. A confiabilidade inter-avaliadormoderadamente alta encontrada para VLAP e VLCF sugere que esses parâmetros são avaliadordependentes. A confiabilidade das medidas de força foi alta tanto para a CVMI quanto para a FE.

The aim of the present thesis was to determine electrical current parameters, heart rate variability (HRV), and reliability of measures of muscular morphology and function in healthy subjects submitted to a neuromuscular electrical stimulation (NMES) protocol in a simulated intensive care unit (ICU). It is divided into three chapters, which are described below. CHAPTER 1: NEUROMUSCULAR ELECTRICAL STIMULATION: EFFECTS OF DIFFERENT PULSE DURATIONS ON DISCOMFORT AND FATIGUE IN HEALTHY YOUNG SUBJECTS.Introduction: The purpose of the present study was to evaluate the effects of different NMES pulse durations and of different NMES contraction/relaxation (ON/OFF) times on current intensity, torque production, discomfort and muscle fatigue. Methods: 24 healthy (12 ♂ and 12 ♀, 23.8±3.4 years) were submitted to four 10-min duration NMES protocols with distinct electric current parameters (pulse duration = 1.2 and 2 ms; ON/OFF times = 5s/25s and 10s/50s). Subjects performed maximum voluntary isometric contractions (MVICs) followed by a supramaximal evoked torque test (SPET), before and after the NMES protocol for fatigue evaluation.The current intensity (CI) used, torque (NMESET) and discomfort produced (by the Visual Analogue Scale - VAS) were registered at the beginning and at the end of the NMES protocols. Results: Lower CIs were necessary during longer pulse duration (2 ms) NMES protocols (observed effect for pulse-duration: p=0.001). Discomfort reported was no different between NMES protocols (observed effect: pulse-duration, p=0.203; ON/OFF times, p=0.679). NMESET (observed effect moment: p<0.0001) and ΔNMESET (observed effect: pulse-duration, p=0.261; ON/OFF times, p=0.303) were similar between NMES protocols. No difference was found on ΔMVIC between NMES protocols (observed effect: pulse-duration, p=0.261: ON/OFF times, p=0.303). SPET was significantly greater for 2 ms pulse duration NMES protocols (observed effect for pulse-duration: p=0.044). Conclusion: Although there was no difference between the mechanical overload produced during NMES protocols performed at maximal tolerated CI, a longer pulse duration allows for the use of a lower CI. CHAPTER 2: EFFECT OF NEUROMUSCULAR ELECTRICAL STIMULATION CONTRACTION/RELAXATION TIMES ON HEART RATE VARIABILITY IN HEALTHY SUBJECTS: A SIMULATED ICU SETUP. Introduction: The present study aimed to evaluate the effect of two submaximal NMES protocols with contraction/relaxation times (ON/OFF times) of 5/25 s and 1/5 s, respectively, over the heart rate variability (HRV). Methods: 24 healthy (12 ♂ and 12 ♀, 26.6±4.8 years) were submitted to two 20-minutes NMES protocols with ON/OFF time of 5/25 s (NMES5/25) and 1/5 s (NMES1/5). A digital heart rate monitor was placed in the chest region and each subject rested for 10 minutes. HRV was assessed and recorded throughout the NMES protocols, and analyzed through 5-min periods obtained at the second half of the 10-min rest and at the second half of 20-min NMES protocols. For HRV time domain analysis, mean heart rate (MHR) and mean RR intervals (MRR) were calculated. For HRV frequency domain analysis, low frequency (LF) and high frequency (HF) power spectralcomponents, followed by their ratio (LF/HF), were calculated. Results: MHR was increased (moment: p=0.049), while concomitantly, MRR was reduced (moment: p<0.0001) during the NMES protocolos. There was an increase in LF power component during both NMES5/25 and NMES1/5 (observed effect for moment: p=0.001) with a greater increase on LF (ON/OFF times: p<0.0001). Concomitantly, the HF component showed a higher decrease for NMES5/25 (observed effect: moment, p=0.001; ON/OFF times, p<0.0001). LF/HF increased for both NMES5/25 and NMES1/5, but a much larger increase was found for NMES5/25 (observed effect: moment, p=0.008; ON/OFF times, p=0.001). Conclusion: The increase in NMES contraction/relaxation times from 1s/5s to 5s/25s largely increased LF/HF ratio, suggesting an increase on sympathetic activity in healthy subjects. CHAPTER 3:RELIABILITY OF ULTRASSOUND ACQUIRED MUSCLE MORPHOLOGY AND MUSCLE FUNCTION IN A SIMULATED ICU SETTING.Introduction: The goal of the present study was to evaluate the intra-rater, inter-rater and inter-analyst reliability of ultrasonography muscle morphology measurements, and of voluntary and evoked knee extensor torque measurements in a simulated ICU. Methods: 32 healthy participants (16 ♂ and 16 ♀; 26.6±4.9 years)were submitted to two batteries of evaluations, performed on two separate days, separated by a week. In one of the testing days, subjects were evaluated by a single experienced rater, who repeated the evaluation on the next testing day along with two other raters. Muscle morphology was evaluated by means of ultrasonography in order to obtain the rectus femoris muscle cross-sectional area (RFCSA), the muscle thickness of the quadriceps femoris (QMT), rectus femoris (RFMT), vastus intermedius (VIMT), vastus medialis (VMMT), and vastus lateralis (VLMT), the fascicle length of vastus lateralis muscle fibers (VLFL) and its respective pennation angle (VLPA). Then, the maximum torque produced by means of both maximal voluntary isometric contractions (MVICs) and by supramaximal doublet-pulse evoked force (EF) were evaluated. Results: Intra-rater comparisons showed a high intraclass correlation coefficient (ICC) value (>0.90). In the inter-rater comparisons, the parameters QMT, VLMT, VMMT, RFMT and VIMT showed high ICCs (0.87 to 0.96), while the VLPA and VLFL parameters presented moderately high ICCs (0.66 and 0.69, respectively). For inter-analyst comparisons of RFCSA measurements, ICC was high (0.98). For force evaluations, intra-rater comparisons ICCs were high for both MVIC and EF (0.91 and 0.94, respectively). In the inter-rater comparisons of force measures, ICCs were high for both MVIC and EF (0.89 and 0.86, respectively). Conclusion: Ultrassound measurements are accurate in the muscle morphology evaluation, when performed by the same rater at different moments. Inter-rater and inter-analyst reliability was high for RFCSA and muscle thickness measures when performed both by different evaluators and analysts. The moderately high reliability found for VLAP and VLFL parameters in the inter-rater comparisons suggests that these parameters are evaluator-dependent. The reliability of force measures was high for both MVIC and EF.