Adaptação do Threshold® IMT para teste de resistência dos músculos inspiratórios

Adaptation of Threshold® IMT for endurance tests on inspiratory muscles

ARTIGOS CIENTÍFICOS

Adaptação do Threshold^® IMT para teste de resistência dos músculos inspiratórios

Adaptation of Threshold^® IMT for endurance tests on inspiratory muscles

Alves LA^I; Brunetto AF^II

^IPPG - Medicina e Ciências da Saúde, Universidade Estadual de Londrina - UEL, Londrina, PR; Centro Universitário Filadélfia, Londrina, PR

^IIUEL; Universidade Norte do Paraná, Londrina, PR

^{Correspondência para}

RESUMO

INTRODUÇÃO: para avaliação da resistência muscular inspiratória através de dispositivos do tipo threshold loading estudos anteriores empregaram equipamentos artesanais e indisponíveis comercialmente.

Objetivos: verificar a aplicabilidade e reprodutibilidade de um teste de resistência muscular inspiratória utilizando a adaptação de um antigo modelo do THRESHOLD^® IMT (não disponível comercialmente) com ampla gama de pressões, avaliando sua resistência intrínseca ao fluxo inspiratório, sua característica limiar pressórica e sua relativa independência do fluxo aéreo na geração de pressão durante os testes.

Métodos: um antigo modelo do THRESHOLD^® IMT foi aberto, retirado sua mola interna e adaptado seu êmbolo. Após montagem vertical, um sistema de peso externo foi instalado como gerador de carga. Válvulas foram instaladas para evitar re-inalação de gás carbônico. Essa adaptação foi testada aplicando-se diversas razões de fluxo sem a presença do êmbolo e de carga para avaliação da resistência intrínseca e aplicando-se diversas razões de fluxo quando instaladas cargas de 10 até 130 cmH₂O para avaliar a real pressão de abertura da válvula e o comportamento pressórico em altas razões de fluxo.

Resultados: a resistência média foi de 4,8 ± 0,7 cmH₂O / L.s^-1, mas teve seu valor aumentado proporcionalmente ao fluxo. A pressão real de abertura foi inferior ao valor esperado (p = 0,002), condição encontrada em outros estudos. O comportamento pressórico após a abertura da válvula foi similar em todas as cargas: um aumento médio de 3,8 ± 2,0 cmH₂O para cada 1,0 L /s de fluxo gerado.

Conclusão: a adaptação proposta do THRESHOLD^® IMT produziu um dispositivo barato e confiável para emprego em testes de resistência muscular inspiratória.

Palavras-chave: músculos respiratórios, testes de função respiratória, trabalho da respiração.

ABSTRACT

Background: In assessments of inspiratory muscle endurance using threshold loading devices, previous papers made use of homemade devices that are not commercially available.

Objective: To verify the applicability and reproducibility of an inspiratory muscle endurance test using an adaptation of an old model of the Threshold^® IMT (not available commercially), with a wide range of pressures, and to analyze its intrinsic inspiratory airflow resistance, threshold pressure characteristics and relative airflow independence in pressure generation during the tests.

Methods: An old model of the Threshold^® IMT was opened up. Its internal spring was removed and its internal piston was adapted. It was mounted vertically and a system of external weights was installed for load generation. Valves were installed to avoid carbon dioxide re-inhalation. This adaptation was tested by applying different airflows without the presence of the internal piston and loads, to evaluate intrinsic resistance. Different airflows were applied with external loads from 10 to 130 cmH₂O, to evaluate the real valve opening pressure and the pressure behavior at large airflows.

Results: The mean resistance was 4.8 ± 0.7 cmH₂O/L/s, and this increased proportionally with airflow. The real opening pressure was less than the expected value (p = 0.002), as also found in other studies. The pressure behavior after valve opening was similar at all loads: a mean rise of 3.8 ± 2.0 cmH₂O for every 1.0 L/s of airflow generated.

Conclusion: The proposed adaptation of the Threshold^® IMT produced an inexpensive and reliable device for use in inspiratory muscle endurance tests.

Key words: respiratory muscles, respiratory function tests, respiratory work.

INTRODUÇÃO

A avaliação muscular respiratória tem uma importância significativa na análise das disfunções respiratórias encontradas em algumas doenças, pulmonares ou não, que cursam com fraqueza muscular respiratória. Uma extensa revisão de todos os métodos de avaliação foi recentemente publicada¹.Destacam-se, por serem não invasivos e de fácil aplicação, a medida da força muscular inspiratória e expiratória através da Pressão Inspiratória Máxima (PImax) e da Pressão Expiratória Máxima (PEmax)² e a avaliação da resistência dos músculos inspiratórios por teste de carga contínua³ ou incremental⁴ utilizando um sistema de carga limiar inspiratória tipo threshold loading. Estes testes de endurance ainda não são plenamente aplicáveis na prática clínica, devido à não uniformalização das metodologias e a ausência de dispositivos disponíveis comercialmente.

Em geral, os dispositivos para testes de resistência foram construídos de forma artesanal^3,14, não estando disponíveis no mercado. Ao contrário, o THRESHOLD^® IMT(HEALTH SCAN PRODUCTS INC; Cedar Grove, EUA) é amplamente utilizado e já se mostrou eficiente para avaliação da resistência muscular inspiratória^12,15, mas possui o inconveniente de ter sua faixa de aplicação de pressão inspiratória limitada a 40 cmH₂O, o que pode limitar seu emprego quando for necessário aplicar cargas maiores.¹⁶

Sendo assim, este estudo tem como objetivo verificar a aplicabilidade e reprodutibilidade de um teste de resistência muscular inspiratória utilizando a adaptação de um antigo modelo do THRESHOLD^® IMT(não disponível comercialmente) com ampla gama de pressões, avaliando sua resistência intrínseca ao fluxo inspiratório, sua característica limiar pressórica e sua relativa independência do fluxo aéreo na geração de pressão durante os testes.

METODOLOGIA

Adaptação do THRESHOLD^® IMT

Empregando-se um antigo modelo do THRESHOLD^® IMTque permite a abertura de seu corpo (atualmente não disponível no mercado), retirou-se a mola interna e o tensionador. O êmbolo interno, componente que suporta o diafragma e que permite a inspiração somente depois de atingida a pressão limiar, sofreu uma perfuração longitudinal, onde foi fixado de forma centralizada um fio de nylon de pequena espessura para fixação dos pesos desejados.

Uma estrutura foi empregada para fixação do corpo do THRESHOLD^® IMTposicionado exatamente na vertical (figura 1). A altura da fixação do aparelho até a base deve ser suficiente para a instalação de pesos que produzirão a carga pressórica. Para gerar esta carga, esferas de chumbo perfuradas com ampla variedade de pesos foram empregadas. Após a determinação dos pesos desejados e dos devidos ajustes nas esferas (precisão do peso), estas foram fixadas ao fio de nylon ligado ao êmbolo do THRESHOLD^® IMTatravés de um "clipe" ou uma pinça pequena. É importante conhecer o peso do conjunto móvel (êmbolo, fio de nylon e peça fixadora), pois ele interfere na carga total imposta pelo aparelho (6,0 g nesta adaptação). Quando realizando um teste incremental⁴, onde outros pesos são acrescentados periodicamente, essa fixação deve permitir agilidade para realização dos incrementos.

Em função do peso total do conjunto móvel e da área de apoio do êmbolo será produzida uma carga pressórica mínima a ser vencida para que ocorra a abertura da válvula e, conseqüentemente, a inspiração, conforme a seguinte fórmula física:

onde, P = pressão, M = massa do conjunto, g = aceleração da gravidade, A = área de apoio.

O apoio do êmbolo do THRESHOLD^® IMT possui um diâmetro de 25 mm, portanto uma área de 490,6 mm². Assim sendo, a pressão esperada em função do peso total do conjunto móvel somado às esferas de chumbo obedece à seguinte relação:

onde, PE = pressão esperada (cmH₂O), Ps = peso total (g).

A intenção foi a de prover uma faixa de trabalho de 0 a 130 cmH₂O, valores percentuais de, no mínimo, 80% em relação à pressão inspiratória máxima (PImax) de indivíduos saudáveis¹⁷. Variando as pressões a cada 10 cmH₂O, foi gerada a tabela 1.

No THRESHOLD^® IMT a expiração não sofre resistência, mas como ela ocorre na mesma via da inspiração, o espaço morto do aparelho permite certa reinalação do gás carbônico exalado, o que pode influenciar o desempenho durante os testes, sendo necessário, então, a instalação de um direcionador do fluxo expiratório. Nesta adaptação proposta, foi empregada uma válvula bidirecional para direcionar o fluxo expiratório, associada a uma válvula unidirecional para direcionar o fluxo inspiratório (figura 1). A válvula unidirecional foi empregada no ramo inspiratório por possuir um diafragma de maior resistência.

Uma porta para conexão a um dispositivo de medição de pressão (por exemplo, um manovacuômetro) foi facilmente adaptada no circuito inspiratório (figura 1).

Avaliação do THRESHOLD^® IMT adaptado

Equipamentos

Para geração de pressão negativa, foi empregada uma seringa de calibração de 3 litros, modelo 61020 (WELCH ALLYN INC; Skaneateles Falls, EUA), diretamente conectada na válvula bidirecional, acionada manualmente por um operador.

Os dados de pressão foram adquiridos por um sistema composto de transdutor digital de pressão de ± 300 mmHg (LYNX TECNOLOGIA ELETRÔNICA; São Paulo, Brasil), amplificador e placa conversora análogo-digital (LYNX) e microcomputador com software de aquisição de dados AQDADOS 4 (LYNX), regulado para aquisição com freqüência de 100 Hz. Antes da realização dos testes, uma coluna de mercúrio era utilizada para calibração.

O fluxo aéreo foi medido através de sensor tipo turbina de espirômetro PONY FX (COSMED SRL; Roma, Itália). O aparelho permite a aquisição de dados de fluxo em tempo real com freqüência de 100 Hz, seguido de armazenamento e exportação para planilhas eletrônicas. A calibração foi realizada previamente pelo fabricante.

Protocolo

O THRESHOLD^® IMT adaptado para realização de testes de resistência foi montado em uma bancada plana horizontal, juntamente com os sistemas de geração, medição e registro de dados de pressão negativa e fluxo (figura 1).

A resistência intrínseca ao fluxo inspiratório é a razão entre pressão e o fluxo aéreo realizado durante uma inspiração (cmH₂O / L.s^-1), sem a influência do mecanismo de formação da carga inspiratória do aparelho. Quanto maior a resistência, maior será o trabalho produzido durante o fluxo inspiratório. Para avaliá-la, foi retirado o êmbolo interno e executadas por um operador 20 manobras manuais inspiratórias através do sistema gerador de pressão negativa, sendo cada manobra aplicada com diferentes forças, de modo a gerar fluxos regulares de 0,3 a 4,0 L / s. O operador controlava a regularidade da manobra e o fluxo médio gerado através de feedback visual promovido pelo sistema de medição de fluxo. Os valores médios de pressão e de fluxo de cada manobra foram registrados para posterior análise.

Os sistemas de carga limiar inspiratória têm como característica somente permitir o fluxo aéreo se atingido e/ou sustentado certo valor de pressão³ e dos valores de pressão serem relativamente independentes do fluxo gerado¹⁰. Para avaliar estas duas características da adaptação foram executadas 10 manobras manuais inspiratórias através do sistema gerador de pressão negativa para cargas equivalentes (PE) a 20, 40, 60, 80, 100 e 120 cmH₂O aplicadas pela instalação de pesos, com diferentes forças, de modo a gerar fluxos regulares de 0,3 a 4,0 L/s. A regularidade e o fluxo médio foram controlados através de feedback visual. Para as cargas equivalentes (PE) a 10, 30, 50, 70, 90, 110 e 130 cmH₂O foram realizadas somente algumas manobras de baixo fluxo. A menor pressão obtida geradora de fluxo aéreo (em torno de 0,3 L / s) para cada carga equivale à pressão real de abertura da válvula (PR).

Análise Estatística

A resistência intrínseca ao fluxo inspiratório foi calculada através da média dos valores da relação pressão / fluxo das manobras realizadas. As relações entre pressão, fluxo e resistência foram determinadas através de Regressão Linear Simples. As relações entre valores de pesos aplicados e PE e entre pesos e PR foram determinados por Correlação Simples de Pearson. Para avaliar a diferença estatística entre os valores de pressão esperada (PE) e os valores de pressão real de abertura (PR), ambos grupos de valores foram plotados num gráfico PR x PE e executada Regressão Linear Simples. Obtida uma equação do tipo "Y = a + bX", onde X = PR e Y = PE correspondente, os valores de PE e PR seriam iguais se a = 0 e b = 1, gerando uma reta com início no valor 0 e com 45º de inclinação (linha de identidade)¹⁸. Para todos os testes foi considerado nível de significância quando p < 0,05.

RESULTADOS

Para que seja gerado fluxo aéreo através dos equipamentos é necessária a produção proporcional de pressão. Conforme mostra a figura 2, a produção de fluxo é altamente dependente da pressão administrada (r² = 0,9809, p < 0,0001) . A resistência intrínseca média, determinada através da razão entre pressão e fluxo de cada manobra, foi de 4,8 ± 0,7 cmH₂O / L.s^-1, mas como demonstra a figura 3, o valor é dependente do fluxo administrado (r² = 0,9549, p < 0,0001).

A pressão real de abertura da válvula (PR) medida através da realização das manobras inspiratórias foi inferior à pressão esperada (PE) pelo cálculo das cargas e como a hipótese a = 0foi rejeitada(p = 0,81) e a hipótese b = 1 foi aceita (p = 0,002), a reta da regressão obtida entre PR e PE é diferente da linha de identidade, conseqüentemente, PR é estatisticamente diferente de PE. A figura 4apresenta a relação entre PR e PE e mostra que a PR acaba sendo subestimada, principalmente em altos valores de PE.

Devido à relação direta entre os pesos instalados e a PE determinada pela equação 2, os valores de peso total aplicado (tabela 1) e de PE são altamente correlacionados (r = 0,999, p < 0,0001), assim como os valores de peso total e de PR (r = 0,998, p < 0,0001).

Analisando a figura 5, observa-se que com os fluxos gerados logo após a abertura (0,3 a 0,5 L/s), os valores de pressão tenderam a ser menores que os esperados para a abertura da válvula. Aumentando progressivamente o fluxo inspiratório médio, a pressão média sofre uma alteração progressiva em todas as cargas impostas, na razão média 3,8 ± 2,0 cmH₂Oa cada1,0 L/sde fluxo, de modo que o funcionamento da válvula após sua abertura é relativamente independente do fluxo administrado. É possível observar um comportamento similar em todas as cargas, ocorrendo aumento da pressão em fluxos de até 1,0 L/s, estabilização entre 1,0 e 2,5 L/s e nova tendência de aumento de pressão a partir de 2,5 L/s. Além disso, com fluxos entre 1,0 e 2,5 L/s o valor da pressão média é aproximadamente o esperado pela imposição das cargas (20 cmH₂O para 97 g, 40 cmH₂O para 192 g, 60 cmH₂O para 292 g, 80 cmH₂O para 391 g, 100 cmH₂O para 486 g e 120 cmH₂O para 589 g).

DISCUSSÃO

O formato e as dimensões da válvula são os determinantes primários da performance dos mecanismos de carga limiar inspiratória tipo threshold loading¹⁰. Basicamente, o posicionamento perfeitamente vertical, o diâmetro e o formato do apoio do êmbolo são os determinantes da abertura e, de fato, os trabalhos que avaliaram este tipo de dispositivo encontraram pressão de abertura com valores em torno de 5 cmH₂O inferiores ao esperado pela equação 1^3-15 e neste estudo o resultado foi semelhante (figura 4). Deve haver, então, certo cuidado quanto ao real valor de pressão utilizado nos testes de resistência.

De acordo com a figura 3, exercendo um fluxo de 1,0 L/s cerca de 4 cmH₂O de pressão é devida apenas à resistência do dispositivo, sem levar em conta a carga externa. Isso pode contrabalançar a menor pressão necessária para abertura da válvula, de modo que a carga resultante final torna-se aquela proposta pela instalação de pesos e, de acordo com a figura 5, fluxos entre 1,0 e 2,5 L/s geram um valor da pressão muito próximo ao desejado.

A resistência ao fluxo aéreo proporcionada pelo dispositivo é criada pelo formato e pelo o diâmetro interno da válvula e das conexões, além das condições de fluxo laminar ou turbulento. Somadas as influências, a resistência determina o comportamento do fluxo sobre a carga pressórica¹⁹. Nesta adaptação, a resistência média foi de 4,8 ± 0,7 cmH₂O / L.s^-1,mas tem seu valor aumentado em altos fluxos (figura 3), devido, provavelmente, à progressiva formação de fluxo turbulento. Isso pode explicar o aumento de pressão conforme aumenta a taxa de fluxo em todas as cargas (figura 5), numa razão média de 3,8 ± 2,0 cmH₂O para cada 1,0 L /s fornecido, valor inferior ao encontrado nos estudos de Larson et al.⁵ e Ferrer et al.¹⁴, semelhante ao determinado por Eastwood e Hilmann¹⁰ e maior que o encontrado por Johnson et al¹² e Gosselink et al¹⁵.

Durante os testes de resistência através de dispositivos do tipo carga limiar inspiratória, o fluxo inspiratório médio de indivíduos saudáveis é de cerca de 1,0 L/s^20,21 e de pacientes com Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) cerca de 0,5 L/s^11,22. Na prática laboratorial observa-se que em cargas relativamente altas e um pouco antes de terminar o teste, os indivíduos aumentam seu volume corrente e diminuem o tempo inspiratório, dessa forma aumentando o fluxo inspiratório, numa estratégia inconsciente para conseguir maior desempenho. Nesse momento, a pressão gerada pode aumentar para além do proposto pela instalação de carga, interferindo no resultado final do teste. Para evitar esse fenômeno é necessário manter o controle sobre a pressão produzida durante os testes de resistência para garantir resultados válidos¹⁵, instalando um dispositivo para controle da pressão final¹² e gerando, assim, feedback suficiente para avaliador e paciente.

Um possível ponto de contestação dos resultados deste trabalho é o uso de um sistema de acionamento manual para geração de pressão, mecanismo que pode produzir certa variação dos dados, prejudicando a análise posterior. Deve ser lembrado, no entanto, que enquanto um indivíduo realiza um teste pode existir certa variação de fluxo e de pressão em cada inspiração, de modo a aproximar o método de geração utilizado com as condições reais de utilização. Além disso, a análise posterior foi realizada sem maiores dificuldades, evidenciando que o controle de força através de feedback visual pelo operador foi suficiente.

Uma limitação do nosso estudo é que sua reprodutibilidade pode ser prejudicada, uma vez que o modelo do THRESHOLD^® IMT usado não está disponível no mercado e o modelo atual não permite a fácil abertura para retirada da mola interna. Cabe, então, a sugestão para que o fabricante volte a produzir um modelo que permita a abertura de seu corpo ou produza unidades com maior resistência inspiratória. Enquanto isso, futuros usuários podem tentar encontrar o modelo antigo junto a serviços de fisioterapia que o utilizaram ou realizar a abertura do corpo do modelo atual seguida de algum procedimento para reunir as partes enquanto um equipamento mais adequado não é colocado no mercado.

Concluindo, uma simples adaptação do THRESHOLD^® IMT produziu um dispositivo barato e confiável para utilização em testes de resistência muscular inspiratória.

Recebido: 11/04/2005 — Aceito: 13/10/2005

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  21 Ago 2006
• Data do Fascículo
  2006

Histórico

• Aceito
  13 Out 2005
• Recebido
  11 Abr 2005