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. 2023 Apr 17;35(2):e20210304. doi: 10.1590/2317-1782/20232021304en
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Oropharyngeal geometry and acoustic parameters of voice in healthy and Parkinson's disease subjects

Joice Maely Souza da Silva 1, Adriana de Oliveira Camargo Gomes 1,2,✉, Maria das Graças Wanderley de Sales Coriolano 3, Julianne Pitanga Teixeira 1, Hellen Vasconcelos Silva Leal de Lima 2, Clarissa Evelyn Bandeira Paulino 1, Hilton Justino da Silva 1,2, Zulina Souza de Lira 1,2
PMCID: PMC10137768  PMID: 37075413

ABSTRACT

Purpose

to verify whether there are differences in acoustic measures and oropharyngeal geometry between healthy individuals and people with Parkinson's disease, according to age and sex, and to investigate whether there are correlations between oropharyngeal geometry measures in this population.

Methods

40 individuals participated, 20 with a diagnosis of Parkinson's disease and 20 healthy individuals, matched by age, sex, and body mass index. Acoustic variables included fundamental frequency, jitter, shimmer, glottal-to-noise excitation ratio, noise, and mean intensity. Oropharyngeal geometry variables were measured with acoustic pharyngometry.

Results

geometry variables were smaller in the group with Parkinson's disease, and older adults with Parkinson's disease had a smaller oropharyngeal junction area than healthy older adults. Regarding acoustic parameters of voice, fundamental frequency values were lower in males with Parkinson's disease, and jitter values ​​were higher in the non-elderly subjects with Parkinson's disease. There was a moderate positive correlation between oral cavity length and volume, pharyngeal cavity length and vocal tract length, and pharyngeal cavity volume and vocal tract volume.

Conclusion

individuals with Parkinson's disease had smaller glottal areas and oropharyngeal junction areas than healthy individuals. When distributed into sex and age groups, the fundamental frequency was lower in males with Parkinson's disease. There was a moderate positive correlation between oropharyngeal length and volume measures in the study sample.

Keywords: Oropharynx, Voice Quality, Acoustics, Dysphonia, Parkinson Disease

INTRODUCTION

Parkinson’s disease (PD) is a chronic disease characterized by degeneration of the compact portion of the substantia nigra in the midbrain, causing the loss of dopaminergic neurons(1-3). Its main motor manifestations include bradykinesia, stiffness, tremor at rest, and postural and gait changes(3,4). Other signs may appear in the course of the disease, such as changes in voice production - e.g., difficulties coordinating breathing/phonation articulation, decreased vocal intensity, hoarseness, raspy voice, increased nasality, and reduced muscle control in laryngeal structures(5).

Changes related to voice production in these individuals are usually analyzed from the phonatory standpoint - i.e., related to the glottal source and the aerodynamic function, with little reference to the vocal tract (VT). Therefore, “filter” interferences are not much considered - such filter modifies vocal fold vibration patterns, as some segments of their structures create obstacles to the soundwave generated in the glottal source(6). Hence, VT cavities, which encompass oropharyngeal structures, are directly related to the resulting speech sound, and the dimensions of these structures impact the quality of voice(7).

It is known that changes suffered by people with PD directly impact their speech and voice(8) and that the voice is produced by the sound originating in the glottis with resonance effects throughout the VT(6). Hence, studying VT dimensions may provide important answers to diagnosing and treating these individuals. For instance, such a study may help identify which VT segments increase or decrease vocal intensity and projection, associating its dimensions with the resulting voice quality.

Moreover, different VT adjustments have been followed up with therapeutic or voice improvement techniques, and its geometry and voice results have been measured, which helped monitor the effects of the techniques on the intended voice quality. This hypothesis corroborates the idea that noninvasive instrumental methods that measure VT and its adjustments in the oropharyngeal region help improve the assessment and follow-up of therapeutic results in voice clinical practice when correlated with voice analysis(9-11).

For instance, the area, volume, and length of different oropharyngeal segments can be analyzed with acoustic pharyngometry (AP)(9,12), whose physical principle is that a sound generated in a tube is echoed back. This echo intensity represents the cross-sectional area of the different constrictions of the tube, and the distance of each constriction is calculated by the time the echo takes to arrive, making it possible to map the whole cavity from the incisors to the glottis(9,10,13).

AP allows the patient to breathe freely during the procedure; it is quick, low-cost (in comparison with other imaging examinations), noninvasive, and does not expose the patient to radiation as other examinations(14). AP was first used in sleep research(12,15-17), but it is still little used in studies in Brazil, with recent voice-related publications(9,10).

The analysis of acoustic parameters of voice ensures greater quality in voice assessment, as it furnishes data that are not purely subjective - i.e., they do not depend exclusively on the evaluator’s auditory experience. It also detects vocal manifestations in subclinical conditions in people with neurological diseases, even helping diagnose these diseases(18,19).

Hence, oropharyngeal geometry measures and acoustic parameters of voice must be verified in healthy and PD subjects, considering their age and sex and the possible correlations between oropharyngeal measures. Such results may contribute to studies aiming to ground the use of AP to diagnose and monitor voice therapy results.

Thus, the objective of this study was to verify whether there are differences in oropharyngeal geometry and acoustic measures between healthy and PD subjects, according to age and sex, and whether the oropharyngeal geometry measures are correlated in this population.

METHODS

Altogether, 40 individuals aged 50 to 70 years participated in the study - 20 of them diagnosed with PD (10 men and 10 women). Their results were compared with individuals without PD; hence, 20 healthy subjects were included (10 men and 10 women), matched with PD patients for age, sex, and body mass index (BMI). PD participants were recruited at the Neurology Outpatient Center in a University Hospital. The healthy group comprised companions of patients who attended the hospital and the Speech-Language-Hearing Teaching Clinic in the same institution, as well as research subjects’ friends and acquaintances not diagnosed with any neurological or voice changes.

Thus, the study had a convenience sample and was approved by the Human Research Ethics Committee under evaluation report no. 2.524.982. All study participants signed an informed consent form. The inclusion criteria were as follows: patients diagnosed with PD, classified into stages 1, 2, and 3 on the original version of the Hoehn & Yahr scale (HY)(20), with preserved cognition, verified with the Mini-Mental State Examination (MMSE)(21). Stratification into age groups considered people 60 years or older as older adults(22).

Information on laryngeal disease diagnoses was obtained with videolaryngoscopy, before beginning data collection. Only individuals without any laryngeal lesions or malformations were included in the research. Individuals with PD associated with other neurological or psychiatric comorbidities, reported laryngeal surgery, head and neck surgery, smokers, alcohol drinkers, or who had the flu or an allergic reaction (such as rhinitis or sinusitis) at the time of the research were excluded from the study.

Sample characterization demonstrates the homogeneity between the two study groups regarding their age, MMSE results, educational attainment, and BMI (Table 1).

Table 1. Sample characterization (n = 40 individuals).

Healthy group (n = 20) mean (standard deviation) minimum-maximum values
Age (years) - 13 older adults and 7 adults 61 (5) 50-69
Mini-Mental State Examination 24 (4) 14-30
Years at school 8 (5) 2-12
Body mass index 26 (2) 23-29
Parkinson’s disease group (n = 20) mean (standard deviation) minimum-maximum values
Age (years) - 12 older adults and 8 adults 61 (6) 50-69
Mini-Mental State Examination 27 (3) 20-30
Years at school 9 (4) 4-15
Body mass index 25 (2) 21-31
Time with disease (years) 7 (5) 1-20
Stage of the disease (HY) 2 (1) 1-2
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Caption: HY = Hoehn &Yahr Scale(20)

Acoustic analysis was made with voice recordings. Participants were instructed to sit on a comfortable chair at a 90º angle and emit a sustained vowel /ɛ/ for 5 seconds and count from 1 to 10 in their usual voice. Speech tasks were recorded at a 44000 Hz sample rate, with 16 bits per sample. The collection was made with an n3 notebook, Intel® Core™ i3-2348M, using an Andrea PureAudio™ USB-AS external sound card and a Karsect HT-2 headset microphone kept about 4 centimeters away from their mouth at an approximately 45º angle.

Acoustic data were recorded and edited in Voxmetria® software, manufactured by CTS informática. The initial and final seconds in the sustained vowel recordings were eliminated to exclude the most irregular parts of the sample, preserving 3 seconds of emission for analysis. Data on fundamental frequency (f0), jitter, shimmer, glottal-to-noise excitation ratio (GNE), and noise were extracted from the vowel /ɛ/ emission, and the mean intensity was obtained from the number count. All parameters were calculated with Voxmetria®.

All participants had their oropharyngeal geometry assessed with AP while awake. The acoustic pharyngometer used was manufactured by Eccovision® - Sleep Group Solutions, Florida, which was installed in the laboratory of the institution where this study was conducted, controlling temperature (25 ºC) and noise (below 60 dB SPL) during the examination.

The pharyngometer was automatically calibrated to take VT and oropharyngeal measures(9,10). Participants remained seated on a chair with back support, head and trunk aligned. They were instructed to bite the plastic mouthpiece and seal it with their lips, preventing acoustic escape. The mouthpiece is connected to the pharyngometer on one end, positioned horizontally to the examiner and parallel to the floor. To keep their posture, participants were instructed to gaze at a point in front of them and breathe naturally.

For each measure, the program (software) generated a graph relating the distance (ordinate axis) to the area (abscissa axis), subdivided into three regions: oral (from the incisors to the soft palate), pharyngeal (from the soft palate to the hypopharynx), and laryngeal (glottal region).

Participants were instructed to breathe in naturally for a few moments, always through the nose. Then, in agreement with the researcher, they would breathe out through the mouth - measures were taken at the end of each outbreathing(9,10).

Four measures were taken, shown in four widows on the equipment screen, namely:

  • Measures of the oropharyngeal area (recorded in the first two windows): participants were instructed to breathe in through the nose and slowly out through the mouth. Oropharyngeal measures were based on the graphs, characterized as possible calibrating graphs, presented in superposition and maximum percentage of reproducibility, with up to 6% acceptable variance.

  • Measure of the oropharyngeal junction (recorded in the third window): participants were instructed to breathe in and out through the nose. This made it possible to identify the oropharyngeal junction, delimited at the end of the oral cavity when the soft palate is lowered.

  • Measure of the glottal region (recorded in the fourth window): participants were instructed to breathe in through the nose and perform the Valsalva maneuver, in which individuals shut their nostrils with their fingers and then force the air, closing the glottis. Thus, the end of the pharyngeal cavity was located in the graph, indicating the glottal region.

The data were compiled and presented as measures of central tendency and dispersion. The Shapiro-Wilk test was used to verify the normality of the data series, which determined the comparison tests between the group means (independent t-test or Mann-Whitney test). The variables were correlated with Pearson’s test, interpreted with the following criteria: 0.90 to 1.00 = “Very high”; 0.70 to 0.90 = “High”; 0.50 to 0.70 = “Moderate”; 0.30 to 0.50 = “Low”; 0.10 to 0.30 = “Small”(23). Besides Pearson’s rho, determination coefficients, r2, were also presented. The statistical package used was Statistica StatSoft 12, considering significant values at p < 0.05.

RESULTS

The mean values of oropharyngeal geometry and acoustic parameters of voice are shown in Tables 2, 3, and 4, as well as the comparison between the PD group and the healthy group (HG). Measures in Table 3 were stratified by sex and in Table 4, by age groups.

Table 2. Values of oropharyngeal segment geometry measures and acoustic parameters of voice in healthy subjects and Parkinson’s disease patients and results of the comparison between both groups.

Oropharyngeal Geometry Healthy Group (n = 20) Parkinson’s Disease Group (n = 20)
mean (standard deviation) range P5-P95% mean (standard deviation) range P5-P95% p-value
Lengths
OCL (cm) 8.5 (1.1) 6.7-11.0 7.1-10.6 8.4 (0.9) 6.7-10.5 7.1-10.2 0.79 *
PCL (cm) 6.5 (2.5) 2.2-10.7 3.3-10.7 5.8 (1.8) 2.6-9.4 3.0-9.0 0.67ͳ
VTL (cm) 15.0 (2.1) 13.1-17.8 13.2-17.9 14.3 (1.7) 13.1-17.8 13.2-17.9 0.37 ͳ
Volumes
OCV (cm3) 36.7 (11.6) 17.0-60.6 19.7-54.3 34.8 (10.6) 20.2-54.0 21.3-53.8 0.59*
PCV (cm3) 13.1 (8.2) 2.4-36.3 3.7-22.0 11.3 (9.1) 2.2-34.6 3.0-29.2 0.33 ͳ
VTV (cm3) 49.7 (15.5) 26.1-81.3 30.1-78.0 46.4 (16) 31.0-88.6 31.1-74.8 0.39 ͳ
Areas
OJA (cm2) 1.5 (1.0) 0.5-3.9 0.7-3.6 0.9 (0.8) 0.4-4.6 0.5-1.5 <0.01 ͳ
GA (cm2) 1.3 (0.7) 0.3-2.9 0.4-2.6 0.8 (0.5) 0.05-2.9 0.3-1.2 0.04 ͳ
Acoustic Parameters of Voice mean (standard deviation) range P5-P95% mean (standard deviation) range P5-P95% p-value
f0 (Hz) 160.9 (38.8) 111.3-233.4 113.8-232.6 149.9 (43.7) 94.2-239.9 99.6-225.7 0.40*
Jitter (%) 0.41 (0.65) 0.09-2.86 0.1-1.5 0.78 (1.14) 0.10-4.21 0.1-3.3 0.06 ͳ
Shimmer (%) 6.47 (4.5) 1.8-20.0 1.9-13.7 8.54 (6.0) 3.1-23.3 3.3-19.7 0.26 ͳ
GNE 0.78 (0.17) 0.40-0.98 0.5-1.0 0.72 (0.20) 0.24-0.95 0.3-1.0 0.25 ͳ
Noise 1.12 (0.72) 0.33-2.73 0.4-2.4 1.29 (0.89) 0.11-3.40 0.4-3.3 0.51 ͳ
Mean Intensity (dB) 40.0 (5.6) 31.2-52.0 31.3-48.6 39.5 (4.2) 30.2-45.4 32.4-45.0 0.35*
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*

Independent t-test - 5% significance level

ͳ

Mann-Whitney test - 5% significance level

Caption: OCL = Oral Cavity Length; PCL = Pharyngeal Cavity Length; VTL = Vocal Tract Length; OCV = Oral Cavity Volume; PCV = Pharyngeal Cavity Volume; VTV = Vocal Tract Volume; OJA = Oropharyngeal Junction Area; GA = Glottal Area; f0 = Fundamental Frequency; GNE = Glottal-to-Noise Excitation Ratio (Proportion Between Glottal Excitation and Noise); range = Minimum-Maximum Values; cm = Centimeters; Hz = Hertz; dB = Decibels

Table 3. Values of oropharyngeal segment geometry measures and acoustic parameters of voice stratified by sex and results of the comparison between healthy individuals and Parkinson’s disease patients.

Oropharyngeal Geometry Males (n = 20) Females (n = 20)
mean (standard deviation) p-value P5-P95% mean (standard deviation) p-value P5-P95%
HG (n=10) PD (n=10) HG PD HG (n=10) PD (n=10) HG PD
Lengths
OCL (cm) 8.7 (1.1) 8.8 (0.7)+ 0.87 * 7.2-10.4 8.2-10.0 8.2 (1.1) 8.0 (0.9) 0.58* 7.1-10.2 6.9-9.4
PCL (cm) 6.3 (2.6) 6.2 (2.1) 0.88* 3.8-10.7 3.4-9.2 6.7 (2.4) 5.4 (0.4) 0.14* 3.3-9.7 3.8-7.5
VTL (cm) 15.0 (2.4) 15.0 (2.0) 0.85* 13.2-17.9 13.2-17.9 14.9 (1.9) 13.6 (1.1) 0.09* 13.2-17.5 13.2-15.8
Volumes
OCV (cm3) 39.1 (11.9) 39.5 (9.9)+ 0.92* 23.0-57.6 28.4-53.9 34.3 (11.3) 30.1 (9.4) 0.37* 19.9-46.5 20.8-44.9
PCV (cm3) 14.9 (9.7) 15.8 (10.8)+ 0.84* 3.8-29.4 4.2-32.1 11.3 (6.3) 6.8 (3.4) 0.07* 4.1-20 2.7-11
VTV (cm3) 54.0 (17.0) 55.9 (17.1)+ 0.80 ͳ 10.0-79.8 34.2-82.1 45.4 (13.2) 37.0 (7.0) 0.22ͳ 28.0-63.6 31.1-48.1
Areas
OJA (cm2) 1.8 (1.2) 1.1 (1.2) 0.04 ͳ 0.7-3.5 0.6-3.1 1.2 (0.9) 0.6 (0.1) 0.02 ͳ 0.6-2.8 0.5-0.8
GA (cm2) 1.4 (0.8) 0.6 (0.3) 0.01* 0.4-2.8 0.2-1.1 1.1 (0.6) 0.9 (0.7) 0.42* 0.4-2.3 0.5-2.1
Acoustic Parameters of Voice mean (standard deviation) p P5-P95% mean (standard deviation) p P5-P95%
HG PD HG PD HG PD HG PD
f0 (Hz) 133.9 (22.1)+ 112.6 (12.0)++ 0.01* 112.6-68.7 96.8-27.5 187.9 (32.8) 187.1 (28.3) 0.95* 145-233.1 157.5-233.2
Jitter (%) 0.3 (0.4) 0.7 (1.1) 0.17 ͳ 0.1-0.2 0.1-2.8 0.7 (1.2) 0.4 (0.8) 0.13 ͳ 0.1-1.8 0.1-2.9
Shimmer (%) 6.3 (3.5) 10.5 (7.0) 0.11 ͳ 2.3-11.5 3.5-21.6 6.6 (5.5) 6.4 (4.3) 0.70 ͳ 2.1-16.3 3.3-14.3
GNE 0.7 (0.1)+ 0.7 (0.1) 0.49* 0.4-0.9 0.6-1.0 0.8 (0.1) 0.6 (0.1) 0.07* 0.6-1.0 0.2-1.0
Noise 1.4 (0.7)+ 1.1 (0.6) 0.21* 0.6-2.6 0.3-2.0 0.7 (0.5) 1.5 (1.1) 0.07* 0.3-1.8 0.4-3.3
Mean Intensity (dB) 39.1 (5.5) 37.0 (3.9) 0.33* 32.8-46.7 31.3-42.1 40.9 (5.9) 40.0 (4.1) 0.72* 33.4-50.4 35.3-45.2
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*

Independent t-test

ͳ

Mann-Whitney test

+

Difference between the sexes p < 0.05

++

Difference between the sexes p < 0.0001

Caption: HG = Healthy Group; PD = Parkinson’s Disease Group; OCL = Oral Cavity Length; PCL = Pharyngeal Cavity Length; VTL = Vocal Tract Length; OCV = Oral Cavity Volume; PCV = Pharyngeal Cavity Volume; VTV = Vocal Tract Volume; OJA = Oropharyngeal Junction Area; GA = Glottal Area; f0 = Fundamental Frequency; GNE = Glottal-to-Noise Excitation Ratio (Proportion Between Glottal Excitation and Noise); cm = Centimeters; Hz = Hertz; dB = Decibels

Table 4. Values of oropharyngeal segment geometry measures and acoustic parameters of voice stratified by age groups and results of the comparison between healthy individuals and Parkinson’s disease patients.

Oropharyngeal Geometry Age ≥ 60 years (n=25) Age < 60 years (n=15)
mean (standard deviation) p P5-P95% mean (standard deviation) p P5-P95%
HG (n=13) PD (n=12) HG PD HG (n=7) PD (n=8) HG PD
Lengths
OCL (cm) 8.1 (1.1) 8.1 (1.0) 0.90 * 7.0-9.7 7.0-9.7 9.1 (0.9) 8.7 (0.8) 0.39* 8.1-10.5 8.0-10.1
PCL (cm) 6.8 (2.7) 5.9 (1.6) 0.32* 3.5-10.7 4.0-9.0 5.9 (1.9) 5.6 (2.1) 0.73* 3.8-8.3 3.2-8.9
VTL (cm) 14.9 (2.1) 14.0 (1.4) 0.53 ͳ 13.2-17.9 13.2-16.5 15.1 (2.2) 14.7 (2.0) 0.48ͳ 13.2-17.9 13.2-17.7
Volumes
OCV (cm3) 32.6 (10.0)+ 33.7 (11.5) 0.78* 18.7-45.6 21.7-52.3 44.4 (10.9) 36.4 (9.5) 0.15* 30.5-58.6 24.3-50.1
PCV (cm3) 13.9 (9.0) 10.8 (8.4) 0.31 ͳ 4.6-27.3 2.8-25.5 11.5 (6.8) 12.1 (10.4) 0.81 ͳ 3.1-19.6 3.2-28.2
VTV (cm3) 46.5 (15.4) 44.7 (16.4) 0.72 ͳ 28.7-73.1 31.1-71.5 55.7 (14.8) 49.1 (16.1) 0.42 ͳ 40.5-76.8 32.6-70.5
Areas
OJA (cm2) 1.3 (0.9) 0.9 (1.1)+ 0.01 ͳ 0.6-3.1 0.5-2.5 1.7 (1.2) 0.8 (0.2) 0.08 ͳ 0.7-3.6 0.7-1.2
GA (cm2) 1.1 (0.6) 0.8 (0.7) 0.14 ͳ 0.4-2.2 0.4-2.0 1.5 (0.9) 0.7 (0.3) 0.07 ͳ 0.5-2.8 0.2-1.0
Acoustic Parameters of Voice mean (standard deviation) p P5-P95% mean (standard deviation) p P5-P95%
HG PD HG PD HG PD HG PD
f0 (Hz) 172.1 (39.3) 159.0 (47.5) 0.46* 117.4-232.9 101.0-231.7 140.2 (30.3) 136.1 (35.6) 0.81* 114.5-186.9 98.2-185.4
Jitter (%) 0.4 (0.7) 0.8 (1.2) 0.11 ͳ 0.1-2.0 0.1-3.2 0.3 (0.2) 0.6 (1.0) 0.002 ͳ 0.1-0.8 0.1-2.3
Shimmer (%) 6.7 (5.1) 9.3 (6.4) 0.21 ͳ 2.2-16.0 3.6-20.0 5.9 (3.4) 7.2 (5.6) 0.81 ͳ 2.2-11.0 3.2-16.3
GNE 0.8 (0.1) 0.6 (0.2) 0.05 ͳ 0.5-1.0 0.3-1.0 0.7 (0.2) 0.7 (0.1) 0.60 ͳ 0.5-1.0 0.6-1.0
Noise 1.0 (0.6) 1.5 (0.9) 0.06 ͳ 0.4-2.3 0.4-3.3 1.3 (0.8) 0.8 (0.7) 0.28 ͳ 0.4-2.5 0.2-2.0
Mean Intensity (dB) 39.7 (6.3) 38.3 (4.0) 0.52* 31.3-49.9 32.8-43.5 40.5 (4.3) 38.8 (4.7) 0.49* 34.9-46.0 33.5-45.3
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*

Independent t-test

ͳ

Mann-Whitney test

+

Difference between the ages p < 0.05

Caption: HG = Healthy Group; PD = Parkinson’s Disease Group; OCL = Oral Cavity Length; PCL = Pharyngeal Cavity Length; VTL = Vocal Tract Length; OCV = Oral Cavity Volume; PCV = Pharyngeal Cavity Volume; VTV = Vocal Tract Volume; OJA = Oropharyngeal Junction Area; GA = Glottal Area; f0 = Fundamental Frequency; GNE = Glottal-to-Noise Excitation Ratio (Proportion Between Glottal Excitation and Noise); cm = Centimeters; Hz = Hertz; dB = Decibels

Regarding oropharyngeal geometry, variables related to glottal area (GA) and oropharyngeal junction area (OJA) were smaller in the PD group than in HG. No differences were found between the groups in acoustic parameters of voice (Table 2).

Stratification by sex revealed smaller area values in the PD group than in HG in both sexes, except for GA in females. Moreover, PD group males had greater oral cavity length (OCL) and oral cavity (OCV), pharyngeal cavity (PCV), and vocal tract volumes (VTV) than PD group females. Regarding acoustic parameters of voice, f0 values were lower in PD males than HG males, and lower in males than females in both groups, as expected (Table 3).

Stratification by age groups revealed differences between HG and PD subjects in OJA, which was smaller in older adults with PD. However, within the PD group, OJA was greater in older adults than non-elderly adults. Regarding acoustic parameters of voice, only jitter was greater among non-elderly adults with PD (Table 4). Moreover, HG older than 60 years had lower OCV than HG non-elderly adults.

In correlation analysis of the oropharyngeal measures, the following results were found: OCL had a moderate direct correlation with OCV, representing 45% of volume variability (p < 0.0001; r = 0.67; r2 = 0.45). Likewise, pharyngeal cavity length (PCL) and vocal tract length (VTL) had a moderate direct correlation with PCV (p < 0.0001; r = 0.69; r2 = 0.47) and VTV (p < 0.0008; r = 0.51; r2 = 0.25), respectively representing 47% and 25% of variability. The correlation of OCL, PCL, and VTL with the other pharyngometry measures and acoustic parameters had no statistical significance and small or low rho values.

DISCUSSION

Regarding the smaller GA in the PD population (Tables 2 and 3), it must be pointed out that this area measured with AP does not correspond to the same area measured with imaging examinations, such as computed tomography (CT scan) or magnetic resonance(11-16,24,25). GA measured with AP corresponds to the cross-sectional area by the glottis, while GA measured with imaging examinations corresponds to the space between one and the other vocal fold(9-16,24,25).

Hence, this explains the results of the present study, inferring that the possible smaller interarytenoid space in PD subjects than in HG(24) has corroborated this result. Considering that GA measured with AP corresponds to the cross-sectional area by the glottis while breathing(9,10,14,15) (abducted vocal folds), the glottal configuration at rest interfered with such a measure. Thus, given that the smaller interarytenoid space in PD subjects(24) diminishes such cross-sectional area, smaller GA in the PD group than in HG is explained.

A study whose participants were in more advanced PD stages found greater GA in them than in controls; this measure is considered a marker of disease progression(25). However, two considerations must be made: 1) the said study used CT scan(25), unlike the present one; 2) PD stages in the present study corroborate these results (Table 1), as greater cross-sectional GA could be expected in individuals in more advanced stages of the disease, while those in the present study were in stages 1 and 2 in HY scale.

Hence, regarding methods, the study with CT scan calculated GA as the space between vocal folds in adduction and abduction(24,25). With AP, on the other hand, GA is influenced not only by the distance between vocal folds in glottal abduction but also by the whole cross-sectional area in the region.

Regarding OJA measures, likewise smaller in PD subjects, the lowered soft palate in the PD population is inferred to explain such results(26). Stratification by sex shows that this measure is smaller in PD in both males and females and that only OJA was smaller in PD females. Therefore, it must be considered that, in the study group, the interference of hypokinetic dysarthrophonia had a greater impact on males.

Future studies should compare laryngeal examination data with AP to verify vocal fold positioning at rest and in phonation in this population, comparing them with GA measures. Moreover, OJA results should be compared with nasalance values in these groups, using instrumental and nasality measures and auditory-perceptual analysis.

Smaller f0 values in PD males than same-sex HG (Table 3) may be associated with stiffness in PD individuals, which is characteristic of the disease(4). Considering that such stiffness can impact the function of vocal fold tensor muscles, it would decrease the possibilities of tone flexibility in voice production.

Furthermore, hypokinetic dysarthrophonia caused by PD(24,27) may affect the contraction not only of the cricothyroid muscle (thus decreasing vocal fold stretch) but also of the extrinsic laryngeal musculature. Hence, in sustained emission when healthy individuals usually tend to increase voice pitch and elevate the larynx, PD patients’ larynx may remain lowered due to hypokinesia of suprahyoid muscles, which are responsible for laryngeal elevation.

Nonetheless, differences in f0 between males and females in both groups (HG and PD) were expected, as men have lower f0 than women(28). Also, greater OCL, OCV, PCV, and VTV values in PD males than in PD females were likewise expected, as male VT tends to have greater dimensions than female VT(14,29). Interestingly, such difference was not found in HG, allowing the inference that the sample size may have influenced this result, as well as not having controlled racial factors in participating individuals - for it is known that ethnicity influences oropharyngeal geometry measures(29).

As for the results of stratification by age, smaller OJA in the PD group than in HG in the population older than 60 years may be due to possibly hypofunctioning soft palates, caused by both PD and aging - although resonance consequences were not evident in this sample(26).

Lower OCV values in subjects older than 60 years than in non-elderly adults in HG may be explained by tooth loss and the consequent tendency to greater bone absorption characteristic of aging, which diminishes OCV in this group(30).

As for those below 60 years old, greater jitter values in the PD group than in HG may be explained by disease characteristics. This parameter may be changed in people with neurological dysphonia for the lack of control over glottal cycles of vocal fold vibration - i.e., greater disturbance in vibratory cycles and greater vocal instability(28). Despite the normal mean values, attention is drawn to such a difference between the groups; hence, future studies should compare these results with disease stages.

Regarding correlations, the association between increased OCL and OCV is explained by how the distance from the central incisors to the soft palate influences the calculation of this cavity volume. PCL and VTL likewise influence the calculation of PCV and VTV measures(9,14,15).

Therefore, the present study helped identify VT segments with differences between healthy people and PD patients in the initial stages of the disease. This identification may explain possible voice deterioration in the course of the disease and may be useful in early voice treatment in PD.

Furthermore, this research reinforced the presupposition that AP improves VT assessments, whose measures can be compared with respective voice results. Hence, future studies should assess the effect of vocal techniques on oropharyngeal geometry, comparing it with voice analysis. It was also observed that AP is a quick noninvasive method that can be applied in older adults and people with neurological changes like PD. Based on the knowledge attained with this research, future studies should investigate possible associations between VT dimensions and acoustic measures of voice related to the formants(7).

The limitations of this study include the number of participants, as stratifications by sex and age diminished representativity. Hence, this study should be continued with a larger sample. Further research should also implement auditory-perceptual voice assessments and voice self-assessment questionnaires, which may contribute to multidimensional analyses of voice. Nevertheless, this was an unprecedented study in a national speech-language-hearing journal addressing VT geometry measures in PD patients, using AP.

CONCLUSION

Individuals with PD had smaller GA and OJA than healthy people. When distributed into sex and age groups, f0 was smaller in PD males, and jitter values were greater in PD non-elderly adults. There were moderate positive correlations between OCL and OCV measures, PCL and VTL measures, and PCV and VTV measures in the sample.

Funding Statement

Fonte de financiamento: o presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - código de financiamento 001.

Footnotes

Study conducted at Universidade Federal de Pernambuco - UFPE - Recife (PE), Brasil.

Financial support: this paper was carried out with financial support by the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001.

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Geometria orofaríngea e parâmetros acústicos vocais de indivíduos hígidos e com doença de Parkinson

Joice Maely Souza da Silva 1, Adriana de Oliveira Camargo Gomes 1,2,✉, Maria das Graças Wanderley de Sales Coriolano 3, Julianne Pitanga Teixeira 1, Hellen Vasconcelos Silva Leal de Lima 2, Clarissa Evelyn Bandeira Paulino 1, Hilton Justino da Silva 1,2, Zulina Souza de Lira 1,2

RESUMO

Objetivo

verificar se existem diferenças nas medidas acústicas e da geometria orofaríngea entre indivíduos hígidos e pessoas com Doença de Parkinson, segundo a idade e sexo e investigar se há correlações entre as medidas geométricas orofaríngeas nessa população.

Método

participaram 40 indivíduos, sendo 20 com diagnóstico de Doença de Parkinson e 20 indivíduos hígidos, pareados por faixa etária, sexo e índice de massa corporal. As variáveis acústicas estudadas foram frequência fundamental, jitter, shimmer, glottal-to-noise excitation ratio, ruído e média da intensidade. As variáveis geométricas da orofaringe foram aferidas por faringometria acústica.

Resultados

as variáveis geométricas foram menores no grupo com Doença de Parkinson e os idosos com Doença de Parkinson apresentaram menor área da junção orofaríngea que os idosos hígidos. Com relação aos parâmetros acústicos vocais, o valor da frequência fundamental foi menor no sexo masculino, no grupo com Doença de Parkinson e os valores de jitter foram maiores no grupo não idoso dos sujeitos com Doença de Parkinson. Houve correlação positiva moderada entre o comprimento e volume da cavidade oral, comprimento da cavidade faríngea e o comprimento do trato vocal e do volume da cavidade faríngea e o volume do trato vocal.

Conclusão

indivíduos com Doença de Parkinson apresentaram menores valores de área glótica e área da junção orofaríngea, comparativamente aos hígidos. Quando distribuídos por faixa etária e sexo, a frequência fundamental foi menor no grupo com doença de Parkinson, na população masculina. Houve correlação positiva moderada entre as medidas de comprimento e volume da orofaringe, na amostra estudada.

Descritores: Orofaringe, Qualidade da Voz, Acústica, Disfonia, Doença de Parkinson

INTRODUÇÃO

A Doença de Parkinson (DP) é uma enfermidade crônica, caracterizada pela degeneração da porção compacta da substância negra do mesencéfalo, acarretando na perda de neurônios dopaminérgicos(1-3). Suas principais manifestações motoras incluem bradicinesia, rigidez, tremor de repouso, alterações posturais e da marcha(3,4). Alterações na produção vocal, como dificuldades na coordenação pneumofonoarticulatória, diminuição da intensidade vocal, rouquidão, voz áspera, aumento da nasalidade e redução do controle muscular das estruturas laríngeas são alguns sinais que podem surgir no decurso da doença(5).

No entanto, as alterações relacionadas à produção da voz, nesses indivíduos, geralmente são analisadas do ponto de vista fonatório, ou seja, relacionadas à fonte glótica e à função aerodinâmica, com poucas referências ao trato vocal (TV). Desse modo, pouco se consideram as interferências do “filtro” que atua como modificador dos padrões de vibração das pregas vocais, pois suas estruturas oferecem, em determinados segmentos, obstáculos à onda sonora gerada na fonte glótica(6). Portanto, as cavidades do TV, que englobam as estruturas orofaríngeas, estão diretamente relacionadas ao som resultante da voz, de modo que as dimensões dessas estruturas impactam na qualidade vocal(7).

Sabendo-se que as pessoas com DP apresentam alterações que impactam diretamente na fala e voz(8), e que a produção da voz é uma composição do som produzido na glote e dos efeitos de ressonância ao longo do TV(6), o estudo das dimensões do TV pode trazer respostas importantes para o diagnóstico e tratamento desses indivíduos. Como exemplo, tal estudo pode contribuir na identificação de quais segmentos do TV resultariam em aumento ou diminuição da intensidade ou projeção vocais, associando-se suas dimensões à qualidade vocal resultante.

Ademais, o acompanhamento dos diferentes ajustes do TV, por meio de técnicas terapêuticas ou de aperfeiçoamento da voz, mensurada a sua geometria e seus respectivos resultados vocais, auxiliariam no monitoramento do efeito das técnicas para a qualidade vocal pretendida. Essa hipótese corrobora a ideia de que métodos instrumentais não invasivos que permitem medir o trato vocal e os ajustes na região orofaríngea possibilitam um aprimoramento da avaliação e do acompanhamento de resultados terapêuticos na clínica vocal, quando correlacionadas à análise da voz(9-11).

A análise das dimensões de área, volume e comprimento de diferentes segmentos da região orofaríngea, por exemplo, pode ser realizada por meio da faringometria acústica (FA)(9,12), cujo princípio físico é o de que um som gerado em um tubo retorna em forma de eco. A intensidade mensurada no retorno desse som (eco) representa a área de secção transversal das diferentes constrições desse tubo e a distância de cada uma das constrições é calculada pelo tempo de chegada do eco permitindo um mapeamento de toda a cavidade, a partir dos incisivos até à glote(9,10,13).

Além disso, a FA é um exame que permite respiração livre durante o procedimento, é rápido, de baixo custo - comparativamente aos exames de imagem - não-invasivo, e não expõe o paciente à radiação como outros exames(14). Seu uso pioneiro foi em pesquisas na área do sono(12,15-17), entretanto, a faringometria acústica ainda é pouco utilizada em estudos no Brasil, com recentes publicações relacionadas à voz(9,10).

Quanto à análise dos parâmetros acústicos vocais, é importante ressaltar que, além de permitir maior qualidade à avaliação vocal, por apresentarem dados que não são puramente subjetivos, ou seja, que não dependem exclusivamente da experiência auditiva do avaliador, possibilita também a detecção de manifestações vocais, em quadros subclínicos, na população com doenças neurológicas, contribuindo, inclusive, com o diagnóstico dessas doenças(18,19).

Portanto, ratifica-se a importância de se verificar as medidas da geometria orofaríngea e dos parâmetros acústicos da voz em sujeitos hígidos e com doença de Parkinson, considerando-se a idade e sexo dos sujeitos, bem como as possíveis correlações entre as medidas orofaríngeas. Tais resultados poderão contribuir com os estudos que visam embasar o uso da faringometria acústica no diagnóstico e monitoramento de resultados terapêuticos vocais.

Desse modo, o objetivo do presente estudo foi verificar se existem diferenças nas medidas acústicas e da geometria orofaríngea entre indivíduos hígidos e pessoas com Doença de Parkinson, segundo a idade e sexo, assim como investigar se há correlações entre as medidas geométricas orofaríngeas nessa população.

MÉTODO

Participaram do estudo 40 indivíduos entre 50 a 70 anos, sendo 20 com diagnóstico de DP (10 homens e 10 mulheres). Para a comparação dos resultados dessa população com indivíduos sem a DP, foram incluídos 20 indivíduos hígidos (10 homens e 10 mulheres) pareados aos sujeitos com DP, de acordo com a faixa etária, sexo e índice de massa corporal (IMC). Os participantes com DP foram recrutados do ambulatório de Neurologia de um Hospital Universitário. Para compor o grupo de indivíduos hígidos, foram recrutados acompanhantes dos pacientes que frequentavam o hospital e dos que frequentavam a Clínica Escola de Fonoaudiologia da mesma Instituição, amigos e conhecidos dos sujeitos da pesquisa e que não tivessem diagnóstico de qualquer alteração neurológica ou vocal.

Desse modo, o estudo foi constituído por amostragem por conveniência, aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisas com Seres Humanos, sob o parecer de número 2.524.982. Todos os participantes envolvidos no estudo assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido. Os critérios de inclusão consistiram em: pacientes com diagnóstico de doença de Parkinson, classificados considerando-se os estágios 1, 2 e 3, segundo a versão original da escala de Hoehn &Yahr (HY)(20) e com cognição preservada, verificada pelo Mini Exame do Estado Mental (MEEM)(21). Para a estratificação por faixa etária, considerou-se como idoso o indivíduo que apresentasse 60 anos ou mais(22).

As informações relacionadas ao diagnóstico das doenças laríngeas foram obtidas por meio da videolaringoscopia, antes do início da coleta de dados e apenas os indivíduos que não apresentaram lesões ou más-formações laríngeas fizeram parte da pesquisa. Indivíduos com DP associada a outras comorbidades neurológicas e psiquiátricas, com relato de cirurgia laríngea, cirurgia de cabeça e pescoço, que alegavam ser tabagistas e/ou etilistas, que estivessem gripados no momento da pesquisa ou em crises alérgicas, como rinite ou sinusite, foram excluídos da pesquisa.

A caracterização da amostra, de acordo com os dois grupos estudados, apresenta a homogeneidade entre os grupos, em relação à idade, aos resultados obtidos no Mini Exame do Estado Mental, aos anos de instrução e ao índice de massa corporal (Tabela 1).

Tabela 1. Caracterização da amostra (n=40 indivíduos).

Grupo Hígido (n=20) média (desvio-padrão) valores mínimo-máximo
Idade (anos) - 13 idosos e 7 não idosos 61 (5) 50-69
Mini exame do estado mental 24 (4) 14-30
Anos de instrução 8 (5) 2-12
Índice de massa corporal 26 (2) 23-29
Grupo Doença de Parkinson (n=20) média (desvio-padrão) valores mínimo-máximo
Idade (anos) - 12 idosos e 8 não idosos 61 (6) 50-69
Mini exame do estado mental 27 (3) 20-30
Anos de instrução 9 (4) 4-15
Índice de massa corporal 25 (2) 21-31
Tempo de doença (anos) 7 (5) 1-20
Estágio da doença (HY) 2 (1) 1-2
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Legenda: HY = Escala de Hoehn & Yahr(20)

A análise acústica ocorreu por meio de gravações dos registros vocais. Os participantes foram instruídos a sentar-se em uma cadeira confortável em ângulo de 90º e, em seguida, emitir a vogal /ɛ/ sustentada por cinco segundos e a contagem de um a 10, em voz habitual. As tarefas de fala foram gravadas com taxa de amostragem de 44000Hz, com 16 bits por amostra. A coleta realizou-se com o Notebook n3 Intel® Core™ i3-2348M, utilizando o Adaptador Andrea PureAudio™ USB-AS, que se trata de uma placa de som externa e microfone Auricular Karsect HT-2, mantendo uma distância de, aproximadamente, quatro centímetros da boca, em um ângulo de aproximadamente 45º.

Os dados acústicos foram registrados e editados no software Voxmetria® da CTS informática. O segundo inicial e o segundo final da gravação da vogal sustentada foram eliminados, buscando-se excluir os trechos de maior irregularidade da amostra, conservando o tempo de três segundos de emissão, para análise. Os dados relativos à frequência fundamental (f0), jitter e shimmer, glottal-to-noise excitation ratio (GNE) e ruído foram extraídos a partir da emissão da vogal /ɛ/ e a média da intensidade foi obtida a partir da contagem de números. Todos os parâmetros foram calculados pelo software Voxmetria®.

Todos os participantes foram submetidos à avaliação da geometria orofaríngea por meio da faringometria acústica, em estado de vigília. Para tal, utilizou-se o faringômetro acústico da marca Eccovision® - Sleep Group Solutions, Flórida, instalado no Laboratório da instituição de origem deste trabalho, sendo controlada a temperatura (25º) e o ruído (inferior a 60dB NPS) durante a realização do exame.

Para mensuração das medidas da orofaringe e trato vocal, o faringômetro foi calibrado automaticamente(9,10). Os participantes permaneceram sentados, em uma cadeira com encosto, apresentando postura de cabeça e tronco alinhados. Foram instruídos a morder a boquilha de material plástico e selar com os lábios ao redor, impedindo o vazamento acústico. Essa boquilha é conectada ao faringômetro em uma extremidade, posicionada horizontalmente ao examinador e paralelo ao solo. Visando manter a postura, o participante foi orientado a fixar o olhar em um ponto à sua frente, mantendo o fluxo de ar habitual.

Para cada medida, o programa (software) gerou um gráfico da relação distância (eixo das coordenadas) e área (eixo das abscissas), subdividido em três regiões: oral (dos incisivos até o palato mole), faríngea (do palato mole até à hipofaringe) e laríngea (região glótica).

Os participantes foram instruídos a inspirar de forma habitual, sempre pelo nariz por alguns instantes e, logo em seguida, assim que acordado com o pesquisador, realizava-se a expiração oral, sendo o final de cada expiração o momento da captura das medidas(9,10).

Foram realizadas quatro medidas exibidas em quatro janelas no monitor do equipamento, a saber:

  • Medidas da região orofaríngea (registradas nas duas primeiras janelas): a orientação aos participantes consistiu em inspirar pelo nariz e expirar lentamente pela boca. Os gráficos serviram de base para as medidas orofaríngeas por se caracterizar como possíveis gráficos calibradores, apresentando-se de forma sobreposta e com máximo percentual de reprodutibilidade, aceitando-se variação de até 6%.

  • Medida da junção orofaríngea (registrada na terceira janela): os participantes foram orientados a inspirar e expirar o ar pelo nariz. Seguindo essa instrução foi possível identificar a junção orofaríngea, delimitada ao final da cavidade oral, quando o véu palatino se apresenta abaixado.

  • Medida da região glótica (registrada na quarta janela): a orientação aos participantes consistiu na inspiração pelo nariz e realização da manobra de Valsalva, na qual o indivíduo foi instruído a tampar as narinas com os dedos e em seguida fazer força, promovendo o fechamento glótico. Dessa forma, possibilitou-se localizar, no gráfico, o final da cavidade faríngea, indicando a região da glote.

Os dados foram compilados e expressos por medidas de tendência central e dispersão. Para verificar a normalidade das séries de dados foi realizado Teste de Shapiro-Wilk que determinou os testes de comparação entre as médias dos grupos (Teste T independente ou Mann-Whitney). A correlação entre as variáveis foi realizada pelo Teste de Pearson, cuja interpretação seguiu o seguinte critério: 0,90 a 1,00 = “Muito alta”; 0,70 a 0,90 = “Alta”; 0,50 a 0,70 = “Moderada”; 0,30 a 0,50 = “Baixa”; 0,10 a 0,30 = “Pequena”(23). Além do rho de Pearson, também foram expressos os coeficientes de determinação, r2. O pacote estatístico utilizado foi o Statistica StatSoft 12, considerando-se como significantes os valores de p<0,05.

RESULTADOS

Os valores médios das medidas da geometria orofaríngea e dos parâmetros acústicos vocais estão expressos nas Tabelas 2, 3 e 4, bem como a comparação entre os grupos DP e hígido. Na Tabela 3, as medidas foram estratificadas por sexo e na Tabela 4, foram estratificadas por faixa etária.

Tabela 2. Valores das medidas da geometria dos segmentos orofaríngeos e dos parâmetros acústicos vocais dos sujeitos hígidos e com doença de Parkinson e resultados da comparação entre os dois grupos.

Geometria Orofaríngea Grupo Hígido (n=20) Grupo Doença de Parkinson (n=20)
média (desvio-padrão) range P5-P95% média (desvio-padrão) range P5-P95% p-valor
Comprimentos
CCO (cm) 8,5 (1,1) 6,7-11,0 7,1-10,6 8,4 (0,9) 6,7-10,5 7,1-10,2 0,79 *
CCF (cm) 6,5 (2,5) 2,2-10,7 3,3-10,7 5,8 (1,8) 2,6-9,4 3,0-9,0 0,67ͳ
CTV (cm) 15,0 (2,1) 13,1-17,8 13,2-17,9 14,3 (1,7) 13,1-17,8 13,2-17,9 0,37 ͳ
Volumes
VCO (cm3) 36,7 (11,6) 17,0-60,6 19,7-54,3 34,8 (10,6) 20,2-54,0 21,3-53,8 0,59*
VCF (cm3) 13,1 (8,2) 2,4-36,3 3,7-22,0 11,3 (9,1) 2,2-34,6 3,0-29,2 0,33 ͳ
VTV (cm3) 49,7 (15,5) 26,1-81,3 30,1-78,0 46,4 (16) 31,0-88,6 31,1-74,8 0,39 ͳ
Áreas
AJO (cm2) 1,5 (1,0) 0,5-3,9 0,7-3,6 0,9 (0,8) 0,4-4,6 0,5-1,5 <0,01 ͳ
AG (cm2) 1,3 (0,7) 0,3-2,9 0,4-2,6 0,8 (0,5) 0,05-2,9 0,3-1,2 0,04 ͳ
Parâmetros Acústicos Vocais média (desvio-padrão) range P5-P95% média (desvio-padrão) range P5-P95% p-valor
f0 (Hz) 160,9 (38,8) 111,3-233,4 113,8-232,6 149,9 (43,7) 94,2-239,9 99,6-225,7 0,40*
Jitter (%) 0,41 (0,65) 0,09-2,86 0,1-1,5 0,78 (1,14) 0,10-4,21 0,1-3,3 0,06 ͳ
Shimmer (%) 6,47 (4,5) 1,8-20,0 1,9-13,7 8,54 (6,0) 3,1-23,3 3,3-19,7 0,26 ͳ
GNE 0,78 (0,17) 0,40-0,98 0,5-1,0 0,72 (0,20) 0,24-0,95 0,3-1,0 0,25 ͳ
Ruído 1,12 (0,72) 0,33-2,73 0,4-2,4 1,29 (0,89) 0,11-3,40 0,4-3,3 0,51 ͳ
MED_INT (dB) 40,0 (5,6) 31,2-52,0 31,3-48,6 39,5 (4,2) 30,2-45,4 32,4-45,0 0,35*
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*

Teste T independente - nível de significância de 5%

ͳ

Teste de Mann-Whitney - nível de significância de 5%

Legenda: CCO = Comprimento da Cavidade Oral; CCF = Comprimento da Cavidade Faríngea; CTV = Comprimento do Trato Vocal; VCO = Volume da Cavidade Oral; VCF = Volume da Cavidade Faríngea; VTV = Volume do Trato Vocal; AJO = Área da Junção Orofaríngea; AG = Área Glótica; f0 = Frequência Fundamental; GNE = Glottal to Noise Excitation Ratio (Proporção da Excitação Glótica Sobre o Ruído); MED INT = Intensidade Média; range = Valores Máximo-Mínimo; cm = Centímetros; Hz = Hertz; dB = Decibels

Tabela 3. Valores das medidas da geometria dos segmentos orofaríngeos e dos parâmetros acústicos vocais, estratificados por sexo, e os resultados da comparação entre os indivíduos hígidos e com doença de Parkinson.

Geometria orofaríngea Sexo Masculino (n=20) Sexo Feminino (n=20)
média (desvio-padrão) p-valor P5-P95% média (desvio-padrão) p-valor P5-P95%
GH (n=10) DP (n=10) GH DP GH (n=10) DP (n=10) GH DP
Comprimentos
CCO (cm) 8,7 (1,1) 8,8 (0,7)+ 0,87 * 7,2-10,4 8,2-10,0 8,2 (1,1) 8,0 (0,9) 0,58* 7,1-10,2 6,9-9,4
CCF (cm) 6,3 (2,6) 6,2 (2,1) 0,88* 3,8-10,7 3,4-9,2 6,7 (2,4) 5,4 (0,4) 0,14* 3,3-9,7 3,8-7,5
CTV (cm) 15,0 (2,4) 15,0 (2,0) 0,85* 13,2-17,9 13,2-17,9 14,9 (1,9) 13,6 (1,1) 0,09* 13,2-17,5 13,2-15,8
Volumes
VCO (cm3) 39,1 (11,9) 39,5 (9,9)+ 0,92* 23,0-57,6 28,4-53,9 34,3 (11,3) 30,1 (9,4) 0,37* 19,9-46,5 20,8-44,9
VCF (cm3) 14,9 (9,7) 15,8 (10,8)+ 0,84* 3,8-29,4 4,2-32,1 11,3 (6,3) 6,8 (3,4) 0,07* 4,1-20 2,7-11
VTV (cm3) 54,0 (17,0) 55,9 (17,1)+ 0,80 ͳ 10,0-79,8 34,2-82,1 45,4 (13,2) 37,0 (7,0) 0,22 ͳ 28,0-63,6 31,1-48,1
Áreas
AJO (cm2) 1,8 (1,2) 1,1 (1,2) 0,04ͳ 0,7-3,5 0,6-3,1 1,2 (0,9) 0,6 (0,1) 0,02 ͳ 0,6-2,8 0,5-0,8
AG (cm2) 1,4 (0,8) 0,6 (0,3) 0,01* 0,4-2,8 0,2-1,1 1,1 (0,6) 0,9 (0,7) 0,42* 0,4-2,3 0,5-2,1
Parâmetros Acústicos Vocais média (desvio-padrão) p P5-P95% média (desvio-padrão) p P5-P95%
GH DP GH DP GH DP GH DP
f0 (Hz) 133,9 (22,1)+ 112,6 (12,0)++ 0,01* 112,6-68,7 96,8-27,5 187,9 (32,8) 187,1 (28,3) 0,95* 145-233,1 157,5-233,2
Jitter (%) 0,3 (0,4) 0,7 (1,1) 0,17 ͳ 0,1-0,2 0,1-2,8 0,7 (1,2) 0,4 (0,8) 0,13 ͳ 0,1-1,8 0,1-2,9
Shimmer (%) 6,3 (3,5) 10,5 (7,0) 0,11 ͳ 2,3-11,5 3,5-21,6 6,6 (5,5) 6,4 (4,3) 0,70 ͳ 2,1-16,3 3,3-14,3
GNE 0,7 (0,1)+ 0,7 (0,1) 0,49* 0,4-0,9 0,6-1,0 0,8 (0,1) 0,6 (0,1) 0,07* 0,6-1,0 0,2-1,0
Ruído 1,4 (0,7)+ 1,1 (0,6) 0,21* 0,6-2,6 0,3-2,0 0,7 (0,5) 1,5 (1,1) 0,07* 0,3-1,8 0,4-3,3
MED_INT (dB) 39,1 (5,5) 37,0 (3,9) 0,33* 32,8-46,7 31,3-42,1 40,9 (5,9) 40,0 (4,1) 0,72* 33,4-50,4 35,3-45,2
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*

Teste T independente

ͳ

Teste de Mann-Whitney

+

Diferença entre os sexos p<0,05

++

Diferença entre os sexos p<0,0001

Legenda: GH = Grupo Hígido; DP = Grupo com Doença de Parkinson; CCO = Comprimento da Cavidade Oral; CCF = Comprimento da Cavidade Faríngea; CTV = Comprimento do Trato Vocal; VCO = Volume da Cavidade Oral; VCF = Volume da Cavidade Faríngea; VTV = Volume do Trato Vocal; AJO = Área da Junção Orofaríngea; AG = Área Glótica; f0 = Frequência Fundamental; GNE = Glottal to Noise Excitation Ratio (Proporção da Excitação Glótica Sobre o Ruído); MED INT = Intensidade Média; cm = Centímetros; Hz = Hertz; dB = Decibels

Tabela 4. Valores das medidas da geometria dos segmentos orofaríngeos e dos parâmetros acústicos vocais e os resultados da comparação entre os indivíduos hígidos e com doença de Parkinson, estratificados por faixa etária.

Geometria orofaríngea Idade ≥ 60 anos (n=25) Idade < 60 anos (n=15)
média (desvio-padrão) p P5-P95% média (desvio-padrão) p P5-P95%
GH (n=13) DP (n=12) GH DP GH (n=7) DP (n=8) GH DP
Comprimentos
CCO (cm) 8,1 (1,1) 8,1 (1,0) 0,90 * 7,0-9,7 7,0-9,7 9,1 (0,9) 8,7 (0,8) 0,39* 8,1-10,5 8,0-10,1
CCF (cm) 6,8 (2,7) 5,9 (1,6) 0,32* 3,5-10,7 4,0-9,0 5,9 (1,9) 5,6 (2,1) 0,73* 3,8-8,3 3,2-8,9
CTV (cm) 14,9 (2,1) 14,0 (1,4) 0,53ͳ 13,2-17,9 13,2-16,5 15,1 (2,2) 14,7 (2,0) 0,48 ͳ 13,2-17,9 13,2-17,7
Volumes
VCO (cm3) 32,6 (10,0)+ 33,7 (11,5) 0,78* 18,7-45,6 21,7-52,3 44,4 (10,9) 36,4 (9,5) 0,15* 30,5-58,6 24,3-50,1
VCF (cm3) 13,9 (9,0) 10,8 (8,4) 0,31 ͳ 4,6-27,3 2,8-25,5 11,5 (6,8) 12,1 (10,4) 0,81 ͳ 3,1-19,6 3,2-28,2
VTV (cm3) 46,5 (15,4) 44,7 (16,4) 0,72 ͳ 28,7-73,1 31,1-71,5 55,7 (14,8) 49,1 (16,1) 0,42 ͳ 40,5-76,8 32,6-70,5
Áreas
AJO (cm2) 1,3 (0,9) 0,9 (1,1)+ 0,01 ͳ 0,6-3,1 0,5-2,5 1,7 (1,2) 0,8 (0,2) 0,08 ͳ 0,7-3,6 0,7-1,2
AG (cm2) 1,1 (0,6) 0,8 (0,7) 0,14 ͳ 0,4-2,2 0,4-2,0 1,5 (0,9) 0,7 (0,3) 0,07 ͳ 0,5-2,8 0,2-1,0
Parâmetros
Acústicos Vocais		 média (desvio-padrão) p P5-P95% média (desvio-padrão) p P5-P95%
GH DP GH DP GH DP GH DP
f0 (Hz) 172,1 (39,3) 159,0 (47,5) 0,46* 117,4-232,9 101,0-231,7 140,2 (30,3) 136,1 (35,6) 0,81* 114,5-186,9 98,2-185,4
Jitter (%) 0,4 (0,7) 0,8 (1,2) 0,11 ͳ 0,1-2,0 0,1-3,2 0,3 (0,2) 0,6 (1,0) 0,002 ͳ 0,1-0,8 0,1-2,3
Shimmer (%) 6,7 (5,1) 9,3 (6,4) 0,21 ͳ 2,2-16,0 3,6-20,0 5,9 (3,4) 7,2 (5,6) 0,81 ͳ 2,2-11,0 3,2-16,3
GNE 0,8 (0,1) 0,6 (0,2) 0,05 ͳ 0,5-1,0 0,3-1,0 0,7 (0,2) 0,7 (0,1) 0,60 ͳ 0,5-1,0 0,6-1,0
Ruído 1,0 (0,6) 1,5 (0,9) 0,06 ͳ 0,4-2,3 0,4-3,3 1,3 (0,8) 0,8 (0,7) 0,28 ͳ 0,4-2,5 0,2-2,0
MED_INT (dB) 39,7 (6,3) 38,3 (4,0) 0,52* 31,3-49,9 32,8-43,5 40,5 (4,3) 38,8 (4,7) 0,49* 34,9-46,0 33,5-45,3
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*

Teste T independente

ͳ

Teste de Mann-Whitney

+

Diferença entre as idades p<0,05

Legenda: GH = Grupo Hígido; DP = Grupo com Doença de Parkinson; CCO = Comprimento da Cavidade Oral; CCF = Comprimento da Cavidade Faríngea; CTV = Comprimento do Trato Vocal; VCO = Volume da Cavidade Oral; VCF = Volume da Cavidade Faríngea; VTV = Volume do Trato Vocal; AJO = Área da Junção Orofaríngea; AG = Área Glótica; f0 = Frequência Fundamental; GNE = Glottal to Noise Excitation Ratio (Proporção da Excitação Glótica Sobre o Ruído); MED INT = Intensidade Média; cm = Centímetros; Hz = Hertz; dB = Decibels

Quanto às medidas da geometria orofaríngea, as variáveis relacionadas às áreas glótica (AG) e da junção orofaríngea (AJO) foram menores no grupo DP, comparativamente ao grupo de indivíduos hígidos (GH). Com relação aos parâmetros acústicos vocais, não foram observadas diferenças entre os grupos (Tabela 2).

Quando estratificados por sexo, os valores das áreas foram menores no grupo DP comparativamente ao GH, em ambos os sexos, exceto na área da glote (AG) no sexo feminino. Ademais, o grupo DP masculino apresentou valores do comprimento da cavidade oral (CCO) e dos volumes (VCO, VCF e VTV), maiores que o grupo DP feminino. Com relação aos parâmetros acústicos vocais, o valor de f0 foi menor no grupo DP, comparativamente ao GH, no sexo masculino e o valor da f0 foi menor no sexo masculino que no sexo feminino, em ambos os grupos, como esperado (Tabela 3).

Ao se estratificar os grupos por faixa etária, observou-se diferença entre os idosos do GH e DP em relação à área da junção orofaríngea (AJO) que foi menor na população idosa com DP. Ao comparar o grupo DP idoso e o não-idoso observou-se maior AJO nos idosos com DP. Com relação aos parâmetros acústicos vocais, apenas o jitter foi maior no grupo DP não idoso (Tabela 4). Além disso, o grupo hígido com mais de 60 anos apresentou menor VCO do que o grupo hígido dos não idosos.

Quanto à análise de correlação das medidas orofaríngeas, os resultados encontrados foram: o comprimento da cavidade oral (CCO) apresentou correlação moderada direta com o volume da cavidade oral (VCO) representando 45% da variabilidade do volume (p<0,0001; r=0,67; r2=0,45). Do mesmo modo, o comprimento da cavidade faríngea (CCF) e o comprimento do trato vocal (CTV) apresentaram correlação moderada direta com o volume da cavidade faríngea (P<0,0001; r=0,69; r2=0,47) e volume do trato vocal (P<0,0008; r=0,51; r2=0,25), representando 47% e 25% da variabilidade, respectivamente. A correlação do CCO, CCF e CTV com as demais medidas faringométricas e com os parâmetros acústicos não apresentou significância estatística e valor de rho pequeno ou baixo.

DISCUSSÃO

Quanto às medidas de AG menores na população com Parkinson (Tabelas 2 e 3), destaca-se que essa área, medida por faringometria acústica, não corresponde à mesma medida aferida por exames de imagem, como a tomografia computadorizada ou ressonância magnética, por exemplo(11-16,24,25). É importante ter em vista que a AG, mensurada na FA, corresponde à área de secção transversal no nível da glote, enquanto que as medidas de área da glote, nos exames de imagem, correspondem ao espaço entre uma prega vocal e outra(9-16,24,25).

Desse modo, pode-se justificar os resultados encontrados no presente estudo, inferindo-se que a possível menor distância interaritenoidea nos sujeitos com DP, comparativamente ao grupo controle(24) tenha corroborado esse resultado. Considerando-se que a AG, aferida pela FA, corresponde à medida de área de secção transversal no nível da glote durante a respiração(9,10,14,15) (pregas vocais em abdução) tal medida sofre interferência da configuração glótica, em repouso. Portanto, tendo-se em conta que a menor distância entre as aritenoides, nos sujeitos com DP(24) diminua essa área seccional, justifica-se o menor valor de AG no grupo com DP, comparativamente ao grupo hígido.

Vale ressaltar que, em estudo com participantes em estágios mais avançados da DP foram observadas maiores medidas de AG, comparativamente aos controles, sendo essa medida apontada como um marcador de progressão da doença(25). Desse modo, duas considerações podem ser feitas: 1) o estudo citado foi realizado por meio de tomografia computadorizada (TC)(25) diferentemente do presente estudo; 2) o estágio da doença, no grupo DP do presente estudo corrobora tais resultados (Tabela 1), visto que poderia se esperar maior área seccional na região glótica em indivíduos em estágios mais avançados da doença e, no presente estudo, os sujeitos apresentavam-se nos estágios 1 e 2 da escala de HY.

Portanto, quanto ao método utilizado, há que se considerar que, no estudo com TC, a área glótica calculada corresponde ao espaço entre as pregas vocais, nos momentos de adução e abdução(24,25). Porém, na FA, a AG sofre influência não somente da distância entre as pregas vocais, no momento de abdução glótica, mas de toda a área seccional dessa região.

Com respeito às medidas de AJO, também menores nos sujeitos com DP, infere-se que o posicionamento do véu palatino mais rebaixado, na população com DP, justifique tais resultados(26). Ao se estratificar por sexo, observa-se que tais medidas são menores, no grupo DP, tanto no sexo masculino quanto no feminino, e que apenas a AJO foi menor no sexo feminino com DP. Desse modo, há que se considerar que, no grupo estudado, a interferência do quadro de disartrofonia hipocinética tenha sido mais impactante no sexo masculino.

Em estudos futuros, recomenda-se comparar os dados do exame laríngeo aos da FA, para se verificar o posicionamento das pregas vocais em repouso e durante a fonação, nessa população, comparando-o às medidas da AG. Ademais, sugere-se comparar os resultados da AJO a valores de nasalância, por meio de medidas instrumentais e de nasalidade, por meio da análise perceptivo-auditiva, nesses grupos.

Em relação aos menores valores de f0, na população masculina com DP comparado ao grupo hígido do mesmo sexo (Tabela 3), esse achado pode estar associado ao fato de que os indivíduos com DP apresentam uma rigidez característica da doença (4). Considerando-se que essa rigidez possa impactar a função dos músculos tensores das pregas vocais, isso acarretaria menor possibilidade de flexibilidade tonal na produção da voz.

Somado a isso, há que se considerar que a disartrofonia hipocinética causada pela DP(24,27) poderia afetar não apenas a contração do músculo cricotireóideo, diminuindo assim, o estiramento das pregas vocais, como pode afetar, também, a musculatura extrínseca da laringe. Portanto, pode-se inferir que, na emissão sustentada, quando geralmente indivíduos hígidos tendem a aumentar o pitch vocal, elevando a laringe, nos pacientes com DP a laringe pode manter-se em posição mais baixa, pela hipocinesia dos músculos supra-hioideos, responsáveis pela elevação laríngea.

No entanto, a diferença na f0 entre os sujeitos masculinos e femininos, nos dois grupos (GH e DP) era esperada, pois os homens apresentam frequências fundamentais mais baixas que as mulheres(28). Ademais, os valores maiores de CCO, VCO, VCF e VTV no grupo DP masculino comparativamente aos do grupo DP feminino, também eram esperados, visto que o TV masculino tende a ter dimensões maiores que o TV feminino(14,29). Curiosamente, no GH tal diferença não foi encontrada, inferindo-se que o tamanho da amostra pode ter influenciado tal resultado, ou ainda, o fato de não se ter controlado o fator racial dos indivíduos participantes, sabendo-se que a etnia pode influenciar as medidas geométricas orofaríngeas(29).

Com relação aos resultados a partir da estratificação pela idade, a AJO menor no grupo DP comparativamente ao GH, na população com mais de 60 anos, pode-se atribuir a esses resultados o possível hipofuncionamento do véu palatino, atribuído tanto à doença de Parkinson, quanto ao envelhecimento, ainda que as repercussões ressonantais não estivessem evidentes nessa amostra(26).

No que se refere ao menor valor no VCO no GH com mais de 60 anos de idade, comparativamente aos não idosos, esses achados podem ser explicados pela perda de elementos dentários e consequente tendência à maior absorção óssea, caracterizada pelo envelhecimento, diminuindo, assim, o volume da cavidade oral nesse grupo(30).

Pela ótica da faixa etária, os valores maiores do jitter no grupo DP comparado ao GH na faixa etária abaixo dos 60 anos, pode-se explicar tal resultado pela própria característica da doença, tendo em vista que esse parâmetro pode estar alterado na população com disfonias neurológicas por apresentarem uma ausência de controle nos ciclos glóticos de vibração das pregas vocais, ou seja, maior perturbação nos ciclos vibratórios e maior instabilidade vocal(28). A despeito da média dos valores estar dentro dos limites de normalidade, chama-se a atenção para essa diferença entre os grupos e sugere-se que em estudos futuros esses resultados sejam comparados com os estágios da doença.

Quanto às correlações encontradas, justifica-se a associação entre o aumento do comprimento da cavidade oral (CCO) e o volume da cavidade oral (VCO) pela influência do espaço delimitado pela distância dos incisivos centrais até o véu do palato, no cálculo do volume dessa cavidade. Do mesmo modo, o comprimento da cavidade faríngea (CCF) e o comprimento do trato vocal (CTV), influenciam no cálculo das medidas dos volumes da cavidade faríngea e do trato vocal(9,14,15).

Destarte, pode-se considerar que o presente estudo pôde contribuir na identificação dos segmentos do TV que apresentam diferenças entre pessoas hígidas e pessoas com DP, ainda em estágios iniciais da doença. Tal identificação pode explicar possíveis deteriorações da voz no desenvolvimento da doença e pode ser útil no tratamento vocal precoce da DP.

Ademais, esta pesquisa reforçou o pressuposto de que a FA permite o aprimoramento da avaliação do TV, cujas medidas podem ser comparadas aos respectivos resultados vocais. Sugere-se, portanto, estudos que avaliem o efeito das técnicas vocais na geometria orofaríngea, comparando-a com a análise da voz. Também foi possível observar que a FA é um método rápido e não invasivo que pode ser aplicada em idosos e sujeitos com alterações neurológicas como a DP. Com base no conhecimento gerado nesta pesquisa, sugere-se a investigação de possíveis associações entre as dimensões do trato vocal e medidas acústicas da voz relativas aos formantes(7), em estudos posteriores.

Como limitações deste estudo, destaca-se o número de participantes que, ao se estratificar por sexo e idade, diminui-se a representatividade; desse modo, sugere-se a continuidade deste estudo, com o aumento da amostra. Ademais, pode-se considerar a implementação das avaliações perceptivo-auditivas da voz e questionários de autoavaliação vocal que contribuiriam com a análise multidimensional da voz. No entanto, enfatiza-se o ineditismo deste estudo com medidas geométricas do trato vocal, em pacientes com Parkinson, usando-se a faringometria acústica, em revista nacional na área da Fonoaudiologia.

CONCLUSÃO

Indivíduos com DP apresentaram menor área glótica e da junção orofaríngea, comparativamente a indivíduos hígidos. Quando distribuídos por faixa etária e sexo, a frequência fundamental foi menor no grupo com doença de Parkinson, na população masculina e os valores de jitter foram maiores no grupo não idoso dos sujeitos com doença de Parkinson. Houve correlação positiva moderada entre as medidas de comprimento e volume da cavidade oral e entre as medidas de comprimento da cavidade faríngea e do trato vocal e os volumes da cavidade faríngea e do trato vocal, na amostra estudada.

Funding Statement

Financial support: this paper was carried out with financial support by the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001.

Footnotes

Trabalho realizado na Universidade Federal de Pernambuco - UFPE - Recife (PE), Brasil.

Fonte de financiamento: o presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - código de financiamento 001.

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