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. 2024 Apr 16;36:e20240284en. doi: 10.62675/2965-2774.20240284-en
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A comprehensive physical functional assessment of survivors of critical care unit stay due to COVID-19

Marcia Souza Volpe 1,, Ana Carolina Cardoso dos Santos 2, Sílvia Gaspar 3, Jade Lara de Melo 2, Gabriela Harada 3, Patrícia Rocha Alves Ferreira 3, Karina Ramiceli Soares da Silva 1, Natália Tiemi Simokomaki Souza 4, Carlos Toufen Junior 2, Luciana Dias Chiavegato 4, Marcelo Britto Passos Amato 2, Maria Ignez Zanetti Feltrim 3, Carlos Roberto Ribeiro de Carvalho 2
PMCID: PMC11098067  PMID: 38716961

ABSTRACT

Objective:

To examine the physical function and respiratory muscle strength of patients - who recovered from critical COVID-19 – after intensive care unit discharge to the ward on Days one (D1) and seven (D7), and to investigate variables associated with functional impairment.

Methods:

This was a prospective cohort study of adult patients with COVID-19 who needed invasive mechanical ventilation, non-invasive ventilation or high-flow nasal cannula and were discharged from the intensive care unit to the ward. Participants were submitted to Medical Research Council sum-score, handgrip strength, maximal inspiratory pressure, maximal expiratory pressure, and short physical performance battery tests. Participants were grouped into two groups according to their need for invasive ventilation: the Invasive Mechanical Ventilation Group (IMV Group) and the Non-Invasive Mechanical Ventilation Group (Non-IMV Group).

Results:

Patients in the IMV Group (n = 31) were younger and had higher Sequential Organ Failure Assessment scores than those in the Non-IMV Group (n = 33). The short physical performance battery scores (range 0 - 12) on D1 and D7 were 6.1 ± 4.3 and 7.3 ± 3.8, respectively for the Non-Invasive Mechanical Ventilation Group, and 1.3 ± 2.5 and 2.6 ± 3.7, respectively for the IMV Group. The prevalence of intensive care unit-acquired weakness on D7 was 13% for the Non-IMV Group and 72% for the IMV Group. The maximal inspiratory pressure, maximal expiratory pressure, and handgrip strength increased on D7 in both groups, but the maximal expiratory pressure and handgrip strength were still weak. Only maximal inspiratory pressure was recovered (i.e., > 80% of the predicted value) in the Non-IMV Group. Female sex, and the need and duration of invasive mechanical were independently and negatively associated with the short physical performance battery score and handgrip strength.

Conclusion:

Patients who recovered from critical COVID-19 and who received invasive mechanical ventilation presented greater disability than those who were not invasively ventilated. However, they both showed marginal functional improvement during early recovery, regardless of the need for invasive mechanical ventilation. This might highlight the severity of disability caused by SARS-CoV-2.

Keywords: COVID-19, Coronavirus infections, Critical care, Recovery of function, Respiratory function tests

INTRODUCTION

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) with acute respiratory failure has been associated with prolonged intensive care unit (ICU) stays and sustained functional impairment.(1) However, the functional impairment of patients surviving severe and critical forms of COVID-19 is still poorly reported, with most data coming from the first wave of the pandemic and involving older patients.(25) Moreover, most studies were retrospective, and there are limited studies on respiratory muscle strength in this population.(6,7)

Although critical and moderate cases of COVID-19 have practically ceased, it has been suggested that functional impairment among survivors in the ICU due to COVID-19 may not substantially differ from that among survivors recovering from critical illness caused by other factors.(8) Consequently, understanding the respiratory and physical functioning of patients in the initial phases of recovery from severe COVID-19 could guide the development of interventions and therapies to support rehabilitation not only for patients recovering from COVID-19 but also for those recovering from critical illnesses unrelated to COVID-19.

The primary aim of this study was to examine the physical function and respiratory muscle strength of patients who recovered from critical COVID-19 after ICU discharge to the ward on days one and seven. The secondary aim was to investigate variables associated with physical impairment.

METHODS

We conducted a prospective cohort study in two Brazilian hospitals, Instituto do Coração of the Hospital das Clínicas of the Faculdade de Medicina of the Universidade de São Paulo (USP) and Hospital São Paulo, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Brazil. This study was approved by the Ethics Committees at both hospitals (Hospital das Clínicas of the Faculdade de Medicina of the USP: n° 4.711.382 and UNIFESP: n° 4.870.812). Informed consent was obtained from all patients.

No sample size calculation was performed due to the exploratory nature of the study, and a convenience sample was used. The inclusion criteria were patients admitted to the ICU due to laboratory-confirmed COVID-19 infection, age ≥ 18 years, need for invasive mechanical ventilation (IMV), non-invasive ventilation (NIV) or high-flow nasal cannula, and ICU discharge to the ward. The exclusion criteria were a history of amputation of the hand of the dominant upper limb, previous and permanent cognitive disorders or neuromusculoskeletal deficits, inability to consent to participate in the study and/or inability to complete the proposed physical evaluations. Enrollment occurred between July 2021 and February 2022.

The study participants underwent the following assessments on the first day (D1) in the ward after ICU discharge and on the seventh day (D7), or earlier if the patient would be discharged from the hospital: short physical performance battery (SPPB), Medical Research Council sum-score (MRC-SS), ICU mobility scale, handgrip strength, maximal inspiratory pressure (MIP), and maximal expiratory pressure (MEP).

The SPPB combines three functional tests—standing balance, 3-meter gait speed, and 5-repetition sit-to-stand. SPPB scores from 0 - 3 indicate severe impairment, 4 - 6 indicate low function, 7 - 9 indicate intermediate function, and 10 - 12 indicate normal function.(9) The MRC-SS ranges from 0 (total paralysis) to 60 (normal strength) and was used to evaluate global muscle strength according to a standardized protocol.(10) The ICU mobility scale is an 11-point scale used to measure the highest level of functional mobility of patients, where 0 means no mobility and 10 means walking independently without a gait aid.(11) Handgrip strength from the dominant hand was assessed according to a standardized protocol(12) and was reported as a percentage of reference values.(13) The MIP and MEP were evaluated according to the American Thoracic Society (ATS) guidelines(14) and are reported as percentages of the predicted values.(15)

Participants were grouped according to the need for IMV into an IMV Group and a Non-IMV Group. Categorical variables are reported as counts and percentages. Continuous variables are reported as the mean and standard deviation or medians and interquartile ranges, according to the distribution. Categorical variables were compared using the chi-square test or Fisher's exact test, as appropriate. Continuous variables were compared using t tests, Wilcoxon-Mann–Whitney tests, or analysis of variance for repeated measures, as recommended. The analysis of variance model was built with one within factor (time: D1 versus D7) and one between factor (Groups IMV versus Non-IMV). Significant variables (p ≤ 0.05) were included in multiple regression analysis models to investigate predictors of physical function according to SPPB and handgrip strength. Missing data were not imputed. A 2-sided p value < 0.05 was considered to indicate statistical significance.

RESULTS

Sixty-four patients were included in the study, 33 of whom required IMV. On D7, 11 patients (7 from the Non-IMV Group and 4 from the IMV Group) were not evaluated because of unscheduled hospital discharge. Table 1 presents the demographics and clinical characteristics of the participants in both groups. Patients in the IMV Group were younger, had higher SOFA scores, and had less hypertension than patients who did not require IMV.

Table 1. Demographics and clinical characteristics of participants in the Invasive Mechanical Ventilation and Non-Invasive Mechanical Ventilation Groups.

Non IMV
(n = 31)
IMV
(n = 33)
p value
Age (years) 61.4 ± 14.3 51.3 ± 15.5 0.009*
Weight (kg) 80.3 ± 18.3 83.1 ± 22.4
BMI (kg/m2) 28.8 ± 5.0 28.9 ± 6.7
Male (sex) n (%) 19 (61.3) 21 (63.6)
Comorbid conditions
Hypertension 16 (51.6) 7 (21.2) 0.018
Obesity 7 (22.6) 12 (36.4)
Cardiovascular disease 8 (25.8) 4 (12.1)
Dyslipidemia 10 (32.3) 8 (24.2)
Cigar history 10 (32.3) 7 (21.2)
Kidney disease 5 (16.1) 10 (30.3)
COPD 3 (9.7) 2 (6.1)
Number of comorbid conditions
0 2 (6.5) 6 (18.2)
1 12 (38.7) 13 (39.4)
2 6 (19.4) 8 (24.2)
3 8 (25.8) 3 (9.1)
≥ 4 3 (9.7) 3 (9.1)
Need of Hemodialysis 2 (6.5) 12 (36.4) 0.006
SOFA, Day 1 at ICU 2 [2 - 4] 7 [3 - 10.5] < 0.001
SOFA, Day 5 at ICU 2 [2 - 5] 7 [3 - 11] < 0.001
Corticosteroids use§ (days) 13 [9 - 18] 25 [16 - 30.0] < 0.001
ICU stay (days) 11 [8 - 16] 29 [16 -47.5] < 0.001

IMV - invasive mechanical ventilation; BMI - body mass index; COPD - chronic obstructive pulmonary disease; SOFA - Sequential Organ Failure Assessment; ICU - intensive care unit.

*

t test;

Fisher exact test or chi-square test;

Mann-Whitney U test;

§

Corticosteroid use evaluation was limited to 30 days of hospital stay. Results expressed as mean ± standar deviation, n (%) or median [interquartile range]

In the Non-IMV Group, the majority (54.8%) of patients used high-flow nasal cannula (HFNC), followed by HFNC interspaced with NIV (35.5%), and a minority (9.7%) used only NIV. The median duration of HFNC therapy was 6 [4 - 8] days, while NIV lasted for 3 [1 - 8] days. In the IMV Group, 72.7% of patients required an average of 2.0 (1.0) prone positioning sessions. The median duration of neuromuscular blockers use during controlled IMV was 3.0 [1 - 7] days, and it was 0.5 [0 - 3] days during assisted IMV. Tracheostomy was performed in 42.4% of patients, and the duration of IMV was 15 [9 - 38] days.

Table 2 presents the results of the physical assessments of the patients in both groups on Days 1 and 7 in the ward after ICU discharge. There was a slight improvement in the SPPB score over time in both groups (p ≤ 0.001, factor time), but the SPPB score was still poor, especially in the IMV Group (p ≤ 0.001, factor group). Figure 1 presents a diagram with the subscores for the three functional tests—standing balance, gait speed, and sit-and-stand—that compose the SPPB summary score. Clearly, the lowest scores for both groups were from the sit-and-stand test.

Table 2. Results of physical functioning assessments at Days 1 and 7 in the Invasive Mechanical Ventilation Group and Non Invasive Mechanical Ventilation Group.

Non IMV
(n = 24)
IMV
(n = 29)
p value* p value
Day 1 Day 7 Day 1 Day 7
SPPB (pts) 6.1 ± 4.3 7.3 ± 3.8 1.3 ± 2.5 2.6 ± 3.7 ≤ 0.001 ≤ 0.001
MRC-SS (pts) 54.7 ± 7.3 55.8 ± 6.4 42.6 ± 11.0 43.7 ± 10.6 ≤ 0.001 0.209
ICU mobility (pts) 8.0 ± 2.3 9.2 ± 1.9 4.6 ± 2.3 6.1 ± 2.9 ≤ 0.001 ≤ 0.001
HGS, % of predicted 53.0 ± 20.5 54.0 ± 21.2 24.1 ± 17.1 30.0 ± 16.8 ≤ 0.001 0.005
MIP, % of predicted 85.9 ± 39.5 99.1 ± 37.1 55.3 ± 31.1 64.5 ± 33.4 0.002 0.007
MEP, % of predicted 56.4 ± 28.7 66.3 ± 24.6 36.7 ± 20.2 42.9 ± 20.2 0.001 0.028

IMV - invasive mechanical ventilation; SPPB - short physical performance battery; MRC-SS - Medical Research Council sum score; ICU - intensive care unit; HGS - handgrip strength; MIP - maximal inspiratory pressure; MEP - maximal expiratory pressure.

*

Analysis of variance for repeated measures, between factor (Groups Invasive Mechanical Ventilation versus Non-Invasive Mechanical Ventilation).

Analysis of variance for repeated measures, within factor (time, Day 1 versus Day 7). Results expressed as mean ± standard deviation, when not otherwise indicated.

Figure 1. Short physical performance battery diagram showing the subscores for three tests—standing balance, gait speed, and sit-and-stand—of both groups on Days 1 and 7.

Figure 1

Each test score varies from 0 to 4, and the short physical performance battery summary score varies from 0 to 12. Scores between 0 and 3 denote severe physical function impairment, scores between 4 and 6 indicate low function, scores between 7 and 9 indicate intermediate function, and scores between 10 and 12 indicate normal function. The Invasive Mechanical Ventilation Group scores are presented in gray, and the Non-Invasive Mechanical Ventilation Group scores are presented in blue. The Day 1 scores are shown as continuous lines, and the Day 7 scores are shown as dashed lines. The data are presented as the mean ± standard deviation.

IMV - invasive mechanical ventilation; SPPB - short physical performance battery; D1 - Day 1; D7 - Day 7.

Neither group presented a significant increase in MRC-SS scores over time (p = 0.209). The incidence of intensive care unit-acquired weakness (MRC-SS < 48) was 13% on D7 for the Non-IMV Group, while in the IMV Group, it was 72%.

The ICU mobility scale score increased in both groups (p ≤ 0.001, factor time). In the Non-IMV Group, the mean score ranged from "walking with assistance of 1 person" to "walking independently with a gait aid", and in the IMV Group, the mean score ranged from "transferring from bed to chair" to "marching on spot at bedside" (Table 2).

Interestingly, the MIP was less affected, while the MEP and handgrip strength were well below 80% of the predictive values, especially in the IMV Group (Table 2). MIP, MEP, and handgrip strength significantly increased from D1 to D7 in both groups (p = 0.005, p = 0.007, and p = 0.028, respectively).

According to multiple linear regression, the need for IMV, female sex, and duration of IMV were independently and negatively associated with the SPPB score (R2 = 0.45) and handgrip strength (R2 = 0.59) at ICU discharge (Table 3). The SPPB score and handgrip strength were strongly correlated (r = 0.77; p ≤ 0.001).

Table 3. Multivariate analysis of variables associated with short physical performance battery and handgrip strength as the dependent variables.

SPPB Handgrip strength
Beta p value R2 Beta p value R2
IMV need (yes/no) -0.43 0.001 0.45 -0.47 ≤ 0.001 0.59
Duration IMV (days) -0.26 0.032 -0.29 0.006
Female sex (yes/no) -0.31 0.002 -0.41 ≤ 0.001
SOFA score on Day 5 0.38 0.06
Corticosteroids use (days) 0.21 0.09
Hemodialysis need (yes/no) 0.63 0.71
Neuromuscular blockers use (yes/no) 0.93 0.48

SPPB - short physical performance battery; IMV - invasive mechanical ventilation; SOFA - Sequential Organ Failure Assessment.

The median hospital stays were 17 [15 - 25] days and 42 [30 - 73] days for the IMV and Non-IMV Groups, respectively (p < 0.001).

DISCUSSION

The main findings of this study were that physical function disability was highly prevalent in patients who recovered from critical COVID-19 pneumonia and it persisted for more than 7 days even in patients who did not receive IMV. Both groups improved slightly at D7, but the Non-IMV Group had moderate functional limitations, while the IMV Group still exhibited severe functional limitations based on the SPPB scores. The very poor physical function of both groups was also confirmed by their handgrip strength, which was extremely reduced, especially in the IMV Group. In agreement with these results, the prevalence of ICU-acquired weakness was 13% and 72% at D7 in the Non-IMV and IMV Groups, respectively.

In accordance with our results, the studies by Belli et al.(2) and Paneroni et al.(3) also revealed that patients who recovered from severe COVID-19 pneumonia had impaired physical function at ICU discharge, with a slight improvement at discharge. However, their study predated the release of the COVID-19 vaccine, which may explain why their patients were older and why fewer patients under IMV survived and couldn't be studied.

Although physical impairment in these patients might be multifactorial, SARS-CoV-2 infection can elicit distinctive inflammatory responses within skeletal muscles, potentially contributing to the observed muscle dysfunction.(16) This dysfunction appears to be more severe and disproportionate than other recognized contributing factors, such as hypoxia.(17,18) Skeletal muscle cells express angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), which binds to SARS-CoV-2 and likely makes skeletal muscles vulnerable to direct virus invasion, leading to muscle damage and reduced limb muscle mass.(18) This might explain why our patients who were not invasively ventilated and had a mean age of 61 years still presented considerable physical functional disorders.

We also found that female sex, along with the need for and time spent under IMV, was independently associated with worse physical function performance. A greater prevalence of frailty in females than in males has been reported in the ICU,(19) and female sex has been found to be significantly associated with ICU-acquired weakness.(20,21) Possible explanations for this greater vulnerability are that women have less muscle mass but also that women have greater expression of ACE2 in skeletal muscle.(17) Notably after accounting for the duration of IMV, the use of paralytic agents did not seem to contribute to further muscle disability (Table 3).

Interestingly, the MIP was better preserved than the MEP and handgrip strength in both groups, suggesting that the diaphragm might be more resistant to muscle inflammation damage. Sarcopenia is less common in muscles with a greater proportion of fatigue-resistant fibers.(22) Given that the diaphragm primarily consists of fatigue-resistant fibers (55% type 1, 25% type 2A), discrepancies in muscle fiber-type composition may also contribute to this difference.(23)

It is important to acknowledge that due to the study design, we cannot assert that our patients with COVID-19 exhibited worse physical function than those with critical illnesses from other causes. A study by Hodgson et al. revealed no significant differences in the incidence or severity of new disability at 6 months after ICU admission between patients requiring IMV for acute respiratory distress syndrome caused by COVID-19 and those caused by reasons other than COVID-19.(8) In another two studies, there were no differences in predicted distances during the six-minute walking distance test(24) or in self-reported physical symptoms(25) between COVID-19 ICU survivors and those unrelated to COVID-19.

There are several limitations to this study. First, critical information such as preadmission physical function and vaccination status was not documented. Second, the sample size was limited, and there were some patients that were lost to follow-up (17%). Third, we could not definitively exclude other potential factors contributing to disability following critical illness in the ICU, including preexisting disability, hyperglycemia, acute illness severity, and sepsis.(20,26) Consequently, factors beyond SARS-CoV-2 infection may have influenced the magnitude and marginal recovery of physical function observed in our patients. However, our study strength lies in re-evaluating patients post-ICU discharge within the same timeframe, differing from prior research. This timing is crucial due to pandemic-related factors such as health insurance and COVID-19 concerns potentially influencing discharge decisions, introducing bias in post severe COVID-19 functional recovery assessments.

CONCLUSION

Patients who recovered from critical COVID-19 and who received invasive mechanical ventilation presented greater disabilities than those who were not invasively ventilated. The recovery of physical functional disability during the 7-day follow-up in the ward was marginal, and notably, it did not significantly differ between patients requiring invasive mechanical ventilation and those who did not. This outcome may underscore the severity of functional impairment induced by SARS-CoV-2 infection.

The observed respiratory and functional impairments in hospitalized patients after critical COVID-19 indicate that a comprehensive assessment of functional performance of patients in the intensive care unit until discharge is imperative to guide rehabilitation.

Footnotes

Publisher's note

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Avaliação físico-funcional abrangente de sobreviventes de internação em unidade de terapia intensiva devido à COVID-19

Marcia Souza Volpe 1,, Ana Carolina Cardoso dos Santos 2, Sílvia Gaspar 3, Jade Lara de Melo 2, Gabriela Harada 3, Patrícia Rocha Alves Ferreira 3, Karina Ramiceli Soares da Silva 1, Natália Tiemi Simokomaki Souza 4, Carlos Toufen Junior 2, Luciana Dias Chiavegato 4, Marcelo Britto Passos Amato 2, Maria Ignez Zanetti Feltrim 3, Carlos Roberto Ribeiro de Carvalho 2

RESUMO

Objetivo:

Examinar a função física e a força muscular respiratória de pacientes que se recuperaram da COVID-19 grave após a alta da unidade de terapia intensiva para a enfermaria nos Dias 1 e 7 e investigar as variáveis associadas ao comprometimento funcional.

Métodos:

Trata-se de estudo de coorte prospectivo de pacientes adultos com COVID-19 que necessitaram de ventilação mecânica invasiva, ventilação mecânica não invasiva ou cânula nasal de alto fluxo e tiveram alta da unidade de terapia intensiva para a enfermaria. Os participantes foram submetidos aos testes Medical Research Council sum-score, força de preensão manual, pressão inspiratória máxima, pressão expiratória máxima e short physical performance battery. Os participantes foram agrupados em dois grupos conforme a necessidade de ventilação mecânica invasiva: o Grupo Ventilação Mecânica Invasiva (Grupo VMI) e o Grupo Não Ventilação Mecânica Invasiva (Grupo Não VMI).

Resultados:

Os pacientes do Grupo VMI (n = 31) eram mais jovens e tinham pontuações do Sequential Organ Failure Assessment mais altas do que os do Grupo VMI (n = 33). As pontuações do short physical performance battery (intervalo de zero a 12) nos Dias 1 e 7 foram 6,1 ± 4,3 e 7,3 ± 3,8, respectivamente para o Grupo Não VMI, e 1,3 ± 2,5 e 2,6 ± 3,7, respectivamente para o Grupo VMI. A prevalência de fraqueza adquirida na unidade de terapia intensiva no Dia 7 foi de 13% para o Grupo Não VMI e de 72% para o Grupo VMI. A pressão inspiratória máxima, a pressão expiratória máxima e a força de preensão manual aumentaram no Dia 7 em ambos os grupos, porém a pressão expiratória máxima e a força de preensão manual ainda eram fracas. Apenas a pressão inspiratória máxima foi recuperada (ou seja, > 80% do valor previsto) no Grupo Não VMI. As variáveis sexo feminino, e necessidade e duração da ventilação mecânica invasiva foram associadas de forma independente e negativa à pontuação do short physical performance battery e à força de preensão manual.

Conclusão:

Os pacientes que se recuperaram da COVID-19 grave e receberam ventilação mecânica invasiva apresentaram maior incapacidade do que aqueles que não foram ventilados invasivamente. No entanto, os dois grupos de pacientes apresentaram melhora funcional marginal durante a fase inicial de recuperação, independentemente da necessidade de ventilação mecânica invasiva. Esse resultado pode evidenciar a gravidade da incapacidade causada pelo SARS-CoV-2.

Descritores: COVID-19, Infecções por coronavírus, Cuidados críticos, Recuperação de função fisiológica, Testes de função respiratória

INTRODUÇÃO

A doença causada pelo coronavírus 2019 (COVID-19) com insuficiência respiratória aguda tem sido associada a internações prolongadas em unidades de terapia intensiva (UTI) e comprometimento funcional prolongado e persistente.(1) No entanto, o comprometimento funcional de pacientes que sobrevivem a formas graves e críticas da COVID-19 é ainda pouco relatado, e a maioria dos dados provém da primeira onda da pandemia e inclui pacientes mais velhos.(25) Além disso, grande parte dos estudos era retrospectiva, e há estudos limitados sobre a força muscular respiratória nessa população.(6,7)

Embora os casos críticos e moderados da COVID-19 tenham praticamente cessado, tem-se sugerido que o comprometimento funcional entre os sobreviventes da COVID-19 nas UTIs pode não diferir substancialmente daquele entre os sobreviventes que se recuperam de doenças críticas causadas por outros fatores.(8) Consequentemente, a compreensão da função respiratória e física de pacientes nas fases iniciais de recuperação da COVID-19 grave poderia orientar o desenvolvimento de intervenções e terapias para apoiar a reabilitação não apenas de pacientes que se recuperam da COVID-19, mas também daqueles que se recuperam de doenças críticas não relacionadas à COVID-19.

O objetivo principal deste estudo foi examinar a função física e a força muscular respiratória de pacientes que se recuperaram da COVID-19 grave após a alta da UTI para a enfermaria nos Dias 1 e 7. O objetivo secundário foi investigar as variáveis associadas ao comprometimento físico.

MÉTODOS

Realizamos um estudo de coorte prospectivo em dois hospitais brasileiros, o Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP) e o Hospital São Paulo da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Brasil. Este estudo foi aprovado pelos comitês de ética de ambos os hospitais (Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da USP: n° 4.711.382; e UNIFESP: n° 4.870.812). Obteve-se o consentimento informado de todos os pacientes.

Devido à natureza exploratória do estudo, não foi calculado o tamanho amostral, e utilizou-se uma amostra de conveniência. Os critérios de inclusão foram pacientes internados na UTI devido à infecção por COVID-19 confirmada em laboratório, idade ≥ 18 anos, necessidade de ventilação mecânica invasiva (VMI), ventilação não invasiva (VNI) ou cânula nasal de alto fluxo e alta da UTI para a enfermaria. Os critérios de exclusão foram histórico de amputação da mão do membro superior dominante, distúrbios cognitivos anteriores e permanentes ou deficiências neuromusculoesqueléticas, incapacidade de consentir em participar do estudo e/ou incapacidade de concluir as avaliações físicas propostas. A inclusão ocorreu entre julho de 2021 e fevereiro de 2022.

Os participantes do estudo foram submetidos às seguintes avaliações no primeiro dia (D1) na enfermaria após a alta da UTI e no sétimo dia (D7) - ou antes, se o paciente recebesse alta hospitalar: short physical performance battery (SPPB), Medical Research Council sum-score (MRC-SS), escala de mobilidade da UTI, força de preensão manual, pressão inspiratória máxima (PImáx) e pressão expiratória máxima (PEmáx).

O SPPB combina três testes funcionais: equilíbrio em pé, velocidade de marcha de 3m e sentar e levantar com cinco repetições. As pontuações do SPPB de zero a 3 indicam comprometimento grave; de 4 a 6 indicam função baixa; de 7 a 9 indicam função intermediária; e de 10 a 12 indicam função normal.(9) O MRC-SS varia de zero (paralisia total) a 60 (força normal) e foi usado para avaliar a força muscular geral de acordo com um protocolo padronizado.(10) A escala de mobilidade na UTI é uma escala de 11 pontos usada para medir o nível mais alto de mobilidade funcional dos pacientes, em que zero significa nenhuma mobilidade e dez significa caminhar independentemente sem auxílio para a marcha.(11) A força de preensão manual da mão dominante foi avaliada de acordo com um protocolo padronizado(12) e foi relatada como percentual dos valores de referência.(13) Os valores de PImáx e PEmáx foram avaliados segundo as diretrizes da American Thoracic Society (ATS)(14) e são relatados como percentuais dos valores previstos.(15)

Os participantes foram agrupados quanto à necessidade de VMI em: Grupo VMI e Grupo Não VMI. As variáveis categóricas são relatadas como contagens e percentuais. As variáveis contínuas são relatadas como média e desvio-padrão ou medianas e intervalos interquartis, conforme a distribuição. As variáveis categóricas foram comparadas usando o teste do qui-quadrado ou o teste exato de Fisher, conforme o caso. As variáveis contínuas foram comparadas por meio de testes t, testes de Wilcoxon-Mann-Wann ou análise de variância para medidas repetidas, conforme recomendação. O modelo de análise de variância foi construído com um fator intragrupo (tempo: D1 versus D7) e um fator intergrupos (Grupos VMI versus Não VMI). As variáveis significativas (p ≤ 0,05) foram incluídas nos modelos de análise de regressão múltipla para investigar os preditores da função física com base no SPPB e na força de preensão manual. Os dados faltantes não foram imputados. Considerou-se um valor de p bilateral < 0,05 para indicar significância estatística.

RESULTADOS

Foram incluídos 64 pacientes no estudo, 33 dos quais necessitavam de VMI. No D7, 11 pacientes (7 do Grupo Não VMI e 4 do Grupo VMI) não foram avaliados devido à alta hospitalar não programada. A tabela 1 apresenta os dados demográficos e as características clínicas dos participantes de ambos os grupos. Os pacientes do Grupo VMI eram mais jovens, apresentavam pontuações SOFA mais altas e tinham menos hipertensão do que os pacientes que não precisavam de VMI.

Tabela 1. Dados demográficos e características clínicas dos participantes dos Grupos Ventilação Mecânica Invasiva e Não Ventilação Mecânica Invasiva.

Não VMI
(n = 31)
VMI
(n = 33)
Valor de p
Idade (anos) 61,4 ± 14,3 51,3 ± 15,5 0,009*
Peso (kg) 80,3 ± 18,3 83,1 ± 22,4
IMC (kg/m2) 28,8 ± 5,0 28,9 ± 6,7
Masculino (sexo) 19 (61,3) 21 (63,6)
Comorbidades
Hipertensão 16 (51,6) 7 (21,2) 0,018
Obesidade 7 (22,6) 12 (36,4)
Doença cardiovascular 8 (25,8) 4 (12,1)
Dislipidemia 10 (32,3) 8 (24,2)
Histórico de tabagismo 10 (32,3) 7 (21,2)
Doença renal 5 (16,1) 10 (30,3)
DPOC 3 (9,7) 2 (6,1)
Número de comorbidades
0 2 (6,5) 6 (18,2)
1 12 (38,7) 13 (39,4)
2 6 (19,4) 8 (24,2)
3 8 (25,8) 3 (9,1)
≥ 4 3 (9,7) 3 (9,1)
Necessidade de hemodiálise 2 (6,5) 12 (36,4) 0,006
SOFA, dia 1 na UTI 2 [2 - 4] 7 [3 - 10,5] < 0,001
SOFA, dia 5 na UTI 2 [2 - 5] 7 [3 - 11] < 0,001
Uso de corticosteroides§ (dias) 13 [9 - 18] 25 [16 - 30,0] < 0,001
Internação na UTI (dias) 11 [8 - 16] 29 [16 -47,5] < 0,001

VMI - ventilação mecânica invasiva; IMC - índice de massa corporal; DPOC - doença pulmonar obstrutiva crônica; SOFA - Sequential Organ Failure Assessment; UTI - unidade de terapia intensiva.

*

Teste t;

teste exato de Fisher ou teste do qui-quadrado;

teste U de Mann-Whitney;

§

a avaliação do uso de corticosteroides foi limitada a 30 dias de internação hospitalar. Resultados expressos como média ± desvio-padrão, n (%) ou mediana [intervalo interquartil].

No Grupo Não VMI, a maioria (54,8%) dos pacientes usou cateter nasal de alto fluxo (CNAF), seguida por CNAF intercalada com VNI (35,5%) e uma minoria (9,7%) usou apenas VNI. A duração média da terapia com CNAF foi de 6 [4 - 8] dias, enquanto a VNI durou 3 [1 - 8] dias. No Grupo VMI, 72,7% dos pacientes exigiram uma média de 2,0 (1,0) sessões de posicionamento em decúbito ventral. A duração média do uso de bloqueadores neuromusculares durante a VMI controlada foi de 3,0 [1 - 7] dias, e foi de 0,5 [0 - 3] dias durante a VMI assistida. A traqueostomia foi realizada em 42,4% dos pacientes, e a duração da VMI foi de 15 [9 - 38] dias.

A tabela 2 apresenta os resultados das avaliações físicas dos pacientes de ambos os grupos nos dias 1 e 7 na enfermaria após a alta da UTI. Em ambos os grupos, houve leve melhora na pontuação SPPB ao longo do tempo (p ≤ 0,001, fator tempo), mas a pontuação SPPB ainda era ruim, especialmente no Grupo VMI (p ≤ 0,001, fator grupo). A figura 1 apresenta um diagrama com as subpontuações dos três testes funcionais - equilíbrio em pé, velocidade da marcha e sentar e levantar, que compõem a pontuação total do SPPB. Claramente, as pontuações mais baixas para ambos os grupos foram do teste de sentar e levantar.

Tabela 2. Resultados das avaliações de função física nos dias 1 e 7 no Grupo Ventilação Mecânica Invasiva e no Grupo Não Ventilação Mecânica Invasiva.

Não VMI
(n = 24)
VMI
(n = 29)
Valor de p* Valor de p
Dia 1 Dia 7 Dia 1 Dia 7
SPPB (pontos) 6,1 ± 4,3 7,3 ± 3,8 1,3 ± 2,5 2,6 ± 3,7 ≤ 0,001 ≤ 0,001
MRC-SS (pontos) 54,7 ± 7,3 55,8 ± 6,4 42,6 ± 11,0 43,7 ± 10,6 ≤ 0,001 0,209
Mobilidade na UTI (pontos) 8,0 ± 2,3 9,2 ± 1,9 4,6 ± 2,3 6,1 ± 2,9 ≤ 0,001 ≤ 0,001
FPM, % do previsto 53,0 ± 20,5 54,0 ± 21,2 24,1 ± 17,1 30,0 ± 16,8 ≤ 0,001 0,005
PImáx, % do previsto 85,9 ± 39,5 99,1 ± 37,1 55,3 ± 31,1 64,5 ± 33,4 0,002 0,007
PEmáx, % do previsto 56,4 ± 28,7 66,3 ± 24,6 36,7 ± 20,2 42,9 ± 20,2 0,001 0,028

VMI - ventilação mecânica invasiva; SPPB – short physical performance battery; MRC-SS - Medical Research Council sum-score; UTI - unidade de terapia intensiva; FPM - força de preensão manual; PImáx - pressão inspiratória máxima; PEmáx - pressão expiratória máxima.

*

Análise de variância para medidas repetidas, fator intergrupo (Grupos Ventilação Mecânica Invasiva versus Não Ventilação Mecânica Invasiva);

análise de variância para medidas repetidas, fator intragrupo (tempo, dia 1 versus dia 7). Resultados expressos como média ± desvio-padrão.

Figura 1. Diagrama do short physical performance battery mostrando as subpontuações de três testes - equilíbrio em pé, velocidade da marcha e sentar e levantar - de ambos os grupos nos Dias 1 e 7.

Figura 1

A pontuação de cada teste varia de zero a quatro, e a pontuação total da short physical performance battery varia de zero a 12. As pontuações entre zero e 3 denotam comprometimento grave da função física, as pontuações entre 4 e 6 indicam baixa função, as pontuações entre 7 e 9 indicam função intermediária e as pontuações entre 10 e 12 indicam função normal. As pontuações do Grupo Ventilação Mecânica Invasiva são apresentadas em cinza, e as pontuações do Grupo Não Ventilação Mecânica Invasiva são apresentadas em azul. As pontuações no Dia 1 são mostradas como linhas contínuas, e as pontuações no Dia 7 são mostradas como linhas tracejadas. Os dados são apresentados como média ± desvio padrão.

VMI - ventilação mecânica invasiva; SPPB - short physical performance battery; D1 - Dia 1; D7 - Dia 7.

Nenhum dos grupos apresentou aumento significativo nas pontuações MRC-SS ao longo do tempo (p = 0,209). A incidência de fraqueza adquirida na UTI (MRC-SS < 48) foi de 13% no Dia 7 para o Grupo Não VMI, enquanto no Grupo VMI foi de 72%.

A pontuação da escala de mobilidade na UTI aumentou em ambos os grupos (p ≤ 0,001, fator tempo). No Grupo Não VMI, a pontuação média variou de "caminhar com a ajuda de uma pessoa" a "caminhar independentemente com auxílio para a marcha", e no Grupo VMI, a pontuação média variou de "transferir-se da cama para a cadeira" a "marchar localmente ao lado da cama" (Tabela 2).

É interessante notar que a PImáx foi menos afetada, enquanto a PEmáx e a força de preensão manual ficaram bem abaixo de 80% dos valores preditos, especialmente no grupo VMI (Tabela 2). A PImáx, a PEmáx e a força de preensão manual aumentaram significativamente do D1 ao D7 em ambos os grupos (p = 0,005, p = 0,007 e p = 0,028, respectivamente).

De acordo com a regressão linear múltipla, a necessidade de VMI, o sexo feminino e a duração da VMI foram independentemente e negativamente associados à pontuação do SPPB (R2 = 0,45) e à força de preensão manual (R2 = 0,59) na alta da UTI (Tabela 3). A pontuação do SPPB e a força de preensão manual apresentaram forte correlação (r = 0,77; p ≤ 0,001).

Tabela 3. Análise multivariada das variáveis associadas ao short physical performance battery e à força de preensão manual como variáveis dependentes.

SPPB Força de preensão manual
Beta Valor de p R2 Beta Valor de p R2
Necessidade de VMI (sim/não) -0,43 0,001 0,45 -0,47 ≤ 0,001 0,59
Duração da VMI (dias) -0,26 0,032 -0,29 0,006
Sexo feminino (sim/não) -0,31 0,002 -0,41 ≤ 0,001
SOFA no dia 5 0,38 0,06
Uso de corticosteroides (dias) 0,21 0,09
Necessidade de hemodiálise (sim/não) 0,63 0,71
Uso de bloqueadores neuromusculares (sim/não) 0,93 0,48

SPPB - short physical performance battery; VMI - ventilação mecânica invasiva; SOFA - Sequential Organ Failure Assessment.

A média de internação hospitalar foi de 17 [15 - 25] dias e 42 [30 - 73] dias para os Grupos VMI e Não VMI, respectivamente (p < 0,001).

DISCUSSÃO

Os principais achados deste estudo foram que a incapacidade física era altamente prevalente em pacientes que se recuperaram de pneumonia crítica por COVID-19 e que persistiu por mais de 7 dias, mesmo em pacientes que não receberam VMI. Ambos os grupos melhoraram ligeiramente no D7, mas o Grupo Não VMI apresentou limitações funcionais moderadas, enquanto o Grupo VMI ainda apresentava limitações funcionais graves com base nas pontuações do SPPB. A função física muito ruim de ambos os grupos também foi confirmada por sua força de preensão manual, que era extremamente reduzida, especialmente no Grupo VMI. A prevalência de fraqueza adquirida na UTI de 13% e 72% no dia 7 nos Grupos Nao VMI e VMI, respectivamente, também reforça esses achados.

Assim como nos nossos resultados, os estudos de Belli et al.(2) e Paneroni et al.(3) também revelaram que os pacientes que se recuperaram de pneumonia grave por COVID-19 apresentaram comprometimento da função física na alta da UTI, com leve melhora na alta hospitalar. No entanto, seus estudos foram anteriores à disponibilização da vacina contra a COVID-19, o que pode explicar por que seus pacientes eram mais velhos e por que menos pacientes sob VMI sobreviveram e não puderam ser estudados.

Embora o comprometimento físico desses pacientes possa ser multifatorial, a infecção pelo coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2) pode provocar respostas inflamatórias distintas nos músculos esqueléticos, contribuindo potencialmente para a disfunção muscular observada.(16) Essa disfunção parece ser mais grave e desproporcional do que outros fatores contribuintes reconhecidos, como a hipóxia.(17,18) As células musculares esqueléticas expressam a enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2), que se liga ao SARS-CoV-2 e, provavelmente, torna os músculos esqueléticos vulneráveis à invasão direta do vírus, levando a danos musculares e à redução da massa muscular dos membros.(18) Isso pode explicar por que nossos pacientes que não foram ventilados de forma invasiva e tinham idade média de 61 anos ainda apresentavam distúrbios físicos funcionais consideráveis.

Também encontramos que o sexo feminino, além da necessidade e do tempo de permanência em VMI, foi independentemente associado a um desempenho pior da função física. Há relatos na literatura de uma maior prevalência de fragilidade em mulheres do que em homens na UTI,(19) e o sexo feminino mostrou-se significativamente associado à fraqueza adquirida na UTI.(20,21) Uma possível explicação para essa maior vulnerabilidade é que as mulheres têm menos massa muscular, além de terem maior expressão de ACE2 no músculo esquelético.(17) Notavelmente, depois de levar em conta a duração da VMI, o uso de agentes paralisantes não pareceu contribuir para maior incapacidade muscular (Tabela 3).

É interessante notar que a PImáx foi mais bem preservada do que a PEmáx e a força de preensão manual em ambos os grupos, sugerindo que o diafragma pode ser mais resistente a danos causados pela inflamação muscular. A sarcopenia é menos comum em músculos com maior proporção de fibras resistentes à fadiga.(22) Considerando que o diafragma consiste principalmente de fibras resistentes à fadiga (55% tipo 1, 25% tipo 2A), discrepâncias na composição do tipo de fibra muscular também podem contribuir para essa diferença.(23)

É importante reconhecer que, devido ao desenho do estudo, não podemos afirmar que nossos pacientes com COVID-19 apresentaram pior função física do que aqueles com doenças críticas de outras causas. Um estudo realizado por Hodgson et al. não revelou diferenças significativas na incidência ou gravidade de novas incapacidades 6 meses após a admissão na UTI entre pacientes que necessitaram de VMI para síndrome do desconforto respiratório agudo causada pela COVID-19 e aqueles causados por outras razões que não a COVID-19.(8) Em outros dois estudos, não houve diferenças nas distâncias previstas durante o teste de caminhada de 6 minutos(24) ou nos sintomas físicos autorrelatados(25) entre os sobreviventes da COVID-19 na UTI e aqueles não relacionados à COVID-19.

Este estudo apresenta várias limitações. Em primeiro lugar, não foram documentadas informações essenciais, como a função física antes da internação e a condição vacinal. Em segundo lugar, o tamanho da amostra foi limitado e alguns pacientes foram perdidos no seguimento (17%). Terceiro, não pudemos excluir definitivamente outros possíveis fatores que contribuem para a incapacidade após uma doença crítica na UTI, incluindo incapacidade preexistente, hiperglicemia, gravidade da doença aguda e sepse.(20,26) Consequentemente, fatores além da infecção por SARS-CoV-2 podem ter influenciado a magnitude e a recuperação marginal da função física observada em nossos pacientes. No entanto, um ponto forte do nosso estudo está na reavaliação dos pacientes após a alta da UTI dentro do mesmo período de tempo, diferindo de pesquisas anteriores. Esse momento é crucial devido a fatores relacionados à pandemia, como seguro de saúde e preocupações com a COVID-19, que podem ter influenciado as decisões de alta, introduzindo viés nas avaliações de funcionalidade pós-COVID-19 grave.

CONCLUSÃO

Os pacientes que se recuperaram da COVID-19 crítica e que receberam ventilação mecânica invasiva apresentaram maiores incapacidades do que aqueles que não foram ventilados invasivamente. A recuperação da incapacidade física funcional durante o acompanhamento de 7 dias na enfermaria foi marginal e, notavelmente, não diferiu significativamente entre os pacientes que necessitaram de ventilação mecânica invasiva e aqueles que não necessitaram de ventilação mecânica invasiva. Esse resultado pode ressaltar a gravidade da incapacidade funcional induzida pela infecção por SARS-CoV-2.

As deficiências respiratórias e funcionais observadas em pacientes hospitalizados após a COVID-19 crítica indicam que uma avaliação abrangente da funcionalidade dos pacientes na unidade de terapia intensiva até a alta é imperativa para orientar a reabilitação.

Footnotes

Notas de publicação


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