Capacidad oxidativa de los músculos respiratorios y periféricos en la EPOC

Zusammenfassung

Los músculos respiratorios están sometidos a sobrecarga crónica. En cambio, los músculos de las extremidades están sometidos a un desuso relativo. Esto determinaría cambios a nivel estructural y metabólico, con impacto en la capacidad oxidativa. En los músculos respiratorios ésta se hallaría conservada o incrementada, con cambios proporcionales a la gravedad de la enfermedad. En los músculos de las extremidades inferiores la capacidad oxidativa estaría disminuída; mientras que en las extremidades superiores, se mantendría. Esto último sería el resultado combinado de los efectos deletéreos y de sobrecarga sobre unos músculos que parecen actuar como accesorios de la respiración en la EPOC. Los estudios precedentes que han valorado la capacidad oxidativa muscular, lo han hecho analizando aspectos aislados y en distintos grupos de pacientes. OBJETIVO: Evaluar globalmente la capacidad oxidativa de los músculos esqueléticos de pacientes con EPOC, a través del estudio simultáneo de los diferentes componentes y en diferentes músculos. MÉTODOS: Se estudiaron 34 pacientes (20 con EPOC y 14 controles) sometidos a toracotomía o laparotomía por lesión pulmonar o abdominal localizada. A todos se les realizó evaluación general, estudio funcional completo y finalmente, toma de biopsias musculares (diafragma, intercostal externo y deltoides). Analizamos los siguientes parámetros: localización de las isoformas de cadena pesada de miosina (MyHC) mediante inmunohistoquímica, actividad enzimática fibrilar mediante histoquímica enzimática (ATPasa), actividad enzimática global (citrato sintasa, CS) mediante espectrofotometría, y estudio de la densidad capilar mediante inmunohistoquímica (anticuerpo CD-34). RESULTADOS: El diafragma de los pacientes con EPOC tiende a presentar un incremento en el porcentaje de fibras MyHC-I y ATPasa I. En cambio, la actividad de la CS tiene tendencia a disminuir, mientras que la densidad capilar se halla aumentada (p=0.001). El intercostal tiende a presentar un menor porcentaje de fibras MyHC-I y ATPasa I, con una actividad más baja de la CS, en los pacientes con EPOC (p<0.05). Sin embargo, la densidad capilar está incrementada (p<0.01). En los músculos periféricos (deltoides) de estos enfermos, el porcentaje de MyHC-I tiende a ser menor y el porcentaje de ATPasa I muestra una ligera tendencia a aumentar. La actividad de la CS muestra un incremento significativo (p<0.05), aunque la densidad capilar no evidencia cambios. Además, analizamos enzimas claves de la vía glicolítica. En concreto, fosfofructoquinasa (PFK) y lactatodeshidrogenasa (LDH). La primera disminuye significativamente en el diafragma de los pacientes con EPOC (p<0.05), aumenta en el intercostal (p<0.05) y no se modifica en el deltoides. La LDH se incrementa significativamente en los tres grupos musculares. Al comparar los dos métodos de tipificación fibrilar (inmunohistoquímico y enzimático), no se observaron diferencias significativas para el diafragma. En el intercostal, el método enzimático tendía a infravalorar el porcentaje de fibras oxidativas, fundamentalmente en pacientes con EPOC; mientras que en el deltoides, al contrario, el método enzimático tendía a sobrevalorar dicho porcentaje en estos pacientes. CONCLUSIONES: Los diferentes factores que influyen en la capacidad oxidativa se modifican de forma heterogénea y específica para cada músculo. El diafragma tiende a preservar su capacidad oxidativa, lo que probablemente guarde relación con el efecto entrenamiento de resistencia que generaría la EPOC. El intercostal mostraría cambios divergentes relacionados con su actividad intermitente bajo cargas en dicha entidad (efecto entrenamiento de fuerza). El deltoides muestra cambios diferentes a los descritos por otros autores en los músculos de las extremidades inferiores (cuádriceps), lo que probablemente guarde relación con su eventual reclutamiento como músculo accesorio de la respiración en pacientes con EPOC. Respiratory muscles are exposed to chronic overloading, which is in contrast to muscles of the extremities that are exposed to a relative inactivity. These factors would determine changes at the structural and metabolic levels, which would modify the oxidative capacity. This would be maintained (or even increased) in respiratory muscles, being proportional to the severity of the disease. In contrast, the oxidative capacity would be reduced in lower limb muscles, being preserved in the upper limb muscles as a result of the combined effects of deleterious factors and training (upper limb muscles appear to be function as accessory muscles during the ventilatory effort in chronic obstructive pulmonary disease [COPD]). Although previous studies have evaluated the oxidative capacity of skeletal muscles in COPD, different components and muscles have been analyzed separately and in different groups of patients. OBJECTIVE: To assess the whole oxidative capacity of skeletal muscles in patients with COPD by means of the concomitant study of different structural and metabolic components. METHODS: Thirty-four patients (20 COPD and 14 controls) undergoing thoracotomy or laparotomty due to localized lesions in the lung or the abdomen were studied. All patients underwent a complete physical examination, lung functional testing and muscle biopsies of the diaphragm, external intercostal and deltoid muscles at the time of surgery. Samples were processed to determine the site of different myosin heavy chain isoforms (MyHC) using immunohistochemistry, fibrillar oxidative activity (ATPase) through enzymatic histochemical techniques, overall enzyme activity (citrate synthase, CS) using spectrophotometry and capillary density through immunohistochemistry (antibody against-CD34). RESULTS: The diaphragm of COPD patients showed a trend to increase the percentage of both MyHC-I and ATPase I fibres. The activity of CS in contrast, showed a tendency to diminish, and the capillary density was increased (p=0.001). The external intercostal muscle, in turn, showed a trend to a lower percentage of MyHC-I and ATPase I fibres, with a decreased CS activity in COPD (p<0.05). However, capillary density was increased (p<0.01). In the peripheral muscule of these patients (deltoid), the percentage of MyHC-I showed a trend to be lower whereas that of ATPase I exhibited a tendency to be higher. The CS capacity showed an increase (p<0.05) in this muscle, with no changes in the number of vessels. In addition, we analyzed key enzymes involved in the glycolytic pathways, such as phosphofructokinase (PFK) and lactatedehydrogenase (LDH). The former decreased significantly in the diaphragm of COPD patients (p<0.05), increased in the external intercostal muscle (p<0.05) and remained unchanged in the deltoid muscle. LDH activity increased in all three muscles. No differences were observed between the two methods used for fibre typing (imnmunohistochemistry and metabolic activity) in the diaphragm. However, measurement of metabolic activity tended to underestimate the percentage of oxidative fibres in the external intercostal (mostly in COPD patients) and overestimate this percentage in the deltoid muscle. CONCLUSIONS: Different factors involved in the oxidative capacity of the muscle are heterogeneously modified in COPD patients, being specific for each muscle. Overall, the diaphragm preserves its oxidative capacity. This could be related to the "endurance-training effect" elicited by COPD. The external intercostal muscle showed divergent changes, a finding which could be related to its exposure to overloading efforts ("strength training effect"). On the other hand, the deltoid muscle showed different changes to those reported by other authors in muscles of the lower extremities (quadriceps), which probably is related to eventual recruitment as an accessory ventilatory muscle in COPD.