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Original Article
DOI: 10.1016/j.arbres.2019.12.034
Disponible online el 29 de Febrero de 2020
Presence or Absence of Skeletal Muscle Dysfunction in Chronic Obstructive Pulmonary Disease is Associated With Distinct Phenotypes
La presencia o ausencia de disfunción muscular esquelética en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica está asociada a fenotipos distintos
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Clayton L. Cruthirdsa, Barbara S. van der Meija,b,c,d, Agata Wierzchowska-McNewa, Nicolaas E.P. Deutza, Mariëlle P.K.J. Engelena,
Autor para correspondencia
mpkj.engelen@ctral.org

Corresponding author.
a Center for Translational Research in Aging & Longevity, Department of Health and Kinesiology, Texas A&M University, College Station, TX, United States
b Bond University Nutrition and Dietetics Research Group, Faculty of Health Sciences and Medicine, Bond University, Gold Coast, Queensland, Australia
c Dietetics and Foodservices, Mater Group, Brisbane, Queensland, Australia
d Mater Research Institute, University of Queensland, Brisbane, Queensland, Australia
Recibido 12 septiembre 2019. Aceptado 31 diciembre 2019
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Table 1. Subject characteristics.
Table 2. Muscle function, cognitive performance and mood status.
Table 3. Plasma concentrations.
Table 4. Whole body production of amino and keto acids.
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Abstract
Introduction

Reduced skeletal muscle function and cognitive performance are common extrapulmonary features in Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) but their connection remains unclear. Whether presence or absence of skeletal muscle dysfunction in COPD patients is linked to a specific phenotype consisting of reduced cognitive performance, comorbidities and nutritional and metabolic disturbances needs further investigation.

Methods

Thirty-seven patients with COPD (grade II–IV) were divided into two phenotypic cohorts based on the presence (COPD dysfunctional, n=25) or absence (COPD functional, n=12) of muscle dysfunction. These cohorts were compared to 28 healthy, age matched controls. Muscle strength (dynamometry), cognitive performance (Trail Making Test and STROOP Test), body composition (Dual-energy X-Ray Absorptiometry), habitual physical activity, comorbidities and mood status (questionnaires) were measured. Pulse administration of stable amino acid tracers was performed to measure whole body production rates.

Results

Presence of muscle dysfunction in COPD was independent of muscle mass or severity of airflow obstruction but associated with impaired STROOP Test performance (p=0.04), reduced resting O2 saturation (p=0.003) and physical inactivity (p=0.01), and specific amino acid metabolic disturbances (enhanced leucine (p=0.02) and arginine (p=0.06) production). In contrast, COPD patients with normal muscle function presented with anxiety, increased fat mass, plasma glucose concentration, and metabolic syndrome related comorbidities (hypertension and dyslipidemia).

Conclusion

COPD patients with muscle dysfunction show characteristics of a cognitive – metabolic impairment phenotype, influenced by the presence of hypoxia, whereas those with normal muscle function present a phenotype of metabolic syndrome and mood disturbances.

Keywords:
COPD
Muscle strength
Cognition
Phenotype
Metabolism
Abbreviations:
BMI
DXA
FM
FFM
SCWT
TMT
MPE
MIP
HADS
PASE
BCAA
BCKA
WBP
Resumen
Introducción

El funcionamiento reducido del músculo esquelético y del rendimiento cognitivo son signos extrapulmonares comunes en la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC), pero su conexión sigue sin estar clara. Es necesario investigar más si la presencia o ausencia de disfunción muscular esquelética en pacientes con EPOC está relacionada con un fenotipo específico que consiste en un rendimiento cognitivo reducido, comorbilidades y trastornos nutricionales y metabólicos.

Métodos

Se separaron treinta y siete pacientes con EPOC (grado II-IV) en dos cohortes fenotípicas en función de la presencia (EPOC disfuncional, n=25) o ausencia (EPOC funcional, n=12) de disfunción muscular. Estas cohortes se compararon con 28 controles sanos, emparejados por edad. Se midieron la fuerza muscular (dinamometría), el rendimiento cognitivo (test de senderos y test de Stroop), la composición corporal (absorciometría de rayos X de doble energía), la actividad física habitual, las comorbilidades y el estado de ánimo (cuestionarios). Se administraron aminoácidos trazadores estables en pulsos para medir las tasas de producción de todo el cuerpo.

Resultados

La presencia de disfunción muscular en la EPOC resultó ser independiente de la masa muscular o la gravedad de la obstrucción al flujo de aire, pero se asoció con afectación del rendimiento en el test de Stroop (p=0,04), una saturación en reposo de O2 disminuida (p=0,003) e inactividad física (p=0,01), y trastornos metabólicos de aminoácidos específicos [producción aumentada de leucina (p=0,02) y arginina (p=0,06)]. Por el contrario, los pacientes con EPOC con función muscular normal presentaron ansiedad, aumento de la masa grasa, de la concentración de glucosa en plasma y de las comorbilidades relacionadas con el síndrome metabólico (hipertensión y dislipidemia).

Conclusión

Los pacientes con EPOC y con disfunción muscular muestran las características de un fenotipo con deterioro cognitivo-metabólico, influenciado por la presencia de hipoxia, mientras que aquellos con función muscular normal presentan un fenotipo de síndrome metabólico y alteraciones del estado de ánimo.

Palabras clave:
EPOC
Fuerza muscular
Cognición
Fenotipo
Metabolismo

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