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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.

Los pacientes con Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) grave están sometidos a cargas respiratorias crónicas, que inducen cambios en la configuración normal del tórax. La hiperinsuflación pulmonar es la consecuencia más importante del incremento de la resistencias en dichos enfermos. Además, la hiperinsuflación pulmonar puede conducir a daño muscular y consiguiente remodelación. Estas alteraciones estructurales son características de la adaptación que sufren los músculos respiratorios para contrarestar los efectos deletéreos del exceso de cargas respiratorias. De hecho, el principal objetivo de este mecanismo de adaptación es mantener los gases arteriales dentro de la normalidad. En este estudio se ha utilizado un modelo animal. Se aplicaron cargas resistivas inspiratorias intermitentes de moderada intensidad (IRLs) a perros Beagle durante un período de tiempo relativamente prolongado para reproducir pacientes con EPOC. OBJETIVOS: 1) Evaluar la presencia de daño en los músculos respiratorios inducido por IRLs en el músculo intercostal externo, diafragma y un músculo control (vasto interno); 2) Investigar los cambios estructurales (distribución de fibras, proporciones de las diferentes isoformas de miosina de cadena pesada (MyHC) y tamaño de las fibras) inducido por la administración de IRLs; 3) Analizar la expresión de citocinas inflamatorias (TNF_) y no inflamatorias (IL10) en dichos músculos. MATERIALES Y MÉTODOS: A todos los animales se les realizó traqueostomía. A los animales del grupo estudio se les aplicó cargas respiratorias equivalentes al 15% de su presión inspiratoria máxima (PIM): 2h/día durante 15 días consecutivos. Los animales del grupo control respiraron sólo a través de la traqueostomía. Se obtuvieron biopsias musculares del diafragma, intercostal externo y vasto interno antes y después de la aplicación de IRLs. El daño muscular se evaluó mediante la técnica de inmunohistoquímica que detectó la presencia de fibronectina intracelular. La distribución de las fibras y su morfometría se analizaron por inmunohistoquímica mediante anticuerpos específicos para MyHC I y II. La técnica de ELISA permitió la semicuantificación de las isoformas de MyHC mediante la utilización de los mismos anticuerpos. La expresión de las citocinas se estudió por RT-PCR. RESULTADOS: La aplicación de IRLs en los amimales del grupo estudio indujo: 1) Un incremento de daño fibrilar en todos los músculos; 2) Respecto a los cambios estructurales, no se observó ninguna modificación en el diafragma. Por el contrario, se observó un incremento de la fibras tipo II en el intercostal externo y una disminución de la cantidad de MyHC I, sin ningún cambio en los diámetros de las fibras. En el músculo vasto interno se observó una pérdida de ambas isoformas de MyHC, y una reducción en los diámetros de ambos tipos de fibras; 3) Se observó un incremento en la expresión de IL10 en el diafragma y en el intercostal externo, sin detectarse un incremento significativo en el músculo periférico (P=0,06). No se observó ningún cambio en la expresión de TNF_ en ninguno de los músculos estudiados. Los resultados obtenidos en el grupo control fueron: 1) Ausencia de daño de membrana en todos los músculos; 2) Ausencia de cambios estructurales; 3) Se detectó un incremento de la expresión de TNF_ en todos los músculos estudiados, sin observarse cambios en la expresión de IL10. CONCLUSIONES: Nuestros resultados sugieren que la actividad muscular es un factor importante en la preservación y remodelación del músculo esquelético mediante mecanismos que implican la expresión de mediadores no inflamatorios tales como la IL10. / BACKGROUND: Patients with severe Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) are subjected to chronic respiratory loads, which induce changes in the normal anatomy of the thorax. Pulmonary hyperinflation is the major consequence of the increase in the respiratory resistances observed in patients with COPD. Furthermore, pulmonary hyperinflation may ultimately lead to respiratory muscle damage and consequent remodelling. These structural alterations are characteristic of the adaptation which suffer the respiratoy muscles to counteract the deleterious effects of the chronic respiratory loads superimposed. Indeed, the main goal of this adaptation mechanism is to keep arterial blood gases within adequate limits. In the present study an animal model has been used. Intermittent resistive inspiratory loads (IRLs) of moderate intensity were applied to Beagle dogs during a relatively prolonged period of time in order to mimic patients with COPD. OBJECTIVES: 1) To evaluate the presence of respiratory muscle damage induced by the IRLs in both inspiratory (external intercostal and diaphragm) and control (vastus medialis) muscles; 2) To investigate the structural changes (fiber type distribution, proportion of the differents MyHC isoforms, and fiber size) induced by the IRLs in these muscles; and 3) To analyse the expression of inflammatory (TNF_) and non-inflammatory (IL-10) cytokines in these muscles. MATERIALS AND METHODS: All animals were subjected to tracheostomy. In the study group, the animals were exposed to respiratory loads whose values were 15% of the maximum inspiratory pressure (MIP), and they were applied 2h/day for 15 days. In the control group animals were not exposed to any respiratory load, but tracheostomy. Muscle biopsies from the diaphragm, external intercostal and vastus medialis were obtained before and after the application of IRLs. Muscle damage was evaluated by using specific immunohistochemistry (IHQ) analyses which detect the presence of intracellular fibronectin (membrane damage). Fiber type distribution and fiber morphometry were also examined by IHQ analyses using specific antibodies for MyHC-I and -II isoforms. Enzyme-linked Immunoassay analysis (ELISA) techniques were conducted to semi-quantify the MyHC isoforms using the same antibodies. Cytokine expressions were analysed by RT-PCR. RESULTS: The application of IRLs to the study group of dogs induced: 1) A significant increase of damaged fibers in all muscles studied; 2) Regarding structural changes, no significant changes were observed in the diaphragm. External intercostal muscles showed an increase of type II fibers and a decrease in the amount of MyHC-I isoform without any changes in the fiber diameters. The vastus medialis showed a loss of both MyHC isoforms, and a reduction of both fiber type diameters; 3) There was a significant increase of IL-10 expression in both the diaphragm and the external intercostal muscles, with no significant increase in the peripheral muscle (p=0,06). No changes of TNF_ expression were detected in any of the muscles studied. The findings in the control group were: 1) Absence of membrane damage in all muscles studied; 2) Absence of fiber structural changes; and 3) A significant increase of TNF__expression in all muscles studied with no change in IL-10 expression. CONCLUSIONS: Our results suggest that muscular activity plays an important role in skeletal muscle preservation and remodelling through a mechanism that involves, among others, the expression of anti-inflammatory mediators such as IL-10.

La Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC), presenta signos y síntomas sistémicos que se han venido explorando desde hace algún tiempo. La presente Tesis Doctoral estudia la disfunción que presentan los músculos respiratorios y periféricos, específicamente el cuádriceps de los pacientes con EPOC. Esta disfunción muscular afecta las actividades de la vida diaria, la tolerancia al ejercicio, limita la calidad de vida y disminuye la expectativa de vida de estos pacientes. Una de las posibles causas de disfunción muscular en los pacientes con EPOC puede ser la pérdida de masa muscular; por eso nos dedicamos a evaluar, los datos antropométricos de los pacientes con EPOC que asistieron durante 2 años a nuestro Laboratorio de Función Respiratoria del Hospital del Mar de Barcelona. La prevalencia de bajo peso en pacientes con EPOC en un hospital con predominante población mediterránea con, índice de masa corporal (IMC) por debajo de 20 Kg/m2, fue de tan sólo 6,6%, cifra que se reducía al 3,1% si el dintel escogido era de 18 Kg/m2. Estas cifras van claramente en oposición a la prevalencia referida en el mundo anglosajón y del norte-centro europeo, que muestra una prevalencia de bajo peso en pacientes con EPOC que oscila entre el 25 y el 35%. Teniendo en cuentas estos datos de baja prevalencia de bajo peso en nuestros pacientes con EPOC, no se explica la alta prevalencia de disfunción muscular en ellos. Por ello evaluamos variables de función muscular en pacientes con EPOC grave, específicamente del músculo cuádriceps y encontramos que los pacientes con EPOC tenían una disminución tanto de la fuerza muscular (43%), como de la resistencia muscular (77%), al compararlos con controles del mismo grupo etáreo.Tratando de profundizar en la causa de la disfunción muscular periférica en los pacientes con EPOC, hicimos a continuación otro estudio donde evaluamos el daño sarcoplásmico y sarcomérico mediante inmunohistoquímica y microscopía electrónica. Este trabajo demostró por primera vez que los pacientes con EPOC presentan mayor daño a nivel del músculo cuádriceps que los controles sanos.Debido a que en la EPOC los músculos periféricos, específicamente los de las extremidades inferiores, pudieran estar afectados por el sedentarismo, decidimos estudiar otras causas de disfunción muscular en un grupo de músculos en que este factor se hallara ausente, como son los músculos respiratorios. Estos mantienen su nivel de actividad normal o incluso aumentada. Para ello tomamos un músculo como el intercostal externo, que es fácilmente accesible a la biopsia, siguiendo un modelo mínimamente invasivo descrito por nuestro grupo. Como en trabajos precedentes ya habíamos valorado el daño sarcomérico, el estrés oxidativo o la actividad enzimática, en esta ocasión el trabajo se centró en la evaluación de la actividad inflamatoria. En él se ha demostrado que las citocinas proinflamatorias TNF-&#945; e IL-6 se encuentran aumentadas en los músculos intercostales externos de los pacientes con EPOC al compararlo con los controles sanos. / Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), shows systemic sign and symptoms that have been studied for some time. The present Doctoral Thesis studies the dysfunction shown by the respiratory and peripheral muscles, specifically the quadriceps muscle of patients with COPD. This muscle dysfunction affects the activities of daily living, tolerance to exercise, limits quality of life and diminishes life expectancy of these patients. One of the possible causes of muscle dysfunction in the patients with COPD could be the loss of muscle mass; for that reason we evaluated, the anthropometrics data of the patients with COPD that attended during 2 years our Respiratory Function Laboratory, Hospital del Mar of Barcelona. The prevalence of low weight in patients with COPD in a hospital with a predominantly Mediterranean population with an Body Mass Index (BMI) below 20 Kg/m2, was only 6.6%, a figure that was reduced to 3.1% if the chosen threshold was 18 Kg/m2. These numbers starkly contrast to the prevalence in Northern Europe, with a low weight in patients with COPD raging from 25 to 35%. Considering these data of low prevalence of low weight in our patients with COPD, the high prevalence of muscle dysfunction is not explained. We evaluated variables of muscle function in patients with severe COPD, specifically the quadriceps muscle and we found that the patients with COPD had a decreased muscle strength (43%), and muscle endurance (77%), when comparing with healthy age matched. To study the cause of the peripheral muscle dysfunction in patients with COPD, we began another study where we assessed sarcoplasmic and sarcomeric damage by immunohystochemical methods and electronic microscopy. This work demonstrated for the first time that patients with COPD show greater muscle injury at the quadriceps muscle level that healthy age matched controls.Because in COPD, peripheral muscles, specifically those of the lower limbs, could be affected by sedentarism, we decided to study other causes of muscle dysfunction in a muscle group in which this factor was absent, as they are the respiratory muscles. These maintain their level of normal activity or activity is even increased. For this we chose a respiratory muscle like the external intercostal muscle, that is easily accessible by biopsy, following a minumum invasive model described by our group. As in preceding works of our group we evaluated the sarcomeric damage, oxidative stress or the enzymatic activity, the present work was focused in the inflammatory activity evaluation. We demonstrated that proinflammatory cytokines such as TNF-&#945; and IL-6 are increased in the external intercostal muscles of patients with COPD when comparing with healthy age matched controls.