Admission Handgrip Strength as an Independent Predictor of In-Hospital Mortality in Critically Ill Adults: A Prospective Observational Study

Abstract

Background: Handgrip strength (HGS) is an emerging non-invasive biomarker that reflects neuromuscular integrity, physiological reserve, and nutritional status. While reduced HGS has been linked to adverse outcomes in various clinical populations, its prognostic value in critically ill ICU patients remains underexplored. Given these considerations, this study aims to rigorously evaluate the potential of admission HGS as a prognostic marker for in-hospital mortality among critically ill ICU patients. Methods: We conducted a prospective observational cohort study in a tertiary care ICU to evaluate whether the HGS at admission predicts in-hospital mortality. Adult patients (≥18 years) with evaluable HGS were included in the study. HGS was measured within 24 hours of admission using a standardized dynamometry protocol and expressed as sex-specific z scores. Multivariable penalized logistic regression was used to assess the association between HGS and mortality, adjusting for demographic, clinical, inflammatory (CRP), and renal (creatinine and urea) markers. The model performance was evaluated using the AUC, calibration plots, and Brier score. Results: A total of 200 patients from the ICU were enrolled; 98 (49.0%) died during hospitalization. Admission HGS was significantly lower among non-survivors (mean 4.7 ± 2.8 kg vs. 14.6 ± 4.8 kg, p < 0.001). Each 1-SD decrease in HGS was associated with a 14-fold increase in mortality risk (adjusted OR 13.97, 95% CI: 6.08–36.24). Mortality rates differed markedly across HGS tertiles (lowest: 98.5%, middle: 45.5%, highest: 3.0%; p-trend < 0.001). The predictive model demonstrated excellent discrimination (AUC: 0.987; optimism-corrected AUC: 0.972) and calibration (Brier score: 0.095). Conclusion: Handgrip strength measured at ICU admission is a strong and independent predictor of in-hospital mortality. Given its simplicity and prognostic accuracy, HGS may serve as a valuable bedside tool for early risk stratification in critical care settings.

Keywords

• ICU mortality
• handgrip strength
• critical illness
• muscle weakness
• prognostic biomarker

Yetişkin Kritik Hasta Hastane İçi Mortalitenin Bağımsız Bir Öngörücüsü Olarak Giriş Sırasında El Kavrama Gücü: Prospektif Gözlemsel Bir Çalışma

Öz

Arka Plan: El kavrama gücü (HGS), nöromüsküler bütünlüğü, fizyolojik rezervi ve beslenme durumunu yansıtan yeni ortaya çıkan invaziv olmayan bir biyobelirteçtir. Azalmış HGS çeşitli klinik popülasyonlarda olumsuz sonuçlarla ilişkilendirilmiş olsa da, kritik yoğun bakım hastalarındaki prognostik değeri henüz yeterince araştırılmamıştır. Bu hususlar göz önüne alındığında, bu çalışma, kritik yoğun bakım hastalarında hastane içi mortalite için bir prognostik belirteç olarak giriş sırasında HGS'nin potansiyelini titizlikle değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Yöntemler: Giriş sırasında HGS'nin hastane içi mortaliteyi öngörüp öngörmediğini değerlendirmek için üçüncü basamak bir yoğun bakım ünitesinde prospektif bir gözlemsel kohort çalışması yürüttük. Değerlendirilebilir HGS'si olan yetişkin hastalar (≥18 yaş) çalışmaya dahil edildi. HGS, standart bir dinamometri protokolü kullanılarak kabulden sonraki 24 saat içinde ölçüldü ve cinsiyete özgü z skorları olarak ifade edildi. HGS ile mortalite arasındaki ilişkiyi değerlendirmek için çok değişkenli lojistik regresyon kullanıldı ve demografik, klinik, inflamatuar (CRP) ve renal (kreatinin ve üre) belirteçler ayarlandı. Model performansı, AUC, kalibrasyon grafikleri ve Brier skoru kullanılarak değerlendirildi. Sonuçlar: Yoğun bakım ünitesinden toplam 200 hasta çalışmaya dahil edildi; 98'i (%49,0) hastanede yatış sırasında öldü. Kabul HGS'si, hayatta kalmayanlarda anlamlı derecede daha düşüktü (ortalama 4,7±2,8 kg - 14,6±4,8 kg, p<0,001). HGS'deki her 1-SD'lik düşüş, mortalite riskinde 14 kat artışla ilişkiliydi (ayarlı OR 13,97, %95 GA: 6,08-36,24). Mortalite oranları HGS üçlüleri arasında belirgin şekilde farklılık göstermiştir (en düşük: %98,5, orta: %45,5, en yüksek: %3,0; p-eğilimi <0,001). Tahmini model, mükemmel ayrımcılık (EAA: 0,987; iyimserlik düzeltilmiş AUC: 0,972) ve kalibrasyon (Brier skoru: 0,095) göstermiştir. Sonuç: Yoğun bakım ünitesine yatışta ölçülen el kavrama gücü, hastane içi mortalitenin güçlü ve bağımsız bir öngörücüsüdür. Basitliği ve prognostik doğruluğu göz önüne alındığında, HGS yoğun bakım ortamlarında erken risk sınıflandırması için değerli bir yatak başı aracı olarak hizmet edebilir.

Anahtar Kelimeler

• yoğun bakım mortalite
• el kavrama gücü
• kritik hasta
• kas gücü zayıflığı
• prognostik biyobelirteç

Kaynakça

1. 1.Siddiqui S. Mortality profile across our Intensive Care Units: A 5-year database report from a Singapore restructured hospital. Indian J Crit Care Med. 2015 Dec;19(12):726–7. [Crossref]
2. 2.Kahn JM, Yabes JG, Bukowski LA, Davis BS. Intensivist physician-to-patient ratios and mortality in the intensive care unit. Intensive Care Med. 2023;49(5):545-553. [Crossref]
3. 3.Lawman HG, Troiano RP, Perna FM, Wang CY, Fryar CD, Ogden CL. Associations of Relative Handgrip Strength and Cardiovascular Disease Biomarkers in U.S. Adults, 2011-2012. Am J Prev Med. 2016;50(6):677-683. [Crossref]
4. 4.Lee JE, Kim KW, Paik NJ, et al. Evaluation of factors influencing grip strength in elderly koreans. J Bone Metab. 2012;19(2):103-110. [Crossref]
5. 5.Vaishya R, Misra A, Vaish A, Ursino N, D’Ambrosi R. Hand grip strength as a proposed new vital sign of health: a narrative review of evidences. J Health Popul Nutr. 2024 Jan 9;43(1):7. [Crossref]
6. 6.Bohannon RW. Grip Strength: An Indispensable Biomarker For Older Adults. Clin Interv Aging. 2019;14:1681-1691. Published 2019 Oct 1. [Crossref]
7. 7.Chen J, Huang M. Intensive care unit-acquired weakness: Recent insights. J Intensive Med. 2023;4(1):73-80. Published 2023 Aug 30. [Crossref]
8. 8.Malafarina V, Uriz-Otano F, Iniesta R, Gil-Guerrero L. Sarcopenia in the elderly: diagnosis, physiopathology and treatment. Maturitas. 2012;71(2):109-114. [Crossref]

9. 9.Ali NA, O'Brien JM, Hoffmann SP, et al. Acquired weakness, handgrip strength, and mortality in critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med. 2008;178(3):261–8. [Crossref]
10. 10.Rostamzadeh S, Allafasghari A, Allafasghari A, Abouhossein A. Handgrip strength as a prognostic factor for COVID-19 mortality among older adult patients admitted to the intensive care unit (ICU): A comparison Alpha (B.1.1.7) and Delta (B.1.617.2) variants. Sci Rep. 2024;14. [Crossref]
11. 11.Hwang SH, Lee DH, Min J, Jeon J. Handgrip strength as a predictor of all-cause mortality in patients with chronic kidney disease undergoing dialysis: A meta-analysis of prospective cohort studies. J Ren Nutr. 2019;29(3):210–20. [Crossref]
12. 12.Wang Y, Liu Y, Hu J, et al. Association of handgrip strength with all-cause mortality: a nationally longitudinal cohort study in China. J Sci Med Sport. 2022;25(10):806–12. [Crossref]
13. 13.Núñez-Cortés R, del Pozo Cruz B, Gallardo-Gómez, et al. Handgrip strength measurement protocols for all-cause and cause-specific mortality outcomes in more than 3 million participants: A systematic review and meta-regression analysis. Clin Nutr. 2022;41(11):2473–89. [Crossref]
14. 14.Lamers S, Degerickx R, Vandewoude M, Perkisas S. The mortality determinants of sarcopenia and comorbidities in hospitalized geriatric patients. J Frailty Sarcopenia Falls. 2017;2(4):65-72. Published 2017 Dec 1. [Crossref]
15. 15.Hu X, Zhang L, Wang H, Hao Q, Dong B, Yang M. Malnutrition-sarcopenia syndrome predicts mortality in hospitalized older patients. Sci Rep. 2017;7(1):3171. Published 2017 Jun 9. [Crossref]
16. 16.Saiphoklang N, Tepwimonpetkun C. Interest of hand grip strength to predict outcome in mechanically ventilated patients. Heart Lung. 2020;49(5):637-640. [Crossref]
17. 17.Jeong W, Moon JY, Kim JH. Association of absolute and relative hand grip strength with all-cause mortality among middle-aged and old-aged people. BMC Geriatr. 2023;23(1):321. Published 2023 May 23. [Crossref]
18. 18.Chai L, Zhang D, Fan J. Comparison of grip strength measurements for predicting all-cause mortality among adults aged 20+ years from the NHANES 2011-2014. Sci Rep. 2024;14(1):29245. Published 2024 Nov 25. [Crossref]
19. 19.Kizilarslanoglu MC, Kuyumcu ME, Yesil Y, Halil M. Sarcopenia in critically ill patients. J Anesth. 2016;30(5):884-890. [Crossref]