Effet de la VNI portable sur les volumes opérationnels de la paroi thoracique dans la BPCO
Effet du dispositif VitaBreath sur l'hyperinflation dynamique de la paroi thoracique et l'activation des muscles respiratoires pendant la récupération après l'exercice chez les patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique
Le VitaBreath (Philips, Respironics) est un appareil de ventilation portable, portatif, alimenté par batterie et non invasif, dont il a été démontré qu'il réduit l'essoufflement lié à l'activité chez les patients atteints de MPOC. L'appareil VitaBreath délivre des pressions inspiratoires de 18 cmH2O et expiratoires de 8 cmH2O, mais ne peut être utilisé que pendant les périodes de récupération.
Une étude précédente (REC : 17/NE/0085) a montré que l'utilisation du dispositif VitaBreath pendant les périodes de récupération entrecoupées d'exercices successifs améliore la tolérance à l'exercice et réduit l'essoufflement par rapport à la respiration à lèvres pincées chez les patients atteints de BPCO. Cela a été attribué à une récupération plus rapide de l'hyperinflation dynamique induite par l'exercice, évaluée par des manœuvres de capacité inspiratoire volontaire à l'aide d'un spiromètre. Cependant, les manœuvres de capacité inspiratoire dépendent de l'effort, limitant ainsi le nombre de répétitions que le patient peut effectuer pendant l'exercice. De plus, l'étude de l'effet direct de l'application du dispositif VitaBreath sur l'hyperinflation dynamique n'a pas été possible en raison de la nécessité d'utiliser un spiromètre pour évaluer la capacité inspiratoire. La pléthysmographie optoélectronique (OEP) permet une évaluation continue non invasive des volumes de fin d'inspiration et de fin d'expiration de la paroi thoracoabdominale et de ses compartiments, facilitant ainsi l'évaluation de l'hyperinflation dynamique respiration par respiration sans qu'il soit nécessaire de respirer via un spiromètre . Malheureusement, la technologie OEP n'était pas disponible au moment de notre étude précédente.
Les chercheurs utiliseront l'OEP pour fournir des mesures précises du volume respiration par respiration pendant l'exercice et la récupération afin d'évaluer si le dispositif VitaBreath réduit les volumes totaux et compartimentaux de la paroi thoracoabdominale par rapport à la technique de respiration à lèvres pincées.
De plus, les chercheurs étudieront l'effet de l'utilisation du dispositif VitaBreath sur l'activation des muscles respiratoires et l'oxygénation des muscles respiratoires en utilisant la technologie OEP en conjonction avec l'électromyographie (EMG) et la spectroscopie quasi inférée (NIRS), respectivement pour apprécier comment l'application du dispositif VitaBreath impacts sur le fonctionnement et les demandes énergétiques des muscles respiratoires par rapport à la respiration contrôlée avec les lèvres pincées.
Les chercheurs ont émis l'hypothèse que l'utilisation de l'appareil VitaBreath pendant les périodes de récupération entrecoupées d'exercices successifs réduira davantage l'ampleur de l'hyperinflation dynamique par rapport à la technique de respiration à lèvres pincées.
Aperçu de l'étude
Statut
Les conditions
Intervention / Traitement
Description détaillée
Étudier le design:
Il s'agit d'un essai croisé randomisé. Les patients effectueront deux tests d'exercice identiques et l'intervention (VitaBreath) sera comparée à la condition de contrôle (respiration à lèvres pincées) chez les mêmes patients. L'ordre des tests sera déterminé par simple randomisation (sealedenvelope.com).
Le but de cette étude est d'étudier l'effet du dispositif VitaBreath sur les volumes inspiratoires et expiratoires de la paroi thoraco-abdominale pendant l'exercice chez les patients atteints de MPOC. L'utilisation de l'appareil VitaBreath sera comparée à une respiration normale (technique de respiration à lèvres pincées). Les patients seront principalement recrutés parmi ceux qui ont participé à notre étude précédente (référence REC : 17/NE/0085 - ID du projet IRAS : 221120) à l'hôpital général de North Tyneside et subiront deux tests d'effort sur un vélo ergomètre le même jour en utilisant les deux l'appareil VitaBreath et la technique de respiration à lèvres pincées pendant la récupération après un exercice.
Interventions de l'étude :
L'étude comprendra deux visites. Au cours de la première visite, les patients subiront une évaluation clinique, y compris les antécédents, un examen physique, un ECG et une évaluation complète de la fonction pulmonaire, y compris la spirométrie, pour s'assurer que les patients sont stables. Au cours de la deuxième visite, les patients effectueront deux tests d'effort intermittents d'une durée de 20 minutes chacun et consistant en des périodes de travail de 2 minutes à 80 % du taux de travail maximal (pic WR) tel que déterminé dans l'étude précédente (référence REC : 17/NE/0085 - ID du projet IRAS : 221120) avec des périodes de récupération de 2 minutes entre les périodes de travail, en utilisant soit le dispositif VitaBreath, soit la technique de respiration à lèvres pincées pendant les périodes de récupération. Les patients recevront des informations écrites expliquant la procédure et fourniront un consentement éclairé écrit.
Procédures d'évaluation
Visite 1
Évaluation de base
Au cours de la première visite, les patients subiront l'évaluation de base suivante : a) antécédents médicaux et examen physique, b) spirométrie et c) ECG au repos pour évaluer la fonction cardiaque au repos.
Visite 2
Préparation des malades
À l'arrivée au laboratoire, et avant toute intervention, des marqueurs cutanés adhésifs pour les enregistrements de pléthysmographie opto-électronique (OEP) (pour évaluer l'hyperinflation dynamique de la paroi thoraco-abdominale) et un ensemble d'optodes adhésives pour les enregistrements portables de cardio-impédance (pour évaluer le débit cardiaque) , une électromyographie de surface musculaire (pour évaluer les schémas de recrutement musculaire) et une spectroscopie quasi inférée (pour évaluer les besoins en oxygène des muscles respiratoires) seront fixées sur la peau. Toutes les procédures seront expliquées en détail avant chaque essai.
Volumes opérationnels de la paroi thoracique
Au départ, les patients seront informés après 3-4 respirations courantes régulières de faire deux efforts de capacité inspiratoire maximale (IC) du volume de la paroi thoracique en fin d'expiration (EECW) à la capacité totale de la paroi thoracique (TLCCW) afin d'évaluer le volume de la paroi thoracique au TLC (TLCCW) et le volume de la paroi thoracique de réserve inspiratoire (IRVcw) au repos. Pendant l'exercice et la récupération, la cinématique de la paroi thoracique sera mesurée par l'OEP comme suit : le mouvement de 89 marqueurs rétroréfléchissants placés à l'avant et à l'arrière sur la paroi thoracique des clavicules au pubis sera enregistré. Chaque marqueur sera suivi par huit caméras vidéo (Smart System BTS, Milan, Italie), quatre devant le sujet et quatre derrière. Les sujets seront munis de poignées positionnées au milieu du sternum qui soulèveront les bras de la cage thoracique afin que les marqueurs latéraux puissent être visualisés. Un logiciel dédié reconstruit les coordonnées tridimensionnelles des marqueurs en temps réel par stéréophotogrammétrie et calcule le volume total et compartimental de la paroi thoracique et les variations de volume à l'aide du théorème de Gauss. La paroi thoracique est modélisée comme étant composée de deux compartiments, la cage thoracique et l'abdomen. Vcw est la somme du volume de la cage thoracique (Vrc) et du volume abdominal (Vab).
Évaluation non invasive de l'oxygénation des muscles respiratoires
En plus des volumes opérationnels de la paroi thoracique, les chercheurs vont évaluer l'oxygénation des muscles locaux intercostaux et abdominaux à l'aide de la spectroscopie dans le proche infrarouge (NIRS). Deux optodes NIRS, qui seront connectées à un spectrophotomètre NIRO 200 (Hamamatsu Photonics, Hamamatsu, Japon), seront placées sur la peau au-dessus du septième espace intercostal gauche au niveau de la ligne médio-axillaire et au-dessus du rectus abdominis supérieur respectivement, et seront sécurisées à l'aide de ruban adhésif. L'espace intercostal gauche sera utilisé pour éviter les contributions potentielles du flux sanguin du foie sur le côté droit du corps.
Électromyographie des muscles respiratoires
L'électromyographie (EMG) sera utilisée pour évaluer l'activation des muscles respiratoires. La peau sera nettoyée et des électrodes de surface (Delsys Trigno, Delsys, Boston, MA, USA) seront placées comme suit : sur la surface au-dessus du septième espace intercostal droit (EMGic), 2 cm latéralement à l'ombilic, sur la masse musculaire de rectus abdominis (EMGra), sur le muscle sternocléidomastoïdien (EMGster) et sur le muscle scalène (EMGsca). Les données EMG seront enregistrées à 2000 Hz et seront filtrées à 25-500 Hz lors de chaque essai (Spike 2, Cambridge Electronic Design, Cambridge, Royaume-Uni).
Protocole d'exercice
Les patients subiront deux protocoles d'exercices intermittents sur un vélo ergomètre. Le protocole d'exercice consistera en des séances d'exercice répétées de 2 minutes, séparées par des périodes de récupération de 2 minutes entre les séances de travail afin de permettre l'application du dispositif VitaBreath. Au cours de la 1ère minute de chaque période de récupération, les patients respireront soit via l'appareil VitaBreath, soit en adoptant la technique de respiration à lèvres pincées. Pendant la 2e minute de chaque période de récupération, les patients respirent normalement. Les patients évalueront également l'intensité de leur dyspnée perçue à l'aide de l'échelle de Borg 1-10. Le débit cardiaque et le volume d'éjection systolique seront mesurés de manière non invasive à l'aide d'une méthode de cardio-impédance (physio-flow) tout au long des périodes d'exercice et de récupération. L'activation des muscles respiratoires (EMG) et l'oxygénation des tissus musculaires respiratoires locaux (NIRS) seront enregistrées en continu de manière non invasive à l'aide d'optodes placées sur la peau tout au long des périodes d'exercice et de récupération. De plus, la saturation artérielle en oxygène sera enregistrée tout au long des périodes d'exercice et de récupération à l'aide d'un oxymètre de pouls.
Estimation de la taille de l'échantillon
L'estimation de la taille de l'échantillon dans chaque modalité de respiration est basée sur les résultats d'une étude comparant l'utilisation du dispositif VitaBreath à la respiration à lèvres pincées (PLB). En utilisant la différence moyenne de récupération de la capacité inspiratoire par rapport à la fin de l'exercice (130 ml) entre le dispositif VitaBreath et la PLB, l'écart-type (110 ml), un niveau de signification alpha de 0,05 (bilatéral) et une puissance de 80 %, une taille d'échantillon totale minimale de 11 patients est calculée comme étant suffisante pour détecter des différences significatives dans l'ampleur du changement dans l'hyperinflation dynamique de la paroi thoracoabdominale entre le dispositif VitaBreath et les essais PLB. 12 patients seront recrutés afin de réaliser les essais dans une séquence de commande équilibrée.
Type d'étude
Inscription (Réel)
Phase
- N'est pas applicable
Contacts et emplacements
Lieux d'étude
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Newcastle upon Tyne, Royaume-Uni, NE1 8ST
- Northumbria University
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Critères de participation
Critère d'éligibilité
Âges éligibles pour étudier
Accepte les volontaires sains
Sexes éligibles pour l'étude
La description
Critère d'intégration:
- Homme ou femme âgé de 40 ans ou plus.
- Antécédents de tabagisme actuels ou antérieurs : 10 années de paquet ou plus.
- La spirométrie a confirmé une BPCO stable (GOLD stades II-IV) sous traitement médical optimal.
- Présenter une hyperinflation dynamique induite par l'exercice (ΔIC de base > 0,150 L)
Critère d'exclusion:
- Maladies concomitantes orthopédiques, neurologiques ou autres qui altèrent de manière significative les schémas de mouvement biomécaniques normaux, à en juger par l'investigateur.
- Exacerbation modérée ou sévère de la MPOC dans les 6 semaines.
- Arythmie cardiaque instable.
- Cardiopathie ischémique instable, y compris infarctus du myocarde dans les 6 semaines.
- Sténose aortique modérée ou sévère ou cardiomyopathie obstructive hypertrophique.
- Hypertension non contrôlée.
- Hypotension non contrôlée (PAS<85mmHg).
- Diabète non contrôlé.
- Intolérance de l'appareil VitaBreath.
Plan d'étude
Comment l'étude est-elle conçue ?
Détails de conception
- Objectif principal: Science basique
- Répartition: Randomisé
- Modèle interventionnel: Affectation croisée
- Masquage: Aucun (étiquette ouverte)
Armes et Interventions
Groupe de participants / Bras |
Intervention / Traitement |
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Autre: Contrôler la respiration des lèvres pincées
Les patients subiront un protocole d'exercices intermittents sur un vélo ergomètre.
Le protocole d'exercice consistera en des séances d'exercice répétées de 2 minutes, séparées par des périodes de récupération de 2 minutes entre les séances de travail.
Pendant la 1ère minute de chaque période de récupération, les patients respirent en adoptant la technique de respiration à lèvres pincées.
Pendant la 2e minute de chaque période de récupération, les patients respirent normalement.
Les patients évalueront également l'intensité de leur dyspnée perçue à l'aide de l'échelle de Borg 1-10.
Le débit cardiaque et le volume d'éjection systolique seront mesurés de manière non invasive à l'aide d'une méthode de cardio-impédance (physio-flow) tout au long des périodes d'exercice et de récupération.
L'activation des muscles respiratoires (EMG) et l'oxygénation des tissus musculaires respiratoires locaux (NIRS) seront enregistrées en continu de manière non invasive à l'aide d'optodes placées sur la peau tout au long des périodes d'exercice et de récupération.
De plus, la saturation artérielle en oxygène sera enregistrée tout au long des périodes d'exercice et de récupération à l'aide d'un oxymètre de pouls.
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Le VitaBreath (Philips, Respironics) est un appareil de ventilation portable, portatif, alimenté par batterie et non invasif, qui a été démontré par notre groupe pour réduire l'essoufflement lié à l'activité chez les patients atteints de MPOC.
Il délivre des pressions inspiratoires de 18 cmH2O et expiratoires de 8 cmH2O, mais ne peut être utilisé que pendant les périodes de récupération.
Dans notre étude, les patients effectueront des périodes d'exercice consécutives alternées par deux minutes de récupération afin de permettre l'utilisation de l'appareil VitaBreath pendant la première minute de chaque période de récupération.
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Expérimental: pVNI
Les patients subiront un protocole d'exercices intermittents sur un vélo ergomètre.
Le protocole d'exercice consistera en des séances d'exercice répétées de 2 minutes, séparées par des périodes de récupération de 2 minutes entre les séances de travail.
Pendant la 1ère minute de chaque période de récupération, les patients respirent via l'appareil VitaBreath.
Pendant la 2e minute de chaque période de récupération, les patients respirent normalement.
Les patients évalueront également l'intensité de leur dyspnée perçue à l'aide de l'échelle de Borg 1-10.
Le débit cardiaque et le volume d'éjection systolique seront mesurés de manière non invasive à l'aide d'une méthode de cardio-impédance (physio-flow) tout au long des périodes d'exercice et de récupération.
L'activation des muscles respiratoires (EMG) et l'oxygénation des tissus musculaires respiratoires locaux (NIRS) seront enregistrées en continu de manière non invasive à l'aide d'optodes placées sur la peau tout au long des périodes d'exercice et de récupération.
De plus, la saturation artérielle en oxygène sera enregistrée tout au long des périodes d'exercice et de récupération à l'aide d'un oxymètre de pouls.
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Le VitaBreath (Philips, Respironics) est un appareil de ventilation portable, portatif, alimenté par batterie et non invasif, qui a été démontré par notre groupe pour réduire l'essoufflement lié à l'activité chez les patients atteints de MPOC.
Il délivre des pressions inspiratoires de 18 cmH2O et expiratoires de 8 cmH2O, mais ne peut être utilisé que pendant les périodes de récupération.
Dans notre étude, les patients effectueront des périodes d'exercice consécutives alternées par deux minutes de récupération afin de permettre l'utilisation de l'appareil VitaBreath pendant la première minute de chaque période de récupération.
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Que mesure l'étude ?
Principaux critères de jugement
Mesure des résultats |
Description de la mesure |
Délai |
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L'ampleur du changement dans l'hyperinflation dynamique de la paroi thoracoabdominale.
Délai: L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 1 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Changement par rapport à la ligne de base en litres de volume de la paroi thoracoabdominale à la fin de l'exercice et récupération après l'exercice à partir de la respiration au repos.
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L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 1 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Mesures de résultats secondaires
Mesure des résultats |
Description de la mesure |
Délai |
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Volumes de la paroi thoraco-abdominale compartimentale (cage thoracique et volumes abdominaux) évalués par OEP.
Délai: L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 2 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Changement par rapport à la ligne de base en litres de volume de la paroi thoraco-abdominale du compartiment à la fin de l'exercice et de la récupération après l'exercice à partir de la respiration au repos.
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L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 2 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Activation électromyographique (exprimée en fractions d'activation maximale et en termes absolus en mV) évaluée par électromyographie de surface
Délai: L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 3 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Changement par rapport à la ligne de base du signal EMG intégré des muscles respiratoires à la fin de l'exercice et récupération après l'exercice de la respiration au repos.
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L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 3 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Besoins en oxygénation des muscles respiratoires enregistrés à partir des muscles intercostaux et abdominaux par spectroscopie proche infrarouge, y compris les mesures de : l'hémoglobine totale (TOI), l'hémoglobine oxygénée (HbO2) et l'hémoglobine désoxygénée (HHb).
Délai: L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 4 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Changement par rapport à la ligne de base de la saturation fractionnelle en oxygène des muscles respiratoires à la fin de l'exercice et de la récupération après l'exercice à partir de la respiration au repos.
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L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 4 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Réponses du débit cardiaque évaluées de manière non invasive par la technologie d'impédance cardio
Délai: L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 5 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Changement par rapport à la ligne de base du débit cardiaque à la fin de l'exercice et récupération après l'exercice à partir de la respiration au repos.
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L'intervention se déroulera en une seule visite. Au cours de la visite, les patients effectueront 2 essais d'une durée de 20 minutes chacun. Le résultat 5 sera évalué au repos, à la 20e minute de cyclisme et 5 minutes après le cyclisme à chaque essai.
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Collaborateurs et enquêteurs
Parrainer
Collaborateurs
Publications et liens utiles
Publications générales
- Maltais F, Decramer M, Casaburi R, Barreiro E, Burelle Y, Debigare R, Dekhuijzen PN, Franssen F, Gayan-Ramirez G, Gea J, Gosker HR, Gosselink R, Hayot M, Hussain SN, Janssens W, Polkey MI, Roca J, Saey D, Schols AM, Spruit MA, Steiner M, Taivassalo T, Troosters T, Vogiatzis I, Wagner PD; ATS/ERS Ad Hoc Committee on Limb Muscle Dysfunction in COPD. An official American Thoracic Society/European Respiratory Society statement: update on limb muscle dysfunction in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2014 May 1;189(9):e15-62. doi: 10.1164/rccm.201402-0373ST.
- Beauchamp MK, Nonoyama M, Goldstein RS, Hill K, Dolmage TE, Mathur S, Brooks D. Interval versus continuous training in individuals with chronic obstructive pulmonary disease--a systematic review. Thorax. 2010 Feb;65(2):157-64. doi: 10.1136/thx.2009.123000. Epub 2009 Dec 8.
- Vogiatzis I, Zakynthinos S. Factors limiting exercise tolerance in chronic lung diseases. Compr Physiol. 2012 Jul;2(3):1779-817. doi: 10.1002/cphy.c110015.
- Ambrosino N, Cigni P. Non invasive ventilation as an additional tool for exercise training. Multidiscip Respir Med. 2015 Apr 9;10(1):14. doi: 10.1186/s40248-015-0008-1. eCollection 2015.
- Puente-Maestu L, Palange P, Casaburi R, Laveneziana P, Maltais F, Neder JA, O'Donnell DE, Onorati P, Porszasz J, Rabinovich R, Rossiter HB, Singh S, Troosters T, Ward S. Use of exercise testing in the evaluation of interventional efficacy: an official ERS statement. Eur Respir J. 2016 Feb;47(2):429-60. doi: 10.1183/13993003.00745-2015. Epub 2016 Jan 21.
- Sabapathy S, Kingsley RA, Schneider DA, Adams L, Morris NR. Continuous and intermittent exercise responses in individuals with chronic obstructive pulmonary disease. Thorax. 2004 Dec;59(12):1026-31. doi: 10.1136/thx.2004.026617.
- O'Donnell DE, D'Arsigny C, Webb KA. Effects of hyperoxia on ventilatory limitation during exercise in advanced chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2001 Mar;163(4):892-8. doi: 10.1164/ajrccm.163.4.2007026.
- O'Donnell DE, Revill SM, Webb KA. Dynamic hyperinflation and exercise intolerance in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2001 Sep 1;164(5):770-7. doi: 10.1164/ajrccm.164.5.2012122.
- Morris NR, Walsh J, Adams L, Alision J. Exercise training in COPD: What is it about intensity? Respirology. 2016 Oct;21(7):1185-92. doi: 10.1111/resp.12864.
- Palange P. Lighter than air: heliox breathing improves exercise tolerance in COPD. Eur Respir Rev. 2010 Mar;19(115):1-3. doi: 10.1183/09059180.00000210. No abstract available.
- Vogiatzis I, Chynkiamis N, Armstrong M, Lane ND, Hartley T, Gray WK, Bourke SC. Intermittent Use of Portable NIV Increases Exercise Tolerance in COPD: A Randomised, Cross-Over Trial. J Clin Med. 2019 Jan 15;8(1):94. doi: 10.3390/jcm8010094.
- Vogiatzis I, Georgiadou O, Golemati S, Aliverti A, Kosmas E, Kastanakis E, Geladas N, Koutsoukou A, Nanas S, Zakynthinos S, Roussos C. Patterns of dynamic hyperinflation during exercise and recovery in patients with severe chronic obstructive pulmonary disease. Thorax. 2005 Sep;60(9):723-9. doi: 10.1136/thx.2004.039115. Epub 2005 Jun 17.
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