Effect of pressure support ventilation on maximum exercise capacity in individuals with COPD

• Main Author: Anekwe, David
• Other Authors: Jadranka Spahija (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2014
• Subjects: Health Sciences - Physical Therapy
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=121479

RATIONALE: Non-invasive mechanical ventilation (NIMV) has been used as adjunct to exercise in pulmonary rehabilitation but its acute effect on maximum exercise capacity is not fully understood. Whether NIMV delivered during exercise using a level of ventilatory support titrated to comfort is better than a fixed level of assist is also unknown. OBJECTIVE: The objective of the current study was to evaluate the effect of a fixed and an individually optimized level of pressure support ventilation (PSV) delivered during a symptom-limited incremental bicycle test on maximum exercise capacity, breathing pattern, end-expiratory lung volume (EELV), metabolic parameters, exercise limiting symptoms and respiratory comfort in individuals with COPD. METHODS: Individuals with stable COPD, who do not use supplemental O2 and without known conditions that could limit exercise were recruited. Participants performed three incremental bicycle exercise tests (workload increased by 5 watts/minute) until exhaustion. Tests, separated by 48 hours, were performed in a randomized order (i) without a ventilator (NV), (ii) with 10cmH2O PSV (PSV10) and (iii) with PSV level titrated to patient comfort (PSVt) using a Maquet SERVO-i ventilator in a crossover design. Maximum exercise workload (WLmax), breathing pattern, mouth pressure (Pmo), EELV, metabolic parameters, dyspnea, leg effort, and respiratory comfort were measured and compared using a one-way ANOVA. RESULTS: Eleven individuals (8 males, 3 females) with COPD (FEV1: 49±16% predicted; age: 64±7 years) were studied. The mean PSVt level was 8.2 ± 4.5 cmH2O. There was no difference in the WLmax achieved during the three tests. At rest, PSV10 increased tidal volume (p=0.001) compared to NV, whereas PSVt did not. Inspiratory duration was lower (p=0.009; p=0.004), minute ventilation higher (p=0.001; p=0.02), mean inspiratory flow higher (p<0.001; p=0.006), EELV higher (p=0.003; p=0.002), and end-tidal CO2 lower (p<0.001; p=0.005) with PSV10 and PSVt, respectively. These differences were not observed at peak exercise. Oxygen uptake, Carbon dioxide production, exercise limiting symptoms at peak exercise, and respiratory comfort were not different between the three tests. Mean inspiratory Pmo was lower at peak exercise compared to resting breathing (PSV10: p=0.034, PSVt: p<0.001) and to 50% of WLmax (PSV10: p<0.006, PSVt: p<0.001), despite sustained peak Pmo values. These results suggest that the respiratory muscle unloading, evident with PSV at rest, progressively decreased with increasing exercise. CONCLUSION: Titrated and fixed levels of assist using non-invasive PSV did not improve WLmax due to a progressive decrease in respiratory muscle unloading as exercise intensity increased. === RATIONNEL: La ventilation mécanique non-invasive (VMNI) est utilisée comme thérapie complémentaire à la réadaptation pulmonaire. Toutefois, son effet sur la capacité maximale d'exercice n'est pas entièrement compris. En effet, l'impact de la VMNI fourni lors de l'exercice en utilisant un niveau de support ventilatoire ajusté au confort, plutôt qu'un niveau fixe demeure inconnu. L'objectif de la présente étude est d'évaluer l'effet d'un niveau de ventilation de pression de support (VPS) fixe et optimisé individuellement durant un exercice de capacité maximal avec symptômes limités sur bicyclette, le profile respiratoire, les volumes pulmonaires en fin d'expiration, les paramètres métaboliques, les symptômes limitant l'exercice et le confort respiratoire chez les personnes atteintes de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). MÉTHODES: Les personnes avec MPOC stable, n'utilisant pas d'oxygène supplémentaire et sans autres problèmes médicaux connues affectant la capacité à faire de l'exercice ont été recrutées. Les participants ont effectué trois épreuves d'effort à vélo (charge augmentée de 5 watts / minute) jusqu'à l'épuisement. Les épreuves, effectués à intervalle de 48 heures, ont été réalisés dans un ordre aléatoire: 1) sans ventilateur (SV), 2) avec 10cm H2O VPS (VPS10) et 3) un niveau de VPS ajusté selon le confort du patient (VPSt) en utilisant ventilateur Maquet SERVO-i utilisant un plan d'étude croisé. La charge de travail maximale d'exercice (WLmax), le profile respiratoire, la pression buccale, les volumes pulmonaires en fin d'expiration, les paramètres métaboliques, la dyspnée, l'effort de la jambe et le confort respiratoire ont été mesurés et comparés à l'aide d'une analyse de variance à un facteur. RESULTATS: Onze personnes (8 hommes, 3 femmes) avec MPOC (VEMS1 : 49 ± 16 % prédit; âge : 64 ± 7 ans) ont été étudiés. Le niveau VPSt moyen était de 8,2 ± 4,5 cm de H2O. Aucune différence n'a été mesurée dans la WLmax dans les trois tests. Au repos, avec VPS10 le volume courant a augmenté en comparaison avec le SV (p = 0.001), alors que le VPSt demeure in- changé. La durée inspiratoire était plus basse (p=0.009; p=0.004), la ventilation minute plus élevée (p=0.001; p=0.02), le débit inspiratoire moyen plus haut (p<0.001; p=0.006), les volumes pulmonaires en fin d'expiration plus élevés (p=0.003; p=0.002), and CO2 de fin d'expiration plus bas (p<0.001; p=0.005) avec le VPS10 et VPSt respectivement. Ces différences n'ont pas été observées lors de l'exercice maximal. La consommation d'oxygène, la production de dioxyde de carbone, les symptômes limitant l'effort maximal de pointe et le confort respiratoire n'étaient pas différents entre les trois épreuves. La pression buccale inspiratoire moyenne était inférieure pour l'exercice maximal comparé à la respiration au repos (VPS10: p = 0.034, VPSt: p < 0.001) et à 50 % de WLmax (VPS10: p < 0.006, VPSt: p < 0.001), malgré des valeurs de pression buccale maximales soutenues. Ces résultats suggèrent que le déchargement des muscles respiratoires, évident avec le VPS au repos, diminue progressivement avec l'augmentation de l'exercice. CONCLUSION : Les niveaux d'assistance titrée et fixe utilisant une ventilation non-invasive n'a pas améliorés la WLmax dû à une diminution progressive de la décharge des muscles respiratoires avec l'augmentation de l'intensité de l'exercice.