Breathing with a new positive expiratory pressure device during exercise increases exercise endurance in patients with chronic obstructive pulmonary disease: Preliminary study)
Abstract
บทคัดย่อ
พลวัติการโป่งพองของปอดขณะออกกำลังกายหรือทำกิจกรรมทางกายเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ผู้ป่วยโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) มีภาวะหอบเหนื่อยง่าย และเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆตามเวลา ทำให้ความทนทานในการออกกำลังกายลดลง การหายใจออกผ่านอุปกรณ์ก่อแรงดันบวกรุปกรวย (Conical-Positive Expiratory Pressure, C-PEP) สามารถลดความหอบเหนื่อยและเพิ่มความทนทานในการออกกำลังกายได้ แต่ไม่สะดวกหากใช้ในขณะออกกำลังกายหรือทำกิจกรมทางกายที่มีการเคลื่อนที่ อันเป็นลักษณะของการทำกิจกรรมทางกายในชีวิตประจำวัน คณะผู้วิจัยจึงพัฒนาอุปกรณ์ก่อแรงดันบวกรูปกรวยแบบใหม่ซึ่งเป็นแบบหน้ากาก (C-PEP mask) สามารถใส่ติดตัวขณะออกกำลังกายที่กำลังเคลื่อนที่ได้ วัตถุประสงค์ เพื่อศึกษาผลของการใช้ C-PEP mask ในขณะออกกำลังกายต่อภาวะหอบเหนื่อยและความทนทานในการออกกำลังกาย และการทำงานของปอดและหัวใจในผู้ป่วย COPD การศึกษาแบบ Randomized cross-over trial ในอาสาสมัครCOPD GOLD stage II-III จำนวน 9 คน อายุเฉลี่ย 67.3 ± 3.9 ปี โดยให้อาสาสมัครออกกำลังกายร่วมกับใส่และไม่ใส่ C-PEP mask (ภาวะ CPEP และ ภาวะควบคุม) โดยออกกำลังกายแบบ Spot Marching Exercise Test (SMT) ด้วยความเร็วเฉลี่ย 90±15 ครั้งต่อนาที ซึ่งเป็นความหนักระดับหอบเหนื่อยปานกลาง อาสาสมัครออกกำลังกายจนต้องการหยุด เมื่อมีอาการหอบเหนื่อยมากหรืออัตราการเต้นของหัวใจ (คำเต็มHR) เพิ่มถึง 80% HRmax บันทึกระยะเวลาในการออกกำลังกาย ระดับอาการหอบเหนื่อย (rating of perceived breathlessness; RPB) HR อัตราการหายใจ (RR) ปริมาตรการหายใจแต่ละครั้ง (คำเต็ม VT)แรงดันคาร์บอนไดออกไซด์ในลมหายใจออก (คำเต็ม PETCO2) ความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (คำเต็ม SpO2) และคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ความดันเลือด (คำเต็ม BP) ก่อน ระหว่าง หลังออกกำลังกายทันที และหลังออกกำลังกาย10 นาที ยกเว้นไม่วัดBP ระหว่างออกกำลงกาย ผลการศึกษา พบว่าอาสาสมัครสามารถออกกำลังกายในภาวะ C-PEP ได้นานกว่าภาวะควบคุม ประมาณ 4 นาที (12.2 ±5.8 เทียบกับ 8.3 ± 2.1 นาที; p< 0.05) โดยหยุดออกกำลังกายที่ระดับความหนักไม่แตกต่างกัน ในภาวะ C-PEP และควบคุม (RPB = 4.6±2.7 หน่วย และ 4.1±1.8 หน่วย และ HR = 106.2±8.4 และ 108.5±11.7 ครั้ง/นาที ตามลำดับ) RPB ใน C-PEP น้อยกว่า ภาวะควบคุม ระหว่างช่วงเวลาออกกำลังกาย (AUC median IQR 25-75 ของ CPEP vs ควบคุม ตามลำดับ p=0.26) เมื่อสิ้นสุดออกกำลังกายทันที RR น้อยกว่า และ VT มากกว่า (24.0±6.0 vs 28.0± 3.0 ครั้งต่อนาที และ 1017.8±189.0 vs 974.4±279.1 มิลลิลิตร ใน C-PEP เทียบกับ Control ตามลำดับ p = 0.42) ในขณะออกกำลังกาย PETCO2 และ SpO2 มีค่าปกติ และไม่แตกต่างกันระหว่างภาวะ และไม่พบความผิดปกติของคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ในระยะหลังออกกำลังกาย 10 นาที RR ในภาวะ C-PEP กลับคืนสู่ระยะพัก แต่ยังคงสูงในภาวะควบคุม BP และ HR ยังคงสูงกว่าระยะพักในทั้ง 2 ภาวะ สรุป การหายใจผ่านอุปกรณ์ก่อแรงดันบวกแบบใหม่ (C-PEP mask) ขณะออกกำลังกายมีความปลอดภัย สามารถลดอาการหอบเหนื่อย ะเพิ่มความทนทานในการออกกำลังกายและช่วยการฟื้นตัวของการทำงานของปอดได้ จึงน่าจะนำไปใช้ในการฝึกออกกำลังกายเพื่อฟื้นฟูสมรรถภาพและเพิ่มกิจกรรมทางกายในผู้ป่วยโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังได้
Abstract
Dynamic hyperinflation (DH) during exercise or physical activity is a major cause of dyspnea in COPD patients which progressively increasing severity with time during exercise. This leads to exercise intolerance and poor physical activity. Previous studies reveal that breathing with positive expiratory pressure (PEP) can reduce dyspnea at rest and breathing with Conical-PEP device (C-PEP) during exercise can increase exercise endurance. However, the device is not practical to be used during exercise with mobility and daily life. We, therefore, has developed a new PEP device, C-PEP mask, and aimed to evaluate the effects of breathing with C-PEP mask during exercise on exercise tolerance exertional dyspnea and cardiorespiratory function in moderate to severe COPD patients. A randomized cross-over trial was conducted in 9 COPD participants with an average age of 67.3 ± 3.9 years. The participants performed Spot Marching exercise test at the average speed of 90±15 step/min with (C-PEP) and without C-PEP mask (control) until symptom limited by severe dyspnea or heart rate (HR) reaching 80%HRmax. Exercise duration was recorded. Dyspnea HR, respiratory rate (RR), end tidal carbondioxide pressure (PETCO2), pulse oxygen saturation (SpO2), arrhythmia and blood pressure were examined at pre- , during, immediate post and 10 minute of recovery except BP was not measured during exercise. The results showed that the participants could exercise 4 minutes longer in C-PEP than Control (12.2 ± 5.8 v.s 8.3 ± 2.1 minutes; p< 0.05) whilst they stopped the exercise at similar levels of dyspnea and HR (80% HRmax) in both conditions (RPB 4.6 ± 2.7/10 vs 4.1 ± 1.8 /10unit and HR at 106.2 ± 8.4 vs 108.5 ± 11.7 bpm (in C-PEP and control condition respectively) RR was slower in C-PEP than Control during the exercise (AUC median IQR 25-75 in CPEP vs Control respectively p= 0.26) At the end of exercise, RR slower and VT greater in C-PEP vs Control (24.0±6.0 vs 28.0± 3.0breaths/min and 1017.8±189.0 vs 974.4±279.1 ml respectively p = 0.42). No arrhythmia was observed and PETCO2 and SpO2 were normal during exercise in both conditions. RR returned to rest in C-PEP but not in Control and HR and BP were still higher than resting in both conditions at the end of the 10 min recovery period. We conclude that using a C-PEP mask during exercise is safe, reduces exertional dyspnea increases exercise tolerance and promotes recovery of lung function in COPD. Therefore, C-PEP mask could be used during exercise training in pulmonary rehabilitation and physical activity in moderate to severe COPD.
References
Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD). Global strategy for the diagnosis, management and prevention of COPD. [Online] 2015 [cited 2015 May 21]. Available from http://www.goldcopd.org/ uploads/users/files/GOLD_Report_2015.pdf.
O’Donnell DE, Banzett RB, Carrieri-Kohlman V, Casaburi R, Davenport PW, Gandevia SC. Pathophysiology of Dyspnea in Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Proc Am Thorac Soc 2007; 4: 145–68.
Calverley PMA. Exercise and dyspnoea in COPD. EurRespir Rev 2006; 15(100): 72–9.
Cooper CB. The connection between chronic obstructive pulmonary disease symptoms and hyperinflation and its impact on exercise and function. Am J Med 2006; 119(10): 21-31.
Sridhar SA, Vaishali K, Alaparthi GK, Krishnan S, Zulfeequer, Anand R. Effect of Threshold Positive Expiratory Pressure on Dynamic Hyperinflation & Dyspnea in COPD: A Randomized Cross Over Trial. Journal of Health Sciences & Research 2012; 2(5): 7-16.
Saetta M, Turato G, Baraldo S, Zanin A, Braccioni F, Mapp CE, et al: Goblet cell hyperplasia and epithelial inflammation in peripheral airways of smokers with both symptoms of chronic bronchitis and chronic airflow limitation. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: 1016–21.
Padkao T, Boonsawat W, Jones CU. Conical-PEP is safe, reduces lung hyperinflation and contributes to improved exercise endurance in patients with COPD: a randomized cross-over trial. J Physiother 2010; 56(1): 33-39.
Wibmer T, Rudiger S, Heitner C, Kropf- Sanchen C, Blanta L, Stoibe KM, et al. Effects of Nasal Positive Expiratory Pressure on Dynamic Hyperinflation and Six Minute Walk Test in Patients with COPD. Resp care 2013; 174: 1-27.
Olsen MF, Lannefors L, Westerdahl E. Positive expiratory pressure-common clinical applications and physiological effects. Respir Med 2015; 109: 297-307.
Myers RT. Positive Expiratory Pressure and Oscillatory Positive Expiratory Pressure Therapies. Resp care 2007; 50(10): 1308-27
Mughal MM, Culver AD, Minai AO, Arroliga AC. Auto-positive end-expiratory pressure: Mechanisms and treatment. Cleveland Clinical journal of medicine 2014; 72(9): 801-9Marini JJ. Dynamic Hyperinflation and Auto–Positive End-Expiratory Pressure. Am J Respir Crit Care Med 2011; 184: 756-62.
Pongpanit K, Boonsawat W, Jones DA, and Jones CU. Positive expiratory pressure breathing increases the recovery of dyspnea in patients with COPD. Thai Journal of Physical Therapy 2015; 37(1): 41-53.
