Comparison of different levels of positive expiratory pressure on chest wall volumes in healthy children and patients with fibrosis / Comparação de diferentes níveis de pressão expiratória positiva em volumes de parede torácica em crianças saudáveis e pacientes com fibrose / Comparación de los diferentes niveles de la presión espiratoria positiva en los volúmenes de la pared torácica en niños saludables y pacientes con fibrosis

ABSTRACT Positive Expiratory Pressure (PEP) improves lung function, however, PEP-induced changes are not fully established. The aim of this study was to assess the acute effects of different PEP levels on chest wall volumes and the breathing pattern in children with Cystic Fibrosis (CF). Anthropometric data, lung function values, and respiratory muscle strength were collected. Chest wall volumes were assessed by Optoelectronic plethysmography at rest and during the use of different PEP levels (10 and 20 cm H2O), randomly chosen. Eight subjects with CF (5M, 11.5±3.2 years, 32±9.5 kilograms) and seven control subjects (4M, 10.7±1.5 years, 38.2±7.8 kilograms) were recruited. The CF group showed significantly lower FEF values 25-75% (CF: 1.8±0.8 vs. CG: 2.3±0.6) and FEV1/FVC ratio (CF: 0.8±0.1 vs. CG: 1±0.1) compared with the control group (p<0.05). Different PEP levels increased the usual volume in chest wall and its compartments in both groups; however, this volume was significantly higher in the control group compared with the CF group during PEP20 (CW: 0.77±0.25 L vs. 0.44±0.16 L; RCp: 0.3±0.13 L vs. 0.18±0.1 L; RCa: 0.21±0.1 L vs. 0.12±0.1 L; AB: 0.25±0.1 L vs. 0.15±0.1 L; p<0.05 for all variables). Minute ventilation was significantly higher during PEP compared with breathing at rest in both groups (p<0.005). End-expiratory volume was also higher during PEP compared with breathing at rest for chest wall and pulmonary rib cage in both groups (p<0.05). Different PEP levels may increase chest wall volumes in CF patients.

RESUMO Pressão Expiratória Positiva (PEwP) melhora a função pulmonar, entretanto, as mudanças induzidas pela PEP não estão totalmente estabelecidas. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos agudos de diferentes intensidades de PEP nos volumes da parede torácica (PT) e padrão respiratório em crianças com Fibrose Cística (FC). Dados antropométricos, função pulmonar e força da musculatura respiratória. Os volumes da PT foram avaliados através da Pletismografia Optoeletrônica (POE) em repouso e durante o uso de diferentes intensidades de PEP (10 e 20 cm H2O). Foram recrutados 8 sujeitos com FC (5H; 11,5 ± 3,2 anos; 32 ± 9,5 kg) e 7 sujeitos (4H; 10,7 ± 1,5 anos; 38,2 ± 7,8 kg). Grupo FC mostrou valores significativamente menores para FEF 25-75% (FC: 1,8 ± 0,8 vs. GC: 2,3 ± 0,6) e relação VEF1/CVF (FC: 0,8 ± 0,1 vs. GC: 1 ± 0,1) comparado ao grupo controle (p>0,05). Diferentes intensidades de PEP levaram a um aumento do volume corrente da PT e seus compartimentos em ambos os grupos, entretanto, este volume aumentou de forma significativa no grupo controle quando comparado ao grupo FC durante PEP20 (CW: 0,77 ± 0,25 L vs. 0,44 ± 0,16 L; RCp: 0,3 ± 0,13 L vs. 0,18 ± 0,1 L; RCa: 0,21 ± 0,1 L vs. 0,12 ± 0,1 L; AB: 0,25 ± 0,1 L vs. 0,15 ± 0,1 L; p>0,05 para todas as variáveis). A ventilação minuto aumentou de forma significativa durante a PEP em comparação a respiração em repouso para ambos os grupos (p>0,005). Volume expiratório final também foi maior durante a PEP em comparação a respiração em repouso para PT e caixa torácica pulmonar em ambos os grupos (p>0,05). Diferentes intensidades de PEP podem induzir aumentos nos volumes da parede torácica em pacientes com FC.

RESUMEN La Presión Espiratoria Positiva (PEP) mejora la función pulmonar, mientras tanto, los cambios inducidos por la PEP no están totalmente establecidos. El objetivo del estudio fue evaluar los efectos agudos de distintas intensidades de PEP en los volúmenes de la pared torácica (PT) y patrón respiratorio en niños con Fibrosis Cística (FC). Datos antropométricos, función pulmonar y fuerza de la musculatura respiratoria. Los volúmenes de la PT fueron evaluados a través de la Pletismografía Optoelectrónica (POE) en reposo y durante el uso de distintas intensidades de PEP (10 y 20 cm H2O). Fueron reclutados 8 sujetos con FC (5H; 11,5 ± 3,2 años; 32 ± 9,5 kg) y 7 sujetos (4H; 10,7 ± 1,5 años; 38,2 ± 7,8 kg). Grupo FC mostró valores significativamente menores para FEF 25-75% (FC: 1,8 ± 0,8 vs. GC: 2,3 ± 0,6) y relación VEF1/CVF (FC: 0,8 ± 0,1 vs. GC: 1 ± 0,1) comparado al grupo control (p>0,05). Distintas intensidades de PEP conllevaron a un incremento del volumen corriente de la PT y sus compartimentos en ambos los grupos, mientras tanto, este volumen incrementó de manera significativa en el grupo control cuando comparado al grupo FC durante PEP20 (CW: 0,77 ± 0,25 L vs. 0,44 ± 0,16 L; RCp: 0,3 ± 0,13 L vs. 0,18 ± 0,1 L; RCa: 0,21 ± 0,1 L vs. 0,12 ± 0,1 L; AB: 0,25 ± 0,1 L vs. 0,15 ± 0,1 L; p>0,05 para todas las variables). La ventilación minuto incrementó de manera significativa durante la PEP en comparación a la respiración en reposo para ambos grupos (p>0,005). El volumen espiratorio final también fue más grande durante la PEP en comparación a la respiración en reposo para PT y la caja torácica pulmonar en ambos los grupos (p>0,05). Las distintas intensidades de PEP pueden inducir incrementos en los volúmenes de la pared torácica en pacientes con FC.

Exercise performance and differences in physiological response to pulmonary rehabilitation in severe chronic obstructive pulmonary disease with hyperinflation / Desempenho ao exercício e diferenças na resposta fisiológica à reabilitação pulmonar em doença pulmonar obstrutiva crônica grave com hiperinsuflação

Objective: Pulmonary rehabilitation (PR) improves exercise capacity in most but not all COPD patients. The factors associated with treatment success and the role of chest wall mechanics remain unclear. We investigated the impact of PR on exercise performance in COPD with severe hyperinflation. Methods: We evaluated 22 COPD patients (age, 66 ± 7 years; FEV1 = 37.1 ± 11.8% of predicted) who underwent eight weeks of aerobic exercise and strength training. Before and after PR, each patient also performed a six-minute walk test and an incremental cycle ergometer test. During the latter, we measured chest wall volumes (total and compartmental, by optoelectronic plethysmography) and determined maximal workloads. Results: We observed significant differences between the pre- and post-PR means for six-minute walk distance (305 ± 78 vs. 330 ± 96 m, p < 0.001) and maximal workload (33 ± 21 vs. 39 ± 20 W; p = 0.02). At equivalent workload settings, PR led to lower oxygen consumption, carbon dioxide production (VCO2), and minute ventilation. The inspiratory (operating) rib cage volume decreased significantly after PR. There were 6 patients in whom PR did not increase the maximal workload. After PR, those patients showed no significant decrease in VCO2 during exercise, had higher end-expiratory chest wall volumes with a more rapid shallow breathing pattern, and continued to experience symptomatic leg fatigue. Conclusions: In severe COPD, PR appears to improve oxygen consumption and reduce VCO2, with a commensurate decrease in respiratory drive, changes reflected in the operating chest wall volumes. Patients with severe post-exercise hyperinflation and leg fatigue might be unable to improve their maximal performance despite completing a PR program.

Objetivo: A reabilitação pulmonar (RP) melhora a capacidade de exercício na maioria (mas não todos) dos pacientes com DPOC. Os fatores associados ao sucesso do tratamento e o papel da mecânica da parede torácica na determinação desse sucesso ainda não é claro. Investigamos o impacto da RP no desempenho ao exercício em pacientes com DPOC e hiperinsuflação grave. Métodos: Foram avaliados 22 pacientes com DPOC (idade, 66 ± 7 anos; VEF1 = 37,1 ± 11,8% do previsto) submetidos a oito semanas de exercícios aeróbicos e treino de força. Antes e depois da RP, cada paciente também realizou um teste de caminhada de seis minutos e um teste de exercício incremental em uma bicicleta ergométrica. Durante esse último, os volumes da parede torácica (total e compartimental por pletismografia optoeletrônica) e a carga de trabalho máxima foram determinados. Resultados: Diferenças significativas foram observadas entre as médias pré e pós-RP da distância percorrida no teste de caminhada de seis minutos (305 ± 78 vs. 330 ± 96 m; p < 0,001) e da carga máxima (33 ± 21 vs. 39 ± 20 W; p = 0,02). Sob parâmetros de carga de trabalho equivalente, a RP levou a valores menores de consumo de oxigênio, produção de dióxido de carbono (VCO2) e ventilação minuto. O volume inspiratório (operacional) da caixa torácica diminuiu significativamente após a RP. Em 6 pacientes, a RP não aumentou a carga máxima. Após a RP, esses pacientes não apresentaram uma diminuição significativa na VCO2 durante o exercício, tiveram maiores volumes expiratórios finais da parede torácica com padrão respiratório mais rápido e superficial e continuaram a apresentar fadiga sintomática nas pernas. Conclusões: Na DPOC grave, a RP parece melhorar o consumo de oxigênio e reduzir VCO2, com uma diminuição proporcional no drive respiratório, mudanças essas que são refletidas nos volumes operacionais da parede torácica. Pacientes com hiperinsuflação grave pós-exercício e fadiga nas pernas podem ser incapazes de melhorar seu desempenho máximo apesar de completarem um programa de RP.

Effects of diaphragmatic control on the assessment of sniff nasal inspiratory pressure and maximum relaxation rate

OBJECTIVE: To assess the influence of diaphragmatic activation control (diaphC) on Sniff Nasal-Inspiratory Pressure (SNIP) and Maximum Relaxation Rate of inspiratory muscles (MRR) in healthy subjects. METHOD: Twenty subjects (9 male; age: 23 (SD=2.9) years; BMI: 23.8 (SD=3) kg/m2; FEV1/FVC: 0.9 (SD=0.1)] performed 5 sniff maneuvers in two different moments: with or without instruction on diaphC. Before the first maneuver, a brief explanation was given to the subjects on how to perform the sniff test. For sniff test with diaphC, subjects were instructed to perform intense diaphragm activation. The best SNIP and MRR values were used for analysis. MRR was calculated as the ratio of first derivative of pressure over time (dP/dtmax) and were normalized by dividing it by peak pressure (SNIP) from the same maneuver. RESULTS: SNIP values were significantly different in maneuvers with and without diaphC [without diaphC: -100 (SD=27.1) cmH2O/ with diaphC: -72.8 (SD=22.3) cmH2O; p<0.0001], normalized MRR values were not statistically different [without diaphC: -9.7 (SD=2.6); with diaphC: -8.9 (SD=1.5); p=0.19]. Without diaphC, 40% of the sample did not reach the appropriate sniff criteria found in the literature. CONCLUSION: Diaphragmatic control performed during SNIP test influences obtained inspiratory pressure, being lower when diaphC is performed. However, there was no influence on normalized MRR.