Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.5.2023.tde-19062023-121551
Document
Author
Full name
Jeferson George Ferreira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Albuquerque, André Luiz Pereira de (President)
Assunção, Renata Pletsch
Caruso, Pedro
Salge, João Marcos
Title in Portuguese
Estudo do trabalho ventilatório no repouso e no exercício em indivíduos com doença pulmonar obstrutiva crônica, doença pulmonar intersticial fibrosante e em um grupo controle
Keywords in Portuguese
Doença pulmonar obstrutiva crônica
Fibrose pulmonar
Mecânica respiratória
Músculos respiratórios
Tolerância ao exercício
Trabalho respiratório
Abstract in Portuguese
Introdução: A DPOC e as DPIFs são duas importantes doenças respiratórias crônicas que se caracterizam por aumento na dispneia, intolerância aos esforços e prejuízo da qualidade de vida. As causas desses prejuízos são multifatoriais, sendo que as ações dos músculos inspiratórios e expiratórios e os componentes do trabalho ventilatório são de fundamental importância, porém ainda não são completamente compreendidos. Objetivos: O objetivo principal deste estudo foi avaliar o trabalho respiratório (WOB), e o grau de recrutamento da musculatura inspiratória e expiratória em dois grupos de doenças respiratórias, DPOC e DPIF, no repouso e durante o exercício. Metodologia: Trata-se de um estudo transversal envolvendo 3 grupos, DPOC, DPIF e indivíduos controle saudáveis (n=20 cada grupo). Foram realizadas avaliações de dispneia (mMRC), qualidade de vida (SGRQ) e prova de função pulmonar. Foram mensuradas no repouso: 1) Medidas de força muscular respiratória volitivas não invasivas; 2) Pressão esofágica (PEs), Pressão Gástrica (PGa) e Pressão transdiafragmática (PDI); 3) Medidas de força muscular volitiva invasiva; 4) Medidas de força muscular não volitiva através de estimulação magnética; 5) Eletromiografia de superfície (EMG) dos músculos acessórios inspiratórios (escaleno e ECM) e expiratórios (obliquo externo). A seguir foi realizado um teste de esforço cardiopulmonar (TECP) incremental em bicicleta ergométrica. Com os dados de mecânica respiratória foram avaliados o trabalho ventilatório (WOB total) e seus componentes isolados (elástico, resistivo e expiratório) Resultados: Os grupos de doenças respiratórias crônicas não apresentaram fraqueza muscular nas avaliações estáticas. Contudo, apresentaram baixo desempenho no teste de esforço e dispneia como sintoma limitante. Apresentaram também aumento significativo da PDI durante o esforço, sendo que na DPIF acontece maior aumento na PEs e baixo incremento na PGa, e na DPOC houve aumento significativo da PGa durante o esforço. Na DPIF ocorre maior recrutamento dos músculos acessórios inspiratórios, já na DPOC além do recrutamento inspiratório também foi observado alto recrutamento abdominal. Em ambas as doenças foi possível verificar ineficiência neuromecânica da ventilação. O trabalho respiratório e seus componentes são distintos nas diferentes doenças respiratórias crônicas. Na DPOC existe aumento considerável do WOB resistido e expiratório durante o esforço, enquanto na DPIF o WOB elástico é responsável pela maior porcentagem do trabalho total. O esforço muscular e o trabalho ventilatório se correlacionaram com maior grau de dispneia nessas doenças. Conclusões: A atividade precoce e aumentada dos músculos respiratórios e os componentes do trabalho respiratório contribuiram significativamente para a dispneia, a intolerância ao exercício e a ineficiência neuromecânica da ventilação na DPOC e na DPIF. Existem importantes diferenças no mecanismo de geração de força diafragmática entre essas doenças. Os comprometimentos observados podem não ser detectáveis em testes de força estática ao repouso
Title in English
Study of work of breathing at rest and during exercise in individuals with chronic obstructive pulmonary disease, interstitial lung diseases and in a healthy control group
Keywords in English
Exercise tolerance
Pulmonary disease chronic obstructive
Pulmonary fibrosis
Respiratory mechanics
Respiratory muscles
Work of breathing
Abstract in English
Introduction: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and interstitial lung diseases (ILDs) are two important chronic respiratory diseases that have as common characteristics dyspnea, exercise intolerance and impaired quality of life. The role of inspiratory and expiratory muscle action and work of breathing components, although very important, remains incompletely understood. Objectives: The main objective of this study was to evaluate the work of breathing (WOB), and the degree of recruitment of the inspiratory and expiratory muscles in two groups of chronic respiratory diseases, COPD and ILDs, at rest and during a incremental cycle exercise. Methods: We compared sensory-mechanical relationships in patients with COPD, ILDs and healthy control subjects (n=20 each). Dyspnea (mMRC), quality of life (SGRQ) and pulmonary function test were performed. We evaluate at rest: 1) Non-invasive volitional respiratory muscle strength; 2) Esophageal Pressure (PEs), Gastric Pressure (PGa) and Transdiaphragmatic Pressure (PDI) measured through the passage of balloons; 3) Invasive volitional muscle strength; 4) Non-volitional invasive muscle strength through magnetic stimulation; 5) Surface electromyography of accessory inspiratory (scalene and ECM) and expiratory (external oblique) muscles. Then, subjects performed an incremental cycle cardiopulmonary exercise testing (CPET). With the respiratory mechanics data, the work of breathing (total WOB) and its isolated components (elastic, resistive and expiratory) were evaluated. Results: Chronic respiratory diseases did not show muscle weakness in the static evaluations. However, they showed poor performance in the exercise test and dyspnea as a limiting symptom. They also showed a significant increase in PDI during effort, and in ILDs there is a greater increase in PEs and a low increase in PGa, and in COPD there is a significant increase in PGa during effort. In ILDs, there is greater recruitment of accessory inspiratory muscles, whereas in COPD, in addition to inspiratory recruitment, high abdominal recruitment was also observed. In both diseases it was possible to verify neuromechanical inefficiency of ventilation compared to healthy control subjects. The work of breathing and its components are different in different chronic respiratory diseases. In COPD, there is a considerable increase in resistive and expiratory WOB during exertion, while in DPIF, elastic WOB is responsible for the highest percentage of total WOB. Muscular effort and work of breathing correlated with a higher dyspnea in these diseases. Conclusions: Early and increased activity of the respiratory muscles and changes in the work of breathing components significantly contribute to dyspnea, exercise intolerance, and neuromechanical inefficiency of ventilation in COPD and ILDs. There are important differences in the mechanism of generation of diaphragmatic force between these diseases. The observed impairments may not be detectable on static strength tests at rest
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Publishing Date
2023-07-04