Clinical, biological and technical effects of non invasive ventilation
Effets cliniques, biologiques et aspects techniques de la ventilation non invasive
Résumé
Chronic alveolar hypoventilation is considered as a pejorative factor of several respiratory diseases outcomes. However, its pathophysiological impact has not been studied in a convincing way. This thesis aimed to assess moderate alveolar hypoventilation consequences during restrictive chronic respiratory failure and the effects of its treatment by non-invasive ventilation (NIV).
We have shown that Obesity Hypoventilation Syndrome patients (OHS) had more severely impaired endothelial function and higher systemic low-grade inflammation than simple obese patients. Arterial PaCO2 was correlated with endothelial dysfunction (Borel et al, manuscript in preparation). We have also reported that in OHS, the proportion of REM-sleep time spent in hypoventilation was related to lowered CO2 ventilatory response and to excessive diurnal sleepiness. Non-invasive ventilation improved objective diurnal vigilance (Chouri-Pontarollo et al Chest 2007). Currently, we are conducting the first randomized NIV versus observation during one month study in OHS. The intermediate analysis showed that one month of nocturnal NIV led to a diurnal PaCO2, an improvement of sleep structure and an increase of total lung capacity. However, neither cardiovascular nor metabolic parameters were modified.
When NIV was used during exercise, in patients with chronic thoracic restrictive respiratory failure, minute ventilation and exercise tolerance were improved (Borel et al, Resp Med 2008). In these patients, long term training with NIV had no additional benefits as to training in spontaneous breathing, except for the most severe of them. For those later patients, training with NIV lead to a larger improvement in six minutes walking distance and in quality of live, particularly in their fatigue.
We also focused on the impact of intentional leak levels of different masks on the performance of ventilators designed for bi-level positive pressure ventilation. Increase of intentional leaks significantly impaired the capacity of ventilators to attain and maintain preset inspiratory pressure and could decrease tidal volume. These significant effects occurred mainly for intentional leaks above 40 l/min (for an inspiratory pressure of 14 cmH2O) (Borel et al, Chest 2008 in press).
Conclusion: Chronic alveolar hypoventilation may be considered as one of the patho-physiological factors of endothelial dysfunction, inflammation, sleepiness and exercise intolerance. In spite of technological limitations of bi-level pressure machines currently used, nocturnal NIV corrects alveolar hypoventilation in OHS patients; however its short term and long term impacts on inflammation and endothelial dysfunction remain uncertain. During respiratory rehabilitation program, using NIV during exercise improves exercise capacities and quality of life for the most severe restrictive respiratory failure patients.
We have shown that Obesity Hypoventilation Syndrome patients (OHS) had more severely impaired endothelial function and higher systemic low-grade inflammation than simple obese patients. Arterial PaCO2 was correlated with endothelial dysfunction (Borel et al, manuscript in preparation). We have also reported that in OHS, the proportion of REM-sleep time spent in hypoventilation was related to lowered CO2 ventilatory response and to excessive diurnal sleepiness. Non-invasive ventilation improved objective diurnal vigilance (Chouri-Pontarollo et al Chest 2007). Currently, we are conducting the first randomized NIV versus observation during one month study in OHS. The intermediate analysis showed that one month of nocturnal NIV led to a diurnal PaCO2, an improvement of sleep structure and an increase of total lung capacity. However, neither cardiovascular nor metabolic parameters were modified.
When NIV was used during exercise, in patients with chronic thoracic restrictive respiratory failure, minute ventilation and exercise tolerance were improved (Borel et al, Resp Med 2008). In these patients, long term training with NIV had no additional benefits as to training in spontaneous breathing, except for the most severe of them. For those later patients, training with NIV lead to a larger improvement in six minutes walking distance and in quality of live, particularly in their fatigue.
We also focused on the impact of intentional leak levels of different masks on the performance of ventilators designed for bi-level positive pressure ventilation. Increase of intentional leaks significantly impaired the capacity of ventilators to attain and maintain preset inspiratory pressure and could decrease tidal volume. These significant effects occurred mainly for intentional leaks above 40 l/min (for an inspiratory pressure of 14 cmH2O) (Borel et al, Chest 2008 in press).
Conclusion: Chronic alveolar hypoventilation may be considered as one of the patho-physiological factors of endothelial dysfunction, inflammation, sleepiness and exercise intolerance. In spite of technological limitations of bi-level pressure machines currently used, nocturnal NIV corrects alveolar hypoventilation in OHS patients; however its short term and long term impacts on inflammation and endothelial dysfunction remain uncertain. During respiratory rehabilitation program, using NIV during exercise improves exercise capacities and quality of life for the most severe restrictive respiratory failure patients.
L'hypoventilation alvéolaire chronique est considérée comme un marqueur d'évolution péjorative de différentes pathologies respiratoires. Cependant, son rôle physiopathologique dans différentes dysfonctions systémiques n'a pas été étudié de manière convaincante. Cette thèse avait pour but d'investiguer les conséquences de l'hypoventilation alvéolaire modérée au cours de l'insuffisance respiratoire chronique restrictive et les effets de son traitement par ventilation non-invasive.
Nous avons montré que des patients affectés d'un syndrome obésité-hypoventilation (SOH) avaient une fonction endothéliale plus sévèrement altérée et une inflammation systémique plus importante que les patients obèses simples. La PaCO2 était corrélée à la dysfonction endothéliale (Borel et coll, manuscrit en préparation). Nous avons observé que la proportion d'hypoventilation en sommeil paradoxal, chez les sujets SOH, était associée à une réponse ventilatoire au CO2 abaissée et une somnolence diurne excessive. Pour la première fois, nous avons constaté que la ventilation non invasive nocturne améliorait la vigilance diurne objective (Chouri-Pontarollo et coll, Chest 2007). Nous menons actuellement la première étude randomisée du traitement des patients porteurs d'un SOH par VNI versus observation pendant un mois. L'analyse intermédiaire montrait qu'un mois de VNI nocturne chez les patients SOH améliorait la PaCO2 diurne, la capacité pulmonaire totale, la structure du sommeil, cependant aucun paramètre cardiovasculaire et métabolique n'était modifié.
Chez des patients insuffisants respiratoires chroniques pariéto-restrictifs, la VNI utilisée au cours d'un exercice aigu, augmentait la ventilation et améliorait la tolérance à l'effort (Borel et coll, Resp Med 2008). Chez ces mêmes patients, un réentrainement à l'effort sous VNI n'apportait pas de bénéfices additionnels par rapport à un réentrainement en ventilation spontanée sauf chez les patients les plus sévères. Ces derniers, amélioraient leur périmètre de marche et leur qualité de vie. Leur fatigue en particulier était améliorée s'ils s'étaient réentraînés sous VNI (Borel et coll, Am Journal of physical med and rehab, 2008, soumis).
Enfin, nous avons analysé l'impact des fuites intentionnelles des masques de VNI sur la performance des appareils de VNI bi-pressionnels. L'augmentation des fuites intentionnelles diminuait les capacités des appareils à atteindre et maintenir la pression de consigne. Ceci pouvait conduire à une diminution du volume délivré au patient, en particulier pour des fuites intentionnelles supérieures à 40 L.min-1 à 14 cm H2O de pression (Borel et al, Chest, sous presse).
Conclusion : L'hypoventilation alvéolaire chronique peut-être considéré comme un déterminant physiopathologique de la dysfonction endothéliale, de l'inflammation, de la somnolence, et de l'intolérance à l'effort. La VNI, utilisée au cours des efforts, permet d'améliorer les capacités d'exercice et la qualité de vie des patients insuffisants respiratoires restrictifs les plus sévères. Malgré les limites technologiques des appareils de VNI bi-pressionnels utilisés actuellement, la VNI corrige l'hypoventilation alvéolaire des patients SOH, cependant les effets sur l'inflammation, la dysfonction endothéliale restent incertains à cours et long terme chez ces sujets obèses.
Nous avons montré que des patients affectés d'un syndrome obésité-hypoventilation (SOH) avaient une fonction endothéliale plus sévèrement altérée et une inflammation systémique plus importante que les patients obèses simples. La PaCO2 était corrélée à la dysfonction endothéliale (Borel et coll, manuscrit en préparation). Nous avons observé que la proportion d'hypoventilation en sommeil paradoxal, chez les sujets SOH, était associée à une réponse ventilatoire au CO2 abaissée et une somnolence diurne excessive. Pour la première fois, nous avons constaté que la ventilation non invasive nocturne améliorait la vigilance diurne objective (Chouri-Pontarollo et coll, Chest 2007). Nous menons actuellement la première étude randomisée du traitement des patients porteurs d'un SOH par VNI versus observation pendant un mois. L'analyse intermédiaire montrait qu'un mois de VNI nocturne chez les patients SOH améliorait la PaCO2 diurne, la capacité pulmonaire totale, la structure du sommeil, cependant aucun paramètre cardiovasculaire et métabolique n'était modifié.
Chez des patients insuffisants respiratoires chroniques pariéto-restrictifs, la VNI utilisée au cours d'un exercice aigu, augmentait la ventilation et améliorait la tolérance à l'effort (Borel et coll, Resp Med 2008). Chez ces mêmes patients, un réentrainement à l'effort sous VNI n'apportait pas de bénéfices additionnels par rapport à un réentrainement en ventilation spontanée sauf chez les patients les plus sévères. Ces derniers, amélioraient leur périmètre de marche et leur qualité de vie. Leur fatigue en particulier était améliorée s'ils s'étaient réentraînés sous VNI (Borel et coll, Am Journal of physical med and rehab, 2008, soumis).
Enfin, nous avons analysé l'impact des fuites intentionnelles des masques de VNI sur la performance des appareils de VNI bi-pressionnels. L'augmentation des fuites intentionnelles diminuait les capacités des appareils à atteindre et maintenir la pression de consigne. Ceci pouvait conduire à une diminution du volume délivré au patient, en particulier pour des fuites intentionnelles supérieures à 40 L.min-1 à 14 cm H2O de pression (Borel et al, Chest, sous presse).
Conclusion : L'hypoventilation alvéolaire chronique peut-être considéré comme un déterminant physiopathologique de la dysfonction endothéliale, de l'inflammation, de la somnolence, et de l'intolérance à l'effort. La VNI, utilisée au cours des efforts, permet d'améliorer les capacités d'exercice et la qualité de vie des patients insuffisants respiratoires restrictifs les plus sévères. Malgré les limites technologiques des appareils de VNI bi-pressionnels utilisés actuellement, la VNI corrige l'hypoventilation alvéolaire des patients SOH, cependant les effets sur l'inflammation, la dysfonction endothéliale restent incertains à cours et long terme chez ces sujets obèses.
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