Effect of positive expiratory pressure at rest and during exercise on intercostal muscle oxygenation in healthy subjects

Effet d'une pression expiratoire positive au repos et à l'exercice sur l'oxygénation des muscles intercostaux chez des sujets sains

Quentin Bretonneau (1)

1 MOVE [Poitiers] - Laboratoire Mobilité, Vieillissement, Exercice

In patients with obstructive pulmonary disease, airway narrowing can induce ventilatory disturbances such as expiratory flow limitation (EFL) and/or pulmonary hyperinflation (PH). In such a context, the metabolic balance could be disturbed within the intercostal muscle tissue, especially during exercise, which could promote the onset or worsening of dyspnea.To simulate ventilatory disturbances that may be encountered by patients with obstructive pulmonary diseases (e.g. abnormally high resistance of the airways to expiration, EFL and PH), a positive expiratory pressure (PEP) of 20 cmH2O was imposed at rest and during exercise in healthy subjects. Oxygenation of the intercostal muscles was measured by near-infrared spectroscopy at the 7th intercostal space.At rest, a decrease in oxyhemoglobin concentration ([O2Hb]) probably linked to a decrease in total hemoglobin concentration ([tHb], i.e. local blood volume) was observed in response to PEP (Study 1). However, no reduction in tissue oxygen saturation index (TSI) was reported (Studies 1 to 3), even in a context of PEP-induced PH (Study 2). During exercise, a lower increase in [O2Hb] and [tHb] was observed when PEP was imposed (vs. control). A decrease in TSI and inspiratory capacity was also reported between rest and exercise in this condition (Study 3).According to the results of our studies, when a PEP of 20 cmH2O is imposed at rest in young healthy subjects, no metabolic imbalance seems to occur in the intercostal muscles. However, when this PEP is imposed during exercise, a disturbance of the metabolic balance seems to happen. This could be partly explained by local hemodynamic alterations induced by PH. However, further studies are needed to clarify this aspect.Finally, no relationship between dyspnea and the metabolic condition of the intercostal muscles was observed during our studies. However, correlations between respiratory discomfort and instantaneous ventilatory flows were highlighted at rest and during exercise with PEP (Studies 1 and 3). A relationship between dyspnea and PH was also observed at rest (Study 2).Future research will aim to verify, at rest and during exercise, whether the oxygenation of the intercostal muscles is influenced by PH in patients with obstructive pulmonary pathologies.

Chez les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives, le rétrécissement du calibre des bronches peut induire des perturbations fonctionnelles ventilatoires comme la limitation de débit expiratoire (LDE) et/ou l’hyperinflation pulmonaire (HP). Dans un tel contexte, l’équilibre métabolique pourrait être perturbé au sein du tissu musculaire intercostal, notamment à l’exercice, ce qui pourrait favoriser la survenue ou l’aggravation de la dyspnée.Pour simuler les perturbations ventilatoires que peuvent rencontrer les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives (e.g. résistance anormalement élevée des voies aériennes à l’expiration, LDE et HP), une pression expiratoire positive (PEP) de 20 cmH2O a été imposée au repos et à l’exercice chez des sujets sains. L’oxygénation des muscles intercostaux a été mesurée par spectroscopie dans le proche infrarouge au niveau du 7ème espace intercostal.Au repos, une diminution de la concentration en oxyhémoglobine ([O2Hb]) probablement liée à une baisse de la concentration en hémoglobine totale ([tHb], i.e. volume sanguin local) a été observée en réponse à la PEP (Étude 1). Toutefois, aucune diminution de l’indice de saturation tissulaire en oxygène (TSI) n’a été constatée (Études 1 à 3), y compris lorsque la PEP était à l’origine d’une HP (Étude 2). A l’exercice, une moindre augmentation de [O2Hb] et de [tHb] a été rapportée lorsque la PEP était imposée (vs. contrôle). Une diminution du TSI et de la capacité inspiratoire a aussi été observée entre le repos et l’exercice dans cette condition (Étude 3).D’après les résultats de nos études, lorsqu’une PEP de 20 cmH2O est imposée au repos chez de jeunes sujets sains, aucun déséquilibre métabolique ne semble se produire au niveau des muscles intercostaux. En revanche, lorsque cette PEP est imposée à l’exercice, une perturbation de l’équilibre métabolique semble avoir lieu. Cette dernière pourrait être en partie expliquée par des altérations hémodynamiques locales induites par l’HP. Toutefois, des études complémentaires sont nécessaires pour éclaircir cet aspect.Enfin, aucune relation entre la dyspnée et la condition métabolique des muscles intercostaux n’a été observée lors de nos études. En revanche, des corrélations entre l’inconfort respiratoire et les débits ventilatoires instantanés ont été mises en évidence au repos et à l’exercice lorsque la PEP était imposée (Études 1 et 3). Une relation entre la dyspnée et l’HP a aussi été observée au repos (Étude 2).Les travaux de recherche futurs auront pour objectif de vérifier, au repos et à l’exercice, si l’oxygénation des muscles intercostaux est influencée par l’HP chez des patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives.

Mots clés: Tissue oxygenation; Intercostal muscles; Near-Infrared spectroscopy; Positive expiratory pressure; Pulmonary hyperinflation; Dyspnea; Rest; Exercise

Mots clés: Oxygénation tissulaire; Muscles intercostaux; Spectroscopie dans le proche infrarouge; Pression expiratoire positive; Hyperinflation pulmonaire; Dyspnée; Repos; Exercice

Domaines: Médecine humaine et pathologie

Quentin Bretonneau. Effet d'une pression expiratoire positive au repos et à l'exercice sur l'oxygénation des muscles intercostaux chez des sujets sains. Médecine humaine et pathologie. Université de Poitiers, 2020. Français. ⟨NNT : 2020POIT2259⟩. ⟨tel-03003837⟩