Study for a Non-Invasive Method of Respiratory Resistance Measurement. Effects of Resistive Loading on Breathing Pattern and Heart Rate Variability.
RECHERCHE D'UNE METHODE DE MESURE NON-INVASIVE DES RESISTANCES RESPIRATOIRES. EFFETS VENTILATOIRES ET CARDIAQUES DE CHARGES RESISTIVES.
Résumé
The aim of this work has been to propose a new method for measuring respiratory resistances. This method is based on differences between Rib Cage and Abdomen surface area changes measured by inductance plethysmography. These differences were assessed by various calculation of a Rib Cage-Abdomen distance. Distance between asters (aster = vectorial representation of first four harmonics of the Fourier analysis performed on each breath) appeared to be the most sensitive and reproducible and the less variable. This distance increases significantly in healthy subjects with resistive loads (3 à 13 cmH2O.l-1.s) added during the whole breath, both seated and supine. The distance-resistance regressions lines are parallel for all subjects. This result suggests the possibility for evaluating changes in respiratory resistance by using a pooled slope. An assessment of the method was carried out using recordings performed during methacholine-induced changes in airway resistances. It was found that the Rib Cage-Abdomen distance did not increase with the airway resistance as measured by whole body plethysmography for the whole group of subjects. The resistive loading in healthy subjects resulted in (1) a significant increase in inspiratory and expiratory duration, in tidal volume, a slight decrease in minute ventilation as assessed by slight changes in end tidal CO2, whereas there were no changes in the airflow profile and inspiratory /total duration ratio, and (2) no changes in the mean heart rate but an increase in heart rate variability, due mainly to an increase in respiratory sinus arrhythmia. No significant changes were observed in the specific indicies of respiratory sinus arrhythmia, when comparing breathing at a respiratory frequency obtained by adding a resistive load to breathing at the same imposed respiratory frequency.
L'objectif premier de ce travail a été la mise au point d'une méthode nouvelle d'évaluation des résistances respiratoires, basée sur les différences entre les variations de sections du thorax et de l'abdomen, mesurées par pléthysmographie à variation d'inductance. L'évaluation de cette différence a été examinée par différentes formulations de la distance Thorax-Abdomen. C'est la distance entre asters (aster : représentation vectorielle des quatre premières harmoniques d'une décomposition en série de Fourier de chaque cycle respiratoire), qui présente la plus grande sensibilité, la plus faible variabilité et la meilleure reproductibilité. Chez des sujets sains, cette distance augmente significativement avec des charges résistives croissantes (3 à 13 cmH2O.l-1.s), additionnées sur la totalité du cycle respiratoire, aussi bien dans la position assise qu'en décubitus dorsal. Les droites de régressions distances-résistances des différents sujets, sont parallèles entre elles, suggérant la possibilité d'utiliser une droite de pente commune pour évaluer les variations de résistance respiratoire. Un essai de validation de la méthode, au cours de tests à la méthacholine, ne nous a pas permis de montrer une augmentation de la distance Thorax-Abdomen avec la résistance des voies aériennes, mesurée par pléthysmographie corporelle, chez tous les sujets. Au cours d'addition de charges résistives chez le sujet sain, l'étude des caractéristiques ventilatoires et de la variabilité cardiaque a montré (1) une augmentation significative des durées inspiratoires et expiratoires et du volume courant, une faible diminution de la ventilation minute comme en témoigne les faibles variations de la teneur en CO2 du gaz expiré, alors que la forme des cycles respiratoires et le rapport durée inspiratoire/durée totale restent inchangés, et (2) pas de modification de la valeur moyenne de la période cardiaque mais une augmentation de la variabilité, essentiellement en raison d'une augmentation de l'arythmie sinusale d'origine respiratoire. Il n'existe pas de différence significative entre les indices spécifiques de l'arythmie sinusale d'origine respiratoire, à une même fréquence respiratoire, qu'elle résulte d'une addition de résistance ou qu'elle soit obtenue par une ventilation à fréquence imposée.