Summary
Nous étudions l’effet des masques chirurgicaux sur la fonction cardiopulmonaire sur la base d’un test d’effort cardiopulmonaire (CPET). Cette étude montre que les masques chirurgicaux réduisent la capacité d’exercice cardiopulmonaire et la ventilation chez les sujets jeunes en bonne santé et que le port de masques pourrait affecter davantage la capacité d’exercice aérobique chez les sujets féminins que chez les sujets masculins.
Abstract
Nous étudions l’effet des masques chirurgicaux sur la fonction cardiopulmonaire sur la base d’un test d’effort cardiopulmonaire (CPET). Cette étude montre que les masques chirurgicaux réduisent la capacité d’exercice cardiopulmonaire et la ventilation chez les sujets jeunes en bonne santé et que le port de masques pourrait affecter davantage la capacité d’exercice aérobique chez les sujets féminins que chez les sujets masculins.
Introduction
Le port d’un masque facial dans les lieux publics peut empêcher la propagation d’une maladie infectieuse en empêchant à la fois l’inhalation de gouttelettes infectieuses et leur expiration et leur dissémination ultérieures1. Bien que l’effet de la réduction du risque de transmission des virus respiratoires reste controversé, le port du masque reste l’un des principaux moyens choisis par les membres de la communauté pour prévenir la propagation des gouttelettes entre les individus dans la vie quotidienne 2,3,4.
Différents types de masques ont des effets différents sur l’augmentation de la résistance expiratoire et de la résistance inspiratoire5. Pendant ce temps, pendant une pandémie de maladie respiratoire, les personnes (y compris les personnes en bonne santé et les patients atteints de maladies cardiopulmonaires) peuvent avoir besoin de porter des masques pendant une longue période pour effectuer leurs activités quotidiennes. Cependant, il existe peu d’études sur l’effet du port d’un masque sur la fonction cardiopulmonaire.
Le test d’effort cardiopulmonaire (CPET) est un moyen important d’évaluation du risque de réadaptation cardiovasculaire en reflétant divers paramètres de la fonction cardiopulmonaire du corps pendant l’exercice avec une charge croissante et est considéré comme l’étalon-or pour le test de la réserve cardiopulmonaire2. Nous utilisons le CPET dans différentes conditions (masque et masque) pour étudier les changements dans les paramètres de la fonction cardiopulmonaire de sujets jeunes en bonne santé, pour évaluer l’interférence des masques de manière objective et quantitative sur la réserve cardiorespiratoire et l’endurance à l’effort d’un point de vue méthodologique novateur pour guider l’application des masques en particulier les maladies respiratoires infectieuses pandémiques. Bien qu’il ait été suggéré que le FFP2/N95 soit plus efficace que les masques chirurgicaux pour réduire l’exposition aux infections virales, les masques médico-chirurgicaux sont plus pratiques et plus courants à obtenir et à utiliser que les masques faciaux FFP2/N95. Ainsi, cette étude se concentre uniquement sur les effets des masques chirurgicaux médicaux sur la fonction cardiopulmonaire.
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Protocol
Le projet clinique a été approuvé par l’Association d’éthique médicale du cinquième hôpital affilié de l’Université médicale de Guangzhou (No. KY01-2020-06-06) et a été enregistré auprès du Centre d’enregistrement des essais cliniques de Chine (No. ChiCTR2000033449) et intitulée « Les effets des masques sur la fonction cardiopulmonaire et des membres inférieurs ».
1. Recrutement des participants
- Inclure les sujets âgés de 18 à 26 ans : qui peut réussir le test PAR-Q6 ; êtes en bonne santé physique ; sans expérience d’entraînement sportif professionnel ; et capable de comprendre l’expérience et de coopérer volontairement à l’ensemble du processus de test.
- Exclure les sujets : atteints de maladies cardiovasculaires et respiratoires ; avec un dysfonctionnement moteur des membres inférieurs causé par d’autres maladies ; qui ne peuvent pas coopérer à l’expérience ; et fumeurs7.
- Obtenir le consentement éclairé écrit de chaque sujet avant sa participation.
- Informez le sujet que les activités intenses sont interdites 48 heures avant et pendant le test, et que la nourriture et les boissons (sauf l’eau) ne sont pas autorisées 2 h avant le test.
- Recueillez les informations de base des sujets (nom, sexe, date de naissance, taille, poids).
- Répartissez aléatoirement les sujets en deux groupes par table de chiffres générée par SPSS. Le groupe 1 a d’abord reçu le CPET dans la condition de masque, suivi de 48 heures de lavage, puis a reçu le CPET dans la condition de masque. Le groupe 2 a d’abord reçu le CPET sans masque, suivi de 48 heures de sevrage, puis a reçu le CPET dans le cas du masque.
2. Réglages du laboratoire et préparation de l’équipement
- Régler la température du laboratoire à 25 °C et équiper de matériel de premiers secours.
- Étalonnez l’analyseur de fonction cardiorespiratoire pour garantir la précision du test CPET, y compris l’étalonnage du capteur de débit, l’étalonnage de l’air intérieur, l’étalonnage de l’analyse des gaz et l’étalonnage de la fréquence respiratoire.
REMARQUE : Pour l’étalonnage de l’analyse des gaz, utilisez des concentrations de 5 % de CO2 et 16 % d’O2 et de N2 pour l’équilibre.
3. Spirométrie
- Demandez au sujet de s’asseoir droit sans s’appuyer sur le dossier de la chaise, les pieds au sol, mais sans incliner les pieds. Demandez-lui de garder la tête à un niveau naturel ou légèrement inclinée vers le haut, mais de ne pas baisser la tête ou de se pencher.
- Test de capacité vitale forcée (CVF) : Demandez au sujet de respirer calmement pendant 5 s, d’inspirer fortement, puis d’expirer fortement pendant 6 s. Enfin, inspirez et continuez à respirer calmement. Effectuez l’ensemble de la procédure sous la direction d’un médecin ou d’un physiologiste de l’exercice dûment formé.
- Test de ventilation volontaire maximale (MVV) : Demandez au sujet de respirer calmement quatre ou cinq fois. Répétez ensuite la respiration en continu pendant 12 ou 15 s à l’amplitude respiratoire maximale et la vitesse respiratoire la plus rapide après la ligne de base avec le volume expiratoire est stable (Figure 1).
REMARQUE : Si le sujet ne fonctionne pas bien lors du test statique de la fonction pulmonaire, le sujet sera invité à effectuer les tests une fois de plus après un repos de 3 minutes. Si le sujet échoue deux fois au test, excluez le sujet.
4. Test d’effort cardiopulmonaire (CPET)
- Préparation de la matière pour le CPET
- Présentez brièvement le processus au sujet.
- Grattez les poils du corps à la position des électrodes de l’électrocardiographe (ECG) (V1 à V6), puis utilisez de l’alcool à 75 % pour éliminer les squames et la graisse supplémentaires.
REMARQUE : V1 est le 4e espace intercostal à droite du sternum. V2 est le 4e espace intercostal, à gauche du sternum, V3 est entre les électrodes V2 et V4, V4 est le 5e espace intercostal sur la ligne médio-claviculaire, V5 est le 5e espace intercostal, sur la ligne axillaire antérieure et V6 est le 5e espace intercostal sur la ligne médio-axillaire gauche. Placez des électrodes de membre pour les bras dans les zones sous-claviculaires et placez des électrodes de membre pour les jambes placées sur le tronc au niveau de la côte inférieure. Le placement de l’électrode doit être latéral pour éviter les artefacts de mouvement excessifs pendant le cyclisme. - Placez les électrodes ECG et fixez-les aux fils ECG à 12 dérivations.
- Fixez l’appareil ECG à la poitrine à l’aide d’une sangle (Figure 2).
- Choisissez un masque adapté à la taille du visage du sujet et fixez-le fermement au visage pour vous assurer qu’il n’y a pas d’espace entre le masque et le visage (Figure 3).
REMARQUE : Le testeur peut utiliser sa main pour appuyer doucement sur le gilet et expirer légèrement pour s’assurer qu’il n’y a pas d’espace. - Fixez le débitmètre sur l’évent, puis fixez l’appareil K4 sur le gilet (Figure 4).
- Asseyez-vous sur le siège et ajustez la hauteur du guidon à une position confortable pour le sujet.
- Saisissez le guidon à deux mains et appuyez sur les pédales avec les pieds bilatéraux pour vous assurer que l’articulation du genou droit se plie avec une flexion à 30°.
- Placez un brassard de tensiomètre sur le bras supérieur droit pour un enregistrement dynamique de la pression artérielle. Placez un doigt sur l’index gauche pour un enregistrement dynamique de l’oxygène dans le sang.
- Calculez les paramètres de résistance à l’exercice/augmentation incrémentielle par minute (W) du sujet et définissez le plan de résistance progressive pour la phased’exercice 8.
REMARQUE : Résistance à l’exercice (homme) = [(taille - âge) * 20 - (150 + 6 * poids)] / 100
Résistance à l’effort (femme) = [(taille - âge) * 14 - (150 + 6 * poids)] / 100
- Phase d’exécution du CPET
REMARQUE : Demandez au sujet de ne pas parler pendant toute la procédure pour éviter une expiration et une inhalation supplémentaires pendant la parole, ce qui pourrait affecter la précision des données cardiopulmonaires. Demandez au sujet de bien vouloir lever la main pour indiquer s’il y a des questions ou un inconfort qui entraîne l’interruption du test.- Cliquez sur le bouton Démarrer pour activer le vélo ergomètre par testeur.
- Gardez une position assise statique pendant 2 min (phase de repos).
- Commencer à pédaler pendant 2 min (étape d’échauffement : résistance à 0 W, vitesse à 60 tr/min).
- Continuez à pédaler jusqu’au moment où le sujet ne peut pas maintenir ou montrer les signes de fin (étape d’exercice sur rampe : résistance incrémentielle, résistance X watts par minute, 60 tr/min).
REMARQUE : La résistance de X watts par minute est basée sur les formules de l’étape 4.1.10. - Demandez au sujet de faire un cycle de 3 min (étape de refroidissement : résistance à 0 W, vitesse à 40 tr/min).
- Gardez la position assise statique pendant 3 min pour l’observation des signes vitaux (étape d’observation).
REMARQUE : Les critères d’arrêt sont les suivants : Les sujets sont encouragés à faire de l’exercice jusqu’à leur endurance maximale ou jusqu’à ce que les praticiens terminent l’exercice en raison de symptômes tels que modifications de l’ECG ischémique, ectopie complexe, bloc cardiaque du deuxième ou du troisième degré, chute de la pression systolique >20 mm Hg par rapport à la valeur la plus élevée pendant le test, hypertension (>250 mm Hg systolique ; >120 mm Hg diastolique), désaturation sévère (saturation en oxyhémoglobine (SpO2) ≤ 80%), symptômes et signes d’hypoxémie sévère (pâleur soudaine, perte de coordination, confusion mentale, vertiges, évanouissement), signes d’insuffisance respiratoire ou d’épuisement (Borg ≥ 17-18 points) échec du maintien de la vitesse de cyclisme (inférieure à 40 tr/min). Le test sera immédiatement interrompu si les sujets présentent une fatigue verbale ou physique extrême7, inférieure à 40 tr/min. - Retirez l’équipement d’acquisition de données, le masque facial, le gilet et les électrodes ECG.
5. Post-test CPET
- Utilisez l’échelle d’évaluation de l’effort perçu (RPE) pour mesurer les niveaux d’intensité de l’activité physique qui sont apparemment liés à la fréquence cardiaque (FC) pendant l’exercice 9,10.
- Utilisez l’échelle de Borg (échelle 6-20) pour évaluer l’effort de l’entraînement en résistance 11. Un score de 6 représente une activité de repos sans effort et un score de 20 représente un exercice exhaustif.
6. Analyse statistique
- Analyser les données à l’aide du logiciel SPSS (version 25) et de la méthodologie référencée dans l’étude précédente12.
- Présentez les données paramétriques sous forme de moyenne et d’écart-type (ET) si elles sont normalement distribuées ou médianes sinon.
- Répartissez les sujets en groupes masculins ou féminins pour l’analyse statistique, respectivement.
- Utilisez le test t apparié pour comparer les différences de paramètres CPET entre les sujets dans la condition de masque et sans masque. La signification statistique est P < 0,05.
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Representative Results
Dix sujets (cinq hommes et cinq femmes) du département de médecine de réadaptation de l’Université médicale de Guangzhou ont été recrutés dans cette étude pilote. Les participants présentaient des caractéristiques de base similaires, telles que l’âge (âge moyen : homme 21,00 ± 1,58 an ; femme 21,20 ± 0,45 an) et la forme physique [activité sportive et indice de masse corporelle (IMC)]. Il n’y avait pas de différences significatives d’âge, de taille ou d’IMC entre les groupes masculin et féminin. De plus, pour la spirométrie, le groupe féminin présentait une CVF plus faible, un volume expiratoire maximal réduit en 1 s (VEMS), un MVV plus faible et un débit expiratoire de pointe (FPE) réduit par rapport au groupe masculin (tableau 1).
Les résultats de l’ETPC dans différentes conditions (avec et sans masque) sont illustrés dans le tableau 2. En ce qui concerne la tolérance à l’effort et la fonction cardiaque, par rapport à la condition sans masque, les groupes d’hommes et de femmes pendant la condition de port du masque ont montré une diminution significative du seuil anaérobie par kilogramme, c’est-à-dire VO2/kg (LT), et du pouls d’oxygène, c’est-à-dire O2/HR (pic), alors qu’aucune différence significative dans l’absorption d’oxygène n’était liée au rythme de travail, c’est-à-dire ΔVO2/ΔWR et HR (repos). De plus, le groupe masculin a également montré une diminution significative de la FC (repos), et le groupe féminin a montré une diminution significative de l’absorption maximale d’oxygène par kilogramme, c’est-à-dire VO2/kg (pic) pendant la condition de port du masque. Pour la fonction ventilatoire, par rapport à la condition sans masque, les groupes d’hommes et de femmes ont montré une diminution significative du volume courant, c’est-à-dire VT (pic), mais aucune différence n’a été observée dans la réserve respiratoire en pourcentage, c’est-à-dire BR%. Pour les échanges gazeux, par rapport à la condition sans masque, les groupes d’hommes et de femmes pendant la condition de port du masque ont montré une diminution significative de la ventilation, c’est-à-dire VE (pic), mais aucune différence n’a été trouvée dans VE/VCO2. Pour la performance totale du CPET, les groupes masculins et féminins n’ont montré aucune différence dans la chargemaximale, l’échelle RPE et l’échelle de Borg.
Figure 1 : Schéma de spirométrie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Les réglages de l’électrode ECG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Ajustement du masque. (A) montre l’état de retrait du masque. (B) montre la condition de port du masque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Diagramme des paramètres CPET. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Paramètres | Unité | Groupe masculin | Groupe féminin | Valeur P | ||
| (n = 5) | (n = 5) | |||||
| Âge | années | 21.00±1.58 | 21.20±0.45 | 0.792 | ||
| Hauteur | Cm | 172,60±4,45 | 157,00±3,80 | 0,001 < | ||
| Poids | Kg | 59,40±3,50 | 49.10±2.49 | 0.001 | ||
| IMC | kg/m2 | 19,94±0,80 | 19,91±0,41 | 0.955 | ||
| Spirométrie | ||||||
| CVF | L | 4,43±0,26 | 3,13±0,31 | 0,001 < | ||
| VEMS | L | 3,70±0,24 | 2,78±0,23 | 0,001 < | ||
| MVV | L/min | 131.78±12.42 | 76.38±13.57 | 0,001 < | ||
| Le PEF | L/s | 8.96±1.11 | 5.95±1.41 | 0.060 | ||
| Notes : Les résultats significatifs sont indiqués en gras. CVF, capacité vitale forcée ; VEMS, volume expiratoire maximal en 1 s ; MVV, ventilation volontaire maximale. PEF, débit expiratoire de pointe ; L, litre ; s, deuxième. | ||||||
Tableau 1 : Caractéristiques de base et résultats de spirométrie.
| Paramètres | Unité | Groupe masculin | Groupe féminin | |||||
| Sans masque | Masque | Valeur P | Sans masque | Masque | Valeur P | |||
| Tolérance à l’effort et fonction cardiaque | ||||||||
| VO2/kg (crête) | (mL/min)/kg | 36.21±3.8 | 28.46±4.96 | 0.063 | 26.86±4.86 | 22.96±5.45 | 0.002 | |
| VO2/kg (LT) | (mL/min)/kg | 22.66±2.26 | 19.74±2.23 | 0,001 < | 18.48±2.89 | 14.28±2.6 | 0.026 | |
| O2/h (crête) | ratio | 12.14±0.63 | 10.02±1.7 | 0.028 | 7,96±0,87 | 6.9±1.15 | 0.004 | |
| ΔVO2/ΔWR | mL/(min*W) | 8,96±0,3 | 7.52±1.4 | 0.083 | 8,66±0,51 | 7.86±1.17 | 0.217 | |
| FC (repos) | bpm | 85.2±16.08 | 77.6±7.09 | 0.244 | 84±10.56 | 83.4±5.94 | 1.000 | |
| FC (pointe) | bpm | 177,6±10,5 | 170,6±11,33 | 0.007 | 162,6±17,67 | 162,6±21,72 | 1.000 | |
| Fonction ventilatoire | ||||||||
| VT (pointe) | L/min | 2,23±0,31 | 1,9±0,4 | 0.004 | 1,33±0,28 | 1,21±0,28 | 0.018 | |
| BR% | % | 50.2±8.14 | 56.6±10.53 | 0.086 | 53.6±8.91 | 57.8±10.94 | 0.086 | |
| Échange gazeux | ||||||||
| VE/VCO2 | ratio | 28.64±3.42 | 30.44±5.26 | 0.379 | 32.34±3.63 | 31.54±4.3 | 0.616 | |
| VE (crête) | L | 74±13.36 | 62.6±15.35 | 0.022 | 51.8±13.35 | 43.22±11.72 | 0.042 | |
| Performance du CPET | ||||||||
| Chargemax | ||||||||
| Chargemaximale (LT) | Watts | 98.2±18.38 | 102±11.81 | 0.438 | 56.8±11.48 | 50,8±9,96 | 0.104 | |
| Chargemaximale (RC) | Watts | 155,6±22,47 | 159±24,37 | 0.223 | 87.8±18.47 | 86,2±19,6 | 0.816 | |
| Chargemaximale (crête) | Watts | 187±28,15 | 184,8±26,81 | 0.604 | 107.6±29.25 | 105,6±30 | 0.116 | |
| Échelle RPE | Scores | 17,8±0,84 | 17±1.73 | 0.371 | 17,4±0,89 | 17.2±1.3 | 1.000 | |
| L’échelle de Borg | Scores | 4,2±0,84 | 4.8±1.64 | 0.468 | 4,8±0,45 | 4,8±0,84 | 1.000 | |
| Notes : Les résultats significatifs sont indiqués en gras. VO2/kg (crête), absorption maximale d’oxygène par kilogramme ; VO2/kg (LT), seuil anaérobie par kilogramme ; O2/h, impulsion d’oxygène ; ΔVO2/ΔWR, absorption d’oxygène liée au rythme de travail ; BR%, réserve respiratoire en pourcentage ; VE, ventilation ; VT, volume courant ; bpm, battement par minute. Échelle RPE, échelle d’évaluation de l’effort perçu ; L, litre ; min, minute. | ||||||||
Tableau 2 : Résultats de l’ETP chez des sujets jeunes en bonne santé portant un masque chirurgical (avec masque) et ne portant pas de masque chirurgical (sans masque) représentés par la moyenne ± l’écart-type.
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Discussion
Le CPET fournit des informations précieuses sur les fonctions complètes des systèmes cardiovasculaire, de ventilation et des muscles squelettiques13. Nous avons proposé un protocole CPET sur les conditions de port et de retrait du masque pour explorer l’effet du masque chirurgical sur la fonction cardiopulmonaire chez des sujets jeunes en bonne santé.
La conception de ce protocole reposait sur trois points principaux. Tout d’abord, nous avons recruté de jeunes étudiants en bonne santé comme sujets de l’étude en raison de l’intensité relativement élevée du CPET dans des conditions de masque et d’une forme physique similaire. Deuxièmement, les sujets devraient être répartis dans un groupe masculin et un groupe féminin en considérant le sexe comme le principal facteur de la fonction pulmonaire sur la base des résultats de la spirométrie et des recherches antérieures14. Troisièmement, nous avons randomisé l’ordre des conditions (masque et masque) pendant le CPET pour éliminer le biais potentiel apporté par le séquençage.
Bien que les sujets recrutés n’aient montré aucune différence significative sur la sensation subjective entre deux CPET (condition avec masque et sans masque) sur la base de l’échelle RPE et de l’échelle de Borg, certains paramètres cardiopulmonaires objectifs ont été significativement diminués par le port d’un masque, tels que VO2/kg (LT), O2/HR (pic), VT (pic) et VE (pic). La diminution de l’OV2/kg (LT) suggère que le port d’un masque pourrait réduire la capacité des mitochondries musculaires à utiliser l’oxygène, affectant ainsi la capacité d’exercice. La diminution del’O2/HR (pic) indiquait une diminution du débit cardiaque. L’augmentation de VE (pic) suggère que le port d’un masque pourrait affecter les émissions de dioxyde de carbone. Tous ces paramètres affectés indiquent que les sujets atteints de maladies cardiopulmonaires pourraient avoir un risque plus élevé lorsqu’ils font l’exercice aérobique en portant un masque chirurgical. De plus, les différences entre les sexes pourraient également être un facteur dans les effets des masques sur la fonction cardiopulmonaire. Par exemple, seul le groupe féminin a montré une diminution significative de l’OV2/kg (pic) après le port d’un masque. En raison de l’OV2/kg (pic) comme paramètre majeur de l’évaluation de la capacité d’exercice aérobique, le résultat a indiqué que l’influence du port d’un masque pourrait être plus évidente pour les femmes, en particulier lors d’exercices vigoureux.
Cette étude présente deux limites principales. Tout d’abord, la taille de l’échantillon était petite, bien que nous ayons recruté des sujets présentant des caractéristiques physiques de base similaires et que les résultats représentatifs aient déjà montré des différences significatives. Deuxièmement, cette étude n’a recruté que des sujets jeunes en bonne santé, bien que nous ayons assuré une cohérence maximale dans cette étude pilote. Dans les recherches futures, nous pourrions recruter plus de sujets dans différentes stratification d’âge et combinés avec des maladies cardiopulmonaires pour étendre notre protocole à une large population. Un tel travail aiderait à guider le port du masque dans la vie quotidienne, en particulier pendant la phase épidémique des maladies infectieuses respiratoires.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Cette étude a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles pour les jeunes scientifiques de Chine (n° 81902281) ; Projet d’orientation générale de la Commission de la santé et de la planification familiale de Guangzhou (n° 20191A0011091 et 20201A011108), du Département provincial de l’éducation du Guangdong (n° 2019KQNCX119) et du Fonds des laboratoires clés de Guangzhou (n° 201905010004). Cette étude remercie également Lixin Zhang, Peilin Ruan, Kaihang Ji et Gulifeiya Tuerxun de l’Université médicale de Guangzhou pour la collecte de données.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cardiopulmonary test system | COSMED Srl - Italy | K4b2 | Pulmonary Function Equipment |
| Cycle for CPET | COSMED Srl - Italy | ergoline 100P | cycle ergometer 100 P w/BP |
| Eectrocardiograph | COSMED Srl - Italy | Quark T12x | 12-Channel ECG Street Test Unit |
| Mask | COSMED Srl - Italy | Small,Medium,Large | V2 Mask |
| Software | COSMED Srl - Italy | PFT SUITE | PC Software |
| Surgical masks |
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