Summary
Estudamos o efeito da máscara cirúrgica na função cardiopulmonar a partir de um teste de exercício cardiopulmonar (TECP). Este estudo mostra que as máscaras cirúrgicas reduzem a capacidade de exercício cardiopulmonar e a ventilação em jovens saudáveis e o uso de máscaras pode afetar mais a capacidade de exercício aeróbico em indivíduos do sexo feminino do que no sexo masculino.
Abstract
Estudamos o efeito da máscara cirúrgica na função cardiopulmonar a partir de um teste de exercício cardiopulmonar (TECP). Este estudo mostra que as máscaras cirúrgicas reduzem a capacidade de exercício cardiopulmonar e a ventilação em jovens saudáveis e o uso de máscaras pode afetar mais a capacidade de exercício aeróbico em indivíduos do sexo feminino do que no sexo masculino.
Introduction
O uso de máscara facial em áreas públicas pode impedir a propagação de uma doença infecciosa, impedindo tanto a inalação de gotículas infecciosas quanto sua subsequente expiração e disseminação1. Embora o efeito da redução do risco de transmissão de vírus respiratórios permaneça controverso, o uso de máscaras continua sendo uma das principais maneiras que as pessoas na comunidade têm escolhido para prevenir a disseminação de gotículas entre os indivíduos na vida diária 2,3,4.
Diferentes tipos de máscaras têm diferentes efeitos no aumento da resistência expiratória e da resistência inspiratória5. Enquanto isso, durante uma pandemia de doenças respiratórias, as pessoas (incluindo pessoas saudáveis e pacientes com doenças cardiopulmonares) podem precisar usar máscaras por um longo tempo para realizar atividades diárias. Entretanto, existem poucos estudos sobre o efeito do uso de máscara na função cardiopulmonar.
O teste cardiopulmonar de exercício (TECP) é um importante meio de avaliação de risco para reabilitação cardiovascular, por refletir vários parâmetros da função cardiopulmonar do organismo durante o exercício com o aumento da carga, sendo considerado o padrão-ouro para o teste de reservacardiopulmonar2. Usamos o TCPE em diferentes condições (mask-on e mask-off) para estudar as alterações nos parâmetros de função cardiopulmonar de indivíduos jovens saudáveis, para avaliar a interferência das máscaras objetiva e quantitativamente na reserva cardiorrespiratória e na resistência ao exercício a partir de uma nova perspectiva metodológica para orientar a aplicação de máscaras em particular pandemia de doenças infecciosas respiratórias. Embora tenha sido sugerido que FFP2/N95 é mais eficaz do que as máscaras cirúrgicas na redução da exposição a infecções virais, as máscaras médico-cirúrgicas são mais convenientes e comuns de obter e usar do que as máscaras faciais FFP2/N95. Assim, este estudo enfoca apenas os efeitos das máscaras médico-cirúrgicas sobre a função cardiopulmonar.
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Protocol
O projeto clínico foi aprovado pela Associação de Ética Médica do Quinto Hospital Afiliado da Universidade de Medicina de Guangzhou (nº. KY01-2020-06-06) e foi registrado no Centro de Registro de Ensaios Clínicos da China (No. ChiCTR2000033449) e intitulado "Os efeitos das máscaras na função cardiopulmonar e dos membros inferiores".
1. Recrutamento de participantes
- Incluir sujeitos entre 18 e 26 anos: que podem passar no teste PAR-Q6; são fisicamente saudáveis; sem experiência profissional em treinamento esportivo; e capaz de entender o experimento e cooperar voluntariamente com todo o processo de teste.
- Excluir sujeitos: com doenças cardiovasculares e doenças respiratórias; com disfunção motora dos membros inferiores causada por outras doenças; que não podem cooperar com o experimento; e tabagistas7.
- Obter consentimento informado por escrito de cada sujeito antes de sua participação.
- Informar ao sujeito que atividades extenuantes são proibidas 48 h antes do teste e durante o teste, e que alimentos e bebidas (exceto água) não são permitidos 2 h antes do teste.
- Coletar as informações básicas dos sujeitos (nome, sexo, data de nascimento, altura, peso).
- Alocar aleatoriamente os sujeitos em dois grupos pela tabela de dígitos gerada pelo SPSS. O grupo 1 recebeu primeiro o TCPE na condição de máscara-on, seguido por 48 h de washout, e depois recebeu o TCPE na condição de mask-off. O grupo 2 recebeu primeiro o TCPE na condição de máscara-off, seguido por 48 h de washout, depois recebeu o TCPE na condição mask-on.
2. Configurações do laboratório e preparação do equipamento
- Ajuste a temperatura do laboratório para 25 °C e equipe-se com equipamento de primeiros socorros.
- Calibrar o analisador de função cardiopulmonar para garantir a precisão do teste CPET, incluindo calibração do sensor de fluxo, calibração do ar interno, calibração da análise de gás e calibração da frequência respiratória.
NOTA: Para calibração de análise de gases, utilizar concentrações de 5% de CO2 e 16% de O2 e N2 para balanceamento.
3. Espirometria
- Peça ao sujeito que se sente ereto, sem se apoiar no encosto da cadeira, com os pés no chão, mas sem inclinar os pés. Peça-lhes que mantenham a cabeça em um nível natural ou ligeiramente inclinada para cima, mas não que dobrem a cabeça para baixo ou se inclinem.
- Teste de Capacidade Vital Forçada (CVF): Peça ao sujeito que respire calmamente por 5 s, inspire fortemente e expire fortemente por 6 s. Por fim, inspire de volta e continue respirando com calma. Realize todo o procedimento sob a orientação de um médico ou um fisiologista do exercício formalmente treinado.
- Teste de ventilação voluntária máxima (VVM): Peça ao sujeito que respire calmamente quatro ou cinco vezes. Em seguida, repita a respiração continuamente por 12 s ou 15 s na amplitude respiratória máxima e a velocidade respiratória mais rápida após a linha de base com volume expiratório esteja estável (Figura 1).
OBS: Caso o sujeito não tenha bom desempenho durante o teste de função pulmonar estática, será solicitado que o sujeito realize os testes mais uma vez após 3 min de repouso. Se o sujeito falhar no teste duas vezes, exclua o sujeito.
4. Teste de exercício cardiopulmonar (TECP)
- Preparação da disciplina para o CPET
- Apresente brevemente o processo ao assunto.
- Raspe os pelos do corpo na posição dos eletrodos do eletrocardiógrafo (ECG) (V1 a V6) e, em seguida, use álcool 75% para remover pelos e graxa extras.
OBS: V1 é o 4º espaço intercostal à direita do esterno. V2 é o 4º espaço intercostal, à esquerda do esterno, V3 está entre os eletrodos V2 e V4, V4 é o 5º espaço intercostal na linha hemiclavicular, V5 é o 5º espaço intercostal, na linha axilar anterior, e V6 é o 5º espaço intercostal na linha axilar média esquerda. Coloque eletrodos de membros para os braços nas áreas subclaviculares e coloque eletrodos de membros para as pernas colocados no tronco ao nível da costela inferior. A colocação do eletrodo deve ser lateral para evitar o excesso de movimentação do artefato durante o ciclismo. - Coloque os eletrodos de ECG e conecte-os aos fios de ECG de 12 derivações.
- Fixe o aparelho de ECG no tórax com uma cinta (Figura 2).
- Escolha uma máscara que se ajuste ao tamanho do rosto do sujeito e fixe-a firmemente ao rosto para garantir que não haja espaço entre a máscara e o rosto (Figura 3).
NOTA: O testador pode usar a mão para pressionar suavemente o colete e expirar levemente para garantir que não haja folga. - Fixe o medidor de vazão no respiro e, em seguida, fixe o dispositivo K4 no colete (Figura 4).
- Sente-se no assento e ajuste a altura do guidão para uma posição confortável para o sujeito.
- Pegue o guidão com as duas mãos e pise nos pedais com os pés bilaterais para garantir que a articulação do joelho direito se dobre com flexão a 30°.
- Coloque um manguito de pressão arterial no braço superior direito para registro dinâmico da pressão arterial. Coloque um dedo pulsar oxigênio no dedo indicador esquerdo para registro dinâmico de oxigênio no sangue.
- Calcular os parâmetros de resistência ao exercício/incremento aumentado por min (W) e definir o plano de resistência progressiva para a fase8 do exercício.
NOTA: Resistência ao exercício (masculino) = [(altura - idade) * 20 - (150 + 6 * peso)] / 100
Resistência ao exercício (feminino) = [(altura - idade) * 14 - (150 + 6 * peso)] / 100
- Fase de execução do CPET
OBS: Solicitar ao sujeito que não fale durante todo o procedimento para evitar expiração e inspiração extras durante a fala, o que pode afetar a acurácia dos dados cardiopulmonares. Peça ao sujeito que levante a mão para indicar se há alguma dúvida ou desconforto que resulte na interrupção do teste.- Clique no botão Iniciar para ativar o cicloergômetro pelo testador.
- Mantenha uma postura sentada estática por 2 min (Estágio de repouso).
- Comece a pedalar por 2 min (Fase de aquecimento: resistência a 0 W, velocidade a 60 rpm).
- Continue pedalando até o momento em que o sujeito não conseguiu manter ou mostrar os sinais finais (Etapa de exercício em rampa: resistência incremental, resistência de X watt por minuto, 60 rpm).
NOTA: A resistência de X watts por minuto baseia-se nas fórmulas do passo 4.1.10. - Peça ao sujeito para pedalar por 3 min (estágio de resfriamento: resistência a 0 W, velocidade a 40 rpm).
- Manter a postura sentada estática por 3 min para observação dos sinais vitais (etapa de observação).
NOTA: Os critérios para a interrupção são os seguintes: Os indivíduos são encorajados a se exercitar até sua máxima resistência ou até que os praticantes terminem o exercício devido a sintomas como alterações isquêmicas no ECG, ectopia complexa, bloqueio cardíaco de segundo ou terceiro grau, queda da pressão sistólica >20 mm Hg do valor mais alto durante o teste, hipertensão (>250 mm Hg sistólica; >120 mm Hg diastólica), dessaturação grave (saturação da oxihemoglobina (SpO2) ≤ 80%), sintomas e sinais de hipoxemia grave (palidez súbita, perda de coordenação, confusão mental, tontura, desmaio), sinais de insuficiência respiratória ou exaustão (Borg ≥ 17-18 pontos) falharam na manutenção da velocidade de ciclismo (menor que 40 rpm). O teste será encerrado imediatamente se os sujeitos apresentarem cansaço verbal ou físicoextremo7, inferior a 40rpm. - Remova o equipamento de aquisição de dados, máscara facial, colete e eletrodos de ECG.
5. Pós-teste do TCPE
- Utilizar a escala Rating of Perceived Exertion (PSE) para medir níveis de intensidade de atividade física que aparentemente estão relacionados à frequência cardíaca (FC) durante o exercício 9,10.
- Utilizar a escala de Borg (escala 6-20) para avaliar o esforço do treinamento resistido 11. Um escore de 6 representa atividade de repouso sem esforço e um escore de 20 representa exercício exaustivo.
6. Análise estatística
- Analisar os dados utilizando o software SPSS (versão 25) e a metodologia referenciada no estudo anterior12.
- Apresentar os dados paramétricos como média e desvio padrão (DP) se normalmente distribuído ou mediana se não.
- Alocar os sujeitos em grupos masculino ou feminino para análise estatística, respectivamente.
- Use o teste t pareado para comparar as diferenças dos parâmetros do TCPE entre os indivíduos na condição mask-on e mask-off. A significância estatística encontrada é de P < 0,05.
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Representative Results
Dez indivíduos (cinco homens e cinco mulheres) do Departamento de Medicina de Reabilitação da Universidade Médica de Guangzhou foram recrutados neste estudo piloto. Os participantes apresentaram características basais semelhantes, como idade (média de idade: masculino 21,00 ± 1,58 anos; feminino 21,20 ± 0,45 anos) e aptidão física [atividade esportiva e índice de massa corporal (IMC)]. Não houve diferenças significativas em idade, estatura e IMC entre os grupos masculino e feminino. Além disso, para a espirometria, o grupo feminino apresentou menor CVF, menor volume expiratório forçado em 1s (VEF1), menor VVM e menor pico de fluxo expiratório (PFE) em relação ao grupo masculino (Tabela 1).
Os resultados do TCPE sob diferentes condições (mask-on e mask-off) estão apresentados na Tabela 2. Para tolerância ao exercício e função cardíaca, em comparação com a condição mask-off, ambos os grupos masculino e feminino durante a condição mask-on apresentaram uma diminuição significativa no limiar anaeróbio por quilograma, ou seja, VO2/kg (LL), e pulso de oxigênio, ou seja, O2/FC (pico), enquanto não houve diferenças significativas no consumo de oxigênio relacionado à taxa de trabalho, ou seja, ΔVO2/ΔWR e FC (repouso). Além disso, o grupo masculino também apresentou diminuição significativa da FC (repouso) e o grupo feminino apresentou diminuição significativa do consumo de oxigênio de pico por quilograma, ou seja, VO2/kg (pico) durante a condição mask-on. Para a função ventilatória, em comparação com a condição mask-off, ambos os grupos masculino e feminino durante a condição mask-on apresentaram diminuição significativa do volume corrente, ou seja, do VC (pico), mas não foram encontradas diferenças na reserva respiratória em porcentagem, ou seja, BR%. Para as trocas gasosas, em comparação com a condição mask-off, ambos os grupos masculino e feminino durante a condição mask-on apresentaram uma diminuição significativa na ventilação, ou seja, VE (pico), mas não foram encontradas diferenças em VE/VCO2. Para o desempenho total do TCPE, ambos os sexos masculino e feminino não apresentaram diferença na CargaMáxima, na escala PSE e na escala de Borg.
Figura 1: Diagrama para espirometria. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Configurações do eletrodo de ECG. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Encaixe da máscara. (A) mostra a condição de máscara desligada. (B) mostra a condição de máscara. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Diagrama para configurações de CPET. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Parâmetros | Unidade | Grupo masculino | Grupo feminino | Valor de p | ||
(n=5) | (n=5) | |||||
Idade | Anos | 21,00±1,58 | 21,20±0,45 | 0.792 | ||
Altura | centímetro | 172,60±4,45 | 157,00±3,80 | <0,001 | ||
Peso | Kg | 59,40±3,50 | 49.10±2.49 | 0.001 | ||
IMC | kg/m2 | 19,94±0,80 | 19,91±0,41 | 0.955 | ||
Espirometria | ||||||
CVF | L | 4,43±0,26 | 3.13±0.31 | <0,001 | ||
VEF1 | L | 3,70±0,24 | 2,78±0,23 | <0,001 | ||
MVV | L/min | 131,78±12,42 | 76.38±13.57 | <0,001 | ||
PFE | L/s | 8.96±1.11 | 5.95±1.41 | 0.060 | ||
Notas: Resultados significativos são indicados em negrito. CVF, capacidade vital forçada; VEF1, volume expiratório forçado em 1 s; VVM, ventilação voluntária máxima. PFE, pico de fluxo expiratório; L, litro; s, segundo. |
Tabela 1: Características basais e resultados espirométricos.
Parâmetros | Unidade | Grupo masculino | Grupo feminino | |||||
Máscara fora | Máscara | Valor de p | Máscara fora | Máscara | Valor de p | |||
Tolerância ao exercício e função cardíaca | ||||||||
VO2/kg (pico) | (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/HR (pico) | relação | 12,14±0,63 | 10.02±1.7 | 0.028 | 7,96±0,87 | 6.9±1.15 | 0.004 | |
ΔVO2/ΔWR | mL/(mín*W) | 8,96±0,3 | 7.52±1.4 | 0.083 | 8,66±0,51 | 7.86±1.17 | 0.217 | |
FC (repouso) | bpm | 85.2±16.08 | 77.6±7.09 | 0.244 | 84±10,56 | 83,4±5,94 | 1.000 | |
FC (pico) | bpm | 177,6±10,5 | 170.6±11.33 | 0.007 | 162,6±17,67 | 162,6±21,72 | 1.000 | |
Função ventilatória | ||||||||
VT (pico) | 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 | |
Trocas gasosas | ||||||||
VE/VCO2 | relação | 28.64±3.42 | 30.44±5.26 | 0.379 | 32,34±3,63 | 31,54±4,3 | 0.616 | |
VE (pico) | L | 74±13.36 | 62,6±15,35 | 0.022 | 51.8±13.35 | 43.22±11.72 | 0.042 | |
Desempenho do CPET | ||||||||
Cargamáxima | ||||||||
Cargamáxima (LT) | Watts | 98.2±18.38 | 102±11,81 | 0.438 | 56.8±11.48 | 50,8±9,96 | 0.104 | |
Cargamáxima (RC) | Watts | 155.6±22.47 | 159±24.37 | 0.223 | 87,8±18,47 | 86.2±19.6 | 0.816 | |
Cargamáxima (pico) | Watts | 187±28.15 | 184.8±26.81 | 0.604 | 107.6±29.25 | 105.6±30 | 0.116 | |
Escala PSE | Pontuações | 17,8±0,84 | 17±1.73 | 0.371 | 17,4±0,89 | 17.2±1.3 | 1.000 | |
Escala de Borg | Pontuações | 4.2±0.84 | 4.8±1.64 | 0.468 | 4.8±0.45 | 4,8±0,84 | 1.000 | |
Notas: Resultados significativos são indicados em negrito. VO2/kg (pico), consumo de oxigênio de pico por quilograma; VO2/kg (LT), limiar anaeróbio por quilograma; O2/HR, pulso de oxigênio; ΔVO2/ΔWR, consumo de oxigênio relacionado à taxa de trabalho; BR%, reserva respiratória em porcentagem; VE, ventilação; VC, volume corrente; bpm, batimento por minuto. PSE scalse, escala de percepção subjetiva de esforço; L, litro; min, minuto. |
Tabela 2: Resultados do TCPE em jovens saudáveis usando máscara cirúrgica (mask-on) e não usando máscara cirúrgica (mask-off) representados como média ± desvio padrão.
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Discussion
O TCPE fornece informações valiosas sobre as funções abrangentes dos sistemas cardiovascular, ventilatório e muscular esquelético13. Propusemos um protocolo de TCPE sobre as condições mask-on e mask-off para explorar o efeito da máscara cirúrgica na função cardiopulmonar em jovens saudáveis.
O delineamento desse protocolo baseou-se em três pontos principais. Primeiro, recrutamos jovens universitários saudáveis como sujeitos para o estudo devido à intensidade relativamente alta do TCPE na condição de máscara e aptidão física semelhante. Em segundo lugar, os indivíduos devem ser alocados em um grupo masculino e um grupo feminino considerando o gênero como o principal fator na função pulmonar, com base nos resultados da espirometria e em pesquisas anteriores14. Terceiro, randomizamos a ordem das condições (mask-on e mask-off) durante o TCPE para eliminar o viés potencial trazido pelo sequenciamento.
Embora os indivíduos recrutados não tenham mostrado diferença significativa na sensação subjetiva entre dois TCPs de condição (condição mask-on e mask-off) com base na escala PSE e na escala de Borg, houve alguns parâmetros cardiopulmonares objetivos que foram significativamente diminuídos com o uso de máscara, como em VO2/kg (LL), O2/HR (pico), VT (pico) e VE (pico). A diminuição da VO2/kg (LT) sugere que o uso de máscara pode reduzir a capacidade das mitocôndrias musculares de usar oxigênio, afetando a capacidade de exercício. A diminuição doO2/FC (pico) indicou diminuição do débito cardíaco. O aumento do VE (pico) sugeriu que o uso de máscara pode afetar as emissões de dióxido de carbono. Todos esses parâmetros afetados indicam que os indivíduos com doenças cardiopulmonares podem ter um risco maior quando fazem o exercício aeróbico usando máscara cirúrgica. Além disso, diferenças de gênero também podem ser um fator nos efeitos das máscaras sobre a função cardiopulmonar. Por exemplo, apenas o grupo feminino apresentou uma diminuição significativa na VO2/kg (pico) após o uso de máscara. Devido à VO2/kg (pico) como principal parâmetro de avaliação da capacidade de exercício aeróbio, o resultado indicou que a influência do uso de máscara pode ser mais evidente para o sexo feminino, especialmente durante o exercício vigoroso.
Este estudo tem duas limitações principais. Primeiro, o tamanho da amostra foi pequeno, embora tenhamos recrutado indivíduos com características físicas basais semelhantes e os resultados representativos já mostrassem algumas diferenças significativas. Em segundo lugar, este estudo recrutou apenas indivíduos jovens saudáveis, embora tenhamos garantido a máxima consistência neste estudo piloto. Em pesquisas futuras, poderíamos recrutar mais indivíduos em diferentes estratificações etárias e combinadas com doenças cardiopulmonares para estender nosso protocolo para a ampla população. Esse trabalho ajudaria a orientar o uso de máscaras durante a vida diária, especialmente durante o estágio epidêmico das doenças infecciosas respiratórias.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Este estudo foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais para Jovens Cientistas da China (No.81902281); Projeto de Orientação Geral da Comissão de Saúde e Planejamento Familiar de Guangzhou (No.20191A0011091 e 20201A011108), Departamento Provincial de Educação de Guangdong (No. 2019KQNCX119) e Guangzhou Key Laboratory Fund (No.201905010004). Este estudo também agradece a Lixin Zhang, Peilin Ruan, Kaihang Ji, e Gulifeiya Tuerxun da Universidade de Medicina de Guangzhou pela coleta de dados.
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 |
References
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