Auswirkungen von chirurgischen Masken auf die kardiopulmonale Funktion bei gesunden Probanden

Zusammenfassung

Wir untersuchen die Wirkung von chirurgischen Masken auf die kardiopulmonale Funktion auf der Grundlage eines kardiopulmonalen Belastungstests (CPET). Diese Studie zeigt, dass chirurgische Masken die kardiopulmonale Belastungskapazität und Belüftung bei gesunden jungen Probanden verringern und das Tragen von Masken die aerobe Trainingskapazität bei weiblichen Probanden stärker beeinträchtigen kann als bei männlichen Probanden.

Zusammenfassung

Wir untersuchen die Wirkung von chirurgischen Masken auf die kardiopulmonale Funktion auf der Grundlage eines kardiopulmonalen Belastungstests (CPET). Diese Studie zeigt, dass chirurgische Masken die kardiopulmonale Belastungskapazität und Belüftung bei gesunden jungen Probanden verringern und das Tragen von Masken die aerobe Trainingskapazität bei weiblichen Probanden stärker beeinträchtigen kann als bei männlichen Probanden.

Einleitung

Das Tragen einer Gesichtsmaske in öffentlichen Bereichen kann die Ausbreitung einer Infektionskrankheit behindern, indem es sowohl das Einatmen infektiöser Tröpfchen als auch deren anschließendes Ausatmen und Verbreiten verhindert¹. Obwohl die Wirkung der Verringerung des Risikos der Übertragung von Atemwegsviren umstritten bleibt, bleibt das Tragen von Masken eine der wichtigsten Möglichkeiten, die Menschen in der Gemeinschaft gewählt haben, um die Ausbreitung von Tröpfchen unter Einzelpersonen im täglichen Leben zu verhindern ^2,3,4.

Verschiedene Arten von Masken haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Erhöhung des Exspirationswiderstands und des Inspirationswiderstands⁵. In der Zwischenzeit müssen Menschen (einschließlich gesunder Menschen und Patienten mit Herz-Lungen-Erkrankungen) während einer Pandemie der Atemwegserkrankungen möglicherweise lange Zeit Masken tragen, um ihre täglichen Aktivitäten auszuführen. Es gibt jedoch nur wenige Studien über die Auswirkungen des Tragens einer Maske auf die kardiopulmonale Funktion.

Der kardiopulmonale Belastungstest (CPET) ist ein wichtiges Mittel zur Risikobewertung der kardiovaskulären Rehabilitation, indem er verschiedene Parameter der kardiopulmonalen Funktion des Körpers während des Trainings mit zunehmender Belastung widerspiegelt und als Goldstandard für kardiopulmonale Reservetests gilt². Wir verwenden CPET unter verschiedenen Bedingungen (Maske auf und ohne Maske), um die Veränderungen der kardiopulmonalen Funktionsparameter gesunder junger Probanden zu untersuchen, um die Interferenz von Masken objektiv und quantitativ mit der kardiorespiratorischen Reserve und der Trainingsausdauer aus einer neuartigen methodischen Perspektive zu bewerten, um die Anwendung von Masken insbesondere bei der Pandemie der Atemwegsinfektionskrankheiten zu steuern. Obwohl FFP2/N95 bei der Verringerung der Exposition gegenüber Virusinfektionen wirksamer ist als chirurgische Masken, sind medizinisch-chirurgische Masken bequemer und häufiger zu beschaffen und zu verwenden als FFP2/N95-Gesichtsmasken. Daher konzentriert sich diese Studie nur auf die Auswirkungen medizinischer chirurgischer Masken auf die kardiopulmonale Funktion.

Protokoll

Das klinische Projekt wurde von der Medical Ethics Association des Fifth Affiliated Hospital der Guangzhou Medical University (Nr. KY01-2020-06-06) und wurde beim China Clinical Trial Registration Center (Nr. ChiCTR2000033449) und mit dem Titel "Die Auswirkungen von Masken auf die kardiopulmonale Funktion und die Funktion der unteren Extremitäten".

1. Teilnehmerwerbung

1. Schließen Sie Personen zwischen 18 und 26 Jahren ein: die den PAR-Q-Test^{bestehen können 6}; körperlich gesund sind; ohne professionelle Sporttrainingserfahrung; und in der Lage, das Experiment zu verstehen und freiwillig am gesamten Testprozess mitzuwirken.
2. Probanden ausschließen: mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Atemwegserkrankungen; mit motorischer Dysfunktion der unteren Extremitäten, die durch andere Krankheiten verursacht wird; die nicht an dem Experiment mitarbeiten können; und Raucher⁷.
3. Holen Sie vor der Teilnahme von jedem Probanden eine schriftliche Einverständniserklärung ein.
4. Informieren Sie den Probanden darüber, dass anstrengende Aktivitäten 48 Stunden vor und während des Tests verboten sind und dass Speisen und Getränke (außer Wasser) 2 Stunden vor dem Test nicht erlaubt sind.
5. Sammeln Sie die grundlegenden Informationen der Probanden (Name, Geschlecht, Geburtsdatum, Größe, Gewicht).
6. Ordnen Sie die Probanden nach dem Zufallsprinzip anhand der von SPSS generierten Zifferntabelle in zwei Gruppen ein. Gruppe 1 erhielt zuerst CPET im Zustand mit aufgesetzter Maske, gefolgt von 48 Stunden Auswaschung, und erhielt dann CPET im Zustand ohne Maske. Gruppe 2 erhielt zuerst CPET im Zustand ohne Maske, gefolgt von 48 Stunden Auswaschung, und erhielt dann CPET im Zustand mit aufgesetzter Maske.

2. Laboreinstellungen und Gerätevorbereitung

1. Stellen Sie die Labortemperatur auf 25 °C ein und rüsten Sie sie mit Erste-Hilfe-Ausrüstung aus.
2. Kalibrieren Sie den kardiopulmonalen Funktionsanalysator, um die Genauigkeit des CPET-Tests sicherzustellen, einschließlich der Kalibrierung des Durchflusssensors, der Raumluftkalibrierung, der Kalibrierung der Gasanalyse und der Kalibrierung der Atemfrequenz.
   HINWEIS: Verwenden Sie für die Kalibrierung der Gasanalyse 5 % CO₂ - und 16 % O₂ -Konzentrationen und N₂ für die Waage.

3. Spirometrie

1. Bitten Sie das Subjekt, aufrecht zu sitzen, ohne sich auf die Stuhllehne zu stützen, mit den Füßen auf dem Boden, aber ohne die Füße zu kippen. Bitten Sie sie, ihren Kopf auf einer natürlichen Höhe oder leicht nach oben geneigt zu halten, aber den Kopf nicht nach unten oder nach vorne zu beugen.
2. Erzwungener Vitalkapazitätstest (FVC): Bitten Sie den Probanden, 5 s lang ruhig zu atmen, stark einzuatmen und dann 6 s lang stark auszuatmen. Atmen Sie schließlich wieder ein und atmen Sie ruhig weiter. Führen Sie das gesamte Verfahren unter Anleitung eines Arztes oder eines ausgebildeten Sportphysiologen durch.
3. Maximum Voluntary Ventilation (MVV)-Test: Bitten Sie den Probanden, vier- oder fünfmal ruhig zu atmen. Wiederholen Sie dann den Atem kontinuierlich für 12 s oder 15 s bei maximaler Atemamplitude und der schnellsten Atemgeschwindigkeit, nachdem die Basislinie mit exspiratorischem Volumen stabil ist (Abbildung 1).
   HINWEIS: Wenn der Proband während des statischen Lungenfunktionstests nicht gut abschneidet, wird der Proband gebeten, die Tests nach einer 3-minütigen Pause noch einmal durchzuführen. Wenn das Subjekt den Test zweimal nicht besteht, schließen Sie das Subjekt aus.

4. Herz-Lungen-Belastungstest (CPET)

1. Fachvorbereitung für CPET
   1. Stellen Sie den Prozess kurz in das Thema vor.
   2. Kratzen Sie die Körperhaare an der Position der Elektrokardiographen (EKG) (V1 bis V6) ab und verwenden Sie dann 75% igen Alkohol, um überschüssige Hautschuppen und Fett zu entfernen.
      HINWEIS: V1 ist der 4. Interkostalraum rechts vom Brustbein. V2 ist der 4. Interkostalraum links vom Brustbein, V3 befindet sich zwischen den Elektroden V2 und V4, V4 ist der 5. Interkostalraum auf der Mittelklavikularlinie, V5 ist der 5. Interkostalraum auf der vorderen Achsellinie und V6 ist der 5. Interkostalraum auf der linken Mittelaxillarlinie. Platzieren Sie Gliedmaßenelektroden für die Arme in den subklavikulären Bereichen und platzieren Sie Gliedmaßenelektroden für die Beine am Rumpf auf Höhe der unteren Rippe. Die Elektrodenplatzierung sollte seitlich erfolgen, um übermäßige Bewegungsartefakte während des Radfahrens zu vermeiden.
   3. Platzieren Sie die EKG-Elektroden und befestigen Sie sie an den 12-Kanal-EKG-Drähten.
   4. Befestigen Sie das EKG-Gerät mit einem Gurt an der Brust (Abbildung 2).
   5. Wählen Sie eine Maske, die der Größe des Gesichts des Motivs entspricht, und befestigen Sie sie fest am Gesicht, um sicherzustellen, dass keine Lücke zwischen der Maske und dem Gesicht entsteht (Abbildung 3).
      HINWEIS: Der Tester kann mit der Hand sanft auf die Weste drücken und leicht ausatmen, um sicherzustellen, dass keine Lücke entsteht.
   6. Befestigen Sie den Durchflussmesser an der Entlüftung und befestigen Sie dann das K4-Gerät an der Weste (Abbildung 4).
   7. Setzen Sie sich auf den Sitz und stellen Sie die Höhe des Lenkers auf eine bequeme Position für das Motiv ein.
   8. Greifen Sie den Lenker mit beiden Händen und treten Sie mit beiden Füßen in die Pedale, um sicherzustellen, dass sich das rechte Kniegelenk mit einer Beugung von 30° beugt.
   9. Legen Sie eine Blutdruckmanschette zur dynamischen Blutdruckmessung auf den rechten Oberarm. Legen Sie einen Fingerpulssauerstoff auf den linken Zeigefinger, um den Blutsauerstoff dynamisch aufzuzeichnen.
   10. Berechnen Sie den Trainingswiderstand / erhöhte inkrementelle Parameter pro Minute (W) des Probanden und legen Sie den progressiven Widerstandsplan für die Trainingsphase⁸ fest.
       HINWEIS: Trainingswiderstand (männlich) = [(Größe - Alter) * 20 - (150 + 6 * Gewicht)] / 100
       Trainingswiderstand (weiblich) = [(Größe - Alter) * 14 - (150 + 6 * Gewicht)] / 100
2. CPET-Ausführungsphase
   HINWEIS: Bitten Sie den Probanden, während des gesamten Vorgangs nicht zu sprechen, um zusätzliches Ausatmen und Einatmen während des Sprechens zu vermeiden, das die Genauigkeit der kardiopulmonalen Daten beeinträchtigen könnte. Bitten Sie den Probanden, bitte die Hand zu heben, um anzugeben, ob es Fragen oder Beschwerden gibt, die zu einer Unterbrechung des Tests führen.
   1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start , um das Fahrradergometer per Tester zu aktivieren.
   2. Halten Sie 2 Minuten lang eine statische Sitzhaltung (Ruhephase).
   3. Starten Sie das Radfahren für 2 Minuten (Aufwärmphase: Widerstand bis 0 W, Geschwindigkeit bis 60 U/min).
   4. Fahren Sie mit dem Radfahren fort, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Proband die Endzeichen nicht aufrechterhalten oder anzeigen konnte (Rampenübungsphase: Inkrementeller Widerstand, X Watt Widerstand pro Minute, 60 U/min).
      HINWEIS: X Watt Widerstand pro Minute basiert auf den Formeln in Schritt 4.1.10.
   5. Bitten Sie den Probanden, 3 Minuten lang zu fahren (Abkühlphase: Widerstand bis 0 W, Drehzahl bis 40 U/min).
   6. Halten Sie die statische Sitzhaltung für 3 Minuten zur Beobachtung der Vitalfunktionen (Beobachtungsphase).
      HINWEIS: Die Kriterien für das Absetzen sind wie folgt: Die Probanden werden ermutigt, aufgrund von Symptomen wie ischämischen EKG-Veränderungen, komplexer Ektopie, Herzblock zweiten oder dritten Grades, Abfall des systolischen Drucks >20 mm Hg vom höchsten Wert während des Tests, Bluthochdruck (>250 mm Hg systolisch; >120 mm Hg diastolisch) bis zum Ende der Übung zu trainieren, Schwere Entsättigung (Oxyhämoglobinsättigung (SpO₂) ≤ 80%), Symptome und Anzeichen einer schweren Hypoxämie (plötzliche Blässe, Koordinationsverlust, geistige Verwirrung, Schwindel, Ohnmacht), Anzeichen von Atemversagen oder Erschöpfung (Borg ≥ 17-18 Punkte) konnten die Radgeschwindigkeit nicht aufrechterhalten (unter 40 U/min). Der Test wird sofort beendet, wenn die Probanden extreme verbale oder körperliche Erschöpfung⁷ zeigen, die unter 40 U/min liegt.
   7. Entfernen Sie Datenerfassungsgeräte, Gesichtsmaske, Weste und EKG-Elektroden.

5. CPET nach dem Test

1. Verwenden Sie die RPE-Skala (Rating of Perceived Exertion), um die Intensität der körperlichen Aktivität zu messen, die offensichtlich mit der Herzfrequenz (HR) während des Trainings zusammenhängt ^9,10.
2. Verwenden Sie die Borg-Skala (6-20-Skala), um die Anstrengung des Widerstandstrainings zu bewerten ¹¹. Eine Punktzahl von 6 steht für Ruheaktivität ohne Anstrengung und eine Punktzahl von 20 für erschöpfende Übung.

6. Statistische Auswertung

1. Analysieren Sie die Daten mit der SPSS-Software (Version 25) und der Methodik, auf die in der vorherigen Studie¹² verwiesen wurde.
2. Stellen Sie die parametrischen Daten als Mittelwert und Standardabweichung (SD) dar, wenn normalverteilt, oder als Median, wenn nicht.
3. Ordnen Sie die Probanden für die statistische Analyse in männliche bzw. weibliche Gruppen ein.
4. Verwenden Sie den gepaarten t-Test, um die Unterschiede der CPET-Parameter zwischen Probanden in der Masken- und Maskenlosbedingung zu vergleichen. Die statistische Signifikanz beträgt P < 0,05.

Ergebnisse

Zehn Probanden (fünf Männer und fünf Frauen) aus der Abteilung für Rehabilitationsmedizin der Guangzhou Medical University wurden in dieser Pilotstudie rekrutiert. Die Teilnehmer hatten ähnliche Ausgangsmerkmale wie Alter (Durchschnittsalter: männlich 21,00 ± 1,58 Jahre; weiblich 21,20 ± 0,45 Jahre) und körperliche Fitness [sportliche Aktivität und Body-Mass-Index (BMI)]. Es gab keine signifikanten Unterschiede in Alter, Größe oder BMI zwischen der männlichen und der weiblich...

Diskussion

CPET liefert wertvolle Einblicke in die umfassenden Funktionen des Herz-Kreislauf-, Beatmungs- und Skelettmuskelsystems¹³. Wir schlugen ein CPET-Protokoll zu Maskenauf- und -absetzbedingungen vor, um die Wirkung der chirurgischen Maske auf die kardiopulmonale Funktion bei gesunden jungen Probanden zu untersuchen.

Das Design dieses Protokolls basierte auf drei Hauptpunkten. Zunächst rekrutierten wir junge gesunde College-Studenten als Probanden für die Studie aufgrund ...

Materialien

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