Investigación sobre la respiración profunda a través de la medición de parámetros ventilatorios y la observación de patrones respiratorios

Aquí, presentamos un protocolo para evaluar dos patrones de respiración profunda de respiración natural y diafragmática para su eficacia y facilidad de ejecución. Se seleccionaron quince participantes, utilizando un electrocardiógrafo y un analizador de gas caducado para la medición de los parámetros ventilatorios, junto con la evaluación visual mediante captura de vídeo del movimiento toracoabdominal.

En este protocolo, se mostraron dos patrones de respiración profunda a 15 participantes para determinar un método fácil pero eficaz de ejercicio respiratorio para su aplicación futura en un entorno clínico. Las mujeres de veinte años estaban sentadas cómodamente en una silla con apoyo de respaldo. Estaban equipados con una máscara hermética conectada a un analizador de gas. Se colocaron tres electrodos en el pecho conectados a un transmisor inalámbrico para su retransmisión al electrocardiógrafo. Ejecutaron una fase de descanso de 5 minutos, seguida de 5 minutos de respiración profunda con un patrón de respiración natural, terminando con una fase de reposo de 5 minutos. Esto fue seguido por un intermedio de 10 minutos antes de tomar la segunda fase de instrucción de sustituir el patrón respiratorio natural por el patrón respiratorio diafragmático. Simultáneamente, tuvo lugar lo siguiente: a) la recolección, medición y análisis continuos del gas caducado para evaluar los parámetros ventilatorios respirando por respiración; b) medición de la frecuencia cardíaca mediante un electrocardiógrafo; y c) videograbación del movimiento toracoabdominal del participante desde un aspecto lateral. A partir de la captura de vídeo, los investigadores llevaron a cabo la observación visual de las imágenes de movimiento de avance rápido seguidas de la clasificación de los patrones respiratorios, confirmando que los participantes habían llevado a cabo el método de respiración profunda según las instrucciones. La cantidad de reingreso de oxígeno reveló que, durante la respiración profunda, el trabajo de respiración disminuyó. Los resultados de la ventilación diminal caducada, la frecuencia respiratoria y el volumen de marea confirmaron un aumento de la eficiencia ventilatoria para la respiración profunda con el patrón de respiración natural en comparación con el patrón de respiración diafragmática. Este protocolo sugiere un método adecuado de instrucción para evaluar los ejercicios de respiración profunda sobre la base del consumo de oxígeno, parámetros ventilatorios y excursiones en la pared torácica.

El fisioterapeuta cardiopulmonar normalmente trata al paciente de acuerdo con las necesidades y requisitos de la persona. Sin embargo, en general, el paciente es dejado para llevar a cabo ejercicio de respiración profunda preoperatoria por sí mismo. Por lo tanto, es imprescindible encontrar un método de instrucción simple y eficaz para que el paciente realice ejercicios de respiración profunda¹.

La respiración diafragmática es tal ejercicio respiratorio y un método de control respiratorio^2,3. El resultado terapéutico de este método incluye una reducción en el trabajo de respiración y la mejora en la eficiencia de la respiración^2,3, y esto provoca un aumento en el volumen de marea, lo que resulta en una reducción de la frecuencia respiratoria. Sin embargo, algunos investigadores han señalado que el ejercicio de respiración diafragmática puede causar movimiento asincrónico y paradójico de la caja torácica debido a las excursiones abdominales en algunos pacientes^4,5. En tales casos, el uso del patrón respiratorio natural de un paciente puede ser eficaz. En cuanto a la cuestión de que la respiración profunda sea eficaz como medio de reducción del trabajo mecánico de respiración y mejora de la eficiencia ventilatoria, puede ser útil cuantificar los parámetros ventilatorios mediante el uso de un analizador de gas.

Es bien sabido que las pruebas de ejercicio cardiopulmonar se llevan a cabo utilizando un analizador de gas⁶_,⁷. Algunos investigadores^8,9 han notificado mediciones para la respiración diafragmática con un analizador de gases en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica. ⁸ compararon la respiración diafragmática, la respiración de labios fruncidos y una combinación de ambos, con la de la respiración espontánea. Durante estos tres métodos de respiración, se midieron el consumo de oxígeno (VO₂₎y la frecuencia respiratoria (f), lo que mostró que un VO₂ en reposo más alto puede explicarse por el aumento del trabajo mecánico de la respiración⁸. ⁹ examinó el efecto inmediato de la respiración diafragmática o del estiramiento muscular respiratorio en VO_2,f y el volumen de marea (V_T). Podemos esperar de los resultados de los estudios antes mencionados que se podrían obtener evidencia similar mediante la aplicación de ejercicios de respiración similares para confirmar un método eficaz de respiración profunda de instrucción.

Este protocolo describe el método para la medición de parámetros ventilatorios y la excursión de la pared torácica en respiración profunda con dos patrones respiratorios, junto con sus resultados y análisis. El muestreo continuo y cuantitativo de los parámetros ventilatorios puede medir la respiración con precisión en comparación con las técnicas alternativas. El VO₂ obtenido en este protocolo puede considerarse un indicador del trabajo de respiración⁸. Además, f, V_T,y la ventilación de minutos están relacionados con la eficiencia ventilatoria. También se puede obtener información sobre el patrón respiratorio a partir de estos parámetros del ventilador más tiempo inspiratorio y espiratorio. Este protocolo también implica la evaluación de la excursión de la pared torácica a través de la captura de vídeo, que corresponde a la observación por un fisioterapeuta de la excursión de la pared torácica del paciente durante el ejercicio de respiración. El objetivo general de este estudio fue encontrar un método viable y eficiente de ejercicio de respiración profunda basado en el análisis del consumo de oxígeno, parámetros ventilatorios y excursión en la pared torácica.

Este protocolo se ajustaba a los principios éticos de la Declaración de Helsinki. El procedimiento fue explicado a todos los participantes antes del inicio del estudio.

1. Examen de participantes

1. Reclutar a 15 mujeres sanas en sus veinte años a través de muestreo de conveniencia. Revise la historia clínica verbalmente. Excluya a los participantes con enfermedad cardiopulmonar.
2. Explique el procedimiento al participante.
3. Pida al participante que se abstenga de comer y beber 2 h antes del comienzo de la medición y que traiga una camisa negra ajustada.

2. Procedimiento

1. Preparación para el procedimiento
   1. Calibrar el analizador de gas que tiene componentes integrados de un neumotachogramógrafo y medidores de concentración de oxígeno/dióxido de carbono 15 – 30 min antes de la medición. Siga los protocolos del fabricante.
   2. Conecte una cámara de vídeo a un trípode a una distancia de 1,5 m de la silla en la que se sentará el participante. Prepárese para registrar una vista lateral del participante sentado en un rango desde la parte superior del cráneo hasta el asiento de la silla.
   3. Indique al participante en espera que se ponga la camisa negra ajustada en un cubículo, y cuando esté listo, párese al lado de la silla en el laboratorio.
   4. Coloque tres electrodos (positivos, negativos y molidos) sobre la piel del pecho de pie, cada uno con un cable para conectarlos a un transmisor que se transmite al electrocardiógrafo.
   5. Asiento del participante cómodamente durante 5 minutos en una silla con un soporte trasero en un ángulo de 70o y, si es necesario, insertar un pequeño cojín en el cuello y / o región lumbar.
   6. Explique al participante respiración profunda con un patrón de respiración natural (NB) de respiraciones lentas y profundas, respirando a través de la nariz y soplando por la boca sin ninguna consideración o conocimiento dado sobre el movimiento específico del pecho.
   7. Pida al participante que respire profundamente naturalmente sin ninguna guía. Prepárese para comenzar la medición si el investigador está satisfecho con el rendimiento respiratorio. Observe el movimiento toracoabdominal del participante durante la inspiración y la expiración.
2. Medición de la respiración profunda con el patrón NB
   1. Coloque al participante con una máscara de muestreo sobre la boca y la nariz para medir el gas caducado. Realizar una prueba de sellado: cierre el orificio para el tubo de muestreo de la máscara con un dedo y pida al participante que exhale suavemente y confirme si el aire tiene fugas de la máscara. Conecte un tubo de muestreo a la máscara para medir los parámetros ventilatorios.
   2. Pida al participante que se abstenga de hablar durante el procedimiento.
   3. Indique al participante que descanse durante 5 minutos, y al mismo tiempo comience a registrar el gas expirado y la frecuencia cardíaca, junto con la captura de vídeo. Después de la fase de descanso de 5 minutos, indique al participante que comience la respiración profunda durante 5 minutos con patrón NB. Al finalizar, indique al participante que descanse durante 5 min.
   4. Continúe grabando y midiendo a lo largo de las tres fases.
   5. Realice solo una prueba trifásica para cada participante.
3. Fase de descanso
   1. Informe al participante que el experimentador se quitará la máscara y le permitirá una fase de intermedio de 10 minutos.
   2. Indique al participante que pueda sentarse y hablar en el laboratorio, pero no beber. Comience a cronometrar la fase de intermedio con un cronómetro en el momento de quitarse la máscara.
4. Medición de la respiración profunda con el patrón de respiración diafragmática (DB)
   1. Asiento del participante como en el paso 2.1.5.
   2. Explique al participante respiración profunda con un patrón de respiración diafragmática (DB). Pídale al participante que encaje los dedos, colóquelos en su abdomen y respire profundamente a través de la nariz, expandiendo el abdomen debajo de las manos y luego soplando por la boca y retrayendo suavemente el abdomen.
   3. Indique al participante que practique esta respiración profunda con el patrón DB hasta que el investigador esté satisfecho. Observe que la expansión toracoabdominal tiene lugar durante la inspiración seguida de su contracción al expirar.
   4. Coloque al participante con una máscara de muestreo sobre la boca y la nariz para medir el gas caducado. Realizar una prueba de sellado: cierre el orificio para el tubo de muestreo de la máscara con un dedo y pida al participante que exhale suavemente y confirme si el aire tiene fugas de la máscara. Conecte un tubo de muestreo a la máscara para medir los parámetros ventilatorios.
   5. Pida al participante que se abstenga de hablar durante la medición.
   6. Indique al participante que descanse durante 5 minutos, y al mismo tiempo comience a registrar el gas expirado y la frecuencia cardíaca, junto con la captura de vídeo. Después de la fase de descanso de 5 minutos, indique al participante que comience la respiración profunda durante 5 minutos con el patrón de base de datos. Al finalizar, indique al participante que descanse durante 5 minutos.
   7. Quite la máscara del participante después de la fase de reposo de 5 minutos.
   8. Pregunte inmediatamente al participante cuál de las dos técnicas de respiración profunda era más cómoda. Registre la respuesta del participante en una hoja de cálculo.
   9. Retire los electrodos, los cables y el transmisor del participante y déjela ir.
   10. Realice solo una prueba trifásica para cada participante.

3. Medición de los parámetros ventilatorios

1. Muestre el gas caducado aliento por respiración utilizando un analizador de gas (consulte la Tabla de materiales y la Figura 2).
   1. Mida los siguientes parámetros ventilatorios: toma de oxígeno (VO_2),salida de dióxido de carbono (VCO_2),ventilación por minutos expirados (VE), frecuencia respiratoria (f), volumen de marea (V_T),tiempo espiratorio (T_e)y tiempo inspiratorio (T _i).
   2. Mida la frecuencia cardíaca utilizando un sensor de telemetría médica para el electrocardiógrafo (consulte Tabla de materiales y Figura 2), que está conectado al analizador de gas.
      NOTA: El analizador de gas se utiliza utilizando el software informático proporcionado por el fabricante(Tabla de materiales).
2. Recopile los datos para cada fase de reposo de 5 minutos y respiración profunda para los patrones NB y DB. Guarde los datos de los parámetros ventilatorios en formato CSV utilizando el software informático (consulte la Tabla de materiales y la Figura 3,4).
   1. Recopile datos medios para cada fase de 5 minutos de este protocolo. Los datos medios para la fase de ajuste opcional se obtienen respirando por respiración.
3. Introduzca los datos de cada participante en el programa de hoja de cálculo (consulte la Tabla de materiales y la Figura 5)y determine la media y la desviación estándar (SD) para el descanso inicial y las fases de respiración profunda para NB y DB.

4. Evaluación del patrón respiratorio

1. Grabe el movimiento toracoabdominal desde una vista lateral del participante utilizando una cámara de vídeo(Tabla de materiales).
2. Asegúrese de que el color de fondo está en marcado contraste con la silueta del participante.
3. Grabe la imagen de vídeo a 1/30 s por fotograma, que es la velocidad estándar para la cámara de vídeo utilizada.
4. Cargue las imágenes en movimiento en un ordenador personal utilizando el software de edición de vídeo 1 (Tabla de materiales).
5. Observe imágenes de vídeo de 5 min de las fases de respiración profunda a doble velocidad bajo evaluación visual y clasifique los patrones respiratorios como superiores, diafragmáticos o toracoabdominales. Utilice el software de edición de vídeo 2 (Tabla de materiales).
   NOTA: Las imágenes de vídeo son analizadas por un fisioterapeuta cardiopulmonar (MY).

5. Patrón preferido de los participantes para la respiración profunda

1. Prepare una hoja de cálculo para la respuesta del participante.
2. Pregunte al participante cuál de las dos técnicas de respiración profunda es más cómoda después de la medición del patrón de base de datos.
3. Rellene la hoja de cálculo con la respuesta del participante.
4. Esté preparado para escuchar a la participante si quiere hablar sobre el procedimiento. No incluya los comentarios del participante en el análisis.

6. Análisis estadístico

NOTA: Realice análisis estadísticos utilizando software informático comercial(Tabla de materiales)y, a continuación, proporcione todos los clics de botón.

1. Parámetros ventilatorios
   1. No analice la fase de reposo de 5 minutos después de las dos fases de respiración profunda de este protocolo.
   2. Determinar la media y SD para las fases de reposo iniciales y las fases de respiración profunda para cada parámetro.
   3. Emplear el análisis bidireccional de medidas repetidas de varianza (ANOVA de 2 vías) para evaluar los parámetros ventilatorios y la frecuencia cardíaca para las fases de reposo inicialy dos fases de respiración profunda.
      NOTA: El factor "instrucción" incluye dos niveles NB y DB, y el factor "fase" tiene dos niveles de fase de reposo y fase de respiración profunda.
   4. Usando el método Bonferroni, evalúe entre cada factor para la medición de parámetros, produciendo una interacción significativa después de ANOVA de 2 vías.
2. Clasificación de los patrones respiratorios exhibidos por los participantes, incluyendo su patrón preferido para la respiración profunda.
   1. Clasificar el número de participantes de acuerdo con su patrón respiratorio en la respiración superior costal, diafragmática o toracoabdominal.
   2. Compile de la hoja de cálculo el número de participantes de acuerdo con su patrón preferido de respiración profunda.

Los parámetros ventilatorios y la frecuencia cardíaca
Sobre la base de los datos(Figura 5),los patrones NB y DB se analizaron estadísticamente(Figura 6 y Tabla 1). Se encontró que los f, V_T y Te tenían una interacción significativa (p<0.05, respectivamente). Se encontró una disminución significativa en la f para los patrones NB y DB durante la respiración profunda en comparación con las fases iniciales de descanso (p<0.05, respectivamente), y, durante la respiración profunda con el patrón NB, la f disminuyó en mayor medida en comparación con la de la DB patrón(Figura 6 y Tabla 1). El V_T y Te revelaron un aumento significativo durante la respiración profunda en comparación con las fases de reposo iniciales para los patrones NB y DB, y, aquellos para la respiración profunda con el patrón NB fueron mayores en comparación con los del patrón DB(Figura 6). Todos los parámetros excepto VE y HR revelaron el efecto principal para el factor "fase" (Tabla 1).

Una reducción en el trabajo de respiración se reflejó en una disminución de VO₂y, durante la respiración profunda con los patrones NB y DB, el VO₂ disminuyó con una reducción del trabajo de respiración(Tabla 1). La mejora en la eficiencia ventilatoria se refleja en un aumento de V_T y una disminución de f o VE. La respiración profunda con el patrón NB fue superior en eficiencia ventilatoria en comparación con la del patrón DB. Generalmente, la relación entre VE y ventilación alveolar (VA) se calcula mediante la fórmula: VE -V_T - f y VA - (V_T- espacio muerto anatómico) - f. Suponiendo que ve es una constante, una disminución de la frecuencia respiratoria y un aumento v_T indican una mejora en el VA. Como el VE no produjo ninguna interacción significativa y efecto principal después de ANOVA de 2 vías(Tabla 1),VE para la respiración profunda con ambos patrones respiratorios parecía ser igual. La frecuencia respiratoria durante la respiración profunda con el patrón NB fue significativamente menor en comparación con el patrón de DB, pero, para V_T durante la respiración profunda, fue significativamente mayor en comparación con la del patrón de base de datos(Figura 6 y Tabla 1 ). En otras palabras, la ventilación alveolar o el intercambio de gas durante la respiración profunda con el patrón NB parece más eficiente que para eso durante la respiración profunda con el patrón de base de datos.

Patrones de respiración y preferencia de los participantes
Se muestra el resultado de la evaluación visual del movimiento toracoabdominal durante la respiración profunda con dos métodos de instrucciones (Tabla 2). Para el patrón NB,La mayoría de los participantes presentaron un movimiento costol o toracoabdominal superior. Durante la respiración profunda con el patrón de DB, todos menos un participante mostraron un movimiento toracoabdominal o diafragmático. Este resultado muestra que los participantes fueron capaces de llevar a cabo la respiración profunda según las instrucciones. Trece de los 15 participantes expresaron que encontraron el patrón NB más fácil de llevar a cabo que el patrón DB.

Figura 1. Diagrama de flujo para el protocolo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Parámetros ventilatorios como se vieron en la pantalla.
Izquierda, Patrón de respiración natural; Correcto, patrón de respiración diafragmática. La pantalla muestra una muestra de datos individuales para cada una de las muestras de aliento por respiración para los parámetros ventilatorios y la frecuencia cardíaca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3. Formato CSV para parámetros ventilatorios durante la respiración profunda con un patrón de respiración natural.
La hoja de cálculo muestra una muestra de parámetros ventilatorios y frecuencia cardíaca después de la medición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4. Formato CSV para parámetros ventilatorios durante la respiración profunda con un patrón de respiración diafragmática.
La hoja de cálculo muestra una muestra de parámetros ventilatorios y frecuencia cardíaca después de la medición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5. Datos sin procesar para todos los participantes, que se convirtió a partir de datos CSV. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6. Interacción significativa entre parámetros ventilatorios.
Círculo azul sólido, respiración profunda con patrón de respiración natural; Círculo blanco, respiración profunda con patrón de respiración diafragmática. (A) muestra la f, frecuencia respiratoria, (B) muestra la V_T, el volumen de marea, y (C) muestra el Te, tiempo espiratorio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1. Comparación entre los dos patrones respiratorios. VO₂, toma de oxígeno; VCO₂, salida de dióxido de carbono; VE, ventilación diminal; f, frecuencia respiratoria; V_T, volumen de marea; Te, tiempo espiratorio; Ti, tiempo inspiratorio; HR, frecuencia cardíaca; *, p<0.05 (Rest vs. Respiración profunda durante NB); • p<0.05 (Descanso vs. Respiración profunda durante la base de datos); • p<0.05 (NB vs. DB durante la respiración profunda). Esta tabla ha sido modificada de una publicada en el Journal of Physical Therapy Science, 2018.

Cuadro 2. Resultado de la evaluación visual del movimiento toracoabdominal durante la respiración profunda con dos patrones respiratorios. Esta tabla ha sido modificada de una publicada en el Journal of Physical Therapy Science, 2018.

Mediante el uso de este protocolo, la instrucción eficaz para la respiración profunda se puede examinar a través del consumo de oxígeno, parámetros ventilatorios y excursiones en la pared torácica. Los participantes tenían una edad media de 21,6 años, una masa corporal media de 51,9 kg, una altura media de 159,3 cm y un índice de masa corporal de 20,5 kg/m^2. No se ofrecieron incentivos para participar en este protocolo. Hay tres pasos críticos dentro del protocolo. En primer lugar, en lo que respecta al control de la ingesta de alimentos, la relación entre la producción de dióxido de carbono y la utilización de oxígeno proporciona información sobre la mezcla de nutrientes catabolizada para la energía¹⁰. La ingesta de alimentos en una actividad física más baja tiene un mayor efecto en comparación con una mayor actividad física en VO₂ medida en gas caducado^11. El resultado_de VO 2(Tabla 1) muestra una menor actividad física durante la respiración profunda. Por lo tanto, es imperativo establecer condiciones para la ingesta de alimentos antes de la medición. En segundo lugar, los participantes están obligados a abstenerse de hablar durante la medición para no influir en los datos de gas caducados. En tercer lugar, para evitar posibles efectos de aprendizaje del patrón DB en el patrón NB, la ejecución de la secuencia de patrón de respiración para la medición es importante (Figura 1).

En general, el ejercicio de respiración tarda 3-5 minutos en ejecutarse. Por lo tanto, los investigadores asignaron una fase de respiración profunda de 5 minutos intercalada entre las dos fases de descanso. Los participantes llevaron a cabo sólo un ensayo para la fase de respiración profunda De NB y DB, ya que este protocolo fue diseñado para simular la instrucción inicial en un entorno clínico de un ejercicio de respiración de 5 minutos. Sin embargo, los participantes no tenían un patrón de respiración diafragmática ideal al llevarlo a cabo por primera vez en este protocolo(Tabla 2). La modificación de este protocolo puede requerir más tiempo de instrucción y práctica para el aprendizaje de la respiración diafragmática para comparar los dos métodos de respiración.

Para la medición del gas caducado respirando por respiración, el número de muestras por minuto para los parámetros ventilatorios es igual a la frecuencia respiratoria por minuto. Se sabe que el número de muestras por minuto aumenta durante la actividad física vigorosa, pero que para los parámetros ventilatorios disminuye durante la respiración profunda como se muestra en este protocolo. Teniendo en cuenta el hecho anterior, debe determinarse el tiempo medio para la recopilación de datos.

Mediante el uso de una cámara de vídeo, es posible que un investigador lleve a cabo este protocolo. Además, un patrón de respiración se puede juzgar fácilmente mediante el reenvío rápido de las imágenes de movimiento. Durante las pruebas preliminares para este protocolo, se colocaron marcadores en el esternón y el abdomen, seguidos de videograbación. Sin embargo, estos marcadores no fueron de ayuda para el juicio visual. En consecuencia, se decidió que el participante usara una camisa negra ajustada. Además, puede ser más fácil observar la excursión toracoabdominal si el color de la camisa está en contraste con el del fondo. En este protocolo, el color de fondo de la pared es beige blanco en contraste con la camisa negra. Los investigadores recomiendan el uso de diferentes protocolos^12,13 si se pretende estudiar los patrones respiratorios, particularmente con atención a la cinemática del tórax.

En cuanto al tamaño de la muestra utilizado este protocolo, el cálculo por análisis de potencia post-hoc¹⁴ produjo 0.75. Para satisfacer el poder estadístico de 0,8 definido por Cohen¹⁴, se habría requerido un tamaño mínimo de muestra de 17 participantes para este protocolo, lo que significaba que tenía una escasez de dos participantes. Además, no se pudo evaluar la distribución de la ventilación pulmonar, como habría sido posible con la tomografía de impedancia eléctrica¹⁵.

Los parámetros ventilatorios obtenidos en este protocolo incluyen el mecanismo de intervención y el coste energético en una revisión sistemática del control respiratorio^2. El método alternativo para este procedimiento sería analizar los parámetros ventilatorios en la fase de descanso después de la respiración profunda, determinando así el efecto sobre los parámetros ventilatorios inmediatamente después de la respiración profunda. Además, podríamos comparar los parámetros ventilatorios antes y después del ejercicio respiratorio profundo. Esto puede resultar en un cambio en los parámetros ventilatorios si los participantes se vuelven competentes en los dos patrones de respiración profunda. A partir de ahora, a los investigadores les gustaría explorar cómo los parámetros ventilatorios en los ancianos y los individuos en mentiras supinas y/o laterales diferirían de los de este estudio.

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Los autores agradecen al Dr. Shimpachiro Ogiwara, ex profesor de la Universidad de Kanazawa, y a la Sra. Sandra M. Ogiwara, CSP (Reino Unido), BScPT (C), la edición inglesa del manuscrito.