Les effets des masques faciaux en tissu sur les réponses cardiorespiratoires et la VO2 pendant le protocole de course incrémentielle maximale chez des hommes apparemment en bonne santé

Dec 21, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22292 (2022) Citer cet article

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Nous avons cherché à déterminer les effets du port d'un masque facial en tissu sur la réponse cardiorespiratoire, la consommation maximale d'oxygène (Vo2), l'effort des muscles respiratoires et la tolérance à l'exercice lors d'exercices supplémentaires. L'étude avait une conception croisée randomisée : 11 jeunes hommes apparemment en bonne santé ont effectué le test du tapis roulant du protocole de Bruce dans deux conditions, portant un masque facial en tissu (CFM) et sans CFM (CON), dans un ordre aléatoire. La ventilation minute et la consommation d'oxygène ont été mesurées à l'aide d'un analyseur métabolique à spectrométrie de masse ; le débit cardiaque (CO) a été mesuré à l'aide d'un moniteur d'impédance CO ; et la pression buccale (Pm) a été mesurée et calculée comme un Pm intégral pour évaluer l'effort des muscles respiratoires. La ventilation minute maximale était de 13,4 ± 10,7 % inférieure dans la condition CFM par rapport à la condition CON (P < 0,001). Le pic de Vo2 (52,4 ± 5,6 et 55,0 ± 5,1 mL/kg/min en CFM et CON, respectivement) et le CO n'étaient pas significativement différents entre les deux conditions. Cependant, la valeur intégrale de Pm était significativement plus élevée (P = 0,02) et le temps de course jusqu'à l'épuisement était inférieur de 2,6 ± 3,2 % (P = 0,02) dans la condition CFM par rapport à la condition CON. Nos résultats suggèrent que le port d'un masque facial en tissu augmente l'effort des muscles respiratoires et diminue le volume ventilatoire chez les jeunes hommes en bonne santé ; cependant, Vo2 est resté inchangé. La tolérance à l'exercice a également légèrement diminué.

La nouvelle maladie à coronavirus (COVID-19) se propage principalement par exposition à des gouttelettes lors de la respiration, de la toux et des éternuements ; par conséquent, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a recommandé de porter un masque facial couvrant le nez et la bouche pour prévenir la transmission de l'infection au COVID-191,2. La propagation des gouttelettes est plus importante pendant l'exercice en raison de la respiration vigoureuse impliquée3,4. Ainsi, l'OMS a recommandé la distanciation sociale (> 1 m) pendant le repos et l'exercice. Cependant, le port d'un masque facial n'est pas recommandé lors d'une activité physique intense1.

Plusieurs études ont examiné l'impact des respirateurs N95 et des masques chirurgicaux5,6,7,8,9,10,11,12. Il a été noté que le port d'un masque chirurgical ou d'un respirateur N95 pendant l'exercice peut augmenter l'inconfort et diminuer la tolérance à l'exercice7,8,9. À l'inverse, certaines études ont rapporté que le port d'un masque chirurgical n'avait aucun effet sur la dyspnée, les échanges gazeux pulmonaires ou la performance physique10,11,12. Les principaux effets du port d'un masque facial sur les réponses physiologiques pendant l'exercice comprennent une augmentation de la résistance respiratoire et de l'espace mort, entraînant une altération des échanges gazeux due à l'hypoxie et à la réinhalation de dioxyde de carbone13,14. Une résistance accrue au flux d'air lors du port d'un masque facial entraîne une diminution de la ventilation pulmonaire5,6. Une hyperventilation inadéquate pendant un exercice intensif peut entraîner une diminution de la saturation artérielle en oxyhémoglobine (SaO2)15. Deux études ont rapporté une diminution de la consommation maximale d'oxygène (Vo2max) avec l'utilisation de masques chirurgicaux, diminuant ainsi la tolérance à l'exercice6,8.

De plus, la ventilation minute (VE) la plus élevée lors d'un exercice de haute intensité augmente le travail respiratoire (Wb), entraînant une préférence pour le flux sanguin vers les muscles respiratoires, ce qui peut par conséquent compromettre le flux sanguin vers les muscles actifs16,17 et par la suite limiter la tolérance à l'exercice18. On pense que, comme la résistance au flux du filtre augmente légèrement avec un flux d'air constant d'un masque facial, le Wb résistif n'augmenterait pas même pendant un exercice de haute intensité14. Cependant, les humains ne respirent pas à un débit constant; par conséquent, Wb pendant un exercice intensif pourrait être plus élevé lors du port d'un masque facial. Par conséquent, la question de savoir si le port d'un masque facial pendant l'exercice présente des inconvénients physiologiques ou des risques pour la santé est intrigante et discutable.

Les respirateurs N95 sont couramment utilisés par les professionnels de la santé sur le lieu de travail et il est peu probable qu'ils soient utilisés dans les activités sportives. Les masques chirurgicaux sont occasionnellement utilisés lors d'activités sportives1 ; cependant, récemment, des masques en tissu conçus pour être utilisés pendant l'exercice sont devenus disponibles. Un masque facial en tissu devrait avoir une résistance au flux d'air inférieure à celle d'un masque chirurgical ou du N9514. Par conséquent, nous avons émis l'hypothèse que le port d'un masque facial en tissu n'aurait aucun effet substantiel sur la réponse cardiorespiratoire et l'activité des muscles respiratoires pendant l'exercice ; cependant, son effet sur la consommation d'oxygène (Vo2) et, par conséquent, la tolérance à l'effort, reste incertain. Ainsi, l'objectif principal de cette étude était d'examiner l'effet du port d'un masque facial en tissu pendant l'exercice sur la réponse cardiorespiratoire pendant la course incrémentielle, et l'objectif secondaire était d'examiner la pression buccale et le Vo2 pendant l'exercice.

Cette étude a été menée conformément à la Déclaration d'Helsinki, et les expériences ont été menées en tenant compte de l'éthique, des droits de l'homme et de la protection des informations personnelles. Cette étude a été approuvée par le comité d'éthique de l'Université d'Osaka Kyoiku (numéro d'approbation : 21051). Tous les participants ont signé un consentement éclairé écrit avant de participer à cette étude.

Les participants à l'étude comprenaient des étudiants universitaires en éducation physique sur le campus. Ainsi, ils étaient physiquement actifs. Les critères d'inclusion étaient les suivants : les participants étaient âgés de 18 ans ou plus, avaient parfaitement compris l'expérience et avaient donné leur consentement écrit pour participer. Nous avons recruté des participants en faisant du démarchage au sein de l'université, et par conséquent, ils étaient jeunes. Les critères d'exclusion étaient les antécédents de maladie cardiaque, l'arythmie actuelle, les douleurs thoraciques, les douleurs à l'effort et les antécédents de maladie respiratoire. Quarante personnes ont participé à une séance d'information. Avant le début de l'étude, le but et les risques potentiels ont été soigneusement expliqués. Par la suite, 16 participants qui se sont portés volontaires pour participer ont répondu à des questions concernant leurs antécédents de maladies respiratoires et cardiovasculaires à l'aide du questionnaire sur la préparation à l'activité physique19. Tous les participants étaient non-fumeurs et n'avaient aucun antécédent de maladie médicale. La taille de l'échantillon a été calculée en utilisant G*power 3,1, sur la base d'une étude précédente, en supposant que le VO2peak correspondait à 32,2 ± 9,0 et 43,9 ± 8,1 mL/kg/min avec et sans masque facial en tissu20, avec un niveau de signification de 5 % et une puissance de 90 %. Par conséquent, on a estimé qu'il faudrait huit participants.

Dans ce but, 11 jeunes hommes en bonne santé ont subi un test de course sur tapis roulant à charge incrémentielle jusqu'à épuisement avec et sans masque facial en tissu. Dans cette étude, un plan croisé randomisé a été utilisé. Tous les participants ont subi un test de course à charge progressive sur tapis roulant jusqu'à épuisement dans deux conditions : avec un masque facial en tissu (CFM) et sans masque (CON) dans un ordre aléatoire. Chaque test a été effectué un jour différent, dans un ordre aléatoire et à au moins 48 heures d'intervalle. Pour minimiser les variations quotidiennes, les deux conditions de test ont été menées au même moment de la journée pour chaque participant dans un intervalle de temps de 2 heures. Les participants ont été informés des procédures expérimentales et ont pratiqué le protocole de test 1 semaine avant l'étude pour se familiariser avec l'équipement et le protocole d'exercice. Après familiarisation, les participants ont été randomisés en deux groupes et ont subi le premier test de course. Le second test a été réalisé dans des conditions différentes du premier essai (Fig. 1). Les participants ont reçu pour instruction de ne pas consommer de caféine ou d'alcool et de ne pas faire d'exercice physique intense pendant 24 heures avant le test. Les participants ont fait mesurer leur taille et leur poids et ont effectué des exercices d'étirement volontaires le jour du test. Un échauffement de 3 minutes a ensuite été effectué en marchant sur un tapis roulant (3,0 km/h avec 0 % d'inclinaison). Après l'échauffement, les participants ont attaché un masque expiratoire unidirectionnel (601M, ARCO, Chiba, Japon) connecté à un capteur de spectromètre de masse via un tuyau pour l'analyse des gaz expiratoires. Six électrodes ECG (Vitorode M-150, Nihon Kohden, Tokyo, Japon) ont été fixées pour mesurer le débit cardiaque (CO). Pour éviter les chutes, les participants étaient équipés d'un harnais pour le haut du corps. Le test a ensuite été lancé et les participants devaient se reposer pendant 3 minutes avant de commencer l'exercice pour mesurer les valeurs de repos. L'expérience a été menée en octobre. La température ambiante était contrôlée à l'aide d'un climatiseur; néanmoins, les fenêtres des chambres devaient être ouvertes conformément aux directives de prévention COVID-19 de l'université. La température ambiante était de 25,0 ± 0,5 °C pour tous les tests.

Organigramme CONSORT. Le diagramme indique combien de personnes ont été examinées et complétées dans le cadre de deux essais conditionnels.

Dans la condition CFM, un masque facial en tissu (DESCENTE Athletic Mask, DESCENTE, Osaka, Japon) a été utilisé (doublure extérieure : 100 % polyester, doublure intérieure : 98 % polyester, 2 % polyuréthane). Rizki et Kurniawan21 ont rapporté que les masques faciaux en tissu peuvent filtrer l'air dans une certaine mesure, et les masques faciaux en tissu polyester offrent la filtration la plus efficace. Par conséquent, le masque facial en tissu utilisé dans cette étude devait empêcher dans une certaine mesure la dispersion des gouttelettes. Une fois le masque facial fixé, un masque expiratoire pour l'analyse des gaz a été placé dessus et fixé avec des sangles pour éviter les fuites de gaz. Avant de commencer le test, les participants se livraient à des efforts expiratoires jusqu'à ce qu'une pression buccale positive de 50 cmH2O soit détectée pour vérifier toute fuite de gaz. Une pression positive a été générée en fermant la sortie du tuyau de gaz relié au masque expiratoire (601M, ARCO, Chiba, Japon) avec les mains. Les fuites ont été soigneusement vérifiées par des inspections sonores, sensorielles et visuelles (par exemple, si le masque a été soulevé et si l'air a coulé du côté).

Le protocole du tapis roulant de Bruce22 a été utilisé pour le test d'effort à charge graduée. Nous avons adopté le protocole de Bruce parce que plusieurs études antérieures6,8,20,23 l'ont utilisé dans leurs tests d'exercice sur tapis roulant. La vitesse et l'inclinaison du tapis roulant ont été augmentées toutes les 3 minutes après le début de l'exercice jusqu'à ce que l'épuisement soit atteint (tableau 1). Le critère d'épuisement était le point auquel le participant ne pouvait pas maintenir la vitesse de course et perdait > 0,8 m. Le participant a reçu des encouragements verbaux pendant l'exercice.

Les réponses respiratoires et métaboliques ont été mesurées en continu pendant l'exercice en analysant les gaz expiratoires à l'aide d'un spectromètre de masse (ARCO-2000N, ARCO, Chiba, Japon) relié à un masque expiratoire par un tuyau en silicone. La consommation maximale d'oxygène (Vo2), l'élimination du dioxyde de carbone (Vco2), le volume courant (VT), la fréquence respiratoire (fR), la ventilation minute (VE), la ventilation alvéolaire (VA), VE /Vo2, VE /Vco2 et la pression partielle télé-expiratoire de Co2 (PETCO2) ont été mesurés. Le spectromètre de masse a été calibré à l'aide de deux gaz (air ambiant équivalent O2, 20,93 % ; CO2, 0,05 % ; N2, équilibre et gaz expiré équivalent O2, 13,0 % ; CO2, 5,01 % ; N2, équilibre). Pour s'assurer que la Vo2 atteignait le maximum, les participants remplissaient au moins trois des critères suivants : (1) un taux d'échange respiratoire ≥ 1,10 (43 % des essais), (2) une fréquence cardiaque (FC) atteignant 90 % de la fréquence cardiaque maximale prévue pour l'âge (220 - âge) (100 % des essais), (3) un taux d'effort perçu (RPE) > 16 (100 % des essais) et (4) le participant n'a pas pu continuer l'exercice (1 00 % des essais). (5) Le plateau de Vo2 : un plateau de Vo2 était l'écart par rapport à la régression linéaire Vo2 extrapolée en utilisant des données de 30 s (la valeur réelle était < 400 mL/min par rapport à la valeur extrapolée)24 (50 % des essais). Tous les paramètres ont été moyennés toutes les 60 s pour analyse.

La réponse cardiaque a été mesurée à l'aide d'un moniteur d'impédance CO (PhysioFlow Q-Link, Manatec Biomedical, Paris, France). HR, volume systolique (SV) et CO ont été calculés pour chaque battement et moyennés toutes les 60 s pour analyse.

La pression buccale a été mesurée en fixant un transducteur de pression à pointe de cathéter (MicroSensor Basic Kit, Codman & Shurtleff, Inc., MA, USA). Le cathéter était recouvert d'un tube en plastique (diamètre : 4 mm, longueur : 250 mm) et fixé avec du ruban chirurgical du dorsum nasal à l'apex nasal pour empêcher le masque d'entrer en contact avec la partie du capteur à l'extrémité du cathéter. Lors du port du masque facial et du masque expiratoire, il a été confirmé que la pointe ne touchait pas la peau ou le masque. Le transducteur de pression de la pointe du cathéter a été calibré en immergeant le cathéter dans un tuyau de protection contre la lumière rempli d'eau chaude (37 ° C) à une profondeur de 0 à 60 cm avant l'expérience pour obtenir un signal de calibrage. La pression buccale a été enregistrée sur un ordinateur portable (Dynabook EX/55, TOSHIBA, Tokyo, Japon) à une fréquence d'échantillonnage de 200 Hz via un convertisseur AD (PowerLab 8a/d, AD Instruments, Sydney, Australie) et analysée à l'aide d'un logiciel d'analyse de forme d'onde (Lab Chart ver. 7, AD instrument, Sydney, Australie). Les valeurs absolues ont été intégrées à partir des données de pression buccale obtenues et utilisées comme ∫Pm.

La SaO2 a été mesurée à l'aide d'un oxymètre de pouls (SpO2) (N-560, Covidien Med, Dublin, Irlande) placé sur le front, qui a été enregistré toutes les minutes.

Le RPE a été mesuré à l'aide de l'échelle de Borg25 et la dyspnée a été mesurée à l'aide de l'échelle de Borg modifiée26 en interrogeant le participant toutes les minutes.

Toutes les variables obtenues dans cette étude sont présentées sous forme de moyenne ± écart-type. Toutes les analyses statistiques ont été effectuées à l'aide de SPSS 28 pour Mac (IBM, NY, USA). La normalité a été testée à l'aide du test de Shapiro-Wilk. Un test t apparié a été utilisé pour comparer les variables CFM et CON à l'intensité maximale de l'exercice (Vo2peak, Vco2peak, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV, HR, CO, ∫Pm et SpO2) et le temps jusqu'à l'épuisement. Le d (d) de Cohen a été utilisé pour la taille de l'effet dans les tests par paires, et la taille de l'effet a été déterminée comme petite, moyenne ou grande pour les tailles d'effet supérieures à 0,2, 0,5 et 0,8, respectivement. Des mesures répétées de l'analyse de variance à deux voies (étape × masque) ont été utilisées pour les valeurs moyennes de dernière minute de chaque étape pour Vo2, Vco2, VT, fR, VE, VA, VE/Vo2, VE/Vco2, PETco2, SV, HR, CO, ∫Pm, SpO2, RPE et dyspnée. La méthode de Bonferroni a été utilisée pour ajuster les comparaisons multiples. Pour la taille de l'effet, le ηp2 a été utilisé pour analyser la variance, et la taille de l'effet a été déterminée comme étant petite, moyenne et grande pour des tailles d'effet de 0,01, 0,06 et des valeurs supérieures à 0,14, respectivement. Le seuil de signification a été fixé à 5 %.

Cette étude a été menée conformément à la Déclaration d'Helsinki, et les expériences ont été menées en tenant compte de l'éthique, des droits de l'homme et de la protection des informations personnelles. Cette étude a été approuvée par le comité d'éthique de l'Université d'Osaka Kyoiku (numéro d'approbation : 21051). Les participants ont signé un consentement éclairé écrit avant de participer à cette étude.

Après le début de la période expérimentale, trois participants ont eu des blessures dans leur vie quotidienne et deux n'ont pas pu consacrer de temps aux expériences pour des raisons inattendues. Enfin, 11 participants ont complété les tests [âge moyen : 21,3 ± 2,0 ans, taille moyenne : 175,3 ± 5,9 cm et poids moyen : 68,4 ± 3,4 kg].

Deux des onze participants qui ont terminé l'expérience et n'ont pas réussi à mesurer la pression buccale ont été exclus de l'analyse de la valeur absolue intégrée de la pression buccale (∫Pm).

Le tableau 2 présente les variables pour les valeurs maximales du test de course sur tapis roulant incrémental. Aucune différence significative n'a été observée dans le pic de VO2 entre les conditions CFM et CON (52,4 ± 5,8 et 55,0 ± 5,1 mL/kg/min dans les conditions CFM et CON, respectivement, P = 0,21) ; cependant, l'ampleur de la diminution de la VO2peak était de 4,4 ± 11,4 % dans la condition CFM. VEpeak était de 13,4 ± 10,7 % inférieur dans le CFM par rapport à la condition CON (P = 0,002, d = 1,24). Le volume courant (VT) n'était pas significativement différent entre les conditions CFM et CON ; néanmoins, la fréquence respiratoire (fR) était inférieure de 6,9 ​​± 11,2 % dans la condition CFM par rapport à la condition CON (P = 0,04, d = 0,61). La ventilation alvéolaire (VA) était également inférieure de 13,4 ± 11,0 % dans la condition CFM par rapport à la condition CON (P < 0,003, d = 1,19). VE/VO2 et VE/VCO2 étaient significativement plus faibles dans la condition CFM que dans la condition CON (P < 0,001, d = 1,69 ; P < 0,001, d = 1,86, respectivement). La pression partielle de dioxyde de carbone en fin d'expiration (PETco2) était significativement plus élevée dans la condition CFM que dans la condition CON (P < 0,004, d = 1,13). Cependant, la SpO2 n'était pas significativement différente entre les conditions CFM et CON. Il n'y avait pas de différences significatives dans les variables cardiaques entre les conditions CFM et CON. ∫Pm était 20,7 ± 22,6 % plus élevé dans la condition CFM que dans la condition CON (P = 0,02, d = 0,95). De plus, le temps d'épuisement a diminué de 2,6 ± 3,2 % dans la condition CFM par rapport à la condition CON (P = 0,02, d = 0,40).

Le tableau 3 présente les variables pour chaque étape du test incrémental sur tapis roulant. Il n'y avait pas d'interaction significative pour Vo2 (P = 0,14, ηp2 = 0,20) et les émissions de dioxyde de carbone (Vco2) (P = 0,09, ηp2 = 0,25). Cependant, il y avait un effet principal significatif pour le facteur de masque sur le Vco2 (P = 0,04, ηp2 = 0,24). Une interaction significative a été observée dans VE (P = 0,01, ηp2 = 0,47) (Fig. 2). En ce qui concerne le schéma respiratoire, alors que le VT n'a montré aucun effet principal significatif dans la condition CFM (P = 0,32, ηp2 = 0,09), fR a montré un effet principal significatif dans la condition CFM (P < 0,001, ηp2 = 0,67). VA a également montré une interaction significative (P = 0,01, ηp2 = 0,01). Il y avait une interaction significativement plus importante en ∫Pm (P = 0,01, ηp2 = 0,51) dans la condition CFM que dans la condition CON, jusqu'à la troisième étape (Fig. 2). Cependant, il n'y avait aucune interaction significative pour la pression buccale inspiratoire maximale (PIpeak) et la pression buccale expiratoire maximale (PEpeak) (P = 0,19, ηp2 = 0,20 et P = 0,05, ηp2 = 0,41). Concernant la SpO2, il y avait un effet principal significatif pour le facteur de stade, il diminuait progressivement avec l'intensité en fonction (P < 0,001, ηp2 = 0,81) ; cependant, il n'y avait pas d'effet significatif pour le facteur de masque. De plus, il n'y avait aucun effet sur les réponses cardiaques pour le facteur de masque.

Ventilation minute et effort respiratoire pendant le test de fonctionnement incrémental. Les données montrent la ventilation minute (VE, panneau supérieur) et l'intégrale minute de la pression buccale (∫pm, panneau inférieur). Les cercles noirs représentent l'état du masque facial en tissu (CFM). Les cercles blancs indiquent la condition de contrôle non masqué (CON). Il y avait une interaction significative (masque × stade) pour VE (P = 0,01, pη2 = 0,47) et ∫pm (P = 0,01, pη2 = 0,51). *, P < 0,05, entre les conditions FM et CON dans le test post hoc.

L'EPR et la dyspnée n'étaient pas significativement différentes entre les deux conditions (P = 0,14, ηp2 = 0,19 et P = 0,06, ηp2 = 0,30, respectivement) (Fig. 3).

RPE et dyspnée pendant le test de fonctionnement incrémentiel. Les données montrent RPE [échelle 6-20] (panneau supérieur) et dyspnée [échelle 1-10] (panneau inférieur). Les cercles noirs représentent l'état du masque facial en tissu (CFM). Les cercles blancs indiquent la condition de contrôle non masqué (CON). Il n'y avait aucun effet principal significatif du facteur de masque sur l'EPR (P = 0,09, ηp2 = 0,25) ou la dyspnée (P = 0,20, ηp2 = 0,15). L'EPR et la dyspnée avaient tendance à être plus élevées dans la condition FM que dans la condition Démasquer, mais les différences n'étaient pas significatives (P = 0,14, ηp2 = 0,19, P = 0,06, ηp2 = 0,30).

Une plus grande résistance au flux d'air lors du port d'un masque facial pourrait être considérée comme un facteur important influençant les réponses physiologiques pendant l'exercice. Les masques en tissu ont une résistance au flux d'air inférieure à celle des masques chirurgicaux14. Ainsi, l'objectif de la présente étude était d'examiner les réponses cardiorespiratoires et l'effort respiratoire pendant l'exercice tout en portant des masques en tissu, tels que ceux utilisés dans les sports. Nos nouvelles découvertes étaient que la ventilation pulmonaire d'exercice était réduite avec un masque facial en tissu, tandis que le travail des muscles respiratoires résistifs était augmenté. De plus, le système circulatoire central n'a pas été affecté. SpO2 et VO2peak n'ont pas non plus diminué avec la condition CFM par rapport à la condition CON. De plus, le masque facial en tissu avait un effet négatif légèrement significatif sur la tolérance à l'exercice. Par conséquent, nous pouvons conclure qu'un masque en tissu plus fin chez les jeunes hommes en bonne santé affecte les réponses respiratoires mais n'induit pas de diminution de la SpO2 ou de la Vo2, malgré la légère diminution de la tolérance à l'effort.

Des études antérieures ont rapporté une diminution significative de l'EV lors de tests de fonctionnement incrémentiels utilisant des masques chirurgicaux5,6,8,23. Nos résultats de VE sont cohérents avec ceux des études précédentes. Chez nos participants, le VE inférieur avec un masque facial en tissu était plus prononcé au-dessus de la troisième étape. Lors d'un débit d'air élevé à un VE élevé, la turbulence dans les voies respiratoires et la bouche est plus répandue, ce qui augmente à son tour la résistance au flux, ce qui est un facteur limitant pour le VE27. Dans cette étude, le PIpeak et le PEpeak lors d'exercices d'intensité supérieure à modérée étaient supérieurs de 2 à 3 cmH2O dans la condition CFM par rapport à la condition CON ; cependant, il n'était pas significatif (P = 0,19 en PIpeak et P = 0,05 en PEpeak). De plus, le ∫Pm était significativement plus élevé à partir du troisième stade. Un PETco2 plus élevé dans la condition CFM, même une légère élévation, devrait produire une demande d'hyperventilation par chimio-réflexe28. Ainsi, nous prévoyons que le port d'un masque facial en tissu supprime l'EV en raison de la résistance accrue au flux d'air, malgré la forte demande ventilatoire due à la réinhalation de dioxyde de carbone.

Des études antérieures n'ont pas observé de diminution de la SpO2, même avec l'utilisation de masques chirurgicaux11,13,29. Une hyperventilation pulmonaire inadéquate altère les échanges gazeux alvéolaires et contribue potentiellement à une diminution de la SaO215,30,31. Cependant, ce n'est pas le cas de tous les participants. Par exemple, chez les personnes non entraînées, la SaO2 est maintenue pendant un exercice intensif même sans masque facial, et la quantité de ventilation pulmonaire n'affecte pas les échanges gazeux dans les poumons normaux30. En revanche, chez les personnes souffrant d'hypoxémie artérielle induite par l'exercice (EIAH), la hauteur de l'EV peut affecter la SaO215. De plus, ces personnes présentent une diminution plus importante de la SpO2 et de la Vo2max avec la respiration gazeuse hypoxique32. Ceux-ci indiquent que l'importance de la réponse hyperventilatoire à la pression partielle d'oxygène est plus remarquable chez les personnes atteintes d'EIAH15,31,32. Nos participants ont montré une SpO2 de 93 % à l'exercice maximal, ce qui était inférieur à celui de la première étape (99 %). Cette diminution de 6 % de la SpO2 a été supposée avoir provoqué une légère EIAH. Ainsi, nous aurions pu nous attendre à ce que l'effet du port d'un masque facial soit considérable chez les personnes atteintes d'EIAH. VE a été réduit de 20 % et VA a également été significativement réduit. Cependant, le port d'un masque facial en tissu n'induit aucune réduction supplémentaire de la SpO2. La diminution de la VE lors du port d'un masque facial en tissu était associée à une diminution de la fR, tandis que la VT était maintenue. Cette étude n'a pas mesuré le volume pulmonaire pendant l'exercice ; cependant, on a émis l'hypothèse que le maintien de la VT avec un masque facial en tissu ne modifierait pas le rapport espace mort/VT et le volume pulmonaire en fin d'expiration, et aurait donc moins d'impact sur les échanges gazeux33.

Notre objectif était de révéler les effets du port d'un masque facial en tissu sur la réponse circulatoire centrale. Le flux sanguin dans tout le corps et, par conséquent, le CO n'ont pas changé même si la résistance respiratoire a augmenté et que la charge de travail des muscles respiratoires a augmenté d'environ 1,5 fois17. Dans cette étude, bien que le travail musculaire respiratoire estimé ait augmenté d'environ 20 %, le CO ne différait pas entre les conditions CFM et CON, ce qui est cohérent avec une étude précédente qui comparait le masque chirurgical et le respirateur N957. Un masque chirurgical augmente la FC lors d'un exercice sous-maximal5, alors qu'aucune différence de FC n'a été rapportée lors d'un exercice de haute intensité. Cependant, dans notre étude, il n'y avait aucune différence dans la FC, la SV et le CO pendant l'exercice progressif dans les deux conditions. Il a été suggéré que la charge de la circulation centrale n'était pas plus élevée lors du port du masque et que l'intensité physiologique relative n'était pas affectée.

Deriver et al.20 ont signalé une diminution de la Vo2peak lors de l'exercice avec un masque facial en tissu ; Umutlu et al.6 ont également signalé une diminution de la Vo2peak lors de l'exercice avec un masque chirurgical. La diminution de la Vo2peak dans l'étude précédente n'était pas associée à une diminution de la SpO2. De plus, chez nos participants, la SpO2 a été maintenue et le CO n'a pas été affecté lors de la course maximale, même en portant le masque facial en tissu. Cela implique que l'apport d'oxygène a été maintenu et, par conséquent, la Vo2peak n'était pas significativement différente avec et sans masque facial en tissu. Cependant, la taille de l'effet statistique était importante et l'étendue de la diminution de la Vo2peak dans la condition CFM était de 4,4 %. Les caractéristiques des participants peuvent expliquer l'incohérence entre nos résultats et ceux des études précédentes6,20. Les participants aux études précédentes comprenaient des patients sédentaires, des femmes et des patients âgés, et leur Vo2max était inférieure à celle de nos participants. De plus, le sexe et l'âge affectent l'impact du port de masques faciaux23. Nos résultats impliquaient que les jeunes hommes apparemment en bonne santé et ayant une meilleure forme physique pourraient être moins sensibles aux effets négatifs du port de masques en tissu.

Conformément aux études précédentes6,20,23, nos résultats ont démontré que le port d'un masque altérait légèrement la tolérance à l'exercice, ce qui suggère que la performance physique était affectée même avec des masques faciaux en tissu à faible résistance. Nous n'avons pas observé de diminution significative de Vo2peak dans la condition CFM. Cependant, la diminution de Vo2peak dans la condition CFM était de 4,4 %. Ainsi, la diminution de Vo2peak peut être due à une diminution de la tolérance à l'effort. Driver et al.20 ont rapporté que la tolérance à l'exercice était altérée avec une diminution substantielle de la Vo2peak et de la FC maximale. Par conséquent, selon le protocole d'exercice utilisé par Driver et al.20 et notre étude, le pic de Vo2 et la fréquence cardiaque maximale peuvent résulter d'une diminution de la tolérance à l'exercice due à d'autres facteurs et non à un facteur qui diminue la tolérance à l'exercice34.

Les mécanismes potentiels sous-jacents à la diminution de la tolérance à l'exercice peuvent être attribués à l'effet de la résistance au flux respiratoire due au filtre du masque. De plus, l'augmentation de l'espace mort ou le port d'un masque d'entraînement résistif pendant l'exercice augmente l'effort respiratoire, entraînant une dyspnée accrue et une diminution de la tolérance à l'exercice35,36. Cependant, dans la présente étude, la dyspnée avait tendance à être plus élevée dans la condition CFM, mais la différence n'était pas statistiquement significative. Nous avons évalué l'effort respiratoire résisté pendant l'exercice en utilisant la pression de la cavité buccale ; une activité musculaire respiratoire plus élevée avec un masque facial en tissu n'a pas été observée dans les premiers stades, mais est devenue significative dans les stades ultérieurs. Cela peut être lié à l'augmentation de la turbulence dans les voies respiratoires facilitée par l'augmentation du débit d'air. On peut supposer que nos participants avaient un effort ventilatoire élevé dans la condition CFM, même si la résistance au flux était inférieure à celle d'un masque chirurgical et d'un respirateur N9514. Pendant l'exercice maximal, le Vo2 pour l'activité des muscles respiratoires représente une proportion significative du Vo2 du corps entier même sans porter de masque facial37, provoquant une compétition de flux sanguin entre les muscles respiratoires et les muscles actifs16,17. L'activité accrue des muscles respiratoires ou la fatigue pendant l'exercice provoque un métaboréflexe induit par les muscles respiratoires, entraînant une vasoconstriction des membres38 et une restriction du flux sanguin39. Ceci est postulé comme un facteur qui limite la performance physique en raison du travail des muscles respiratoires18.

Il y avait quelques limitations dans cette étude. Premièrement, les participants étaient de jeunes hommes en bonne santé. Il serait hâtif de conclure de nos résultats qu'un masque facial en tissu réduit les performances physiques mais n'affecte pas la consommation d'oxygène dans toutes les populations. Différents résultats seront probablement obtenus pour différentes populations de patients et ceux souffrant de diverses affections respiratoires, comme les enfants, les patients âgés et les patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique.

Deuxièmement, dans cette étude, les participants ont effectué un test d'effort avec un masque de collecte de gaz pour l'analyse des gaz connecté au masque facial. Par conséquent, bien que le masque de prélèvement de gaz offre une résistance à l'écoulement plus faible, il impose toujours une charge respiratoire plus élevée que lors d'un entraînement régulier. Par conséquent, les résultats obtenus dans cette étude pourraient avoir surestimé l'effet des masques en tissu.

Troisièmement, pour assurer la fiabilité des variables du cardiographe d'impédance, nous avons présenté des valeurs moyennées sur 60 s et avons fait de même pour les variables d'analyse des gaz. Par conséquent, les données peuvent être moins sensibles que celles obtenues sur une période plus courte40. Cependant, aucune différence significative n'a été confirmée entre les données moyennes sur 30 et 60 s.

Enfin, le protocole d'exercice utilisé comprenait une augmentation simultanée de la vitesse et de l'inclinaison, ce qui aurait pu entraîner une fatigue musculaire prématurée et mettre fin à l'exercice avant que la Vo2 n'atteigne un maximum ; ainsi, le Vo2peak dans cette étude peut ne pas avoir évalué la capacité aérobie. De plus, nous n'avons pas effectué de test de phase de vérification41 ; par conséquent, nous n'avons pas pu détecter la Vo2max. Malgré ces limitations, nous pouvons conclure que dans notre test de course sur tapis roulant incrémentiel, l'altération de l'hyperventilation avec CFM a moins d'impact sur la Vo2.

En raison des recommandations du comité d'éthique, les données à l'appui ne sont pas entièrement disponibles. Cependant, certaines données calculées à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Nous tenons à remercier tous les bénévoles qui ont participé à cette étude. Cette étude a été soutenue par une subvention pour la recherche scientifique (C; 20K11334), JSPS KAKENHI et la Descente and Ishimoto Memorial Foundation for the Promotion of Sports Science. Nous remercions Editage (www.editage.com) pour l'édition en anglais.

Division des arts, de la musique et de l'éducation physique, Université d'Osaka Kyoiku, Osaka, 582-8582, Japon

Takeshi Ogawa

Département de l'éducation, Université d'Osaka Kyoiku, Osaka, 582-8582, Japon

Jun Koike et Yuka Hirano

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TO et YH ont conçu et conçu les expériences. Tous les auteurs ont contribué à la collecte des données, à l'analyse des données et à l'interprétation des résultats expérimentaux. TO et YH ont rédigé le manuscrit. Tous les auteurs ont édité et révisé le manuscrit et approuvé sa version finale. Tous les auteurs ont accepté d'être responsables de tous les aspects du travail en veillant à ce que les questions liées à l'exactitude ou à l'intégrité de toute partie du travail soient étudiées et résolues de manière appropriée.

Correspondance à Takeshi Ogawa.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Ogawa, T., Koike, J. et Hirano, Y. Les effets des masques faciaux en tissu sur les réponses cardiorespiratoires et la VO2 pendant le protocole de course incrémentielle maximale chez des hommes apparemment en bonne santé. Sci Rep 12, 22292 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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Reçu : 03 juin 2022

Accepté : 21 décembre 2022

Publié: 24 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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