Effect of high-flow oxygen on exercise performance in COPD patients: randomized trial

Abstract

Background: High-flow oxygen therapy (HFOT) provides oxygen-enriched, humidified, and heated air at high flow rates via nasal cannula. It could be an alternative to low-flow oxygen therapy (LFOT) which is commonly used by patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) during exercise training. Research Question: We evaluated the hypothesis that HFOT improves exercise endurance in COPD patients compared to LFOT. Methods: Patients with stable COPD, FEV1 40–80% predicted, resting pulse oximetry (SpO2) ≥92%, performed two constant-load cycling exercise tests to exhaustion at 75% of maximal work rate on two different days, using LFOT (3 L/min) and HFOT (60 L/min,FiO2 0.45) in randomized order according to a crossover design. Primary outcome was exercise endurance time, further outcomes were SpO2, breath rate and dyspnea. Results: In 79 randomized patients, mean ± SD age 58 ± 9 y, FEV1 63 ± 9%predicted, GOLD grades 2-3, resting PaO2 9.4 ± 1.0 kPa, intention-to-treat analysis revealed an endurance time of 688 ± 463 s with LFOT and 773 ± 471 s with HFOT, mean difference 85 s (95% CI: 7 to 164, P = 0.034), relative increase of 13% (95% CI: 1 to 28). At isotime, patients had lower respiratory rate and higher SpO2 with HFOT. At end-exercise, SpO2 was higher by 2% (95% CI: 2 to 2), and Borg CR10 dyspnea scores were lower by 0.8 points (95% CI: 0.3 to 1.2) compared to LFOT. Interpretation: In mildly hypoxemic patients with COPD, HFOT improved endurance time in association with higher arterial oxygen saturation, reduced respiratory rate and less dyspnea compared to LFOT. Therefore, HFOT is promising for enhancing exercise performance in COPD. Clinical Trial Registration: www.ClinicalTrials.gov, identifier: NCT03955770.

Εισαγωγή: Η οξυγονοθεραπεία υψηλής ροής (high-flow oxygen therapy, HFOT) παρέχει εμπλουτισμένο με οξυγόνο, θερμαινόμενο αέρα σε υψηλούς ρυθμούς ροής μέσω ειδικής ρινικής κάνουλας. Θα μπορούσε να αποτελέσει εναλλακτική λύση στη θεραπεία οξυγόνου χαμηλής ροής (low-flow oxygen therapy, LFOT), η οποία χρησιμοποιείται συνήθως από ασθενείς με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) κατά τη διάρκεια της σωματικής άσκησης. Ερευνητική υπόθεση: Στην παρούσα μελέτη αξιολογήσαμε την υπόθεση ότι η HFOT βελτιώνει την αντοχή στην άσκηση σε ασθενείς με ΧΑΠ σε σύγκριση με την LFOT. Μεθοδολογία: Ασθενείς με σταθερή ΧΑΠ, εξαναγκασμένο εκπνευστικό όγκο σε ένα δευτερόλεπτο (FEV1) 40-80% προβλεπόμενου, κορεσμό οξυγόνου μέσω παλμικής οξυμετρίας (SpO2) στην ηρεμία ≥92%, πραγματοποίησαν δύο δοκιμασίες κόπωσης σε εργομετρικό ποδήλατο με σταθερό έργο, ίσο με το 75% του μέγιστου προβλεπόμενου έργου, μέχρι εξάντλησης σε δύο διαφορετικές ημέρες, χρησιμοποιώντας LFOT (3 L/min) και HFOT (60 L/min, FiO2 0,45) με τυχαία σειρά σύμφωνα στα πλαίσια της μελέτης διασταυρούμενης μετάβασης (cross-over). Η κύρια μελετώμενη έκβαση ήταν ο χρόνος αντοχής στην άσκηση. Περαιτέρω αναλύθηκαν αποτελέσματα σχετικά με τον SpO2, την αναπνευστική συχνότητα και την εμφάνιση δύσπνοιας. Αποτελέσματα: Συνολικά 79 ασθενείς συμπεριλήφθηκαν και τυχαιοποιήθηκαν στη μελέτη, με ηλικία (μέση τιμή ± σταθερή απόκλιση) 58 ± 9 έτη, FEV1 63 ± 9% προβλεπόμενου, στάδιο ΧΑΠ GOLD 2-3 και PaO2 ηρεμίας 9,4 ± 1,0 kPa. Η ανάλυση «πρόθεσης για θεραπεία» (intention-to-treat analysis) ανέδειξε χρόνο αντοχής 688 ± 463 s με LFOT και 773 ± 471 s με HFOT, μέση διαφορά 85 s (95% CI: 7 έως 164, P = 0,034), που αντιστοιχεί σε σχετική αύξηση 13% (95% CI: 1 έως 28) με HFOT. Στο σημείο ισόχρονης κόπωσης (isotime), οι ασθενείς είχαν χαμηλότερη αναπνευστική συχμότητα και υψηλότερο SpO2 με HFOT. Στο τέλος της άσκησης, ο SpO2 ήταν υψηλότερος κατά 2% (95% CI: 2 έως 2) και οι τιμές στην κλίμακα δύσπνοιας Borg CR10 ήταν χαμηλότερες κατά 0,8 μονάδες (95% CI: 0,3 έως 1,2) σε σύγκριση με την LFOT. Συμπέρασμα: Σε ασθενείς με ήπια υποξαιμία με ΧΑΠ, η οξυγονοθεραπεία υψηλής ροής βελτίωσε τον χρόνο αντοχής σε συνδυασμό με υψηλότερο κορεσμό αρτηριακού οξυγόνου, μειωμένη αναπνευστική συχνότητα και ηπιότερη δύσπνοια σε σύγκριση με την LFOT. Επομένως, η HFOT είναι πολλά υποσχόμενη για την ενίσχυση της απόδοσης κατά την άσκηση στη ΧΑΠ.Καταχώρηση κλινικής δοκιμής: www.ClinicalTrials.gov, NCT03955770.