Physiological and perceptual responses to exercise according to the locus of symptom limitation in people with COPD

Exercise intolerance is pervasive in people with mild-to-very severe chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and is associated with adverse health outcomes, including premature death. The mechanisms of exercise intolerance in COPD are complex and multifactorial but include pathophysiological abnormalities in pulmonary mechanics and limb muscle function. It follows that the exercise tolerance of people with COPD is often limited by intolerable breathlessness and/or leg discomfort. The objective of this study was to compare detailed physiological and perceptual parameters at the symptom-limited peak of incremental cardiopulmonary cycle exercise testing in adults with COPD reporting breathlessness (B), leg discomfort (LD), or a combination of breathlessness and leg discomfort (BOTH) as their main exercise-limiting symptom(s). Based on our understanding of pathophysiological mechanisms of exertional breathlessness in COPD, we hypothesized that people stopping exercise because of breathlessness would have relatively greater abnormalities in breathing mechanics than people stopping exercise because of leg discomfort alone or in combination with breathlessness. In this retrospective study, we compared physiological and perceptual responses at the symptom-limited peak of incremental (5-10 W/min) cardiopulmonary cycle exercise testing between 35 people with COPD reporting B (26M; mean +/- SD FEV1, 52 +/- 24%pred), 42 people reporting BOTH (19M; FEV1, 54 +/- 19%pred) and 16 people reporting LD (15M; FEV1, 67 +/- 20%pred) as their main exercise-limiting symptom. Despite similarly impaired levels of baseline lung function, health status, symptomology and exercise capacity, people with COPD whose primary limitation to exercise was B presented with evidence of greater dynamic lung hyperinflation and more severe restrictive constraints on tidal volume (VT) expansion at end-exercise than people whose primary or co-primary exercise-limiting symptom was LD. To this end, both the decrease in inspiratory capacity (∆IC) from rest to peak exercise (p=0.054) and the VT-to-IC ratio at end-exercise (p=0.001) were higher in B vs. BOTH and LD. Furthermore, a higher proportion of subjects in B vs. BOTH and LD had a ∆IC of 400 mL or greater (p=0.073) and a peak VT%IC of 73% or greater (p&lt;0.001), respectfully reflecting severe dynamic lung hyperinflation and severe restrictive constraints on VT expansion during exercise. These findings were further validated by the higher frequency of responses in B vs. BOTH and LD of qualitative descriptors of breathlessness at end-exercise, particularly those relating to ‘unsatisfied respiration’ (p&lt;0.05), ‘air hunger’ (p&lt;0.05), and ‘suffocation’ (p&lt;0.05). The results of this study support the hypothesis that the locus of symptom limitation reflects the proximate pathophysiological source of exercise intolerance in people with COPD. Once prospectively validated, our findings may lead to more personalized and effective clinical management of exercise intolerance in symptomatic adults with COPD.L’intolérance à l’exercice est omniprésente chez les personnes atteintes de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) légère à très sévère, et ceci a des effets néfastes sur la santé, y compris la mort prématurée. Les mécanismes d’intolérance à l’exercice chez les personnes atteintes de la MPOC sont complexes et multifactoriels, mais incluent des anomalies pathophysiologiques au niveau des poumons ainsi qu’aux muscles périphériques, à savoir ceux des jambes. Il s’ensuit que la tolérance à l’exercice des personnes avec la MPOC est souvent limitée par l’essoufflement et/ou l’inconfort des jambes qui est intolérable. L’objectif de cette étude était de comparer les paramètres physiologiques et perceptuels détaillés au point maximal de l’exercice limité par des symptômes lors d’un test cardiopulmonaire incrémental sur une bicyclette chez des adultes atteints de la MPOC rapportant l’essoufflement (‘B’), l’inconfort des jambes seul (‘LD’) ou en combinaison avec l’essoufflement (‘BOTH’) comme leur symptôme(s) principal(aux) limitant l’exercice. Basé sur notre compréhension des mécanismes pathophysiologiques de l’essoufflement à l’effort dans la MPOC, nous avons formulé l’hypothèse que les personnes qui s’arrêtent l’exercice en raison d’essoufflement aurait des anomalies relativement plus graves dans les mécaniques respiratoires que les personnes qui s’arrêtent l’exercice en raison de l’inconfort des jambes seul ou en combinaison avec l’essoufflement. Dans cette étude rétrospective, on a comparé les réponses physiologiques et perceptuelles au point maximal de l’exercice limité par des symptômes lors d’un test d’exercice cardiopulmonaire incrémental (5-10 W/min) sur une bicyclette entre 35 personnes atteintes de la MPOC rapportant ‘B’ (26M moyenne +/- écart type FEV1, 52 +/- 24%Pred), 42 personnes rapportant ‘BOTH’ (19M FEV1, 54 +/- 19%Pred) et 16 personnes rapportant ‘LD’ (15M FEV1, 67 +/- 20%Pred) comme symptôme principale limitant l’exercice. Malgré les niveaux d’insuffisance semblable de la fonction pulmonaire de base, l’état de santé, les symptômes de base, et la capacité d’exercice, les personnes atteintes de la MPOC avec ‘B’ comme symptôme principal limitant l’exercice avait de l’hyperinflation pulmonaire dynamique plus importante et des contraintes restrictives sur l’expansion du volume courant (VT) plus sévères au point maximal de l’exercice que les personnes avec ‘BOTH’ ou ‘LD’ comme symptôme principal(aux). La dégradation de la capacité inspiratoire (∆ IC) du repos au point maximal de l’exercice (p = 0.054) ainsi que le ratio entre le VT et la IC (VT%IC) au point maximal de l’exercice (p = 0.001) étaient plus élevés en ‘B’ versus ‘BOTH’ et ‘LD’. En outre, une proportion plus élevée de personnes dans ‘B’ versus ‘BOTH’ et ‘LD’ a présenté avec un ∆ IC de 400 ml ou plus (p = 0.073) et un VT% IC de 73% ou plus (p < 0,001), reflétant respectivement de l’hyperinflation pulmonaire dynamique plus importante et des contraintes restrictives sur l’expansion du VT plus sévères pendant l’exercice. Ces résultats ont été validés par la fréquence plus élevée dans ‘B’ versus ‘BOTH’ et ‘LD’ par rapport aux descripteurs qualitatifs de l’essoufflement au point maximal de l’exercice, particulièrement ceux liés à l’inspiration insatisfaite (p < 0,05), la manque d’air (p < 0,05), et la suffocation (p < 0,05). Les résultats de cette étude appuient l’hypothèse selon laquelle le locus des symptômes limitant l’exercice reflète l’origine pathophysiologique principale de l’intolérance à l’exercice chez les personnes atteintes de la MPOC. Une fois validés prospectivement, nos résultats peuvent donner lieu à la gestion clinique plus personnalisée et plus efficace de l’intolérance à l’exercice chez les adultes symptomatiques atteintes de la MPOC