Optoelectronic plethysmography on post-acute COVID-19 syndrome : effects of the disease and impact of surgical mask on breathing pattern

A novel coronavirus is responsible of the spread of COVID-19. The majority of individuals, positive to the disease, show common symptoms like fever, fatigue and dyspnea, while a small percentage of infected subjects experience the most severe and critical aspects of the disease, that evolves in severe interstitial pneumonia, acute respiratory distress syndrome and multi organ dysfunction, requiring the admission in Intensive Care Units (ICU). The aim of this work is to investigate the breathing pattern of post-Covid patients, at three months from ICU dismission, through the use of a non-invasive chest wall motion analysis system, called Optoelectronic Plethysmography. Subjects have been acquired in both seated and supine position, breathing spontaneously for around six minutes, and also when performing a forced vital capacity maneuver. During regular breathing, post-Covid patients have a respiratory behaviour in conformity with healthy subjects, on the contrary, in the analysis of the forced maneuver post-Covid patients show a significative limitation in vital capacity, that mirrors in the significative reduction in inspiratory capacity and inspiratory reserve volume. A parallel analysis, using again the optoelectronic plethysmography, is done in order to investigate the effects of surgical masks on respiration in both post-Covid patients and healthy subjects, at rest. Results reveal that the use of surgical mask does not affect the respiratory parameters extracted from the OEP, while in post-Covid patients, the minute ventilation (volume of air inhaled and exhaled in one minute) is significantly increased.

Un nuovo coronavirus è responsabile della diffusione di COVID-19. La maggior parte degli individui, positivi alla malattia, manifesta sintomi comuni come febbre, affaticamento e dispnea, mentre una ridotta percentuale di soggetti infetti va incontro agli aspetti più severi e critici della malattia, che si evolvono in una polmonite interstiziale acuta, sindrome da distress respiratorio acuto e disfunzione multi-organo, necessitando l’ammissione in terapia intensiva. Lo scopo di questo lavoro di tesi è di analizzare il pattern respiratorio dei pazienti post-Covid, a tre mesi dall’uscita dalla terapia intensiva, tramite l’utilizzo di un sistema non invasivo di analisi del movimento della parete toracica, chiamato Pletismografia Optoelettronica. I soggetti sono stati acquisiti in posizione seduta e supina, durante sei minuti di respiro spontaneo, e anche mentre eseguono una manovra di capacità vitale forzata. Durante il respiro spontaneo, i pazienti post-Covid hanno un andamento respiratorio conforme con quello dei soggetti sani, al contrario, nell’analisi della manovra forzata i pazienti post-Covid dimostrano una limitazione significativa della capacità vitale, che si rispecchia nella riduzione della capacità inspiratoria e del volume inspiratorio di riserva. Un’analisi parallela, utilizzando nuovamente la pletismografia optoelettronica, viene eseguita al fine di investigare gli effetti della mascherina chirurgica sul pattern respiratorio a riposo, sia nei pazienti post-Covid, sia nei soggetti sani. I risultati mostrano che l’utilizzo della mascherina chirurgica non influisce sui parametri respiratori estratti tramite OEP, mentre nei pazienti post-Covid, la ventilazione minuto (volume di aria inalata ed esalata in un minuto) aumenta in maniera significativa.