Dechová cvičení proti dušnosti u pacientů se srdečním selháním ke zlepšení chemosenzitivity (Breathe-HF)

POZADÍ

Ventilační neefektivita, nejčastěji kvantifikovaná jako sklon zvýšené ventilace (VE) k výdechu oxidu uhličitého (V̇CO2) během cvičení, je mezníkem u pacientů se srdečním selháním jak se sníženou, tak se zachovanou ejekční frakcí (HFrEF, HFpEF).[1] Četné studie zjistily, že vyšší sklony VE/VCO2 jsou spojeny s horší prognózou.[2-4] Komponenty sklonu VE/VCO2 jsou arteriální parciální tlak CO2 (PaCO2), který je ovlivněn hyperventilací, a poměr pulmonálního mrtvého prostoru/dechového objemu (VD/VT), který je ovlivněn abnormalitami plicní perfuze.[5] Přehnaná ventilační odpověď u pacientů s HFrEF může být způsobena hypersenzitivitou chemoreceptorů na CO2[6] a/nebo hyperaktivitou sympatického nervu, která se běžně vyskytuje u pacientů s HFrEF, na základě zvýšené aktivace metaboreceptorů v reakci periferních svalů na zvýšený anaerobní metabolismus. [7] Chronická hyperaktivita sympatického nervu snižuje aerobní kapacitu kosterních svalů na základě snížené kapilarizace[8] a sníženého toku červených krvinek[9], což vede k posunu typu svalových vláken směrem k nižšímu obsahu vláken typu I.[10] Následný anaerobní svalový metabolismus vede ke zvýšené svalové únavě[11] a acidóze již při nízkých úrovních zátěže, což spouští přehnané reakce ventilace.[12] Na druhé straně je dobře známo, že hyperventilace stimuluje aktivitu sympatiku, a tak začarovaný kruh aktivity sympatiku pohánějící hyperventilaci a hyperventilaci aktivující aktivitu sympatiku pokračuje.[13] To naznačuje, že hyperventilace nemusí být pouze důsledkem špatné funkce levé komory (LK), ale také hnací silou.

Kromě farmaceutických terapií a elektrofyziologických intervencí bylo zjištěno, že pohybová terapie má příznivé účinky na hemodynamické a ventilační parametry u pacientů s HFrEF[14] i HFpEF[15]. Za hlavní mechanismy cvičení se považuje snížení periferního odporu a tím i srdeční afterload zlepšením endoteliální funkce, zvýšenou kapilarizací vedoucí ke zlepšení okysličení kosterních svalů a zlepšením aerobního metabolismu.[16] Navzdory příznivým účinkům cvičebního tréninku jak v centru, tak v domácím prostředí [17, 18] bylo zjištěno, že adherence k fyzické aktivitě je u pacientů s HFrEF špatná.[19] Překvapivě jen málo studií se zaměřovalo na ventilaci přímo s terapeutickými přístupy. Pouze tři studie posuzovaly účinky tréninku pomalého dýchání na kardiorespirační funkce.[20, 21] Tyto studie zjistily zlepšení fyzických funkcí, snížení krevního a pulmonálního arteriálního tlaku, zvýšení ejekční frakce (EF),[20, 22] zlepšení ventilační účinnosti[20] a snížení spánkové apnoe.[22] Dále zjistili zlepšenou regulaci autonomního nervového systému snížením sympatiku a zvýšením vagové aktivity.[23] Není známo, zda pomalé dýchání může zvýšit PaCO2 dostatečně ke změně citlivosti nebo nastavené hodnoty chemoreceptorů. Na druhé straně bylo zjištěno, že trénink apnoe vede k velkým změnám v hladinách PaCO2 tolerovaných chemoreceptory v klidu a během cvičení.[24, 25] Dosud však nejsou publikovány žádné studie, které by apnoe implementovaly do dechového tréninku u pacientů se srdečním selháním. Dále předchozí studie nezkoumaly, zda účinek pomalého dýchání na zlepšení sklonu VE/VCO2 byl způsoben chronickým zvýšením PaCO2 nebo snížením ventilačního mrtvého prostoru.

HYPOTÉZA

Vyšetřovatelé předpokládají, že 12týdenní trénink s pomalým nazálním dýcháním následovaným apnoe na konci výdechu založený na edukaci, úvodu v centru a domácím 15minutovém tréninku dýchání denně bude účinný při snižování přehnané ventilační reakce na cvičení.

METODY

Studovat design

Prospektivní randomizovaná kontrolovaná studie. Způsobilí pacienti jsou identifikováni během jejich roční kontroly na Klinice srdečního selhání a preventivní kardiologie Inselspital v Bernu. Pacienti budou randomizováni v poměru 1:1 (stratifikované na HFrEF/HFpEF a pohlaví) do intervenční a kontrolní skupiny. Pacienti v intervenční skupině provádějí dechový trénink nad rámec standardní péče a pacienti v kontrolní skupině dostávají standardní péči a je jim nabídnut dechový trénink po ukončení studie. Návrh studie a dechová intervence byly vyvinuty s přímým vstupem skupiny pacientů (z pilotní studie).

Dýchací zásah

Trénink modulace respiračního vzoru se provádí doma po dobu 12 týdnů dvakrát denně po 15 minut na sezení a skládá se ze tří složek: 1) edukace o abnormální ventilaci při srdečním selhání, vliv ventilace na PaCO2 a autonomní nervový systém a citlivost chemoreceptorů ; 2) 1-3 sezení řízeného a monitorovaného prezenčního tréninku s pomalým nazálním břišním dýcháním a přerušovanou apnoe podporované vestou Healer (L.I.F.E., Milán, Itálie) měřením elektrokardiogramu (EKG) a exkurzemi hrudníku na úrovni xiphoid, hrudní manubrium a břicho; 3) nezávislý domácí trénink apnoe podporovaný letáky, videonahrávkami a týdenními telefonními hovory ke sledování pokroku a dodržování, zodpovězení otázek a povzbuzení dalšího postupu s délkou zadržení dechu.

Měření

Měření se provádějí během návštěvy 1 před a návštěvy 2 na konci období intervence.

Testování kardiopulmonální zátěže (CPET)

CPET se provádějí na cyklovém ergometru podle doporučení American Heart Association.[38] Rampové testy se provádějí tak, jak bylo popsáno dříve.[31] Spotřeba O2 a produkce CO2 budou průběžně měřeny v otevřeném spirometrickém systému (Quark, Cosmed, Řím, Itálie) a registrovány jako průměrné hodnoty za 8 nádechů. Každé 2 minuty jsou pacienti dotázáni na jejich vnímání dušnosti na modifikované Borgově stupnici. Sklon VE/VCO2 od klidu k ventilačnímu prahu 2 (VT2), vrchol VO2 a V02 při VT1 se určí tak, jak bylo popsáno dříve.[31]

Rozbory krve

Vzorky krve se odebírají z antekubitální žíly pro analýzu hemoglobinu a NT-proBNP. Arterializovaná krev je extrahována z ušního lalůčku v klidu a při maximální zátěži pro analýzu PaCO2, kyslíku (PaO2), hydrogenuhličitanu a pH.

Citlivost chemoreceptorů

Senzitivita chemoreceptorů se měří protokolem opakovaného dýchání.[39] Subjekty odpočívají na zádech a dýchají náustkem otevřeného spirometrického systému (Innocor, Cosmed, Řím, Itálie). S 3cestným ventilem otevřeným vzduchu v místnosti začíná test 2–5 minutami hyperventilace, která umožňuje pokles parciálního tlaku CO2 na konci výdechu (PETCO2). Po hyperventilaci subjekt pohodlně dýchá, zatímco 3cestný ventil je přepnut na vak pro opětovné dýchání. Vyrovnání PCO2 ve vaku, plicích a arteriální krvi na smíšenou venózní krev je dosaženo třemi hlubokými nádechy. Během následujících minut se PETCO2 nechá stoupat, zatímco PETO2 je sevřen na 150 mmHg během hyperoxického testování a na 50 mmHg během druhého, hypoxického testu přiváděním 100% O2 do okruhu portem na vaku pro opětovné dýchání. Centrální a periferní chemoreflexní reakce na CO2 se odhadují na základě rozdílu mezi hyperoxickou a hypoxickou ventilační odpovědí.[40, 41]

Výsledky hlášené pacientem

Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) se vyplňuje během návštěvy 1 a návštěvy 2 k posouzení kvality života a dyspnoe. Během návštěvy 2 je s pacientem proveden strukturovaný rozhovor za účelem posouzení proveditelnosti a překážek nácviku dýchání. Dodržování tréninku je sledováno na základě ústních informací pacientů během týdenních telefonátů.

Variabilita srdeční frekvence (HRV) a frekvence dýchání (BF)

HRV se měří z 24hodinového EKG zaznamenaného vestou Healer (L.I.F.E., Milán, Itálie) a analyzuje se ze segmentu během fáze hlubokého spánku, jak bylo dříve popsáno skupinou výzkumníků.[42] Nízkofrekvenční výkon (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), vysokofrekvenční výkon (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz) a LF/HF jsou analyzovány [43]. BF se měří tenzometry z vesty Healer.

VÝSLEDKY

Primárním výsledkem je sklon VE/VCO2 analyzovaný pomocí ANCOVA s opakovanými měřeními korigovanými na základní hodnoty a EF a pohlaví.

Sekundárními výsledky jsou nejnižší poměr VE/VCO2, dechový vzorec, VD/VT, vrchol VO2, VO2 při VT1, klidový PETCO2, citlivost periferních a centrálních chemoreceptorů, arteriální krevní plyny, NT-proBNP, srdeční frekvence, HRV, ventrikulární předčasné tepů z 24hodinového EKG, KCCQ, proveditelnosti a adherence.

REFERENCE

1. Agostoni P, Guazzi M. Cvičení ventilační neefektivita u srdečního selhání: některé čerstvé novinky do cestovní mapy srdečního selhání se zachovanou fenotypizací ejekční frakce. Evropský časopis srdečního selhání 2017; 19(12): 1686-9.
2. Ponikowski P, Francis DP, Piepoli MF a kol. Zvýšená ventilační odpověď na zátěž u pacientů s chronickým srdečním selháním a zachovanou tolerancí zátěže: marker abnormální kontroly kardiorespiračních reflexů a prediktor špatné prognózy. Výpůjčka 2001; 103(7): 967-72.
3. Myers J, Arena R, Oliveira RB a kol. Nejnižší poměr VE/VCO2 během zátěže jako prediktor výsledků u pacientů se srdečním selháním. Journal of cardiac failure 2009; 15(9): 756-62.
4. Nadruz W, Jr., West E, Sengelov M, et al. Prognostická hodnota kardiopulmonálního zátěžového testování u srdečního selhání se sníženou, střední a zachovanou ejekční frakcí. Journal of the American Heart Association 2017; 6(11).
5. Johnson RL, Jr. Účinnost výměny plynů u městnavého srdečního selhání. Náklad 2000; 101(24): 2774-6.
6. Chua TP, Clark AL, Amadi AA, a kol. Vztah mezi chemosenzitivitou a ventilační odpovědí na zátěž u chronického srdečního selhání. Journal of the American College of Cardiology 1996; 27(3): 650-7.
7. Scott AC, Davies LC, Coats AJ, a kol. Vztah metaboreceptorů kosterního svalstva na horních a dolních končetinách s kontrolou dýchání u pacientů se srdečním selháním. Klinická věda (Londýn, Anglie: 1979) 2002; 102(1): 23-30.
8. Duscha BD, Kraus WE, Keteyian SJ, et al. Kapilární hustota kosterního svalstva: mechanismus přispívající k nesnášenlivosti zátěže u chronického srdečního selhání třídy II-III nezávisle na jiných periferních změnách. Journal of the American College of Cardiology 1999; 33(7): 1956-63.
9. Hirai DM, Musch TI, Poole DC. Cvičení u chronického srdečního selhání: zlepšení transportu a využití O2 v kosterním svalstvu. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015; 309(9): H1419-39.
10. Sullivan MJ, Duscha BD, Klitgaard H a ​​kol. Změněná exprese těžkého řetězce myosinu v lidském kosterním svalu při chronickém srdečním selhání. Med Sci Sports Exerc 1997; 29(7): 860-6.
11. Schulze PC, Linke A, Schoene N, a kol. Funkční a morfologické abnormality kosterního svalstva korelují se sníženou elektromyografickou aktivitou u chronického srdečního selhání. Eur J Cardiovasc Předchozí Rehabil 2004; 11(2): 155-61.
12. Piepoli M, Clark AL, Volterrani M, et al. Příspěvek svalové aferentace k hemodynamickým, autonomním a ventilačním odpovědím na cvičení u pacientů s chronickým srdečním selháním: účinky fyzického tréninku. Circulation 1996; 93(5): 940-52.
13. Coats AJ, Clark AL, Piepoli M, et al. Příznaky a kvalita života u srdečního selhání: svalová hypotéza. Br Heart J 1994; 72(2 Suppl): S36-9.
14. Tucker WJ, Lijauco CC, Hearon CM, Jr., a kol. Mechanismy zlepšení maximálního VO(2) pomocí cvičení při srdečním selhání se sníženou nebo zachovanou ejekční frakcí. Heart Lung Circ 2018; 27(1): 9-21.
15. Fu TC, Yang NI, Wang CH a kol. Aerobní intervalový trénink vyvolává různé hemodynamické adaptace u pacientů se srdečním selháním se zachovanou a sníženou ejekční frakcí. Am J Phys Med Rehabil 2016; 95(1): 15-27.
16. Hambrecht R, Niebauer J, Fiehn E, a kol. Tělesný trénink u pacientů se stabilním chronickým srdečním selháním: účinky na kardiorespirační zdatnost a ultrastrukturální abnormality svalů nohou. Journal of the American College of Cardiology 1995; 25(6): 1239-49.
17. Ruku DM, Tran Thi TH, Chen HM. Vliv tréninku na odpor v centru nebo doma na svalovou sílu a vrchol VO(2) u pacientů s HFrEF: Systematický přehled a metaanalýza. Enferm Clin (Engl Ed) 2021.
18. Long L, Mordi IR, Bridges C, a kol. Srdeční rehabilitace založená na cvičení pro dospělé se srdečním selháním. Cochrane Database Syst Rev 2019; 1(1): Cd003331.
19. Cooper LB, Mentz RJ, Sun JL a kol. Psychosociální faktory, dodržování cvičení a výsledky u pacientů se srdečním selháním: Postřehy ze srdečního selhání: řízená studie zkoumající výsledky cvičebního tréninku (HF-ACTION). Circulation Srdeční selhání 2015; 8(6): 1044-51.
20. Parati G, Malfatto G, Boarin S, a kol. Zařízením řízené stimulované dýchání v domácím prostředí: účinky na zátěžovou kapacitu, plicní a ventrikulární funkci u pacientů s chronickým srdečním selháním: pilotní studie. Cirkulace Srdeční selhání 2008; 1(3): 178-83.
21. Lachowska K, Bellwon J, Narkiewicz K, et al. Dlouhodobé účinky přístrojem řízeného pomalého dýchání u pacientů se stabilním srdečním selháním se sníženou ejekční frakcí. Klinický výzkum v kardiologii: oficiální časopis Německé kardiologické společnosti 2019; 108(1): 48-60.
22. Kawecka-Jaszcz K, Bilo G, Drożdż T, et al. Účinky přístrojem řízeného tréninku pomalého dýchání na cvičební kapacitu, srdeční funkci a dechové vzorce během spánku u mužů a žen s chronickým srdečním selháním. Pol Arch Intern Med 2017; 127(1): 8-15.
23. Lachowska K, Bellwon J, Moryś J, et al. Pomalé dýchání zlepšuje kardiovaskulární reaktivitu na duševní stres a kvalitu života související se zdravím u pacientů se srdečním selháním se sníženou ejekční frakcí. Kardiologický časopis 2020; 27(6): 772-9.
24. Roecker K, Metzger J, Scholz T, a kol. Modifikované charakteristiky ventilační odezvy na cvičení u potápěčů se zadrženým dechem. Mezinárodní časopis sportovní fyziologie a výkonnosti 2014; 9(5): 757-65.

31. Marcin T, Trachsel LD, Dysli M, et al. Vliv individuálně přizpůsobeného vysoce intenzivního intervalového tréninku versus středně intenzivní kontinuální cvičení na kardiorespirační zdatnost po infarktu myokardu: Randomizovaná kontrolovaná studie. Ann Phys Rehabil Med 2021: 101490.

38. Fletcher GF, Ades PA, Kligfield P a kol. Cvičební standardy pro testování a trénink: vědecké prohlášení od American Heart Association. Náklad 2013; 128(8): 873-934.

39. Duffin J. Měření respiračních chemoreflexů u lidí. Respir Physiol Neurobiol 2011; 177(2): 71-9.

40. Duffin J, Mohan RM, Vasiliou P a kol. Model chemoreflexního řízení dýchání u člověka: měření parametrů modelu. Respir Physiol 2000; 120(1): 13-26.

41. Guyenet PG. Regulace dýchání a autonomních výtoků chemoreceptory. Compr Physiol 2014; 4(4): 1511-62.

42. Herzig D, Eser P, Omlin X a kol. Reprodukovatelnost variability srdeční frekvence je závislá na parametru a fázi spánku. Hranice ve fyziologii 2017; 8:1100.

43. Variabilita srdeční frekvence. Standardy měření, fyziologická interpretace a klinické použití. Pracovní skupina Evropské kardiologické společnosti a Severoamerické společnosti pro stimulaci a elektrofyziologii. European heart journal 1996; 17(3): 354-81.