Účinky tréninku inspiračních svalů na dušnost (dušnost) a posturální kontrolu u pacientů s CHOPN

Účelem této klinické studie je objasnit mechanismy úlevy od dušnosti a zlepšení posturální kontroly po tréninku inspiračních svalů (IMT) u pacientů s CHOPN.

K hodnocení intenzity a nepříjemnosti dušnosti při srovnatelném dechovém úsilí, při srovnatelných pracovních rychlostech na cyklovém ergometru, před a po IMT bude použit zátěžový test vytrvalostního cyklu (test konstantní pracovní frekvence (CWR). Pacienti budou provádět CWR test při 75 % maximální pracovní rychlosti dosažené během maximálního přírůstkového kardiopulmonálního zátěžového testu (CPET). Před, během a po CWR cyklistických testech budou pacienti hodnotit intenzitu dušnosti, nepříjemnost dušnosti, úzkost související s dýcháním a nepohodlí nohou pomocí upravené 10bodové Borgovy stupnice. Pacienti budou požádáni, aby na konci CWR cyklického testu uvedli kvalitativní deskriptory dušnosti. Maximální doba trvání testu CWR bude zaznamenávána a úrovně minutové ventilace budou průběžně registrovány v průběhu cvičebního protokolu. Pomocí tohoto vytrvalostního zátěžového testu budou vyšetřovatelé schopni posoudit změny v nástupu dušnosti (intenzitu a nepříjemnost) a výkonnost při vytrvalostním cvičení před a po IMT.

Povrchová elektromyografie (EMG) a vícepárový esofageální elektrodový katétrový systém budou použity během cvičení CWR k vyhodnocení náboru dýchacích svalů, dechového úsilí a nervového pohonu různých dýchacích svalů. Katétr bude zaveden pro kontinuální záznam Pes (tlak v jícnu), Pgas (tlak v žaludku) a EMGdi (elektromyogram bránice). PesMax (maximální tlak v jícnu), PgasMax (maximální žaludeční tlak) a PdiMax (maximální transdiafragmatický tlak) budou získány během maximálních manévrů čichání a kašle. Techniky transkutánní povrchové elektromyografie (sEMG) budou aplikovány na scalene, sternocleidomastoideus a parasternální mezižeberní svaly, aby bylo možné registrovat neurální pohon těchto dýchacích svalů. Pomocí těchto měření budou vyšetřovatelé schopni posoudit, zda po IMT došlo k nějakým změnám ve vzorcích náboru dýchacích svalů a respiračního nervového pohonu k různým respiračním svalům.

Při cvičení 'Respiratory Muscle Metaboreflex' dojde k sympaticky zprostředkované vazokonstrikci pohybového svalu končetiny, menšímu zásobení aktivního svalu končetiny krví a kyslíkem a únavou pohybového svalu. Síly záškubů kvadricepsu vyvolané magnetickou stimulací stehenního nervu budou hodnoceny za účelem měření únavy lokomotorického svalstva ve stejných časových bodech cvičení během CWR testu před a po intervenci. Pomocí této techniky budou vyšetřovatelé schopni posoudit, zda je nástup únavy lokomotorických svalů po IMT opožděn.

Bude provedena zkouška isokapnické hyperpnoe, aby se vyhodnotila perfuze dýchacích svalů, intenzita a nepříjemnost dušnosti, vzor náboru dýchacích svalů, dechové úsilí a nervové dýchání bez práce pohybového svalu před a po IMT. Pacienti budou požádáni, aby udržovali cílený vzor minutové ventilace rovný jejich dechové frekvenci, dechovému objemu a minutové ventilaci zaznamenané v klidu a během poslední minuty cvičebního testu s konstantní zátěží (při ~75 % WRpeak). Experimentátoři poskytnou pacientům slovní pokyny, aby upravili rychlost a hloubku dýchání tak, aby bylo dosaženo cílové ventilace a udržována konstantní v rozmezí ±5 %. Isokapnie bude udržována tím, že subjekty budou inspirovat z Douglasova vaku obsahujícího 5 % CO2, 21 % O2, zbytek N2, který bude připojen k dvoucestnému ventilu bez opětovného dýchání (model 2700, Hans Rudolph) kusem hadičky.

Budou provedeny zátěžové dechové testy k posouzení intenzity a nepříjemnosti dušnosti, vzorců náboru dýchacích svalů, dechového úsilí a nervového dechového pohonu. Pacienti budou požádáni, aby dýchali přes zařízení s kónickým průtokem odporové zátěže (TFRL) (powerbreathe KH1), dokud budou moci (3-7 minut), odpor bude nastaven na 50 % PImax pacientů. Bude monitorována srdeční frekvence, saturace kyslíkem a počet dechů. Před a po testu Borgské dušnosti bude zaznamenáno inspirační úsilí a nepříjemnost. Test se bude opakovat po 8 týdnech IMT, při stejném odporu. Borgská dušnost, inspirační námaha a nepříjemnost budou zaznamenány v časovém limitu předtréninku a na hranici symptomů. Nejdelší čas po tréninku může být až 15 minut.

Respirační (tj. mezižeberní, skalenový a břišní) a index průtoku krve lokomotorickými svaly (tj. vastus lateralis) budou současně měřeny během zkoušek isokapnické hyperpnoe a také během testu CWR (při 75 % maximální pracovní frekvence) před a po IMT podle dříve zavedeného způsobu využívajícího blízkou infračervenou spektroskopii (NIRS) a indocyaninovou zeleň (ICG). Respirační (tj. mezižeberní, skalenní, břišní) a lokomotorický sval (tj. vastus lateralis) dodávka kyslíku bude vypočítána vynásobením indexu průtoku krve k obsahu arteriálního kyslíku, druhý bude vypočítán neinvazivně pulzní oxymetrií. Respirační (tj. mezižeberní, skalenový, břišní) a pohybový sval (tj. vastus lateralis) kyslíková saturace (Stio2) – index dostupnosti kyslíku odrážející rovnováhu mezi dodávkou a potřebou kyslíku – bude průběžně během zkoušky zaznamenávána NIRS.

Neinvazivní technika pro studium nervového zpracování dechových vjemů bude použita k posouzení změn ve složce afektivní nepříjemnosti dušnosti během standardizovaného zatěžovaného dechového úkolu. Elektroencefalografie (EEG) bude použita k měření evokovaných potenciálů souvisejících s dýcháním (RREP) při zatíženém a nezatíženém dýchání. RREP zaznamenaný z EEG je měření aktivity mozkové kůry, která je vyvolána aktivací plicních a svalových mechanoreceptorů v důsledku krátkých inspiračních okluzí. Pacienti budou mít na sobě EEG senzory [129kanálový systém, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] a budou dýchat dýchacím okruhem s ventilem bez opětovného dýchání přes náustek. Inspirace bude krátce přerušena na 150 milisekund každé dva až šest dechů aktivací okluzního ventilu stlačeným vzduchem, který vyvolá RREP. Pacienti budou hodnotit vnímanou intenzitu a nepříjemnost dušnosti a intenzitu okluze na Borgově stupnici, zatímco inspirační zátěž a okluze budou aplikovány přes dýchací ventil. Tato metoda bude použita k posouzení, zda je méně nepříjemností spojených s danou úrovní dušnosti vyvolané odporovým dýcháním a zda tyto změny korelují se změnami v centrálním zpracování pocitu dušnosti.

Pro vyhodnocení posturální rovnováhy bude posunutí středu tlaku (CoP) odhadnuto z nezpracovaných dat silové dlahy pomocí rovnice: CoP = Mx/Fz (mediolaterální) a CoP = My/Fz (předozadní). CoP se bude měřit při vzpřímeném stoji s viděním i bez něj, na stabilním a nestabilním (pěnová podložka) podložce. Za určitých podmínek budou aplikovány lokální svalové vibrace na svaly kotníku a/nebo zádové svaly, aby se vyhodnotila úloha propriocepce v posturální kontrole. Kromě toho bude za určitých podmínek vyžadován opakovaný balistický pohyb paže, aby se vyhodnotil účinek vnitřní poruchy na posturální kontrolu. Střední kvadratické hodnoty posunů CoP budou použity pro analýzu měření posturální stability a střední hodnoty budou vypočteny pro vibrační pokusy pro analýzu očekávaného směrového účinku. Pro stanovení proprioceptivní strategie řízení držení těla bude vypočítán poměr posunů CoP vibrační zkoušky kotníkových svalů s ohledem na vibrační zkoušku zádových svalů.

Velikost vzorku 16 účastníků pro intervenční skupinu a 8 pro kontrolní skupinu je vyžadována k detekci rozdílu jedné jednotky ve stupnici Borg-10 pro dušnost za předpokladu SD 1 jednotky ve změně skóre dušnosti mezi před a po měření (síla 80 %, hladina významnosti p<0,05). Tyto odhady jsou založeny na předchozí práci o dušnosti při zátěži. Proto bude zahrnuto 24 klinicky stabilních pacientů s CHOPN s inspirační svalovou slabostí (PiMax < 70 % předpokládané hodnoty nebo < 60 cmH2O) a symptomy dušnosti (BDI < 7). Pacienti, kteří nejsou schopni provádět zátěžové testy, budou vyloučeni.

Pacienti budou denně provádět trénink sestávající ze dvou tréninkových lekcí po 30 dechových cyklech (intenzita ~50 % PiMax; 4-5 minut na sezení). Jedno sezení týdně bude probíhat pod dohledem ve výzkumném centru. IMT bude prováděno pomocí elektronického zařízení s odporovým průtokem (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, UK] po dobu 8 týdnů. PiMax bude měřen každý týden, aby se zvýšila vhodná intenzita tréninku na přibližně 50 % PiMax v daném okamžiku. Simulovaná skupina bude provádět IMT při inspirační zátěži, u které se neočekává, že by zlepšila funkci inspiračního svalu (intenzita <10 % výchozí hodnoty PiMax; v průběhu protokolu se nemění).

Rozdíly v primárních a sekundárních výsledcích mezi skupinami po 8 týdnech IMT budou porovnány s úpravou pro základní rozdíly v analýze kovariance (ANCOVA).