Effekter af inspiratorisk muskeltræning på åndenød (dyspnø) og postural kontrol hos patienter med KOL

Formålet med dette kliniske forsøg er at belyse mekanismer for lindring af dyspnø og forbedringer i postural kontrol efter inspiratorisk muskeltræning (IMT) hos patienter med KOL.

En udholdenhedscyklus træningstest (Constant work rate (CWR) test) vil blive brugt til at evaluere dyspnøintensitet og ubehageligheder ved sammenlignelige vejrtrækningsanstrengelser, ved sammenlignelige arbejdshastigheder på cykelergometeret, før og efter IMT. Patienterne vil udføre en CWR-test ved 75 % af den maksimale arbejdshastighed, der opnås under en maksimal inkrementel kardiopulmonal træningstest (CPET). Før, under og efter CWR-cyklingtests vil patienter vurdere deres intensitet af dyspnø, ubehageligheder ved dyspnø, vejrtrækningsrelateret angst og ubehag i benene ved hjælp af en modificeret 10-punkts Borg-skala. Patienterne vil blive bedt om at rapportere kvalitative beskrivelser af dyspnø ved slutningen af ​​CWR-cyklingstesten. Maksimal varighed af CWR-testen vil blive registreret, og niveauer af minutventilation vil blive registreret kontinuerligt gennem træningsprotokollen. Med denne udholdenhedstræningstest vil efterforskerne være i stand til at vurdere ændringer i indtræden af ​​dyspnø (intensitet og ubehageligheder) og præstationen i udholdenhedstræning før og efter IMT.

Overfladeelektromyografi (EMG) og et multi-par esophageal elektrode katetersystem vil blive brugt under CWR-øvelser til at evaluere respiratorisk muskelrekruttering, respiratorisk indsats og neural drift til de forskellige respiratoriske muskler. Kateteret vil blive indsat for kontinuerligt at registrere Pes (esophageal tryk), Pgas (gastrisk tryk) og EMGdi (elektromyogram af diafragmamusklen). PesMax (maksimalt esophageal tryk), PgasMax (maksimalt gastrisk tryk) og PdiMax (maksimalt transdiaphragmatisk tryk) vil blive opnået under maksimale sniffe- og hostemanøvrer. Transkutan overfladeelektromyografi (sEMG) teknikker vil blive anvendt på scalene, sternocleidomastoid og parasternale interkostale muskler for at registrere neural drift til disse respiratoriske muskler. Med disse målinger vil efterforskerne være i stand til at vurdere, om der er ændringer i respiratorisk muskelrekruttering og respiratorisk neural drift til de forskellige respiratoriske muskler efter IMT.

Under træning vil 'Respiratory Muscle Metaboreflex' føre til sympatisk medieret vasokonstriktion af bevægelsesmuskulaturen i lemmerne, mindre blod- og ilttilførsel til aktive lemmermuskler, der er opstået ved bevægelsesmuskeltræthed. Quadriceps twitch-kræfter fremkaldt af magnetisk stimulering af femoral nerve vil blive vurderet for at måle lokomotorisk muskeltræthed på identiske træningstidspunkter under CWR-test før og efter interventionen. Med denne teknik vil efterforskerne være i stand til at vurdere, om starten af ​​bevægelsesmuskeltræthed er forsinket efter IMT.

Et isokapnisk hyperpnø-forsøg vil blive udført for at vurdere respiratorisk muskelperfusion, dyspnøintensitet og -ubehag, respiratorisk muskelrekruttering, respiratorisk indsats og neural respirationsdrift uden arbejde af bevægelsesmuskler før og efter IMT. Patienterne vil blive bedt om at opretholde et målrettet minutventilationsmønster svarende til deres vejrtrækningsfrekvens, tidalvolumen og minutventilation registreret i hvile og under det sidste minut af konstant belastningstræningstest (ved ~75 % WRpeak). Eksperimentører vil give mundtlig vejledning til patienter for at justere hastigheden og dybden af ​​deres vejrtrækning, således at målventilationen opnås og holdes konstant inden for ±5 %. Isocapni vil blive opretholdt ved at lade forsøgspersoner inspirere fra en Douglas-pose indeholdende 5% CO2, 21% O2, balance N2, der vil blive forbundet til en tovejs ikke-genåndende ventil (model 2700, Hans Rudolph) med et stykke slange.

Belastede åndedrætstest vil blive udført for at vurdere dyspnøens intensitet og ubehageligheder, rekrutteringsmønstre for respiratoriske muskler, respiratorisk indsats og neural respirationsdrift. Patienter vil blive bedt om at trække vejret gennem en tapered flow resistive loading (TFRL) enhed (powerbreathe KH1), så længe de kan (3-7 minutter), modstanden vil blive indstillet til 50 % af patienternes PImax. Hjertefrekvens, iltmætning og antal vejrtrækninger vil blive overvåget. Før og efter testen vil Borg-dyspnø, inspiratorisk indsats og ubehageligheder blive registreret. Testen vil blive gentaget efter 8 ugers IMT, ved samme modstand. Borg-dyspnø, inspiratorisk anstrengelse og ubehageligheder vil blive registreret ved tidsgrænsen for fortræning og ved symptomgrænsen. Den længste tid til eftertræning kan være op til 15 minutter.

Respiratorisk (dvs. intercostal, scalene og abdominal) og bevægelsesmuskels blodgennemstrømningsindeks (dvs. vastus lateralis) vil blive målt samtidigt under isokapniske hyperpnø-forsøg såvel som under CWR-test (ved 75 % af den maksimale arbejdshastighed) før og efter IMT efter en tidligere etableret metode ved brug af nær-infrarød spektroskopi (NIRS) og indocyaningrøn (ICG). Respiratorisk (dvs. intercostal, scalene, abdominal) og lokomotorisk muskel (dvs. vastus lateralis) oxygentilførsel vil blive beregnet ved at multiplicere blodgennemstrømningsindekset til arterielt oxygenindhold, sidstnævnte vil blive beregnet non-invasivt ved pulsoximetri. Respiratorisk (dvs. intercostal, scalene, abdominal) og bevægelsesmuskulatur (dvs. vastus lateralis) iltmætning (Stio2) - et indeks for ilttilgængelighed, der afspejler balancen mellem iltforsyning og -behov - vil blive registreret kontinuerligt under forsøget af NIRS.

En ikke-invasiv teknik til at studere den neurale behandling af respiratoriske fornemmelser vil blive brugt til at vurdere ændringer i den affektive ubehagelighedskomponent af dyspnø under en standardiseret belastet vejrtrækningsopgave. Elektroencefalografi (EEG) vil blive brugt til at måle respiratorisk relaterede fremkaldte potentialer (RREP'er) under belastet og ubelastet vejrtrækning. RREP registreret fra EEG er en måling af cerebral kortikal aktivitet, som fremkaldes ved aktivering af lunge- og muskelmekanoreceptorer på grund af korte inspiratoriske okklusioner. Patienterne vil bære EEG-sensorer [129-kanalsystem, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] og trække vejret gennem et åndedrætskredsløb med en ikke-genåndende ventil via et mundstykke. Inspirationen vil blive afbrudt kortvarigt i 150 millisekunder hver anden til sjette vejrtrækning ved aktivering af okklusionsventilen med trykluft, som inducerer RREP. Patienterne vil vurdere deres opfattede intensitet og ubehageligheder ved dyspnø og intensiteten af ​​okklusion på en Borg-skala, mens inspiratorisk belastning og okklusion vil blive påført via en vejrtrækningsventil. Denne metode vil blive brugt til at vurdere, om der er mindre ubehageligheder forbundet med et give niveau af dyspnø fremkaldt af en resistiv vejrtrækningsopgave, og om disse ændringer er korreleret med ændringer i den centrale behandling af dyspnøfornemmelsen.

For at evaluere postural balance vil forskydning af trykcentret (CoP) blive estimeret ud fra de rå kraftpladedata ved hjælp af ligningen: CoP = Mx/Fz (medio-lateral) og CoP=My/Fz (anterior-posterior). CoP vil blive målt under oprejst stående med og uden syn, på stabil og ustabil (skumpude) støtteoverflade. Under nogle forhold vil lokal muskelvibration på ankel- og/eller rygmuskler blive anvendt for at evaluere proprioceptionens rolle i postural kontrol. Desuden vil en gentagen ballistisk armbevægelse under nogle forhold blive bedt om at evaluere effekten af ​​en intern forstyrrelse på postural kontrol. Root-middelværdier for CoP-forskydninger vil blive brugt til analyse af posturale stabilitetsmål, og middelværdier vil blive beregnet for vibrationsforsøgene for at analysere den forventede retningseffekt. Et forhold mellem CoP-forskydningerne af ankelmuskulaturens vibrationsforsøg i forhold til rygmuskulaturens vibrationsforsøg vil blive beregnet for at bestemme den proprioceptive posturale kontrolstrategi.

En stikprøvestørrelse på 16 deltagere for interventionsgruppen og 8 for kontrolgruppen er påkrævet for at påvise en forskel på én enhed i dyspnø Borg-10 skalaen, forudsat en SD på 1 enhed i ændringen i dyspnøscore mellem før og efter målinger (potens 80) %, signifikansniveau p<0,05). Disse estimater er baseret på tidligere arbejde med dyspnø under træning. Derfor vil 24 klinisk stabile KOL-patienter med inspiratorisk muskelsvaghed (PiMax<70 % forudsagt eller <60cmH2O) og dyspnøsymptomer (BDI<7) blive inkluderet. Patienter, der ikke er i stand til at udføre træningstest, vil blive udelukket.

Patienterne vil udføre daglig træning bestående af to træningssessioner af 30 vejrtrækninger (intensitet ~50 % af PiMax; 4-5 minutter pr. session). En session om ugen vil blive udført superviseret på forskningscentret. IMT vil blive udført ved hjælp af en elektronisk tapered flow resistive loading (TFRL) enhed [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, UK] i 8 uger. PiMax vil blive målt hver uge for at øge den passende træningsintensitet til omkring 50 % af PiMax på det tidspunkt. Den falske gruppe vil udføre IMT ved en inspiratorisk belastning, der ikke forventes at forbedre inspiratorisk muskelfunktion (intensitet <10 % af baseline PiMax; uændret gennem hele protokollen).

Forskelle i primære og sekundære resultater mellem grupper efter 8 ugers IMT vil blive sammenlignet med justering for baseline forskelle i en analyse af kovarians (ANCOVA).