Åndedrætsøvelser mod dyspnø hos hjertesvigtpatienter for at forbedre kemosensitivitet (Breathe-HF)

BAGGRUND

Ventilatorisk ineffektivitet, mest almindeligt kvantificeret som en øget ventilation (V̇E) til kuldioxidudånding (V̇CO2) hældning under træning, er et skelsættende for hjertesvigtspatienter både med reduceret og bevaret ejektionsfraktion (HFrEF, HFpEF).[1] Talrige undersøgelser har fundet, at højere V̇E/V̇CO2-hældninger er forbundet med dårligere prognose.[2-4] Komponenterne i V̇E/V̇CO2-hældningen er det arterielle CO2-partialtryk (PaCO2), der påvirkes af hyperventilation, og pulmonal dødt rum/tidalvolumenforhold (VD/VT), der er påvirket af lungeperfusionsabnormiteter.[5] Det overdrevne respons ved ventilation af HFrEF-patienter kan være forårsaget af overfølsomhed af kemoreceptorer over for CO2[6] og/eller en sympatisk nervøs hyperaktivitet, der almindeligvis findes hos HFrEF-patienter, baseret på en øget aktivering af metaboreceptorer i perifere musklers respons på øget anaerob metabolisme. [7] Kronisk sympatisk nervøs hyperaktivitet er blevet foreslået at reducere den aerobe kapacitet af skeletmuskler baseret på reduceret kapillarisering[8] og reduceret røde blodlegemer[9], hvilket fører til et skift i muskelfibertype mod et lavere indhold af type I-fibre.[10] Den efterfølgende anaerobe muskelmetabolisme fører til øget muskeltræthed[11] og acidose allerede ved lave træningsniveauer, hvilket udløser overdrevne reaktioner i ventilationen.[12] Hyperventilation, på den anden side, er velkendt for at stimulere sympatisk nervøs aktivitet, og derfor fortsætter den onde cirkel af sympatisk nervøs aktivitet, der driver hyperventilation og hyperventilation, der aktiverer sympatisk nervøs aktivitet.[13] Dette tyder på, at hyperventilation ikke kun kan være en konsekvens af dårlig venstre ventrikelfunktion, men også en driver.

Udover farmaceutiske terapier og elektrofysiologiske indgreb har træningsterapi vist sig at have gavnlige virkninger på hæmodynamiske og ventilatoriske parametre hos både HFrEF[14] og HFpEF-patienter.[15] De vigtigste mekanismer ved træning menes at være reduceret perifer modstand og dermed hjerte-efterbelastning ved forbedring af endotelfunktionen, øget kapillarisering, der fører til forbedret iltning af skeletmuskler og forbedret aerob metabolisme.[16] På trods af de gavnlige effekter af træningstræning i både center- og hjemmebaserede omgivelser[17, 18] har det vist sig, at overholdelse af fysisk aktivitet er dårlig blandt HFrEF-patienter.[19] Overraskende nok har få undersøgelser målrettet ventilation direkte med terapeutiske tilgange. Kun tre undersøgelser har vurderet virkningerne af langsom vejrtrækningstræning på kardiorespiratorisk funktion.[20, 21] Disse undersøgelser fandt forbedret fysisk funktion, reduceret blod- og pulmonalt arterielt tryk, øget ejektionsfraktion (EF),[20, 22] forbedret ventilationseffektivitet[20] og reduceret søvnapnø.[22] Yderligere fandt de forbedret regulering af det autonome nervesystem ved at reducere sympatisk drift og øge vagal aktivitet.[23] Det vides ikke, om langsom vejrtrækning kan øge PaCO2 tilstrækkeligt til at ændre kemoreceptorernes følsomhed eller sætpunkt. På den anden side har apnøtræning vist sig at føre til store ændringer i PaCO2-niveauer, der tolereres af kemoreceptorer i hvile og under træning.[24, 25] Til dato er der dog ingen publicerede undersøgelser, der har implementeret apnø i en vejrtrækningstræning hos HF-patienter. Yderligere har tidligere undersøgelser ikke undersøgt, om effekten af ​​langsom vejrtrækning på forbedring af V̇E/V̇CO2-hældningen skyldtes en kronisk stigning i PaCO2 eller et fald i ventilatorisk dødrum.

HYPOTESE

Efterforskerne antager, at en 12-ugers træning med nasal langsom vejrtrækning efterfulgt af endeekspiratorisk apnø baseret på uddannelse, centerbaseret introduktion og hjemmebaseret 15 min/dag åndedrætstræning vil være effektiv til at reducere den overdrevne ventilatoriske reaktion på træning.

METODER

Studere design

Prospektiv randomiseret kontrolleret undersøgelse. Kvalificerede patienter identificeres under deres årlige kontrol på hjertesvigtsklinikken og forebyggende kardiologi på Inselspital i Bern. Patienterne vil blive randomiseret 1:1 (stratificeret for HFrEF/HFpEF og køn) til en interventions- og kontrolgruppe. Patienterne i interventionsgruppen udfører åndedrætstræningen som supplement til standardbehandlingen, og dem i kontrolgruppen modtager standardbehandling og tilbydes åndedrætstræningen efter endt undersøgelse. Studiedesignet og vejrtrækningsinterventionen er udviklet med direkte input fra en patientgruppe (fra pilotundersøgelse).

Åndedrætsindgreb

Åndedrætsmønstermodulationstræningen udføres i hjemmet i 12 uger to gange dagligt i 15 minutter pr. session og består af tre komponenter: 1) undervisning i unormal ventilation ved hjertesvigt, ventilationens effekt på PaCO2 og det autonome nervesystem samt kemoreceptorfølsomhed ; 2) 1-3 sessioner med guidet og overvåget ansigt-til-ansigt træning med langsom nasal abdominal vejrtrækning og intermitterende apnø understøttet af Healer-vesten (L.I.F.E., Milano, Italien) måling af elektrokardiogram (EKG) og brystudflugter på niveau med xiphoid, thorax manubrium og abdomen; 3) uafhængig hjemmebaseret apnøtræning understøttet af hand-outs, videoer og ugentlige telefonopkald for at overvåge fremskridt og overholdelse, besvare spørgsmål og tilskynde til yderligere progression med varigheden af ​​vejrtrækningen.

Målinger

Målinger udføres under besøg 1 før og besøg 2 i slutningen af ​​interventionsperioden.

Kardiopulmonal træningstest (CPET)

CPET'er udføres på et cyklusergometer i henhold til anbefalingerne fra American Heart Association.[38] Ramptests udføres som tidligere beskrevet.[31] O2-forbrug og CO2-produktion vil blive målt kontinuerligt i et åbent spirometrisk system (Quark, Cosmed, Rom, Italien) og registreret som gennemsnitsværdier over 8 vejrtrækninger. Hvert 2. minut bliver patienterne spurgt om deres opfattelse af dyspnø på den modificerede Borg-skala. V̇E/V̇CO2 hældning fra hvile til ventilationstærskel 2 (VT2), top V̇O2 og V̇O2 ved VT1 bestemmes som tidligere beskrevet.[31]

Blodanalyser

Blodprøver udtages fra den antecubitale vene til analyse af hæmoglobin og NT-proBNP. Arterialiseret blod ekstraheres fra øreflippen i hvile og spidsbelastning til analyse af PaCO2, oxygen (PaO2), bicarbonat og pH.

Følsomhed af kemoreceptorer

Følsomheden af ​​kemoreceptorer måles ved en genåndingsprotokol.[39] Forsøgspersonerne hviler på ryggen og trækker vejret gennem et mundstykke fra et åbent spirometrisk system (Innocor, Cosmed, Rom, Italien). Med 3-vejsventilen åben for rumluft, begynder testen med 2-5 minutters hyperventilation, hvilket tillader partial-CO2-tryk (PETCO2) ved sluttidevandet at falde. Efter hyperventilation trækker forsøgspersonen vejret behageligt, mens 3-vejsventilen skiftes til genåndingsposen. Ligevægt af PCO2 i pose, lunger og arterielt blod til blandet venøst ​​blod opnås ved at tage tre dybe vejrtrækninger. I løbet af de følgende minutter får PETCO2 lov til at stige, mens PETO2 fastspændes ved 150 mmHg under hyperoksisk testning og ved 50 mmHg under en anden hypoksisk testkørsel ved at tilføre 100 % O2 ind i kredsløbet via en port ved genåndingsposen. Centrale og perifere kemorefleksresponser på CO2 estimeres ved forskellen mellem hyperoksisk og hypoxisk ventilatorisk respons.[40, 41]

Patient rapporterede resultater

Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) udfyldes under besøg 1 og besøg 2 for at vurdere livskvalitet og dyspnø. Ved besøg 2 gennemføres en struktureret samtale med patienten for at vurdere gennemførlighed og barrierer med åndedrætstræningen. Overholdelse af træning overvåges baseret på mundtlig information fra patienterne under de ugentlige telefonopkald.

Hjertefrekvensvariabilitet (HRV) og vejrtrækningsfrekvens (BF)

HRV måles fra 24-timers EKG optaget med Healer vesten (L.I.F.E., Milano, Italien) og analyseret fra et segment under en dyb søvnfase som tidligere beskrevet af efterforskernes gruppe.[42] Lavfrekvent effekt (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), højfrekvent effekt (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz), og LF/HF analyseres [43]. BF måles med strain gauges fra Healer vest.

RESULTATER

Primært resultat er V̇E/V̇CO2-hældning analyseret ved ANCOVA med gentagne mål korrigeret for basislinjeværdier og EF og køn.

Sekundære udfald er nadir for V̇E/V̇CO2-forholdet, vejrtrækningsmønster, VD/VT, peak V̇O2, V̇O2 ved VT1, hvilende PETCO2, perifer og central kemoreceptorfølsomhed, arterielle blodgasser, NT-proBNP, hjertefrekvens, HRV, ventrikulær ventrikulær følsomhed slag fra 24-timers EKG, KCCQ, gennemførlighed og overholdelse.

REFERENCER

1. Agostoni P, Guazzi M. Træn ventilatorisk ineffektivitet ved hjertesvigt: nogle friske nyheder i køreplanen for hjertesvigt med bevaret ejektionsfraktionsfænotyping. European journal of heart failure 2017; 19(12): 1686-9.
2. Ponikowski P, Francis DP, Piepoli MF, et al. Forbedret ventilatorisk respons på træning hos patienter med kronisk hjertesvigt og bevaret træningstolerance: markør for unormal kardiorespiratorisk reflekskontrol og forudsigelse for dårlig prognose. Oplag 2001; 103(7): 967-72.
3. Myers J, Arena R, Oliveira RB, et al. Det laveste VE/VCO2-forhold under træning som en prædiktor for resultater hos patienter med hjertesvigt. Journal of cardiac failure 2009; 15(9): 756-62.
4. Nadruz W, Jr., West E, Sengelov M, et al. Prognostisk værdi af kardiopulmonal træningstest ved hjertesvigt med reduceret, mellemtone og bevaret ejektionsfraktion. Journal of the American Heart Association 2017; 6(11).
5. Johnson RL, Jr. Gasudvekslingseffektivitet ved kongestiv hjertesvigt. Oplag 2000; 101(24): 2774-6.
6. Chua TP, Clark AL, Amadi AA, et al. Forholdet mellem kemosensitivitet og den ventilatoriske reaktion på træning ved kronisk hjertesvigt. Journal of American College of Cardiology 1996; 27(3): 650-7.
7. Scott AC, Davies LC, Coats AJ, et al. Forholdet mellem skeletmuskelmetaboreceptorer i de øvre og nedre lemmer med respiratorisk kontrol hos patienter med hjertesvigt. Klinisk videnskab (London, England: 1979) 2002; 102(1): 23-30.
8. Duscha BD, Kraus WE, Keteyian SJ, et al. Kapillærtæthed af skeletmuskulatur: en bidragende mekanisme til træningsintolerance i klasse II-III kronisk hjertesvigt uafhængig af andre perifere ændringer. Journal of American College of Cardiology 1999; 33(7): 1956-63.
9. Hirai DM, Musch TI, Poole DC. Motionstræning ved kronisk hjertesvigt: forbedring af skeletmuskulaturens O2-transport og udnyttelse. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015; 309(9): H1419-39.
10. Sullivan MJ, Duscha BD, Klitgaard H, et al. Ændret ekspression af myosin tung kæde i human skeletmuskulatur ved kronisk hjertesvigt. Med Sci Sports Exerc 1997; 29(7): 860-6.
11. Schulze PC, Linke A, Schoene N, et al. Funktionelle og morfologiske skeletmuskelabnormiteter korrelerer med reduceret elektromyografisk aktivitet ved kronisk hjertesvigt. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2004; 11(2): 155-61.
12. Piepoli M, Clark AL, Volterrani M, et al. Bidrag af muskelafferenter til de hæmodynamiske, autonome og ventilatoriske reaktioner på træning hos patienter med kronisk hjertesvigt: effekter af fysisk træning. Oplag 1996; 93(5): 940-52.
13. Coats AJ, Clark AL, Piepoli M, et al. Symptomer og livskvalitet ved hjertesvigt: muskelhypotesen. Br Heart J 1994; 72(2 Suppl): S36-9.
14. Tucker WJ, Lijauco CC, Hearon CM, Jr., et al. Mekanismer for forbedringen i Peak VO(2) med træningstræning ved hjertesvigt med reduceret eller bevaret ejektionsfraktion. Hjerte Lunge Circ 2018; 27(1): 9-21.
15. Fu TC, Yang NI, Wang CH, et al. Aerob intervaltræning fremkalder forskellige hæmodynamiske tilpasninger mellem hjertesvigtpatienter med bevaret og reduceret ejektionsfraktion. Am J Phys Med Rehabil 2016; 95(1): 15-27.
16. Hambrecht R, Niebauer J, Fiehn E, et al. Fysisk træning hos patienter med stabilt kronisk hjertesvigt: effekter på kardiorespiratorisk kondition og ultrastrukturelle abnormiteter i benmusklerne. Journal of American College of Cardiology 1995; 25(6): 1239-49.
17. Ruku DM, Tran Thi TH, Chen HM. Effekt af centerbaseret eller hjemmebaseret modstandstræning på muskelstyrke og VO(2) peak hos patienter med HFrEF: En systematisk gennemgang og metaanalyse. Enferm Clin (eng. red.) 2021.
18. Long L, Mordi IR, Bridges C, et al. Træningsbaseret hjerterehabilitering til voksne med hjertesvigt. Cochrane Database Syst Rev 2019; 1(1): Cd003331.
19. Cooper LB, Mentz RJ, Sun JL, et al. Psykosociale faktorer, træningsoverholdelse og resultater hos hjertesvigtpatienter: Indsigt fra hjertesvigt: Et kontrolleret forsøg, der undersøger resultaterne af træningstræning (HF-ACTION). Cirkulation Hjertesvigt 2015; 8(6): 1044-51.
20. Parati G, Malfatto G, Boarin S, et al. Enhedsstyret vejrtrækning i hjemmet: effekter på træningskapacitet, lunge- og ventrikelfunktion hos patienter med kronisk hjertesvigt: en pilotundersøgelse. Cirkulation Hjertesvigt 2008; 1(3): 178-83.
21. Lachowska K, Bellwon J, Narkiewicz K, et al. Langtidsvirkninger af enhedsstyret langsom vejrtrækning hos stabile hjertesvigtpatienter med reduceret ejektionsfraktion. Klinisk forskning i kardiologi: officielt tidsskrift for German Cardiac Society 2019; 108(1): 48-60.
22. Kawecka-Jaszcz K, Bilo G, Drożdż T, et al. Effekter af enhedsstyret langsom vejrtrækningstræning på træningskapacitet, hjertefunktion og åndedrætsmønstre under søvn hos mandlige og kvindelige patienter med kronisk hjertesvigt. Pol Arch Intern Med 2017; 127(1): 8-15.
23. Lachowska K, Bellwon J, Moryś J, et al. Langsom vejrtrækning forbedrer kardiovaskulær reaktivitet over for mental stress og sundhedsrelateret livskvalitet hos hjertesvigtpatienter med reduceret ejektionsfraktion. Kardiologisk tidsskrift 2020; 27(6): 772-9.
24. Roecker K, Metzger J, Scholz T, et al. Ændrede respiratoriske reaktionsegenskaber til træning hos dykkere, der holder vejret. International journal of sports physiology and performance 2014; 9(5): 757-65.

31. Marcin T, Trachsel LD, Dysli M, et al. Effekt af selvtilpasset højintensiv intervaltræning versus moderat intensitet kontinuerlig træning på kardiorespiratorisk kondition efter myokardieinfarkt: Et randomiseret kontrolleret forsøg. Ann Phys Rehabil Med 2021: 101490.

38. Fletcher GF, Ades PA, Kligfield P, et al. Træningsstandarder for test og træning: en videnskabelig erklæring fra American Heart Association. Oplag 2013; 128(8): 873-934.

39. Duffin J. Måling af respiratoriske kemoreflekser hos mennesker. Respir Physiol Neurobiol 2011; 177(2): 71-9.

40. Duffin J, Mohan RM, Vasiliou P, et al. En model af chemoreflex kontrol af vejrtrækning hos mennesker: model parametre måling. Respir Physiol 2000; 120(1): 13-26.

41. Guyenet PG. Regulering af vejrtrækning og autonome udstrømninger af kemoreceptorer. Compr Physiol 2014; 4(4): 1511-62.

42. Herzig D, Eser P, Omlin X, et al. Reproducerbarheden af ​​hjertefrekvensvariabilitet er parameter- og søvnstadieafhængig. Grænser i fysiologi 2017; 8:1100.

43. Pulsvariabilitet. Standarder for måling, fysiologisk fortolkning og klinisk brug. Task Force fra European Society of Cardiology og North American Society of Pacing and Electrophysiology. European heart journal 1996; 17(3): 354-81.