Auswirkungen eines niederlastigen Blutflussrestriktionstrainings der oberen Extremität bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine häufige, vermeidbare und behandelbare Erkrankung, die durch anhaltende respiratorische Symptome und eine irreversible Atemflussbegrenzung gekennzeichnet ist, die auf Anomalien der Atemwege und/oder Alveolen zurückzuführen ist, in der Regel verursacht durch langfristige Exposition gegenüber schädlichen Partikeln oder Gasen (1). COPD stellt eine der Haupttodesursachen unter den chronischen Atemwegserkrankungen dar und wird als ein bedeutendes globales Gesundheitsproblem anerkannt, das etwa 10 % der erwachsenen Bevölkerung betrifft, mit einer steigenden Inzidenz im Zusammenhang mit der Alterung der Bevölkerung. Laut der Global Burden of Disease (GBD)-Studie von 2017 lag die weltweite Sterblichkeitsrate durch COPD bei 41,9 Todesfällen pro 100.000 Einwohner, was 5,7 % der Gesamtmortalität entspricht. Die Sterblichkeitsrate wurde bei Männern mit 46,7 pro 100.000 und bei Frauen mit 37,0 pro 100.000 angegeben (2).

Die fortschreitende und anhaltende Atemflussbegrenzung bei COPD, zusammen mit einer reduzierten Parenchymelastizität, erhöht den Ventilationsbedarf und belastet die Atemmuskulatur übermäßig. Eine Hyperinflation verringert weiterhin den effektiven Kontraktionsbereich dieser Muskeln, wodurch ein Teufelskreis entsteht, in dem die Stimulation von Mechanorezeptoren den Ventilationsantrieb verstärkt und die Dyspnoe verschlimmert. Eine erhöhte Dyspnoe und eine beeinträchtigte Atemmuskelfunktion schränken die Ausführung von Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL) ein, was zu erheblichen Einschränkungen der körperlichen Leistungsfähigkeit führt (3).

Die Skelettmuskeldysfunktion ist eine häufige systemische Manifestation von COPD. Eine Verringerung der peripheren Muskelkraft in den oberen und unteren Extremitäten sowie im Rumpf schränkt die Belastbarkeit und funktionelle Leistungsfähigkeit erheblich ein und beeinträchtigt den allgemeinen Gesundheitszustand negativ. Von Bedeutung ist, dass eine beeinträchtigte Muskelkraft als starker Prädiktor für Morbidität, Mortalität, Behinderung und Exazerbationsrisiko identifiziert wurde, unabhängig vom Grad der Atemwegsobstruktion (4).

Während Aktivitäten der oberen Extremitäten erleben Personen mit COPD häufig ausgeprägte Dyspnoe und dynamische Hyperinflation, was die funktionelle Unabhängigkeit erheblich einschränkt und die klinische Bedeutung der funktionellen Kapazität der oberen Extremitäten unterstreicht (5). Im Vergleich zu gesunden Gleichaltrigen zeigen Personen mit COPD eine reduzierte Leistungsfähigkeit bei Aktivitäten der oberen Gliedmaßen und berichten über erhebliche Schwierigkeiten. Diese Einschränkung ist teilweise auf veränderte Atemmechanik zurückzuführen, da die Muskeln der oberen Extremitäten auch als akzessorische Atemmuskeln fungieren. Folglich verstärkt sich die Dyspnoe während der Aktivität der oberen Gliedmaßen, was häufig zu einem vorzeitigen Abbruch der Übung führt (6).

Angesichts der dyspnoeauslösenden Natur der Nutzung der oberen Extremitäten und ihrer negativen Auswirkungen auf die Aktivitätstoleranz stellt der Erhalt und die Verbesserung der Funktion der oberen Extremitäten ein entscheidendes Rehabilitationsziel bei COPD dar. Tatsächlich wird, wie in der jüngsten gemeinsamen offiziellen Stellungnahme der American Thoracic Society (ATS) und der European Respiratory Society (ERS) betont, die Einbeziehung von Training für die oberen Extremitäten in pulmonale Rehabilitationsprogramme für Personen mit COPD nachdrücklich befürwortet (7).

Pulmonale Rehabilitationsprogramme umfassen häufig aerobe Modalitäten wie Arm-Ergometrie sowie widerstandsbasierte Ansätze mit Mehrstationensystemen, elastischen Bändern oder freien Gewichten, um die Funktion der oberen Extremitäten zu trainieren (8). Obwohl aerobes Training den Grundstein der pulmonalen Rehabilitation bildet, werden seine Auswirkungen auf Muskelkraft und -masse als begrenzt angesehen. Daher werden kombinierte aerobe und Widerstandsübungsansätze empfohlen, um periphere Muskeldysfunktionen effektiver anzugehen (9).

Obwohl die derzeit tolerierten Trainingsintensitäten – oft durch ventilatorische Einschränkungen begrenzt – ausreichen, um periphere Muskeldysfunktionen optimal anzugehen, bleibt dies umstritten. Sowohl die ATS als auch die ERS haben die Notwendigkeit innovativer Rehabilitationsstrategien hervorgehoben, die periphere Muskeldysfunktionen bei geringeren mechanischen Belastungen ansprechen können (10). Traditionelles Widerstandstraining mit moderater bis hoher Intensität kann zwar effektiv sein, wird jedoch bei Personen mit COPD aufgrund von Dyspnoe, früher Ermüdung und ventilatorischen Einschränkungen oft schlecht toleriert, was die Adhärenz und langfristige Teilnahme einschränkt (11).

In diesem Kontext hat das Training mit niedriger Belastung und Blutflussrestriktion (LL-BFRT) als vielversprechende Alternative an Bedeutung gewonnen. Trotz der Verwendung niedriger mechanischer Belastungen induziert LL-BFRT lokale Ischämie und erhöhten metabolischen Stress, was zu signifikanten Gewinnen an Muskelkraft und Hypertrophie führt. Diese Methode könnte eine praktikable Option für Personen mit COPD darstellen, die hohe mechanische Belastungen nicht tolerieren können (12).

Obwohl die Evidenz für LL-BFRT hauptsächlich aus Studien an gesunden Personen stammt und überwiegend die Muskeln der unteren Extremitäten betrifft (12-14), sind Daten zu seiner Anwendung auf die Muskeln der oberen Extremitäten bei Personen mit COPD nach wie vor begrenzt. In Anbetracht der Tatsache, dass Aktivitäten der oberen Gliedmaßen einen höheren Ventilationsbedarf verursachen und Dyspnoe früher auslösen, rechtfertigen die potenziellen Vorteile von LL-BFRT in diesem Bereich eine Untersuchung. Diese Forschungslücke unterstreicht die Notwendigkeit, die Wirksamkeit von LL-BFRT-basiertem Widerstandstraining für die oberen Extremitäten bei COPD zu evaluieren.

Ziel der Studie Das Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von LL-BFRT und Sham-BFRT, zusätzlich zu einem aeroben Trainingsprogramm, auf die Muskelkraft der oberen Extremitäten, die funktionelle Kapazität der oberen Extremitäten, die Ausführung von Aktivitäten des täglichen Lebens, die Lebensqualität, die funktionelle Belastbarkeit, die Muskeloxygenierung und die Lungenfunktionsparameter bei Personen mit diagnostizierter COPD im Stadium II und III vergleichend zu untersuchen.

Interventionen Teilnehmer beider Gruppen absolvieren über 8 Wochen zweimal wöchentlich ein Trainingsprogramm.

Beide Gruppen führen aerobes Training der oberen Extremitäten mit einem Arm-Ergometer durch. Jede Sitzung beginnt mit einem 5-minütigen Aufwärmen bei 0 Watt, gefolgt von 20 Minuten aerobem Training bei 60-70 % der altersvorhergesagten maximalen Herzfrequenz. Der anfängliche Widerstand wird zwischen 35-50 Watt eingestellt und entsprechend der individuellen Belastungstoleranz in diesem Bereich gehalten. Die Dyspnoe wird mithilfe der modifizierten Borg-Skala überwacht. Auf die aerobe Phase folgt ein 5-minütiges Abkühlen bei 0 Watt.

Interventionsgruppe (LL-BFRT) Zusätzlich zum aeroben Training erhalten Teilnehmer der Interventionsgruppe LL-BFRT. Eine pneumatische Manschette wird proximal an der oberen Extremität platziert. Der Okklusionsdruck wird auf 30-40 % des arteriellen Okklusionsdrucks (AOP) eingestellt. Der Widerstand wird auf 30 % des Einwiederholungsmaximums (1RM) eingestellt. Die Übungen folgen einem standardisierten 4-Satz-Protokoll (30-15-15-15 Wiederholungen) mit 45-sekündigen Pausen zwischen den Sätzen, während der der Manschettendruck aufrechterhalten wird.

Zielmuskelgruppen umfassen den Musculus biceps brachii, Musculus triceps brachii und den vorderen Teil des Musculus deltoideus. Nach Abschluss jeder Übung wird der Manschettendruck für eine 5-minütige Reperfusionsphase gelöst, bevor mit der nächsten Übung fortgefahren wird. Die Dyspnoe wird mithilfe der modifizierten Borg-Skala engmaschig überwacht, und die Übung wird abgebrochen, wenn die Dyspnoe ≥6 erreicht, was auf eine Belastungsintoleranz hinweist.

Kontrollgruppe (Sham-BFRT) Teilnehmer der Kontrollgruppe erhalten dasselbe aerobe Trainingsprotokoll und eine identische Widerstandsübungsstruktur. Allerdings wird der Manschettendruck während Sham-BFRT auf ein Niveau eingestellt, das nicht ausreicht, um eine therapeutische Blutflussrestriktion zu erzeugen.

Bewertungen Demografische Daten einschließlich Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht werden erfasst. Der Body-Mass-Index (BMI) wird berechnet. Die Raucheranamnese wird in Packungsjahren dokumentiert. Die Krankheitsdauer und das COPD-Stadium (gemäß GOLD-Klassifikation) werden aus den Krankenakten ermittelt. Die Sauerstofftherapie und die Verwendung von Inhalationstherapien werden aufgezeichnet. Die Exazerbationshäufigkeit, definiert als die Anzahl der Exazerbationen und Krankenhausaufenthalte innerhalb der letzten 12 Monate, wird ebenfalls dokumentiert.

Diese Studie soll Evidenz bezüglich der klinischen Wirksamkeit und physiologischen Mechanismen von LL-BFRT zur Verbesserung der Funktion der oberen Extremitäten bei Personen mit COPD liefern und die Trainingsverordnung innerhalb pulmonaler Rehabilitationsprogramme informieren.