Vergleich von repetitiver Magnetstimulation und Training zur Quadrizepsfunktion bei COPD

Es besteht ein erhebliches Interesse daran, Methoden zur Verbesserung der Quadrizepsfunktion bei COPD zu finden, da eine Quadrizepsdysfunktion unabhängig von der Lungenfunktion mit einer verminderten körperlichen Leistungsfähigkeit5 und Überlebensrate der Patienten16 verbunden ist. Lungenrehabilitationskurse (PR), die Bewegung und Bildung umfassen, können oxidative Enzyme, Kraft und Ausdauer des Quadrizeps bei Patienten mit COPD17 steigern und die Gehfähigkeit sogar über einen Zeitraum von 8 Wochen verbessern12, 18. PR ist jedoch keine vollständige Lösung: Nicht alle Regionen des Vereinigten Königreichs bieten PR an, PR wird von den Patienten im Durchschnitt nur zu 50 % angenommen und die Abbrecherquote liegt bei 30 %. Außerdem steigert ein erheblicher Anteil der Patienten (ca. 30 %) aufgrund von PR19 ihre körperliche Leistungsfähigkeit nicht, möglicherweise weil Atemnot das Training einschränkt oder ihre periphere Muskelkraft normal ist19. Daher besteht Interesse an alternativen Behandlungen oder Ergänzungen zum Training, insbesondere im Hinblick auf lokalisierte Muskelbehandlungen, die nicht durch eine beeinträchtigte Atemfunktion eingeschränkt werden. Die repetitive elektrische Stimulation des N. femoralis (rES) scheint eine wirksame alternative Methode zum passiven Training des Quadrizepsmuskels zu sein. 30 Minuten rES bei 10 Hz fünfmal pro Woche an beiden Beinen steigerten die Muskelkraft und die Trainingsleistung bei Patienten mit COPD21 und Patienten mit Herzinsuffizienz22. Ähnliche Ergebnisse wurden mit einer fünfzehnminütigen wiederholten Magnetstimulation des N. femoralis (rMS) dreimal pro Woche erzielt23. In Behandlungsstudien mit rES zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Trainingsleistung wurden jedoch häufig getrennte Behandlungs- und Kontrollgruppen verwendet, was zu Unterschieden zwischen den Probanden in Studien führt, die bereits durch die Stichprobengröße begrenzt waren243, und es wurden nur freiwillige Messungen der Quadrizepsfunktion verwendet96. Die einzige Biopsiestudie zu rES verwendete ein Cross-Over-Design, aber Biopsien wurden nur vor und nach der rES-Trainingsperiode und nicht vor und nach der Kontrollperiode entnommen.244 An der rMS-Studie nahmen insgesamt achtzehn Probanden teil (zehn wurden der rMS-Gruppe zugewiesen, acht der Kontrollgruppe) und es wurden keine Biopsien zur Beurteilung histologischer Veränderungen im Muskel entnommen. Mit dieser Studie wollte ich in erster Linie die Veränderungen der Quadrizepsfasereigenschaften als Ergebnis eines intensiven rMS-Protokolls bewerten und zweitens die Veränderungen der Quadrizepsfunktion als Folge von rMS mit dem klinischen Goldstandard zur Verbesserung der Muskelfunktion, PR, vergleichen.

Methoden

Ethische Genehmigung Die Forschungsethikkommission des Ealing & West London Mental Health Trust genehmigte die Studie (06/Q0410/54). Die Studie wurde in der National Clinical Trials Database (NCT 00737698) registriert. 2.13.1

Berechnung der Stichprobengröße Die für die Trainingsstudie erforderliche Stichprobengröße basierte auf Leistungsberechnungen aus einer früheren PR-Studie unserer Gruppe221 und Pilotdaten unserer Gruppe zur Wirkung von rMS auf die Muskelkraft (Swallow et al., unveröffentlicht) unter Verwendung der Stata 10-Statistik Software. Die Leistungsberechnungen basierten auf funktionellen Verbesserungen (Anstieg um 54 m bei 6 MW infolge von PR und 10 % Anstieg des Quadrizeps-TwQ infolge von rMS, als minimale klinisch signifikante Zuwächse) und nicht auf einem Anstieg der Muskelfaser-CSA oder Typ-I-Faser Anteile, da die Daten für letzteres nicht verfügbar waren. Als minimal signifikanten Zuwachs wählten wir einen Anstieg der Zuckungskraft um 10 %, da frühere Daten von Mador et al. einen Anstieg der Zuckungskraft um 9,7 % als Ergebnis einer 8-wöchigen PR17 zeigten. Es wurde eine konventionelle Trennschärfe von 80 % mit einem zweiseitigen p-Wert von ≤ 0,05 gewählt, was bedeutet, dass für den PR-Arm mindestens zehn Patienten und für den rMS-Arm mindestens sechsundzwanzig Patienten erforderlich waren. Unser Ziel war es, 15 Patienten für die PR-Gruppe und 30 für die rMS-Gruppe zu rekrutieren, um einen Patientenabbruch in der gewohnten Höhe zu ermöglichen. Am Ende waren es siebzehn in der PR-Gruppe und siebenunddreißig in der rMS-Gruppe.

Auswahl der Probanden: 86 COPD-Patienten stimmten der Querschnittsstudie zu und stimmten auch der Trainingsstudie zu, daher waren die Einschluss- und Ausschlusskriterien dieselben wie für die Querschnittsstudie. Vom Einverständnis bis zum Abschluss der Studie war es den Patienten untersagt, mit einem neuen Trainingsprogramm oder einer neuen regulären Medikation zu beginnen, und die Patienten wurden ermutigt, mich am ersten Tag einer akuten Exazerbation zu kontaktieren, damit eine geeignete Behandlung eingeleitet werden konnte. Das Studiendesign und der Fluss der Teilnehmer durch die Studie sind in Abb. 4.1 und 4.2 dargestellt.

Der randomisierte FFMI wurde anhand der bioelektrischen Impedanz berechnet (Kapitel „Methoden“, Abschnitt 2.4.2.1) und die Patienten wurden in niedrige FFMI (<15 kg/m2 für Frauen, <16 kg/m2 für Männer) und normale FFMI stratifiziert. Die Gruppen mit niedrigem und normalem FFMI wurden getrennt randomisiert (damit Patienten mit niedrigem FFMI gleichmäßig auf die Behandlungsgruppen verteilt wurden), wobei ein versiegeltes Umschlagsystem und ein 4er-Block-Verfahren mit einer Gewichtung von 2:1:1 für rMS: PR: keine aktive Behandlung als Leistungsberechnung verwendet wurden deuteten darauf hin, dass im PR-Arm mindestens doppelt so viele Patienten erforderlich waren wie im rMS-Arm.

Beurteilungen vor dem Training: Lungenfunktion, FFMI, Quadrizeps-Kraft, Quadrizeps-Ausdauer, körperliche Aktivität und 6 MW sowie maximale Fahrradergometrie-Leistung und HRQOL-Messungen wurden wie im Methodenkapitel Abschnitte 2.4–2.7 beschrieben durchgeführt. Es wurden eine perkutane Biopsie des Quadrizeps und eine Analyse des Muskelfasertyps durchgeführt. Die Patienten wurden vor dem Training einer physiologischen Beurteilung unterzogen und innerhalb von vier Wochen nach der Randomisierung wurden Biopsien durchgeführt. Die Beurteilung erfolgte wie für die Querschnittsstudie beschrieben (in der rMS-Gruppe wurden beide Beine am selben Tag getestet, in den anderen beiden Gruppen wurde das Bein ipsilateral zur dominanten Hand getestet) und dann gingen die Patienten innerhalb von zwei Tagen zu ihrer zugewiesenen Behandlung über Wochen.

Trainingsprotokolle

Repetitive magnetische Stimulation des N. femoralis (rMS). Diese wurde mit dem magnetischen Nervenstimulatorsystem Magstim Rapid (Magstim, Whitland Dyfed, UK) durchgeführt und von mir im RBH Muscle Lab überwacht. Der Patient saß aufrecht oder lehnte sich leicht nach hinten, wobei die Mattenspule um den Körper des zu trainierenden Quadrizepsmuskels gewickelt war, wobei der Fuß des zu stimulierenden Beins in einem Riemen positioniert war, so dass die Kontraktionen isometrisch waren (Abb. 2.8). Die Stimulationsfrequenz betrug 40 Hz mit einem Arbeitszyklus von 0,4 (1 Sekunde an, 4 Sekunden aus). Die Patienten hatten über einen Zeitraum von 8 Wochen zweimal pro Woche drei Stunden ununterbrochene rMS (abgesehen von den Toilettenpausen) mit mindestens vierundzwanzig Stunden Pause zwischen den Sitzungen. In der ersten Sitzung wurde die Reizintensität von 22 % Leistung auf 40 % Leistung erhöht, und die folgenden Sitzungen erfolgten mit 40 % Leistung, da dies die Obergrenze dessen war, was die Patienten tolerieren konnten und das Gerät während der gesamten Sitzung liefern konnte. 40 % Leistung erzeugen im Allgemeinen zwischen 10 und 20 % des MVC des Patienten.

Lungenrehabilitation (PR) Diese wurde von einem wissenschaftlichen Atemphysiotherapeuten am Royal Brompton Hospital zweimal pro Woche mit maximal drei Patienten pro Sitzung durchgeführt, sodass das Training engmaschig überwacht wurde. Das Training bestand aus einem Aufwärmtraining und anschließend einem einstündigen Aerobic-Training mit den Probanden, die auf einem stationären Fahrrad mit einer Arbeitsbelastung trainierten, die 80 % ihres maximalen VO2-Werts bei einem Ergometrieprotokoll mit maximalem inkrementellem Zyklus erzeugte, auf einem Laufband, beim Treppensteigen und einer Kombination aus beidem Beinwiderstandsübungen mit Beingewichten, Kniebeugen und Aufstehmanövern, gefolgt von einem Cool-Down. Bei jeder Sitzung wurde versucht, die Intensität und/oder die Anzahl der Wiederholungen jeder Übung zu erhöhen. Das Übungsblatt, mit dem der betreuende Physiotherapeut die Erfolge festhält, ist in Abb. 2.9 dargestellt.

Keine aktive Behandlung (Kontrollen) Die Kontrollpersonen wurden gebeten, ihre üblichen Aktivitäten fortzusetzen und wurden während des 8-wöchigen Zeitraums zwei- bis dreimal telefonisch kontaktiert, um Studienabbrüche zu minimieren und auf akute COPD-Exazerbationen zu achten. Nach Abschluss der Studie wurden diese Patienten auf Wunsch in den PR-Kurs am RBH aufgenommen.

Beurteilungen nach dem Training Für die PR- und rMS-Gruppen wurden die physiologischen Tests vier bis fünf Tage nach der letzten Trainingseinheit durchgeführt und drei bis vier Tage später wurden die Biopsien entnommen. Die Kontrollen wurden in derselben Woche wie die anderen bewertet. Der Zeitpunkt zielte darauf ab, Gruppenunterschiede durch unterschiedliche Verzögerungen zwischen der letzten Trainingseinheit und den Tests zu minimieren. Die Beurteilungen nach dem Training umfassten dieselben Tests wie die Beurteilung vor dem Training.

Statistische Analyse Die primären Ergebnismaße waren a) Veränderung der Quadrizepsfaseranteile und der Faser-CSA im trainierten Bein im Vergleich zum untrainierten Bein in der rMS-Gruppe und b) Veränderung der Quadrizepsfunktion in der rMS-Gruppe im Vergleich zur PR-Gruppe. Alle statistischen Analysen wurden mit SPSS (SPSS 15, Chicago, USA) durchgeführt. Der Mann-Whitney-U-Test wurde verwendet, um Gruppenunterschiede zu bewerten (Patienten vs. Kontrollen, trainiertes vs. untrainiertes Bein, Wechsel im trainierten Bein vs. Wechsel im untrainierten Bein), der Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman wurde berechnet, um Korrelationen zu bewerten, und der Wilcoxon-Signed-Ranks-Test wurde verwendet um Unterschiede zwischen den Ergebnissen vor und nach dem Training sowohl beim trainierten als auch beim untrainierten Bein zu untersuchen (Daten nicht normalverteilt). Zur Beurteilung der Auswirkung einer Exazerbation während der Studie wurde ein Interaktionsfaktor berechnet. Zur Definition der statistischen Signifikanz wurde ein zweiseitiger p-Wert von ≤ 0,05 verwendet.