Messungen der oberflächlichen respiratorischen Elektromyographie während des Laufbandtrainings bei stabilen Patienten mit COPD

Probanden An dieser klinischen Selbstanpassungsstudie nahmen zwanzig Patienten mit COPD (Altersgruppe 40–80 Jahre) teil, die zwischen Juli 2016 und Dezember 2016 in ambulanten Abteilungen für Atemwegsmedizin am First Affiliated Hospital der Guangzhou Medical University behandelt wurden. Die COPD-Diagnose wurde bei allen Teilnehmern mithilfe der Lungenspirometrie gemäß der Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) ermittelt.1 Einschlusskriterien: 1) forciertes Exspirationsvolumen nach Bronchodilatator in 1 s [FEV1]/forcierte Vitalkapazität [ FVC] 70 % und FEV1 50 % des vorhergesagten Wertes); 2) Bronchialdilatationstest (BDT) negativ. Ausschlusskriterien: 1) akute Exazerbation in den letzten 4 Wochen; 2) Einnahme oraler Kortikosteroide innerhalb von 4 Wochen; und 3) Rauchen von mehr als 10 Zigaretten täglich; (4) Vorgeschichte anderer Atemwegs-, Herz-Kreislauf-, neuromuskulärer und muskuloskelettaler Erkrankungen, die die Trainingsleistung und die inspiratorischen Muskelaktivitäten beeinträchtigen könnten.

Studiendesign Diese Studie wurde überprüft und auf ClinicalTrials.gov veröffentlicht öffentliche Website (Kennung: NCT03017300, Datum der Registrierung der klinischen Studie: 29. März 2017). Das Studienprotokoll wurde von der Ethikkommission des First Affiliated Hospital der Guangzhou Medical University genehmigt. Vor der Teilnahme an dieser Studie wurde von COPD-Patienten eine Einverständniserklärung eingeholt. Um den Schutz der Rechte aller Teilnehmer zu gewährleisten, hielten sich die Forscher bei der Gestaltung und Durchführung klinischer Forschung strikt an die Deklaration von Helsinki und die ethischen Grundsätze.

Messungen des transösophagealen Zwerchfell-EMG (EMGdi,es) EMGdi,es ist der klassische repräsentative Index, der die Aktivität von myoelektrischen Zwerchfellsignalen beschreibt, den elektrischen Manifestationen des Erregungsprozesses, der durch Aktionspotentiale hervorgerufen wird, die sich entlang der Muskelfasermembranen ausbreiten. Das EMG-Signal wird mit mehreren Elektroden erfasst und dann verstärkt, gefiltert und auf einem Bildschirm angezeigt oder digitalisiert, um die weitere Analyse zu erleichtern. Die Elektromyographie der Atemmuskulatur kann zur Beurteilung des Ausmaßes und Musters ihrer Aktivierung eingesetzt werden, um neuromuskuläre Pathologien zu erkennen und zu diagnostizieren und in Verbindung mit Tests der mechanischen Funktion die Wirksamkeit der kontraktilen Funktion des Muskels zu beurteilen. Der neuronale Atemantrieb, ausgedrückt als EMGdi, wurde mithilfe einer mehrpaarigen Ösophaguselektrode gemessen, die aus neun aufeinanderfolgenden Spulen besteht, die aus fünf Elektrodenpaaren bestehen, die in der Speiseröhre positioniert sind und die Kardia durchqueren. Mit digitaler Abtastung bei 2 kHz erfasste EMGdi-Signale wurden bandpassgefiltert (10 Hz–3 kHz) und verstärkt. Der maximale RMS-Wert pro Atemzyklus wurde berechnet und über 1 Minute gemittelt. RMS des EMGdi-Signals ist die Quantifizierung der gesamten EMGdi-Leistung. Theoretisch spiegelt der RMS des EMGdi die Kraftabgabe vom Atemzentrum des Hirnstamms auf die peripheren Atemmuskeln wider und spiegelt auch das Gefühl von Atemnot wider.

Messungen von Oberflächeninspirations-EMG-EMG-Elektroden Die elektrische Aktivität des Oberflächeninspirations-EMG wurde transkutan von Paaren einzelner Einwegelektroden (Neotrode, Conmed Corporation, New York, USA) abgeleitet. Für die gemeinsame oder Masseelektrode wurde die gleiche Einwegelektrode verwendet. Die elektrische Aktivität der Sternocleidomastoideusmuskeln und der Interkostalmuskeln wurde transkutan von wiederverwendbaren bipolaren Elektroden abgeleitet, die aus zwei schmalen Randelektrodengehäusen bestanden, die jeweils eine 4 mm Ag-AgCl-gesinterte Elektrodenpalette (InVivo Metrics, Healdsburg, USA) enthielten und mit einem Kunststoffclip (hausgemachtes UMCG, Groningen, Niederlande) in einem Abstand von 14 mm. Nach dem Füllen des Elektrodenhohlraums mit Elektrodengel wurde die Anordnung mit doppelseitigem Klebeband auf der Haut befestigt. Alle von den Elektroden erfassten EMG-Signale wurden über abgeschirmte, rauscharme Kabel an das Erfassungs- und Analysesystem für biologische Signale (Powerlab 16/35; ADInstruments) weitergeleitet.

Elektrodenplatzierung Oberflächen-Zwerchfell-EMG (EMGdi,sur): Das Oberflächen-Erkennungselektrodenpaar wurde separat am Schnittpunkt des sechsten und achten Interkostalraums und der vorderen Achsellinie in einem Abstand von 5 cm platziert.10 Oberflächen-parasternales EMG (EMGpara): Die Oberflächenerkennungselektroden wurden beidseitig im zweiten Interkostalraum, etwa 3 cm parasternal, platziert, eine Referenzerdungselektrode wurde im Brustbeinwinkel platziert.

Oberflächen-Sternocleidomastoid-EMG (EMGsc): Oberflächenerkennungselektroden wurden auf einem Drittel und zwei Dritteln der Gesamtlänge des Sternocleidomastoideus platziert, eine Referenzerdungselektrode wurde an der suprasternalen Fossa platziert.

Belastungstest Alle Probanden führten einen Ergometrietest mit maximalem inkrementellem Zyklus in sitzender Haltung durch, um die Auswirkungen der für die Körperstabilisierung erforderlichen Muskelaktivität zu minimieren (Ergoselect 200 K; Cosmed, Rom, Italien). Um die Muskelaktivität für die Kopfpositionierung zu minimieren, wurden die Probanden außerdem angewiesen, während der Messungen geradeaus zu schauen. Der Test bestand aus einer stationären Ruhephase von 3 Minuten, gefolgt von 1 Minute unbelastetem Treten mit 60 Zyklen/Minute für jede Person; Die Belastung wurde jede Minute um 10 W erhöht, bis der Test abgebrochen werden musste, da die Symptome eine weitere Belastung verhinderten. Nachdem die Testergebnisse aufgezeichnet wurden, wurden die EMGdi,es und jedes oberflächliche inspiratorische EMG der maximalen Belastungsfähigkeit analysiert.