Skelettmuskelfunktion bei interstitieller Lungenerkrankung

ZWECK:

Der Hauptzweck der vorgeschlagenen Arbeit besteht darin, die Skelettmuskelfunktion bei Patienten mit interstitieller Lungenerkrankung (ILD) zu charakterisieren und die physiologischen und sensorischen Folgen einer beeinträchtigten Skelettmuskelfunktion bei ILD während des Trainings zu bestimmen.

HYPOTHESEN:

Die Hypothesen sind dreifach; i) Patienten mit ILD haben im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen eine eingeschränkte Skelettmuskelfunktion, ii) Beeinträchtigungen der Skelettmuskelfunktion prädisponieren ILD-Patienten für eine belastungsinduzierte Quadrizepsmuskelermüdung, erhöhen die Wahrnehmung von Belastungsdyspnoe und reduzieren die Belastungstoleranz und iii) die Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff während des Trainings mildert die durch das Training verursachte Muskelermüdung des Quadrizeps, dämpft die wahrgenommene Intensität der Dyspnoe und verbessert die Trainingstoleranz.

ZIELSETZUNG:

Das Ziel der vorgeschlagenen Studie ist es, die Dysfunktion der Skelettmuskulatur bei Patienten mit ILD umfassend zu untersuchen und ihre Auswirkungen auf Dyspnoe und Belastungstoleranz zu charakterisieren. Dabei wird die vorgeschlagene Arbeit die erste sein, die die Skelettmuskelfunktion bei Patienten mit ILD umfassend bewertet und ihre funktionellen Konsequenzen bestimmt. Die Ergebnisse werden wichtige Einblicke in die mutmaßliche Rolle der Skelettmuskeldysfunktion bei der Einschränkung der körperlichen Betätigung bei Patienten mit ILD liefern.

RECHTFERTIGUNG:

ILD bezieht sich auf eine vielfältige Gruppe von Krankheiten, die gemeinsame physiologische Merkmale aufweisen, die aus einer Entzündung und/oder Fibrose des Lungenparenchyms resultieren. ILD hat eine geschätzte Prävalenz von etwa 67-81 Fällen pro 100.000 Personen. Angesichts der Heterogenität der Krankheitssubtypen ist es jedoch schwierig, ein genaues mittleres Überleben für Patienten mit ILD zu bestimmen; bei Patienten mit idiopathischer Lungenfibrose, dem häufigsten ILD-Subtyp, haben eine mediane Überlebenszeit von nur 2-3 Jahren ab dem Zeitpunkt der Diagnose. Bei Patienten mit ILD, Dyspnoe (d. h. Atemnot) ist das häufigste Symptom. Dyspnoe kann extrem schwächend sein, besonders bei körperlicher Anstrengung. Die klinische Bedeutung der Dyspnoe bei ILD wird durch ihre starke Korrelation mit Lebensqualität und Mortalität unterstrichen. Die Patienten versuchen, Dyspnoe zu minimieren, indem sie körperliche Aktivität vermeiden, was zu einer Dekonditionierung und einer damit verbundenen Verringerung der funktionellen Kapazität führt. Die Bedeutung der Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit wird durch die Tatsache unterstrichen, dass ILD-Patienten mit den niedrigsten körperlichen Aktivitätsniveaus die niedrigste Lebensqualität und die höchste Sterblichkeit aufweisen. Die wirksame Behandlung von Dyspnoe und Belastungsintoleranz ist daher von entscheidender Bedeutung, wenn es um die Behandlung von Patienten mit ILD geht.

Die pathophysiologischen Mechanismen von Dyspnoe und Belastungsintoleranz bei ILD sind komplex, multifaktoriell und kaum verstanden. Tatsächlich gibt es relativ wenige Studien, die die mechanistischen Grundlagen von Dyspnoe und Belastungsintoleranz bei Patienten mit ILD ausreichend untersucht haben. Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass die Belastungseinschränkung bei ILD mit der Kombination aus veränderter Atemmechanik, Beeinträchtigung des Gasaustauschs und Kreislaufeinschränkung zusammenhängt. Es wird jedoch angenommen, dass Dyspnoe und Belastungsintoleranz ausschließlich mit der mit der Pathogenese der ILD einhergehenden respiratorischen und Kreislaufbeeinträchtigung zusammenhängen. Obwohl diese Annahme vernünftig ist, ignoriert sie die potenziell entscheidende Rolle der Skelettmuskeldysfunktion als Quelle von Dyspnoe und Belastungsintoleranz. Jüngste experimentelle Beweise deuten darauf hin, dass eine Funktionsstörung der Skelettmuskulatur sowohl zu Dyspnoe als auch zu Belastungsintoleranz bei COPD beiträgt.

Eine wachsende Menge an Literatur unterstützt die Vorstellung, dass eine Funktionsstörung der Skelettmuskulatur bei ILD häufig vorkommt. Während die genauen Mechanismen unklar bleiben, sind bei vielen ILD-Patienten mehrere gut etablierte Faktoren vorhanden, die die Dysfunktion der Skelettmuskulatur fördern, darunter: chronische Hypoxämie, oxidativer Stress, pulmonale und systemische Entzündungen, körperliche Dekonditionierung, Unterernährung und Kortikosteroid-Einnahme. Diese Faktoren können einzeln oder synergistisch wirken, um die Skelettmuskelfunktion zu beeinträchtigen, indem sie Muskelatrophie, mitochondriale Dysfunktion, eine Verringerung des Typ-I-Muskelfaseranteils und eine Zunahme des intramuskulären Fetts verursachen. Unseres Wissens gibt es begrenzte bildgebende Daten zur Morphologie der Skelettmuskulatur bei ILD, und Bewertungen der oxidativen Kapazität der Skelettmuskulatur und der kontraktilen Funktion wurden nicht gleichzeitig erhalten. Falls vorhanden, verringert eine Funktionsstörung der Skelettmuskulatur wahrscheinlich die oxidative Kapazität der Bewegungsmuskulatur, was zu vorzeitiger Ermüdung, erhöhter Dyspnoe und verminderter Belastungstoleranz führt. Am wichtigsten ist, dass es weder Daten zu den physiologischen Auswirkungen von Ermüdung und Dysfunktion der Skelettmuskulatur auf Dyspnoe und Belastungsfähigkeit gibt noch dazu, ob gezielte Behandlungsoptionen wie die Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff (O2) die Muskelermüdung abschwächen können.

Dementsprechend sind die Ziele der vorgeschlagenen Forschung dreifach: i) Charakterisierung der Skelettmuskelfunktion bei Patienten mit ILD im Vergleich zu gesunden Kontrollen, ii) Bestimmung des Einflusses von Skelettmuskelfunktionsstörungen auf Dyspnoe, Müdigkeit und Belastungsintoleranz bei Patienten mit ILD im Vergleich an gesunde Kontrollpersonen, und iii) um zu bestimmen, ob die Verbesserung der Belastungstoleranz unter Verwendung von zusätzlichem Sauerstoff die durch Belastung hervorgerufene Skelettmuskelermüdung bei ILD-Patienten lindert.

FORSCHUNGSDESIGN:

Experimentelle Hypothesen, die unter Verwendung einer Kombination von Forschungsdesigns getestet wurden. Um die Hypothesen i) und ii) zu testen, verwenden die Forscher ein Querschnittsdesign. Um die Hypothese iii) zu testen, werden die Forscher ein einfach verblindetes placebokontrolliertes Studiendesign verwenden.

METHODEN Die Teilnehmer melden sich im Labor bei vier verschiedenen Gelegenheiten, die durch mindestens 48 Stunden getrennt sind, und jeder Besuch dauert ca. 2-3 Stunden.

Besuch 1:

Die Teilnehmer werden ein Screening der Anamnese absolvieren und eine Reihe von Fragebögen zu chronischer aktivitätsbedingter Dyspnoe, Lebensqualität und körperlicher Aktivität ausfüllen. Die Teilnehmer werden dann ihre Größe und ihr Gewicht messen lassen und einen Lungenfunktionstest durchführen. Abschließend führen die Teilnehmer einen symptombegrenzten inkrementellen Zyklus-Belastungstest durch. Detaillierte physiologische und sensorische Messungen werden unmittelbar vor und während des inkrementellen Zyklus-Belastungstests durchgeführt.

Besuch 1 dient dazu, die Lungenfunktion und die körperliche Leistungsfähigkeit des Teilnehmers zu charakterisieren.

Besuch 2:

Die Teilnehmer werden einer Magnetresonanztomographie unterzogen, um das Volumen und den Fettanteil ihrer Quadrizepsmuskeln zu bestimmen. Anschließend führen sie eine Reihe von Tests durch, die darauf abzielen, ihre Quadrizepsmuskelfunktion zu bewerten, einschließlich: i) Bewertung der maximalen Kraft der willkürlichen Quadrizepsmuskeln und ii ) die nicht-invasive Beurteilung der oxidativen Kapazität ihres Quadrizeps-Muskels mittels Nahinfrarot-Spektroskopie.

Daten von Besuch 2 werden verwendet, um Hypothese 1 zu adressieren, indem die Funktion des Quadrizepsmuskels des Teilnehmers charakterisiert wird.

Besuche 3:

Die Teilnehmer führen einen Belastungstest mit konstanter Belastung bis zur Erschöpfung durch, während sie Umgebungsluft atmen (d. h. 20,93 % Sauerstoff). Die Arbeitsbelastung wird auf 75 % der höchsten Arbeitsleistung festgelegt, die während des inkrementellen Belastungstests während Visite 1 erreicht wurde.

Die Daten aus den Visiten 3 und 4 werden verwendet, um Hypothese 2 zu untersuchen, indem die Wirkung von körperlicher Betätigung auf die Ermüdung der Skelettmuskulatur bei Patienten mit ILD und gesunden Kontrollpersonen charakterisiert wird.

Besuch 4:

Die Teilnehmer führen einen Belastungstest mit konstanter Belastung durch, während sie zusätzlichen Sauerstoff atmen (d. h. 60 % Sauerstoff). Die Arbeitsbelastung wird auf 75 % der höchsten Arbeitsleistung festgelegt, die während des inkrementellen Belastungstests während Besuch 1 erreicht wurde, und der Test wird beendet, sobald die Teilnehmer die gleiche Zeit erreichen, die sie während des Belastungstests mit konstanter Belastung an Tag 3 erreicht haben.

Die Daten von Besuch 4 werden verwendet, um Hypothese 3 zu adressieren, indem festgestellt wird, ob zusätzlicher Sauerstoff verwendet werden kann, um die durch körperliche Betätigung verursachte Ermüdung der Skelettmuskulatur bei Patienten mit ILD und gesunden Kontrollpersonen zu lindern.