Personalisiertes Bewegungstraining bei COPD

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine weit verbreitete Erkrankung, von der schätzungsweise 1,2 Millionen Menschen im Vereinigten Königreich betroffen sind, und sie ist nach Asthma die zweithäufigste Lungenerkrankung. COPD betrifft nicht nur die Lunge, sondern ist eine systemische Erkrankung, bei der Muskelfunktionsstörungen ein wesentliches Merkmal darstellen. Es hat sich gezeigt, dass Bewegung als Teil eines Programms zur Lungenrehabilitation (PR) die körperliche Leistungsfähigkeit und Lebensqualität von Patienten mit COPD verbessert. Doch trotz der Wirksamkeit von PR auf Bevölkerungsebene gibt es noch Raum für Verbesserungen. Das individuelle Ansprechen auf die Behandlung ist heterogen, wobei einige Patienten keine klinisch signifikanten Verbesserungen erzielen, während andere Schwierigkeiten haben, die Übungskomponente durchzuhalten, oder ganz aufgeben. Während derzeit die Trainingsintensitäten (die „Dosis“) während der PR individualisiert werden, werden Art und Inhalt der PR im Allgemeinen in einer „Einheitsgröße“ bereitgestellt. Daher besteht die Möglichkeit, den Inhalt der PR an die individuellen Bedürfnisse und die zugrunde liegende Physiologie anzupassen und so die Einhaltung und den Nutzen zu verbessern.

Präzisionsmedizin, die die Therapie auf bestimmte „behandelbare Merkmale“ der individuellen Erkrankung zuschneidet, birgt das Potenzial, den Behandlungseffekt zu maximieren und gleichzeitig Nebenwirkungen zu minimieren. Die Forscher schlagen vor, dass dieselben Prinzipien der Präzisionsmedizin verwendet werden können, um die Bereitstellung von PR zu verbessern, indem die Trainingsreaktion einer Person bei der Registrierung für PR ermittelt und diese Informationen zur Personalisierung des Trainingstrainings verwendet werden. Es gibt eine wachsende Zahl unterschiedlicher, neuartiger Trainingsmodalitäten, die sich bei COPD als machbar und potenziell wirksam erwiesen haben und Möglichkeiten für die Bereitstellung eines personalisierten Trainingsprogramms bieten. Ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung dieses personalisierten/präzisen Ansatzes in der Trainingsmedizin ist das Verständnis und die Messung der individuellen Trainingspathophysiologie, die den bevorzugten Nutzen einer bestimmten Trainingsmodalität vorhersagt. Der Zusammenhang zwischen der Pathophysiologie des Ausgangstrainings (und tatsächlich anderen Krankheits- und demografischen Variablen) und einer solchen Reaktion ist derzeit jedoch unbekannt.

Exzentrisches Training, Kontraktion eines Muskels bei dessen Längerung und einbeiniges Radfahren sind zwei Optionen zur Diversifizierung der PR. Exzentrisches Training führt bei gegebener Muskelbelastung zu einem geringeren Energiebedarf und Sauerstoffverbrauch und belastet somit das Herz-Lungen-System weniger. Folglich eignet sich diese Art von Training ideal für Patienten mit Lungenerkrankungen, insbesondere für diejenigen, die aufgrund von Atembeschwerden mit dem Training aufhören. Für Patienten ist es möglicherweise verträglicher, da es weniger Atemnot verursacht und gleichzeitig eine stärkere muskelspezifische Arbeit ermöglicht. Beim exzentrischen Radfahren wird ein Fahrrad mit angeschlossenem Motor verwendet, der die Pedale rückwärts antreibt. Der Proband muss der Drehung der Pedale widerstehen, um eine konstante Pedalgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, und dabei exzentrische Arbeit mit seinen Beinen ausführen. In der Vergangenheit wurde exzentrisches Training als Trainingsmethode aus Angst vor Muskelschäden vermieden. Exzentrisches Widerstandstraining mit hoher Intensität führt zu Muskelkater mit verzögertem Beginn (DOMS) und wird seit vielen Jahren als Modell für die Auslösung von Muskelschäden verwendet. Allerdings gibt es in den letzten 30 Jahren immer mehr Studien, die umfassend belegen, dass bei schrittweiser Steigerung der Belastung Muskelschäden und Muskelkater minimal und akzeptabel sind. Da die erreichten Belastungen bei Patientenpopulationen besonders niedrig sind, kommt es noch seltener zu erheblichen Muskelschäden, und frühere Arbeiten haben gezeigt, dass exzentrisches Radfahren bei Patienten mit COPD gut vertragen wird.

Ganzkörperübungen wie Gehen oder Radfahren erfordern die Rekrutierung einer großen Muskelmasse, was zu einem hohen Sauerstoffbedarf führt. Es besteht jedoch selbst in einer gesunden Bevölkerung ein Missverhältnis zwischen der maximalen Sauerstoffaufnahme des gesamten Körpers und der maximalen aeroben Kapazität der Muskeln, was zu erheblichen Schwankungen bei den erreichten Muskeltrainingsreizen führt. Dies gilt insbesondere für COPD-Patienten mit einer Beatmungsbeschränkung für sportliche Betätigung. Durch das Training einer geringeren Muskelmasse kann diese Atembeschränkung umgangen und der einzelne Muskel deutlich intensiver beansprucht werden. Eine Methode, die beanspruchte Muskelmasse zu reduzieren, ist das einbeinige Radfahren. Zwei randomisierte kontrollierte Studien haben bei Patienten mit COPD eine größere Verbesserung des V̇O2peak nach einbeinigem Radfahren im Vergleich zu zweibeinigem Radfahren gezeigt. Einbeiniges Radfahren hat sich als sinnvolle Ergänzung eines PR-Programms erwiesen und wird von Patienten und Physiotherapeuten gut angenommen.

Diese Studie zielt darauf ab, zu bestimmen, wie zu Studienbeginn erfasste Krankheits-, demografische und belastungsphysiologische Variablen mit der späteren Wahrnehmung und dem Fortschritt neuartiger Trainingsmodalitäten im Vergleich zum konventionellen Training zusammenhängen. Die Forscher werden eine umfassende Bewertung der physiologischen Reaktion auf körperliche Betätigung zu Studienbeginn in Bezug auf körperliche Belastbarkeit, körperliche Beeinträchtigung, Muskelvolumen und -kraft, körperliche Aktivität, Gebrechlichkeit und Muskelzusammensetzung durchführen. Die Teilnehmer werden dann nach dem Zufallsprinzip einer von vier Trainingsmodalitäten zugeteilt; exzentrisches Radfahren, einbeiniges Radfahren, konzentrisches (traditionelles zweibeiniges Radfahren) oder Krafttraining für die unteren Gliedmaßen.

Hierbei handelt es sich um eine Pilot-/Machbarkeitsstudie mit dem allgemeinen Ziel, potenzielle Subphänotypen von Patienten mit COPD zu identifizieren, die möglicherweise bevorzugt auf bestimmte Trainingsmodalitäten reagieren. Dieses Wissen ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung endgültiger klinischer Studien zu solchen übungsmedizinischen Interventionen, die in der klinischen Routinepraxis durchgeführt werden könnten. Die konkreten Ziele sind:

1. Detaillierte Charakterisierung der zugrunde liegenden pulmonalen und systemischen pathophysiologischen Merkmale von Patienten mit COPD, die durch Bewegungseinschränkungen beeinträchtigt sind.
2. Zur Messung des Fortschritts der Trainingsbelastung während jedes Trainingseingriffs im Verhältnis zu den Ausgangswerten.
3. Um festzustellen, wie sich Ausgangsmerkmale und Pathophysiologie auf den Trainingsfortschritt und die Trainingserfahrung auswirken.