Präoperatives inspiratorisches Muskeltraining

Hochaktive Muskeln wie das Zwerchfell reagieren besonders empfindlich auf Nichtgebrauch und Training. Zum Beispiel verkümmern die Zwerchfellfasern von kontrolliert mechanisch beatmeten jungen Erwachsenen innerhalb von 36 Stunden nach vollständiger Inaktivität um mehr als 50 %, und die mechanische Beatmung (MV) initiiert Signalwege innerhalb der ersten Stunden der Inaktivität, die eine fortschreitende Dysfunktion der Zwerchfellfasern fördern. Die Forscher haben gezeigt, dass eine weit verbreitete Atrophie-Signalisierung im Operationssaal während einer Herzoperation nach nur wenigen Stunden MV beginnt. Zusätzlich zu dieser Faseratrophie führt MV zu einer signifikanten Abnahme der Stärke des Zwerchfells, was die Zeit bis zur Entwöhnung von MV verlängern kann. Das klinische Auftreten einer früh einsetzenden, fortschreitenden kontraktilen Dysfunktion wird als beatmungsinduzierte Zwerchfelldysfunktion (VIDD) definiert. VIDD gilt als Hauptverursacher von Schwierigkeiten bei der Entwöhnung von MV.

Umgekehrt haben die Forscher gezeigt, dass die IMT die druckerzeugende Kapazität des Zwerchfells und der inspiratorischen synergistischen Muskeln erhöht und die Entwöhnung bei Patienten mit VIDD erleichtert. Berichten zufolge erhöht eine präoperative IMT für nur 1-2 Wochen die inspiratorische Muskelkraft. Es hat sich gezeigt, dass die IMT vor einer kardiothorakalen Operation postoperative pulmonale Komplikationen wie Atelektase, Lungenentzündung oder verzögerte Entwöhnung des Beatmungsgeräts reduziert. Darüber hinaus sind Kraftzuwächse im Zusammenhang mit der präoperativen IMT mit kürzeren Aufenthaltsdauern auf der Intensivstation und im Krankenhaus verbunden, was potenziell einen Kostenvorteil bieten kann.

Leider ist sehr wenig über die neuromuskulären Anpassungen und Signalmechanismen bekannt, die zu diesen klinischen Vorteilen der IMT beitragen. Ein besonders neuer Aspekt dieses Projekts ist, dass es die erste Untersuchung der Mechanismen sein wird, die zur Stärkung des Zwerchfells beitragen. Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen kann zukünftigen Forschern dabei helfen, effizientere Trainingsvorschriften zu entwickeln, um den Einsatz von MV in Fällen wie Operationen auszugleichen, und es kann helfen, Moleküle und Übungen zu identifizieren, die das Zwerchfell von Personen schützen könnten, die nicht im Voraus trainieren können, wie in der bei akuten Infektionen, die die Atmung beeinträchtigen.

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist die Untersuchung des neuromuskulären Umbaus des Zwerchfells im Zusammenhang mit präoperativer, telemedizinisch durchgeführter IMT im Vergleich zu Entspannungsatmungstraining (RLX). Es hat sich gezeigt, dass geführte RLX-Übungen die postoperative Schmerzwahrnehmung verbessern und den systolischen Blutdruck bei Hypertonikern leicht senken, es wird jedoch nicht angenommen, dass sie die Zwerchfellstärke signifikant verändern.

Vierzig erwachsene Freiwillige erhalten 2-4 Wochen lang vor einer elektiven Herz-Thorax-Operation entweder IMT- (n=20) oder RLX-Training (n=20) und werden vor und nach der Trainingsperiode Atemleistungstests unterzogen. Eine Biopsie in voller Dicke (ca. 6 mm x 20 mm) aus dem rechten ventralen Rippendiaphragma wird entnommen, sobald das Diaphragma während der Operation freigelegt wird. Zusätzlich wird eine Biopsie des großen Brustmuskels entnommen und als nicht trainierter Kontrollmuskel verwendet. Histologische und RNA-Sequenzierungsanalysen werden durchgeführt, um die Mechanismen zu untersuchen, die zu neuromuskulären Anpassungen an das Training beitragen.