Den Sturm überstehen: Lungen-, Herz- und Gehirngefäßrehabilitation bei COVID-19

Ziel 1 – Verbessert eine individuelle Rehabilitation nach Herzübungen die kardiorespiratorische und zerebrovaskuläre Erholung? Es ist allgemein anerkannt, dass „Bewegung Medizin ist“; eine Polypille und ein Eckpfeiler bei der Prävention und Genesung von Krankheiten, einschließlich solcher mit ähnlicher Pathogenität wie COVID-19 (z. B. schweres akutes respiratorisches Syndrom, mittelöstliches respiratorisches Syndrom und akutes Atemnotsyndrom). Genauer gesagt gilt Bewegung als Gefäßmedizin, die die Vitalität der Arterien durch die Heilung des Endothels verbessern kann. Gezielte, wiederholte und episodische Erhöhungen des Blutflusses und der arteriellen Scherspannung während individueller Trainingseinheiten stimulieren mechanisch das Endothel und lösen die Produktion von Stickoxid und anderen vasoaktiven und entzündungshemmenden Molekülen aus, die für die Vaskulogenese und Angiogenese erforderlich sind. Daher bietet die körperliche Heilung der primären Gefäßstruktur, die durch das SARS-CoV2-Virus geschädigt wird, einen erheblichen regenerativen Gefäßvorteil für Endorgane wie Lunge, Herz und Gehirn. Beispielsweise werden mehrere grundlegende kardiorespiratorische Vorteile aufgeführt, die sich aus der Bewegungstherapie zur Behandlung verschiedener kardiorespiratorischer Erkrankungen ergeben, um die Machbarkeit einer Verbesserung der Genesung nach COVID-19 durch individuelle Trainingsinterventionen hervorzuheben: 1) Die aerobe Fitness ist mit einer abgeschwächten endothelialen Dysfunktion in den peripheren Arterien nach einer akuten H1N1-Infektion verbunden. 2) Die Wiederherstellung der Elastizität und Stärke der Lunge sowie ein erhöhter Anteil an Antioxidantien, die Entzündungen nach dem Training reduzieren, tragen zur Verbesserung der kardiorespiratorischen Kapazität bei. und 3) eine verbesserte autonome Modulation des kardiorespiratorischen Systems verbessert die körperliche Leistungsfähigkeit und die allgemeine Gesundheit.

Während es nur wenige Hinweise darauf gibt, dass sich die zerebrovaskuläre Funktion nach einer COVID-19-Infektion verändert, deuten epidemiologische Erkenntnisse darauf hin, dass Personen, die sich von COVID-19 erholen, ein höheres Schlaganfallrisiko haben. Je früher eine bewegungsbasierte Bewegungsrehabilitation zur Schlaganfallbehandlung eingeführt wird, desto größer ist die Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit sowie der peripheren Gefäß- und zerebrovaskulären Funktion, hauptsächlich aufgrund einer abgeschwächten Gefäßentzündung und einer Zunahme neurotropher Modulatoren. Körperliche Inaktivität bei Personen, die einen Schlaganfall erlitten haben oder bei denen ein hohes Schlaganfallrisiko besteht, verschlimmert die entzündliche Gefäßfunktionsstörung zusätzlich. Sport stimuliert direkt das zerebrovaskuläre Endothel, indem es den Blutfluss und die intraarterielle Scherspannung in den Gehirnarterien erhöht. Die zerebrovaskuläre Funktion wird durch einen exquisiten synergistischen und redundanten Satz physiologischer Regler reguliert (d. h. arterieller Partialdruck von Kohlendioxid und Sauerstoff, arterieller Blutdruck, neurogene autonome Modulation und Herzzeitvolumen). Zusätzlich zu den direkten zerebrovaskulären Vorteilen der Bewegungstherapie werden systemische kardiorespiratorische Verbesserungen, die den Gasaustausch, den Blutdruck, die autonomen Reflexe und die Herzfunktion verbessern, wichtige vaskuläre Vorteile im Gehirn haben. Daher bietet die vorgeschlagene Forschung einen erheblichen Nutzen für die Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit sowie der kardiorespiratorischen und zerebrovaskulären Funktion während der Genesung nach einer COVID19-Infektion.

Die kardiorespiratorische Funktion wird mithilfe einer standardisierten Reihe klinischer Tests quantifiziert, um die kardiovaskuläre und pulmonale Funktion in Ruhe sowie bei submaximalen und maximalen Belastungen zu beurteilen. Beispielsweise wird die Herz-Kreislauf-Funktion im Ruhezustand durch Messung der Herzfrequenz, der links- und rechtsventrikulären Herzfunktion, des peripheren Gefäßblutflusses und der Pulswellengeschwindigkeiten bestimmt. Diese Messwerte liefern quantifizierbare Informationen über die arterielle Steifheit, die autonome und periphere Gefäßfunktion, die primäre Determinanten für die Regulierung der zentralen Hämodynamik (d. h. Herzzeitvolumen, arterieller Blutdruck und Blutfluss) und der kardiovaskulären Gesundheit sind. Es ist nicht bekannt, ob eine COVID-19-Infektion die zentrale Hämodynamik im Ruhezustand beeinflusst. Unsere Forschungsgruppe hat jedoch bereits zuvor eine zentrale hämodynamische Dysfunktion nach akuten Entzündungsreaktionen auf verschiedene Virusinfektionen beobachtet. Submaximale (flussvermittelte Dilatation) und maximale (kardiopulmonale Belastungstests) physiologische Messungen ermöglichen es Forschern, die Fähigkeit des kardiorespiratorischen Systems zu quantifizieren, auf Stressfaktoren zu reagieren, die bei täglichen Aktivitäten beobachtet werden. Nach Rehabilitationsmaßnahmen liefern submaximale und maximale Herz-Lungen-Tests die notwendige Quantifizierung der Wirksamkeit der Trainingsmaßnahmen.

Kardiale Echokardiographie: Die links- und rechtsventrikuläre Mechanik (enddiastolisches und endsystolisches Volumen, Mitralfüllung) sowie die zentrale Hämodynamik in der Aorta und der Hohlvene (Aortendurchmesser, Herzzeitvolumen, Schlagvolumen, Herzfrequenz) werden beurteilt Ruhe mittels zweidimensionaler Echokardiographie über ein Hitachi Aloka Alpha 7-System (Tokio, Japan). Bei Probanden in der linken Seitenlage werden Messungen im Zwei- und Vierkammerblick durchgeführt. Das Innere des linken Ventrikels wird sowohl während der Endsystole als auch während der Enddiastole manuell verfolgt. Die Volumina werden nach der Simpson-Regel gemessen. Das Schlagvolumen wird durch Subtrahieren des enddiastolischen Volumens vom endsystolischen Volumen berechnet. Das Herzzeitvolumen wird als Herzfrequenz multipliziert mit dem Schlagvolumen berechnet. Es werden drei Schläge gemessen und der Durchschnitt in die Analysen einbezogen. Die Ejektionsfraktion wird aus den Ventrikelvolumina berechnet und als Prozentsatz des endsystolischen bis enddiastolischen Volumens ausgedrückt. Mitralklappengeschwindigkeiten werden aus der apikalen 4-Kammer-Ansicht ermittelt, wobei E, A und E/A gemessen werden. Außerdem wird die Steigung des Zuflusses ermittelt. Es wird auch ein Gewebedoppler durchgeführt, um E‘ zu erhalten, wobei E/E‘ berechnet wird. Zuletzt wird die Speckle-Verfolgung mithilfe der TOMTEC-Gewebeverfolgungssoftware durchgeführt.

Die zerebrovaskuläre Funktion wird traditionell mithilfe eines eindimensionalen Ansatzes beurteilt, bei dem die Reaktionen des zerebralen Blutflusses (CBF) auf eine einzelne Störung quantifiziert werden, die einen der primären Mechanismen der CBF-Regulierung betont. Die primären Mechanismen, die an der CBF-Regulierung in Ruhe und während des Trainings beteiligt sind, sind arterielle Blutgase, arterieller Blutdruck, neurogene autonome Systeme und Stoffwechsel. Daher werden klinische Reize verwendet, um eine zerebrovaskuläre Reaktion hervorzurufen, indem Umwelt-, pharmakologische oder physiologische Bedingungen verändert werden, die speziell einen dieser primären Mechanismen stören. Neuartige, von unserem Forschungsteam entwickelte Ansätze erweitern traditionelle eindimensionale CBF-Beurteilungen, indem sie das Gehirngefäßsystem mithilfe einer Reihe klinischer Beurteilungen testen oder durch Beurteilungen, die spezifische und systemische physiologische Störungen hervorrufen, die CBF beeinflussen. Die beiden in diesem Protokoll verwendeten Strategien zur zerebrovaskulären Beurteilung bewerten speziell die zerebrovaskuläre Reaktion auf Veränderungen des Kohlendioxids, des Blutdrucks und der neurogenen Aktivität im Ruhezustand sowie bei schrittweisen Ganzkörper- und ermüdenden Handgriffübungen. Diese Tests ermöglichen eine traditionelle eindimensionale Quantifizierung der zerebrovaskulären Funktion sowie eine differenzierte Quantifizierung der integrativen zerebrovaskulären Funktion. Darüber hinaus liefern die zerebrovaskulären Tests vor und nach dem Eingriff mithilfe von Bewertungsstrategien, die auf dieselben Systeme abzielen, die durch die Trainingsinterventionen verbessert werden sollen (d. h. Atem-, Herz-Kreislauf- und Skelettmuskelsysteme), einen Index für den Anteil, zu dem jedes System beiträgt physiologische Erholung nach unserer COVID19-Infektion.

Ziel 2 – Bietet die Kombination von inspiratorischer Muskel- und Herzübungsrehabilitation zusätzliche Vorteile für die kardiorespiratorische und zerebrovaskuläre COVID19-Erholung? Lungenfunktionsstörungen und Lungenentzündung sind die Hauptprobleme einer COVID19-Infektion. Während Fieber, Husten, Müdigkeit, Myalgie und Atemnot die häufigsten Symptome bei Personen sind, die mit dem COVID-19-Virus infiziert sind. Für viele mit COVID-19 infizierte Personen ist das Überleben des Virus nur ein Teil des Problems. In einem kürzlich veröffentlichten Bericht wurde festgestellt, dass bei COVID-19-Patienten, die als genesen gelten und daher aus dem Krankenhaus entlassen wurden, eine anhaltende abnormale Lungendiffusion vorliegt; Eine retrospektive Untersuchung ergab, dass die Lungendiffusion nach einer COVID-19-Infektion 30 Tage nach der Entlassung abnormal bleiben kann. Eine anhaltende Lungenfunktionsstörung wird in erster Linie auf eine Atrophie der Atemmuskulatur und eine beatmungsbedingte Zwerchfelldysfunktion bei schwerer COVID19-Infektion zurückgeführt. Allerdings kann ein längerer Anfall von Husten, Müdigkeit und Atemnot im Zusammenhang mit einer leichten COVID-19-Infektion auch eine Lungenfunktionsstörung auslösen und die Kraft der Atemmuskulatur beeinträchtigen. Eine durch eine schwache Kraft der Inspirationsmuskulatur verursachte Lungenfunktionsstörung erhöht die Atemarbeit, die Muskelaktivität des sympathischen Nervs und die mit körperlicher Aktivität verbundene Müdigkeit. Ermüdende inspiratorische Muskelarbeit reduziert körperliche Betätigung und körperliche Leistungsfähigkeit, während eine erhöhte Muskelaktivität des sympathischen Nervs die Durchblutung der aktiven Gliedmaßen verringert und die Müdigkeit erhöht. Folglich führen anhaltende Beeinträchtigungen der Lungenfunktion nach einer COVID-19-Infektion, unabhängig vom Schweregrad, zu einer Beeinträchtigung der körperlichen Belastbarkeit, der körperlichen Leistungsfähigkeit, der Lebensqualität und wahrscheinlich auch der kardiovaskulären und zerebrovaskulären Funktion.

Inspiratorisches Muskeltraining, das effektiv standardisierte Atemroutinen umfasst, die ähnlich wie Übungstrainingsprogramme organisiert sind, hat sich bei der Reduzierung von Müdigkeit, Myalgie und Dyspnoe bei anderen chronischen Atemwegserkrankungen als wirksam erwiesen. Die Verbesserung der kardiorespiratorischen Funktion nach IMT ist in erster Linie das Ergebnis einer Stärkung der Inspirationsmuskulatur. Durch die Steigerung der Kraft der Inspirationsmuskulatur werden die Atemarbeit bei körperlicher Aktivität und die mit der Atmung verbundenen Stoffwechselkosten sowohl im Ruhezustand als auch bei körperlicher Aktivität reduziert. Skelettmuskeln konkurrieren während des Trainings häufig um die Blutversorgung, insbesondere wenn die Atemarbeit erhöht ist. Daher führt eine verbesserte Funktion der Inspirationsmuskulatur mit IMT in Verbindung mit körperlichem Training im Vergleich zu alleinigem körperlichen Training wahrscheinlich zu einem hyperadditiven Blutflussstimulus im gesamten Gefäßsystem. In Anbetracht der vasogenen und angiogenen Eigenschaften, die sich aus einem erhöhten kardiovaskulären Blutfluss ergeben, bietet IMT-Training in Verbindung mit körperlichem Training eine innovative Strategie zur Erleichterung einer verbesserten COVID-19-Genesung. Bisher hat keine Studie die Auswirkungen von IMT-Training und -Übungen auf die zerebrovaskuläre Funktion untersucht. Allerdings sollten Verbesserungen der kardiorespiratorischen Funktion, die mit einer verbesserten Funktion der Atemmuskulatur einhergehen, auch die zerebrovaskuläre Regulierung synergistisch verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das IPL auf den Einsatz von körperlicher Betätigung zur Verbesserung der Funktion des kardiorespiratorischen und zerebrovaskulären Systems in klinischen Modellen chronischer Erkrankungen spezialisiert hat. Beispielsweise haben Mitglieder des IPL zuvor gezeigt, dass die zerebrovaskuläre Reaktion auf körperliche Betätigung bei Gesundheit und Krankheit von Kohlendioxid, arteriellem Blutdruck und arterieller Scherspannung abhängt. Darüber hinaus erhöht die individualisierte Herztrainingsrehabilitation den CBF (~10 %) und stellt bei Patienten mit Herzinsuffizienz den normalen CBF wieder her. In ähnlicher Weise hat das IPL Daten im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Forschung gesammelt, und zwar dahingehend, dass körperliches Training die vaskuläre Hämodynamik und autonome Modulation in Bevölkerungsgruppen mit entzündlichen Erkrankungen (Diabetes) verbessert; sowie verbessert den Blutdruck. Die kardiorespiratorischen Forschungsspezialisten des IPL haben außerdem gezeigt, dass Muskeltraining die Belastungstoleranz und Atemnot bei adipösen Patienten verbessert, bei denen ein erhöhtes Risiko für Komplikationen aufgrund einer COVID-Infektion besteht. Gemeinsam wollen die Forscher am IPL diese Techniken und Ansätze nutzen, um optimale Strategien zur Verbesserung der COVID-19-Erholung in Herz, Gehirn und Lunge zu ermitteln.