Atemübungen gegen Dyspnoe bei Patienten mit Herzinsuffizienz zur Verbesserung der Chemosensitivität (Breathe-HF)

HINTERGRUND

Beatmungsinsuffizienz, die am häufigsten als Anstieg der Ventilation (V̇E) zur Kohlendioxidausatmung (V̇CO2) während des Trainings quantifiziert wird, ist ein Wahrzeichen von Patienten mit Herzinsuffizienz sowohl mit reduzierter als auch erhaltener Ejektionsfraktion (HFrEF, HFpEF).[1] Zahlreiche Studien haben herausgefunden, dass höhere V̇E/V̇CO2-Steigungen mit einer schlechteren Prognose assoziiert sind.[2-4] Die Komponenten der V̇E/V̇CO2-Steigung sind der arterielle CO2-Partialdruck (PaCO2), der durch Hyperventilation beeinflusst wird, und das Verhältnis von pulmonalem Totraum/Tidalvolumen (VD/VT), das durch Anomalien der Lungenperfusion beeinflusst wird.[5] Die übertriebene Reaktion bei der Beatmung von HFrEF-Patienten kann durch eine Überempfindlichkeit von Chemorezeptoren gegenüber CO2[6] und/oder eine sympathische nervöse Hyperaktivität verursacht werden, die häufig bei HFrEF-Patienten gefunden wird, basierend auf einer erhöhten Aktivierung von Metaborezeptoren in der Reaktion der peripheren Muskeln auf einen erhöhten anaeroben Stoffwechsel. [7] Chronische sympathische nervöse Hyperaktivität wurde vorgeschlagen, um die aerobe Kapazität der Skelettmuskulatur zu verringern, basierend auf einer reduzierten Kapillarisierung[8] und einem reduzierten Fluss roter Blutkörperchen[9], was zu einer Verschiebung des Muskelfasertyps hin zu einem geringeren Gehalt an Typ-I-Fasern führt.[10] Der darauffolgende anaerobe Muskelstoffwechsel führt bereits bei geringer Belastung zu erhöhter Muskelermüdbarkeit[11] und Azidose, was überschießende Reaktionen bei der Beatmung auslöst.[12] Andererseits ist bekannt, dass Hyperventilation die sympathische Nervenaktivität stimuliert, und so setzt sich der Teufelskreis aus sympathischer Nervenaktivität, die Hyperventilation antreibt, und Hyperventilation, die sympathische Nervenaktivität aktiviert, fort.[13] Dies deutet darauf hin, dass Hyperventilation nicht nur eine Folge einer schlechten Funktion des linken Ventrikels (LV) sein kann, sondern auch ein Treiber.

Neben pharmazeutischen Therapien und elektrophysiologischen Interventionen hat sich die Bewegungstherapie bei HFrEF[14]- und HFpEF-Patienten gleichermaßen als vorteilhaft auf die hämodynamischen und Beatmungsparameter erwiesen.[15] Es wird angenommen, dass die Hauptmechanismen des Trainings ein reduzierter peripherer Widerstand und damit eine kardiale Nachlast durch eine Verbesserung der Endothelfunktion, eine erhöhte Kapillarisierung, die zu einer verbesserten Sauerstoffversorgung der Skelettmuskulatur und einem verbesserten aeroben Stoffwechsel führt, sind.[16] Trotz der vorteilhaften Wirkungen von körperlichem Training sowohl im Zentrum als auch zu Hause[17, 18] hat sich herausgestellt, dass die Einhaltung körperlicher Aktivität bei HFrEF-Patienten schlecht ist.[19] Überraschenderweise haben nur wenige Studien die Beatmung direkt mit therapeutischen Ansätzen ins Visier genommen. Nur drei Studien haben die Auswirkungen eines langsamen Atemtrainings auf die kardiorespiratorische Funktion untersucht.[20, 21] Diese Studien ergaben eine verbesserte körperliche Funktion, einen verringerten Blut- und Lungenarteriendruck, eine erhöhte Ejektionsfraktion (EF),[20, 22] eine verbesserte Beatmungseffizienz[20] und eine verringerte Schlafapnoe.[22] Außerdem fanden sie eine verbesserte Regulation des autonomen Nervensystems durch Verringerung des sympathischen Antriebs und Erhöhung der vagalen Aktivität.[23] Es ist nicht bekannt, ob langsames Atmen den PaCO2 ausreichend erhöhen kann, um die Empfindlichkeit oder den Sollwert von Chemorezeptoren zu verändern. Andererseits wurde festgestellt, dass Apnoe-Training zu großen Veränderungen der PaCO2-Werte führt, die von Chemorezeptoren im Ruhezustand und während des Trainings toleriert werden.[24, 25] Bis heute gibt es jedoch keine veröffentlichten Studien, die Apnoe in ein Atemtraining bei Herzinsuffizienz-Patienten integriert haben. Darüber hinaus haben frühere Studien nicht untersucht, ob die Wirkung einer langsamen Atmung auf die Verbesserung der V̇E/V̇CO2-Steigung auf einen chronischen Anstieg des PaCO2 oder eine Verringerung des ventilatorischen Totraums zurückzuführen ist.

HYPOTHESE

Die Forscher gehen davon aus, dass ein 12-wöchiges Training mit langsamer nasaler Atmung, gefolgt von endexspiratorischer Apnoe, basierend auf Aufklärung, zentrumsbasierter Einführung und 15-minütigem Atemtraining zu Hause, wirksam sein wird, um die übertriebene Atmungsreaktion auf körperliche Betätigung zu reduzieren.

METHODEN

Studiendesign

Prospektive randomisierte kontrollierte Studie. Geeignete Patienten werden während ihrer jährlichen Kontrolluntersuchung in der Klinik für Herzinsuffizienz und Präventive Kardiologie des Inselspitals Bern identifiziert. Die Patienten werden 1:1 (stratifiziert nach HFrEF/HFpEF und Geschlecht) einer Interventions- und Kontrollgruppe zugeteilt. Die Patienten der Interventionsgruppe führen das Atemtraining zusätzlich zur Standardversorgung durch und die Patienten der Kontrollgruppe erhalten die Standardversorgung und bekommen das Atemtraining nach Studienende angeboten. Das Studiendesign und die Atmungsintervention wurden mit direktem Input einer Patientengruppe (aus der Pilotstudie) entwickelt.

Atemintervention

Das Atemmustermodulationstraining wird 12 Wochen lang zweimal täglich für 15 Minuten pro Sitzung zu Hause durchgeführt und besteht aus drei Komponenten: 1) Aufklärung über abnormale Beatmung bei Herzinsuffizienz, die Auswirkung der Beatmung auf PaCO2 und das autonome Nervensystem und Chemorezeptorempfindlichkeit ; 2) 1-3 Sitzungen geführtes und überwachtes Face-to-Face-Training mit langsamer nasaler Bauchatmung und intermittierender Apnoe, unterstützt durch die Healer-Weste (L.I.F.E., Mailand, Italien), Messung des Elektrokardiogramms (EKG) und Brustexkursionen auf der Ebene des Xiphoid, Brustmanubrium und Abdomen; 3) unabhängiges Apnoe-Training zu Hause, unterstützt durch Handouts, Videos und wöchentliche Telefonanrufe, um Fortschritte und Einhaltung zu überwachen, Fragen zu beantworten und weitere Fortschritte durch Dauer des Atemanhaltens zu fördern.

Messungen

Die Messungen werden während Besuch 1 vor und Besuch 2 am Ende des Interventionszeitraums durchgeführt.

Kardiopulmonaler Belastungstest (CPET)

CPETs werden gemäß den Empfehlungen der American Heart Association auf einem Fahrradergometer durchgeführt.[38] Rampentests werden wie zuvor beschrieben durchgeführt.[31] Der O2-Verbrauch und die CO2-Produktion werden kontinuierlich in einem offenen Spirometriesystem (Quark, Cosmed, Rom, Italien) gemessen und als Mittelwerte über 8 Atemzüge registriert. Alle 2 Minuten werden die Patienten nach ihrer Wahrnehmung von Dyspnoe auf der modifizierten Borg-Skala gefragt. Die V̇E/V̇CO2-Steigung von Ruhe bis zur Atmungsschwelle 2 (VT2), Spitzen-V̇O2 und V̇O2 bei VT1 werden wie zuvor beschrieben bestimmt.[31]

Blutanalysen

Blutproben werden aus der antecubitalen Vene zur Analyse von Hämoglobin und NT-proBNP entnommen. Zur Analyse von PaCO2, Sauerstoff (PaO2), Bikarbonat und pH wird arterialisiertes Blut aus dem Ohrläppchen in Ruhe und bei maximaler Belastung entnommen.

Empfindlichkeit von Chemorezeptoren

Die Empfindlichkeit von Chemorezeptoren wird durch ein Rückatmungsprotokoll gemessen.[39] Die Probanden ruhen auf dem Rücken und atmen durch ein Mundstück eines offenen spirometrischen Systems (Innocor, Cosmed, Rom, Italien). Bei offenem 3-Wege-Ventil zur Raumluft beginnt der Test mit einer 2-5-minütigen Hyperventilation, wodurch der endexspiratorische CO2-Partialdruck (PETCO2) abfallen kann. Nach der Hyperventilation atmet der Proband bequem, während das 3-Wege-Ventil auf den Rückatembeutel umgeschaltet wird. Der Ausgleich von PCO2 in Beutel, Lunge und arteriellem Blut zu gemischtem venösem Blut wird durch drei tiefe Atemzüge erreicht. Während der folgenden Minuten wird PETCO2 ansteigen gelassen, während PETO2 während eines hyperoxischen Tests auf 150 mmHg und während eines zweiten hypoxischen Testlaufs auf 50 mmHg geklemmt wird, indem 100 % O2 in den Kreislauf durch eine Öffnung am Rückatmungsbeutel eingespeist wird. Zentrale und periphere Chemoreflexreaktionen auf CO2 werden durch die Differenz zwischen hyperoxischer und hypoxischer Beatmungsreaktion abgeschätzt.[40, 41]

Von Patienten berichtete Ergebnisse

Der Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) wird während Besuch 1 und Besuch 2 ausgefüllt, um die Lebensqualität und Dyspnoe zu beurteilen. Während Besuch 2 wird ein strukturiertes Interview mit dem Patienten durchgeführt, um die Durchführbarkeit und Barrieren des Atemtrainings zu beurteilen. Die Einhaltung des Trainings wird anhand mündlicher Informationen der Patienten während der wöchentlichen Telefonate überwacht.

Herzfrequenzvariabilität (HRV) und Atemfrequenz (BF)

Die HRV wird aus einem 24-Stunden-EKG gemessen, das mit der Healer-Weste (L.I.F.E., Mailand, Italien) aufgezeichnet und anhand eines Segments während einer Tiefschlafphase analysiert wird, wie zuvor von der Forschergruppe beschrieben.[42] Niederfrequenzleistung (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), Hochfrequenzleistung (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz) und LF/HF analysiert [43]. BF wird mit Dehnungsmessstreifen von Healer Vest gemessen.

ERGEBNISSE

Das primäre Ergebnis ist die von ANCOVA analysierte V̇E/V̇CO2-Steigung mit wiederholten Messungen, korrigiert um Ausgangswerte und EF und Geschlecht.

Sekundäre Ergebnisse sind der Nadir des V̇E/V̇CO2-Verhältnisses, Atemmuster, VD/VT, Spitzen-V̇O2, V̇O2 bei VT1, Ruhe-PETCO2, periphere und zentrale Chemorezeptorempfindlichkeit, arterielle Blutgase, NT-proBNP, Herzfrequenz, HRV, ventrikuläre vorzeitige Schläge aus 24-Stunden-EKG, KCCQ, Durchführbarkeit und Adhärenz.

VERWEISE

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