Rolle von Sauerstoff bei der Entwicklung von Müdigkeit bei Patienten mit chronischer Ateminsuffizienz (Oxyfatigue)

Die fortgeschrittene chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) mit chronischer Ateminsuffizienz (CRF) und der Notwendigkeit einer Langzeitsauerstofftherapie (LTOT) ist eine Erkrankung mit schlechter Prognose, die Symptome wie Atemnot und Müdigkeit verursacht, die die Lebensqualität der Person dramatisch beeinträchtigen mit COPD. Typischerweise ist die fortgeschrittene Phase der COPD durch ein schwankendes Muster mit wiederkehrenden Krankenhauseinweisungen und einen Teufelskreis gekennzeichnet, in dem die Atemnot zunimmt und die Belastungstoleranz und die körperliche Aktivität abnehmen, was wiederum zu Depressionen, sozialer Isolation und geringer Lebensqualität führt erhöhtes Sterberisiko.

Bei diesen Patienten trägt eine Muskeldysfunktion zusammen mit einer dynamischen Hyperinflation zur Zunahme von Müdigkeit und Atemnot während des Trainings bei, was zu einem vorzeitigen Abbruch der Anstrengung und einer Abnahme der maximalen aeroben Kapazität führt. Bei Patienten mit CRF könnte die Erhöhung der arteriellen Sauerstoffversorgung durch die direkte Hemmung der Stimulation der Rezeptoren des Glomus caroticum durch eine Verringerung der Ventilation und der Atemfrequenz einen positiven Effekt haben.

Die Erhöhung der arteriellen Sauerstoffversorgung könnte auch die Erhöhung der Muskelsauerstoffversorgung fördern, indem i) die Produktion von Laktat während der Anstrengung bei Iso-Arbeit reduziert wird und ii) die pulmonale Vasodilatation und folglich das Herzzeitvolumen und damit die Sauerstoffversorgung des trainierenden Muskels erhöht werden. Interessanterweise verzögert die Erhöhung der Sauerstoffversorgung der Muskeln wahrscheinlich den Beginn der Zwerchfellermüdung.

Im klinischen Umfeld haben Studien gezeigt, dass die akute Verabreichung von Sauerstoff dazu beiträgt, den Beatmungsbedarf des COPD-Patienten zu reduzieren, indem das Atemminutenvolumen und die Atemfrequenz reduziert und die Belastungstoleranz verbessert werden. Bei COPD-Patienten mit und ohne chronischer Ateminsuffizienz scheint die akute Sauerstoffgabe die Ausdauerleistungsfähigkeit, die maximale Belastungsfähigkeit, die Atemnot und das Atemminutenvolumen zu verbessern. Bei Patienten mit mittelschwerer/schwerer nicht-hypoxischer COPD in Ruhe und unter Belastung bietet ein Training mit Sauerstoffergänzung einen größeren Nutzen für die Belastungstoleranz und das Atmungsmuster. Stattdessen verbessert sich bei Patienten mit Normoxie in Ruhe und belastungsbedingter Entsättigung die mit dem Sechs-Minuten-Gehtest ermittelte Belastungstoleranz durch die Zugabe von Sauerstoff zunehmend, obwohl innerhalb der einzelnen Gruppen enorme Unterschiede bestehen.

In dieser Population führt die Zugabe von Sauerstoff während des Trainings zu geringfügigen Auswirkungen, verbunden mit nur einem geringen Nutzen bei Atemnot. Daher richtet sich dieses Behandlungsschema bisher nur an Patienten mit belastungsbedingter Entsättigung und damit verbundener schwerer Dyspnoe. Daher gibt es in der Literatur wenig Unterstützung dafür, Patienten mit COPD umfassend eine Sauerstofftherapie während des körperlichen Trainings anzubieten. Darüber hinaus mangelt es an fundierten Studien, die zu eindeutigen Schlussfolgerungen zum Einsatz der Sauerstofftherapie führen, insbesondere hinsichtlich der Vorteile für funktionelle Ergebnisse, Symptome und Lebensqualität.

Während sich die meisten Studien auf normoxische Patienten mit COPD in Ruhe beziehen, gibt es wenig oder gar keine Literatur zu COPD mit CRF und LTOT. Unseres Wissens mangelt es an physiologischen Studien, die die Reaktion (Vasodilatation, neuromuskuläre Müdigkeit und Muskeloxygenierung) auf die Anwendung unterschiedlicher Dosierungen der Sauerstofftherapie bei Patienten mit COPD im Zusammenhang mit CRF und LTOT untersuchen.

Diese Informationen würden es ermöglichen, den Ursprung der Anstrengungsintoleranz besser zu beschreiben und den Arzt bei der Auswahl der am besten geeigneten Dosierung der Sauerstofftherapie zu unterstützen, um die beste physiologische Reaktion auf körperliche Betätigung zu erzielen.

PROTOKOLL In dieser Studie wird die neuromuskuläre Müdigkeit bei drei verschiedenen FiO2-Konzentrationen bewertet.

Die Studie findet über 5 Tage statt. Tag 1: Eingewöhnung. Tag 2: Erschöpfungstest (Tlim) submaximaler isometrischer Kontraktionen bei 30 % MVC mit einem wiederholten Zyklus von 3" AN und 3" AUS wird an den Tagen 3, 4 und 5 vorab durchgeführt und neuromuskuläre Untersuchungen nach Ermüdung werden bei verschiedenen FiO2 durchgeführt. Das Ermüdungsprotokoll umfasst die Durchführung submaximaler isometrischer Kontraktionen in Intervallen über eine Dauer von 80 % des Tlim. Jeder Zustand wurde nach einer Stabilisierung von mindestens 10 Minuten bewertet.

Die Tage werden in einer randomisierten Studie durchgeführt.

Die drei Bedingungen variieren je nach FiO2 wie folgt:

A) ZUSTAND RAUMLUFT: Der Patient atmet Raumluft durch die Venturi-Maske (Vmask FiO2 21 %) und wird als „Scheinzustand“ betrachtet. B) ZUSTAND FiO2 30 %: Der Proband atmet durch eine Venturi-Maske mit einem FiO2 von 30 %.

C) ZUSTAND FiO2 60 %: Der Proband atmet durch eine Venturi-Maske mit einem FiO2 von 60 %.

MASSNAHMEN Zu Beginn des Protokolls (T0), anthropometrische Messungen (BMI), Komorbiditäten gemessen mit CIRS-Skala, anamnestische Müdigkeit bewertet durch die Fatigue Severity Scale (FSS), anamnestische Dyspnoe mit Dyspnoe auf der Barthel-Skala, Lebensqualität durch CAT- und MRF-Scores , Blutgasanalysewert in der Luft, Lungenfunktion durch globale Spirometrie

1. Bewertung der zentralen und peripheren neuromuskulären Ermüdung gemäß dem interpolierten Zuckungsprotokoll. Die Probanden sitzen aufrecht mit Rückenunterstützung. Hüfte und Knie werden um 90° gebeugt und die Kraft wird von einem Kraftaufnehmer gemessen.

   Auswertung der isometrischen Kraft: Maximum Voluntarily Contraction (MVC). Elektromyographische Auswertung: M-Wellen werden vom Vastus lateralis aufgezeichnet. Auswertung der elektrisch stimulierten Ruhekraft (Qtpot) und der maximalen freiwilligen Aktivierung (MVA). Die verwendete elektrische Stimulation besteht aus einzelnen Rechteckimpulsen von 0,1 ms Dauer, die von einem Konstantstromstimulator (DS7AH, Digitimer) abgegeben werden. Die Intensität des verwendeten Reizes wird wie folgt definiert: Der Strom wird schrittweise von 0 mA auf den Wert erhöht, über den hinaus keine weitere Zunahme der Amplitude der M-Welle erfolgt. Der für die Studie verwendete Reiz wird auf 125 % der Intensität eingestellt, die erforderlich ist, um eine maximale M-Wellen-Reaktion zu erzeugen. Qtpot wird 5 Sekunden nach den MCV-Messungen gemessen. Die MVA wird während der elektrisch stimulierten MVC berechnet: Eine einzelne, der MVC überlagerte Kontraktion wird mit der während Qtpot erzeugten Kraft verglichen. Das Protokoll sieht die Wiederholung von zwei Messungen von MVC und Qtpot vor und nach der ermüdenden Aufgabe vor.

2. Messung der gepulsten Sauerstoffsättigung (SatO2), des transkutanen paCO2-Wertes (tcCO2), BORG-Müdigkeit und Dyspnoe.
3. Bewertung der mitochondrialen Funktion in vivo durch die Methode der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) durch Anwendung einer nicht-invasiven Sonde am Vastus lateralis. Der Muskeloxidationskapazitätstest misst die relative Konzentration von Desoxyhämoglobin und Oxyhämoglobin im Gewebe. Als abgeleitete Maße werden das Gesamthämoglobin (THb = HHb + HbO2) und die Hb-Differenz (Hbdiff = HbO2 - HHb) ermittelt.
4. Beurteilung der Ermüdung der sternocleidomastoiden akzessorischen Atemmuskulatur mittels EMG
5. Die Beurteilung der Gefäßfunktion erfolgt mit einem Doppler-Ultraschall auf Höhe der Arteria femoralis communis, bei basalen Bedingungen und während der Anwendung der Single Passive Leg Movement (sPLM)-Technik. Der sPLM-Test wird an der rechten Arteria femoralis communis durchgeführt und die Messungen werden mit einem Doppler-Ultraschallsystem (Logiq V4-GE, Milwaukee, WI, USA) durchgeführt. Das sPLM-Protokoll besteht aus einer 60-sekündigen Basisdatenerfassung im Ruhezustand, gefolgt von einer 1-sekündigen passiven Flexion-Extension des Beins. Das Bein bleibt dann für die restlichen 60 Sekunden nach der Bewegung vollständig gestreckt. Für jedes Subjekt werden der Arteriendurchmesser im Ruhezustand, der Blutfluss im Ruhezustand, die relativen Veränderungen (Dpeak) aus dem Ruhezustand, der Spitzenblutfluss und die Fläche unter der Kurve (AUC) des femoralen Blutflusses während der Auswertung erfasst . Die Spitzenwerte des Blutflusses, die relativen Veränderungen gegenüber dem Ruhezustand und die AUC nach der Beinbewegung werden Sekunde für Sekunde berechnet