Wirkung von NMES auf die Kraft und Ausdauer der Quadrizepsmuskulatur bei Patienten mit COPD (NMES)

Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine Atemwegserkrankung, die zu einer Mischung aus Erkrankungen der kleinen Atemwege und Parenchymzerstörung führt, Veränderungen, die für Emphyseme charakteristisch sind. Die Forschung hat gezeigt, dass COPD auch durch eine anhaltende Einschränkung des Luftstroms gekennzeichnet ist, ein Aspekt, den einige Autoren als eine der Hauptursachen für Morbidität und Krankheitslast weltweit bezeichneten. Jeder achte Patient, der an einer COPD-Exazerbation leidet, muss ins Krankenhaus eingeliefert werden. In der Literatur wird auch berichtet, dass Wiederaufnahmen nach der Entlassung innerhalb der ersten 20 Tage mehr als 20 % betrugen und innerhalb der ersten 90 Tage nach der Entlassung aus dem Krankenhaus weiter auf etwa 33 % anstiegen. Angesichts der Tatsache, dass ein hoher Anteil der Patienten weitere Krankenhausaufenthalte erfordert, wird dies die Gesundheitssysteme finanziell belasten.

Es betonte die Tatsache, dass Patienten, bei denen COPD diagnostiziert wurde, neben den pulmonalen Veränderungen und respiratorischen Beeinträchtigungen systemische morphologische und biomechanische Veränderungen aufweisen. Morphologische Veränderungen umfassen eine Verringerung der Querschnittsfläche und eine Verringerung der Muskelmasse. Biochemische Veränderungen sind hauptsächlich auf die Langzeitanwendung von Steroiden und das chronische systemische Entzündungssyndrom (CSIS) zurückzuführen. Angesichts solcher Veränderungen wird von solchen Patienten mehr Energie während der Aktivitäten des täglichen Lebens (ADLs) benötigt, was nach minimalen Übungen zu Kurzatmigkeit (SOB) führt.

Aufgrund von Muskelfunktionsstörungen entwickeln diese Patienten eine körperliche Dekonditionierung, die eines der Hauptsymptome ist, über die berichtet wird. Die primäre Ursache hierfür liegt in den vorhandenen Atemeinschränkungen.

Die Schwere des Zustands und die damit verbundenen pathophysiologischen Veränderungen sagen auch das Ausmaß der Belastungstoleranz voraus, wobei ein schlechterer Zustand zu einem erhöhten Maß an Muskelatrophie, Schwäche, die hauptsächlich die unteren Gliedmaßen betrifft, und einer schlechten oxidativen Kapazität führt. Im Jahr 2008 wurde festgestellt, dass die Mehrheit der Patienten mit einer schweren Form von COPD so gebrechlich oder dyspnoisch waren, dass sie nicht in der Lage waren, eine ausreichende Trainingsintensität zu tolerieren, die zur Verbesserung ihrer körperlichen Aktivität erforderlich ist. Es wurde festgestellt, dass solche Patienten nach körperlicher Aktivität mit geringer Intensität dyspnoisch wurden, was zu einer verringerten körperlichen Aktivität führte, um ihre SOB zu kontrollieren, wobei schließlich ein Drittel dieser Patienten eine Quadrizepsmuskelschwäche im Zusammenhang mit Immobilität und verringerter Belastungstoleranz aufwies.

Die Verschlechterung der Muskelkraft war das am häufigsten berichtete Symptom, das für eine Dysfunktion der Extremitätenmuskulatur bei Menschen mit COPD charakteristisch ist. 2014 haben Mathur et al. stellten fest, dass das Auftreten von COPD-Patienten mit vorzeitigem Trainingsabbruch aufgrund von Beinermüdung etwa 40 % häufiger war als die Patientenbewertung von SOB. Weitere 30 % der Bevölkerungsstichprobe berichteten über gleiche Beinermüdung und Dyspnoe.

Je mehr Patienten mit COPD immobil werden, desto mehr Muskelmasse geht verloren, und dieser Verlust nimmt bei Krankenhausaufenthalten aufgrund einer Exazerbation weiter zu. Gosselink und Langer (2016) stellten unter dem Begriff „mechanisches Silencing“ fest, dass sowohl Immobilität als auch Inaktivität erheblich zur Muskelatrophie beitragen.

Angst und Immobilität während und oder genau nach einer AECOPD spielen ebenfalls eine große Rolle für die Kraft des Quadrizeps. Die Verschlechterung der körperlichen Aktivität und der Muskelkraft, hauptsächlich des Quadrizeps-Muskels, wurde während des gesamten Krankheitsverlaufs festgestellt. Es zeigt sich auch während der Krankenhausaufenthaltsphase aufgrund eines akuten Beginns der COPD.

Die Forschung hat nun ihre Richtung geändert, um neue Methoden und Modalitäten zu finden, die COPD-Patienten dabei helfen können, selbst an ihren schwächsten Tagen eine gewisse Form der Muskelaktivität aufrechtzuerhalten. Die neuromuskuläre elektrische Nervenstimulation (NMES) war die am besten erforschte Modalität in Kombination mit der Lungenrehabilitation (PR) mit einer Variation der Verwendung von Parametern und der Anwendungsdauer.

NMES ist ein nicht-invasives Mittel zur Muskelkontraktion und wurde als Methode zur Rehabilitation nach Muskelverletzungen, Operationen und schließlich bei bestimmten Krankheiten eingeführt. NMES beinhaltet das Platzieren eines leitfähigen Pads über dem Muskel und verwendet einen intermittierenden elektrischen Strom, um Aktionspotentiale auszulösen und die intramuskulären Nervenäste und Muskelfasern zu aktivieren, um eine starke Muskelkontraktion zu erzeugen. Es ist ein Gerät, das selbst verabreicht wird, keine Überwachung erfordert und eine geringe metabolische Belastung trägt, was eine akzeptable Therapie für Patienten mit einer hohen Symptombelastung darstellt.

Nach Durchsicht der oben genannten Lücken in der Literatur erweist sich NMES daher als vielversprechende Modalität zur Unterstützung von Patienten mit einer sich verschlimmernden COPD-Episode.

Methodik

Zur Beantwortung der oben genannten Forschungsfrage soll ein Studiendesign vom Typ Randomized Control Trial (RCT) gewählt werden. Eine RCT ist eine Studie, bei der die Teilnehmer zufällig einer Versuchs- und Kontrollgruppe zugeteilt werden. Während die Studie durchgeführt wird, ist der einzige erwartete Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und der Versuchsgruppe in einer randomisierten kontrollierten Studie die untersuchte Ergebnisvariable. Dies ist wichtig, um sich einem kontrollierten Experiment anzunähern, Verzerrungen zu verringern und auch die statistische Effizienz zu verbessern. In dieser Forschungsstudie sind Kraft und Ausdauer des Quadrizeps die primären Ergebnisvariablen. Bei der CAT und Veränderungen des M. rectus femoris sollen Dicke und Breite durch diagnostischen Ultraschall als sekundäre Ergebnismaße dienen.

Die Datenerhebung konzentriert sich auf die Messung der Quadrizepskraft und die Bewertung struktureller Veränderungen, Veränderungen in der Anzahl der Wiederholungen vom Sitzen zum Stehen für eine Dauer von 1 Minute und Veränderungen im Ergebnis des COPD-Beurteilungstests (CAT). Die Patienten werden gebeten, diese Tests bei der Aufnahme und am selben Tag der Entlassung aus dem Krankenhaus durchzuführen. Es folgt eine quantitative Analyse, um festzustellen, ob NMES die Kraft und Ausdauer des Quadrizeps während einer akuten COPD-Exazerbation beeinflusst. Gleichzeitig wird der gleiche quantitative Ansatz verwendet, um den Schweregrad der Patienten zu bestimmen, die mit einer AECOPD ins Krankenhaus eingeliefert wurden, neben dem Grad der Angst und Depression im Zusammenhang mit der chronischen Erkrankung.

Diese Forschungsstudie wird eine randomisierte experimentelle Forschungsstudie übernehmen. Die Patienten werden nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen eingeteilt, die Kontrollgruppe und die Versuchsgruppe, und zwar durch eine unvorhergesehene randomisierte Sequenz und die Umsetzung der Sequenz, die die Behandlung verbirgt, bis die Patienten formell ihren Gruppen zugeteilt werden. Die Kontrollgruppe erhält die für diese Patienten derzeit übliche physiotherapeutische Behandlung auf Station durch die für sie zuständigen Physiotherapeuten. Die Teilnehmer erhalten vor Beginn der Studie einen eindeutigen Code. Alle müssen zuvor gemäß den Kriterien der Global Initiative for Chronic Obstructive Pulmonary Disease (GOLD) mit COPD diagnostiziert worden sein, was bedeutet, dass Patienten einen erzwungenen expiratorischen Fluss in einer Sekunde (FEV1) von <70 % des vorhergesagten Werts und einen forcierten Wert aufwiesen Exspirationsfluss in einer Sekunde auf forcierte Vitalkapazität (FEV1: FVC) von <0,70.

Intervention

Alle aufgenommenen Patienten werden nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen eingeteilt, die Kontrollgruppe und die Versuchsgruppe. Jeder Teilnehmer erhält vor Beginn der Studie einen Code. Der Code ist nur dem Forscher und dem Betreuer bekannt, wobei letzterer keinen Zugriff auf den Computer hat, der für die Datenerhebung verwendet wird. Die Kontrollgruppe erhält die auf der jeweiligen Station übliche physiotherapeutische Behandlung. Die in die Versuchsgruppe aufgenommenen Patienten erhalten während ihres gesamten Krankenhausaufenthalts die übliche physiotherapeutische Behandlung mit NMES-Zusatz. Die Elektroden werden bilateral und gleichzeitig auf der Quadrizeps-Muskelgruppe platziert.

Die Muskelstimulation wird mit einem tragbaren Stimulator erreicht, der elektrische Impulse erzeugen kann. Die Elektroden müssen über dem motorischen Punkt des zu stimulierenden Muskels oder der Muskelgruppe platziert werden. Amplitude, Rate und Wellenform, die auch als Stimulusparameter bezeichnet werden können, werden angepasst, um die Qualität der Bewegung und Kontraktion zu erleichtern, ohne dass der Muskel während der gesamten Behandlungssitzung ermüdet (Hultman et al., 1983). NMES wird als einfach zu bedienendes, gut ablesbares und komfortables Gerät beschrieben, bei dem die Parameter an den Fortschritt des Patienten angepasst werden können und die Programmerkennung vom Patienten leicht verwendet werden kann.

Diese Parameter wurden basierend auf Berichten ausgewählt, die zu dem Schluss kamen, dass eine Frequenz von mehr als 50 Hz eine tetanische Fusion stimuliert und somit die Muskelkontraktion stimuliert. Verschiedene andere Studien stützten ebenfalls solche Parameter

Ethische Überlegungen

Die ethische Genehmigung wurde von der Forschungsethikkommission der Universität Malta (UREC) beantragt und genehmigt. Die Patienten werden durch mündliche und schriftliche Informationsschreiben über die Studie informiert und ihre Zustimmung wird eingeholt. Von den Teilnehmern ist eine informierte Zustimmung erforderlich, und sie dürfen die Forschungsstudie auf Wunsch beenden. Alle Daten, die über den Patienten erhoben werden, werden nur für diese Studie verwendet. Alle Informationen, die vor und nach der Forschungsstudie gesammelt wurden, werden nach Abschluss verworfen.