Wirkung von hochintensivem Intervalltraining auf die Lunge bei Patienten mit COPD, die für eine Lungenvolumenreduktionschirurgie überwiesen wurden: Die PREGENERATE-Studie (PREGENERATE)

Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) leiden unter einem fortschreitenden Verlust der Lungenfunktion, der zu geringer körperlicher Leistungsfähigkeit, schlechter Lebensqualität und frühem Tod führt (2). Die pulmonale Rehabilitation, einschließlich Bewegungstraining, gilt als die wirksamste nicht-pharmakologische Intervention zur Verbesserung der Lebensqualität bei Patienten mit COPD (1). Ihre Anwendung wird jedoch durch das mangelnde Verständnis des Mechanismus der bewegungsinduzierten Verbesserung bei COPD eingeschränkt und es wird allgemein angenommen, dass sie keine Auswirkungen auf die Lungenfunktion hat, zumindest gemessen durch dynamische Spirometrie und Diffusionskapazität, die in Ruhe in aufrechter Position gemessen wird (3,4). Sie wird daher hauptsächlich als Mittel zur Linderung von Symptomen angesehen, vor allem durch Verbesserung der Skelettmuskelfunktion, aber ohne das Potenzial, strukturelle Veränderungen im Lungensystem, wie sie bei Patienten mit COPD beobachtet werden, rückgängig zu machen. Die Begründung für die Empfehlung von Bewegung als Mittel zur Verringerung der Symptombelastung und Steigerung der Lebensqualität basiert auf den Ergebnissen des jüngsten Cochrane-Reviews (5). Die Autoren stellten fest, dass keine weiteren Studien, die Bewegung mit Kontrolle vergleichen, erforderlich sind, da Bewegung per se zu Verbesserungen führt, unabhängig von der Art der Bewegung.

Die Begründung dafür, Bewegung nicht häufiger bei Patienten mit COPD zu verschreiben, basiert auf zwei Annahmen: 1) im erwachsenen Lungengewebe kann kein neues Gewebe gebildet werden, und 2) bisher wurden keine konsistenten, durch Bewegungstraining induzierten Veränderungen der Lungenfunktion dokumentiert.

Es wurde jedoch wiederholt gezeigt, dass sich im erwachsenen Lungengewebe, sowohl bei Tieren als auch bei Menschen, de novo Gewebe bildet, vor allem als Reaktion auf anhaltende Hypoxie und Pneumonektomie (6,7). Kürzlich wurde berichtet, dass intervallbasiertes Training den fortschreitenden Verlust von Lungengewebe in Tiermodellen der experimentellen COPD entgegenwirkt (8). Der wahrscheinlichste Stimulus ist die mechanische Belastung, und wenn durch Training messbare Veränderungen induziert werden sollen, ist ein hochintensives Intervalltraining (HIIT)-Schema in der pulmonalen Rehabilitation vorzuziehen (9).

Ein Aspekt des fortschreitenden Lungengewebe-Verlusts bei COPD, der bereits in den frühesten Krankheitsstadien einsetzt, scheinbar bevor eine ventilatorische Störung beobachtet werden kann, ist die pulmonale vaskuläre Dysfunktion und der Verlust von Lungenkapillaren, getrieben durch ein scheinbar krankheitsspezifisches Ungleichgewicht zwischen angiogenetischen und angiostatischen Prozessen im Lungengefäßsystem (10,11). Tatsächlich ist dies wahrscheinlich ein Mechanismus, der den gleichzeitigen Verlust von Lungengewebe vorantreibt und auch die Belastbarkeit einschränkt, da die Fähigkeit, die alveolär-kapilläre Membran durch Lungenkapillaren-Rekrutierung und -Dehnung zu erweitern, eingeschränkt wird, was die Sauerstoffaufnahme während der Bewegung kritisch abschwächt (10).

Es ist nun gut etabliert, dass die menschliche Lunge eine vielfältige Population mechanosensitiver Vorläufer- und Stammzellen birgt, die bei COPD inaktiv zu sein scheinen (12). Ihre Reaktivierung durch Dehnung und Belastung sowie hohe Gefäßdrücke, die beispielsweise mit körperlicher Aktivität verbunden sind, könnte wahrscheinlich erklären, warum intervallbasiertes Training den fortschreitenden Verlust von Lungengewebe in Tiermodellen der experimentellen COPD entgegenwirkt (8,13,14). Die Forscher haben in-vitro-Protokolle zur Beurteilung der Regenerationsfähigkeit der Lunge entwickelt, und der nächste Schritt wird sein, ähnliche Protokolle für die menschliche Lunge zu entwickeln, sowohl im gesunden Zustand als auch von Patienten mit COPD. In der vorliegenden Pilotstudie werden die Forscher die Auswirkungen eines umfangreichen hochintensiven Intervalltrainings (HIIT) auf die Regenerationsfähigkeit der Lunge untersuchen, bestimmt durch in-vitro-Lungenorganoidkultur und vaskuläre Gewebetechnik-3D-Methoden bei Patienten mit COPD auf der Warteliste für eine Lungenvolumenreduktionschirurgie.

Primäres Ziel: Zu untersuchen, ob Prähabilitation mit überwachtem HIIT während der Wartezeit auf eine Lungenvolumenreduktionschirurgie regenerative Wege in der Lunge beeinflusst. Die Forscher zielen darauf ab, festzustellen, ob diese Effekte nicht-invasiv mit Blutbiomarkern und räumlichen Omics-Technologien nachgewiesen werden können, um regionsspezifische molekulare Veränderungen, zelluläre Zusammensetzung und strukturelle Umbauprozesse im Lungengewebe zu kartieren.

Sekundäre Ziele: Zu bestimmen, ob eine Zunahme des Blutvolumens mit einer erhöhten Lungengewebsmasse (LTM), pulmonalem Blutvolumen (PBV), reduzierter Symptomausprägung und pulmonaler Diffusionskapazität in Ruhe und während Bewegung verbunden ist. Explantiertes Gewebe zu nutzen, um ex-vivo-Modelle für Krankheits- und Reparaturmechanismen zu entwickeln (15,16).

Forschungshypothesen:

Primär: Prähabilitation während der Wartezeit auf eine Lungenvolumenreduktionschirurgie ist einer Nicht-Bewegungs-Kontrollgruppe überlegen, um regenerative Wege in der Lunge zu aktivieren, mit begleitenden Veränderungen in LTM und PBV.

Sekundär: Die Diffusionskapazität während Bewegung und die Lebensqualität steigen nach Prähabilitation mit HIIT im Vergleich zu einer Nicht-Bewegungs-Kontrollgruppe. Schließlich wird hypothetisiert, dass funktionelle Ergebnisse, V̇O2peak, Körperzusammensetzung und Herzzeitvolumen verbessert werden, trotz keiner/oder begrenzter Veränderungen der Lungenfunktion in der HIIT-Gruppe.