Hengityslihasharjoittelun vaikutukset hengenahdistukseen (hengenahdistus) ja asennon säätelyyn keuhkoahtaumatautia sairastavilla potilailla

Tämän kliinisen tutkimuksen tarkoituksena on selvittää keuhkoahtaumatautipotilaiden hengenahdistuksen lievitysmekanismeja ja asennonhallinnan paranemista sisäänhengityslihasharjoittelun (IMT) jälkeen.

Kestävyyssyklin rasitustestiä (Constant work rate (CWR) -testiä) käytetään arvioimaan hengenahdistuksen voimakkuutta ja epämiellytyksiä vastaavilla hengitysponnistuksilla, vertailukelpoisilla työtaajuuksilla pyöräergometrillä, ennen ja jälkeen IMT:n. Potilaat suorittavat CWR-testin 75 prosentilla maksimaalisen inkrementaalisen kardiopulmonaalisen rasitustestin (CPET) aikana saavutetusta huipputyönopeudesta. Ennen CWR-pyöräilytestejä, niiden aikana ja jälkeen potilaat arvioivat hengenahdistuksensa voimakkuuden, hengenahdistuksen epämiellyttävyyden, hengitykseen liittyvän ahdistuneisuuden ja jalkojen epämukavuuden käyttämällä modifioitua 10 pisteen Borg-asteikkoa. Potilaita pyydetään raportoimaan hengenahdistuksen kvalitatiiviset kuvaajat CWR-pyöräilytestin lopussa. CWR-testin enimmäiskesto tallennetaan ja minuutin ventilaatiotasot rekisteröidään jatkuvasti koko harjoitusprotokollan ajan. Tämän kestävyysharjoitustestin avulla tutkijat pystyvät arvioimaan muutoksia hengenahdistuksen alkamisessa (intensiteetti ja epämiellyttävä olo) sekä kestävyysharjoittelun suorituskykyä ennen ja jälkeen IMT:n.

Pintaelektromyografiaa (EMG) ja moniparista ruokatorven elektrodikatetrijärjestelmää käytetään CWR-harjoituksen aikana hengityslihasten rekrytoinnin, hengitysponnistuksen ja eri hengityslihasten hermovoiman arvioimiseksi. Katetri asetetaan tallentamaan jatkuvasti Pes (ruokatorven paine), Pgas (vatsanpaine) ja EMGdi (kalvolihaksen elektromyogrammi). PesMax (maksimaalinen ruokatorven paine), PgasMax (maksimaalinen mahalaukun paine) ja PdiMax (maksimaalinen transdiafragmaattinen paine) saadaan maksimaalisten nuuskailu- ja yskimistoimenpiteiden aikana. Transkutaanisen pinnan elektromyografian (sEMG) tekniikoita sovelletaan skaala-, sternocleidomastoideus- ja parasternaalisiin kylkiluiden välisiin lihaksiin näiden hengityslihasten hermovoiman rekisteröimiseksi. Näiden mittausten avulla tutkijat pystyvät arvioimaan, onko hengityslihasten rekrytointimalleissa ja hengityshermovoimassa muutoksia eri hengityslihaksiin IMT:n jälkeen.

Harjoituksen aikana "hengityslihasten metaboreflex" johtaa sympaattisesti välittämään raajan liikelihasten vasokonstriktioon, mikä vähentää veren ja hapen saantia aktiivisiin raajojen lihaksiin siellä, mikä johtuu liikkumislihasten väsymyksestä. Femoraalisen hermon magneettisen stimulaation aiheuttamat nelipäisen nykimisen voimat mitataan liikkumislihasten väsymisen mittaamiseksi samoissa harjoituspisteissä CWR-testin aikana ennen toimenpidettä ja sen jälkeen. Tämän tekniikan avulla tutkijat voivat arvioida, viivästyykö liikuntalihasten väsymys IMT:n jälkeen.

Isokapninen hyperpneakoe suoritetaan hengityslihasten perfuusion, hengenahdistuksen voimakkuuden ja epämiellyttävyyden, hengityslihasten rekrytointimallin, hengitysponnistuksen ja hermoston hengitystoiminnan arvioimiseksi ilman liikuntalihasten työtä ennen ja jälkeen IMT:n. Potilaita pyydetään ylläpitämään kohdennettua minuuttiventilaatiokuviota, joka vastaa heidän hengitystiheyttä, hengityksen tilavuutta ja minuuttiventilaatiota levossa ja jatkuvan kuormituksen harjoitustestin viimeisen minuutin aikana (~75 % WRpeak). Kokeilijat opastavat potilaita suullisesti säätämään hengitystiheyttä ja -syvyyttä siten, että tavoiteventilaatio saavutetaan ja pysyy vakiona ±5 %:n sisällä. Isokapniaa ylläpidetään antamalla koehenkilöt hengittää Douglas-pussista, joka sisältää 5 % CO2, 21 % O2, tasapaino N2 ja joka yhdistetään kaksisuuntaiseen ei-hengitysventtiiliin (malli 2700, Hans Rudolph) letkun avulla.

Tehdään kuormitettuja hengitystestejä hengenahdistuksen voimakkuuden ja epämiellyttävyyden, hengityslihasten rekrytointimallien, hengitysponnistuksen ja hermohengitysvoiman arvioimiseksi. Potilaita pyydetään hengittämään kartiomaisen virtausresistiivinen kuormituslaitteen (TFRL) kautta (powerbreathe KH1) niin kauan kuin he voivat (3–7 minuuttia), vastus asetetaan 50 %:iin potilaiden PImax-arvosta. Sykettä, happisaturaatiota ja hengitysten määrää seurataan. Ennen testiä ja sen jälkeen Borgin hengenahdistus, sisäänhengitysponnistus ja epämukavuus kirjataan. Testi toistetaan 8 viikon IMT:n jälkeen samalla resistanssilla. Borgin hengenahdistus, sisäänhengitysponnistus ja epämiellyttävä olo kirjataan esiharjoittelun aikarajalla ja oirerajalla. Pisin harjoituksen jälkeinen aika voi olla jopa 15 minuuttia.

Hengityselimistön (eli kylkiluiden välistä, skaalausta ja vatsaa) ja liikuntaelimistön verenvirtausindeksiä (eli vastus lateralis) mitataan samanaikaisesti isokapnisen hyperpnea-kokeiden aikana sekä CWR-testin aikana (75 % huipputyönopeudesta) ennen ja jälkeen IMT:n aiemmin vakiintuneen menetelmän mukaisesti käyttämällä lähi-infrapunaspektroskopiaa (NIRS) ja indosyaniinivihreää (ICG). Hengitysteiden (eli kylkiluiden väliset, skaala, vatsa) ja liikelihasten (eli vastus lateralis) hapen toimitus lasketaan kertomalla verenvirtausindeksi valtimon happipitoisuudella, jälkimmäinen lasketaan ei-invasiivisesti pulssioksimetrialla. NIRS tallentaa jatkuvasti kokeen aikana hengityselinten (eli kylkiluiden väliset, skaalanit, vatsalihakset) ja liikuntaelimistön (eli vastus lateralis) happisaturaation (Stio2) - hapen saatavuuden indeksi, joka heijastaa hapen tarjonnan ja kysynnän välistä tasapainoa.

Noninvasiivista tekniikkaa hengitysaistimusten hermoprosessoinnin tutkimiseen käytetään hengenahdistuksen affektiivisen epämiellyttävän komponentin muutosten arvioimiseen standardoidun kuormitetun hengitystehtävän aikana. Elektroenkefalografiaa (EEG) käytetään hengitykseen liittyvien herätettyjen potentiaalien (RREP) mittaamiseen kuormitetun ja kuormittamattoman hengityksen aikana. EEG:stä tallennettu RREP on aivokuoren aktiivisuuden mittaus, joka saadaan aikaan keuhkojen ja lihasten mekanoreseptoreiden aktivoitumisesta lyhyiden sisäänhengitystukosten vuoksi. Potilaat käyttävät EEG-antureita [129-kanavainen järjestelmä, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] ja hengittävät hengityspiirin kautta, jossa on ei-hengitysventtiili suukappaleen kautta. Sisäänhengitys keskeytyy hetkeksi 150 millisekunniksi joka kahdesta kuuteen hengityksellä aktivoimalla okkluusioventtiili paineilmalla, mikä indusoi RREP:n. Potilaat arvioivat havaitsemansa hengenahdistuksen voimakkuuden ja epämiellyttävyyden sekä tukosten voimakkuuden Borgin asteikolla, kun taas sisäänhengityskuormitus ja tukos kohdistetaan hengitysventtiilin kautta. Tällä menetelmällä arvioidaan, liittyykö resistiivisen hengitystehtävän aiheuttamaan hengenahdistuksen tasoon vähemmän epämiellytyksiä ja korreloivatko nämä muutokset hengenahdistusaistimuksen keskeisessä käsittelyssä tapahtuvien muutosten kanssa.

Asentotasapainon arvioimiseksi painekeskuksen (CoP) siirtymä sisään arvioidaan raakavoimalevytiedoista käyttämällä yhtälöä: CoP = Mx/Fz (medio-lateral) ja CoP = My/Fz (etu-posterior). CoP mitataan pystyasennossa näön kanssa ja ilman, vakaalla ja epävakaalla (vaahtotyyny) tukipinnalla. Joissakin olosuhteissa paikallista lihasvärähtelyä nilkan ja/tai selän lihaksissa käytetään arvioimaan proprioseption roolia asennonhallinnassa. Lisäksi joissakin olosuhteissa toistuvaa ballistista käsivarren liikettä pyydetään arvioimaan sisäisen häiriön vaikutusta asentohallintaan. CoP-siirtymien neliökeskiarvoja käytetään asennon vakautta koskevien mittausten analysointiin ja keskiarvot lasketaan tärinäkokeille odotetun suuntavaikutuksen analysoimiseksi. Nilkkalihasten värähtelykokeen CoP-siirtymien suhde selkälihasten tärinäkokeeseen lasketaan proprioseptiivisen asennonhallintastrategian määrittämiseksi.

Otoskoko, joka on 16 osallistujaa interventioryhmässä ja 8 osallistujaa kontrolliryhmässä, vaaditaan yhden yksikön eron havaitsemiseksi hengenahdistuksen Borg-10 asteikolla, olettaen, että hengenahdistuspisteiden muutoksen SD on 1 yksikkö ennen ja jälkeen mittausten välillä (teho 80). %, merkitsevyystaso p<0,05). Nämä arviot perustuvat aiempaan tutkimukseen, joka koskee hengenahdistusta harjoituksen aikana. Siksi mukaan otetaan 24 kliinisesti stabiilia COPD-potilasta, joilla on sisäänhengityslihasten heikkoutta (PiMax < 70 % ennustettu tai < 60 cmH2O) ja hengenahdistusoireita (BDI < 7). Potilaat, jotka eivät voi suorittaa rasitustestejä, suljetaan pois.

Potilaat suorittavat päivittäisen harjoittelun, joka koostuu kahdesta 30 hengen hengityksen harjoituksesta (intensiteetti ~50 % PiMaxista; 4-5 minuuttia per harjoitus). Yksi istunto viikossa suoritetaan ohjattuna tutkimuskeskuksessa. IMT suoritetaan käyttämällä elektronista kartiomaista virtausvastusta (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, UK] 8 viikon ajan. PiMax mitataan joka viikko, jotta sopiva harjoitusintensiteetti nostetaan noin 50 prosenttiin PiMaxista sillä hetkellä. Huijausryhmä suorittaa IMT:n sisäänhengityskuormalla, jonka ei odoteta parantavan sisäänhengityslihasten toimintaa (intensiteetti < 10 % PiMaxin perustasosta; muuttumaton koko protokollan ajan).

Ensisijaisten ja toissijaisten tulosten eroja ryhmien välillä 8 viikon IMT:n jälkeen verrataan kovarianssianalyysissä (ANCOVA) mukauttamalla lähtötilanteen eroja.