Hengitysharjoitus hengenahdistusta vastaan ​​sydämen vajaatoimintapotilailla kemosensitiivisyyden parantamiseksi (Breathe-HF)

TAUSTA

Hengityksen tehottomuus, joka yleisimmin ilmaistaan ​​lisääntyneellä ventilaatiolla (V̇E) hiilidioksidin uloshengitykselle (V̇CO2) harjoituksen aikana, on maamerkki sydämen vajaatoimintapotilaille, joilla on sekä alentunut että säilynyt ejektiofraktio (HFrEF, HFpEF).[1] Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että korkeammat V̇E/V̇CO2-kaltevuuskulmat liittyvät huonompaan ennusteeseen.[2-4] V̇E/V̇CO2-kaltevuuden komponentit ovat valtimoiden CO2-osittaispaine (PaCO2), johon hyperventilaatio vaikuttaa, ja keuhkojen kuolleen tilan/hengityksen tilavuuden suhde (VD/VT), johon keuhkojen perfuusiohäiriöt vaikuttavat.[5] HFrEF-potilaiden ventilaation liioiteltu vaste voi johtua kemoreseptorien yliherkkyydestä CO2:lle[6] ja/tai HFrEF-potilailla yleisesti havaitusta sympaattisen hermoston yliaktiivisuudesta, joka perustuu lisääntyneeseen metaboreseptorien aktivaatioon ääreislihasten vasteessa lisääntyneeseen anaerobiseen aineenvaihduntaan. [7] Kroonisen sympaattisen hermoston yliaktiivisuuden on ehdotettu vähentävän luurankolihasten aerobista kapasiteettia kapillaarisoitumisen[8] ja punasolujen vähentymisen[9] perusteella, mikä johtaa lihassyytyypin siirtymiseen kohti alhaisempaa tyypin I kuitujen määrää.[10] Tästä johtuva anaerobinen lihasten aineenvaihdunta johtaa lisääntyneeseen lihasten väsymykseen[11] ja asidoosiin jo vähäisellä harjoittelulla, mikä laukaisee liioiteltuja vasteita ventilaatiossa.[12] Hyperventilaatio puolestaan ​​tunnetaan hyvin stimuloivan sympaattista hermostoa, joten sympaattisen hermoston noidankehä, joka aiheuttaa hyperventilaatiota ja hyperventilaatiota aktivoivan sympaattisen hermoston toimintaa, jatkuu.[13] Tämä viittaa siihen, että hyperventilaatio ei voi olla vain seuraus huonosta vasemman kammion (LV) toiminnasta, vaan se voi olla myös aiheuttaja.

Farmaseuttisten hoitojen ja elektrofysiologisten toimenpiteiden lisäksi liikuntahoidolla on havaittu olevan suotuisia vaikutuksia hemodynaamisiin ja ventilaatioparametreihin HFrEF-[14]- ja HFpEF-potilailla[15]. Harjoituksen päämekanismien uskotaan olevan perifeerisen resistenssin ja siten sydämen jälkikuormituksen väheneminen endoteelin toiminnan parantamisen, lisääntyneen kapillarisoitumisen, mikä johtaa luurankolihasten parempaan hapettumiseen ja aerobiseen aineenvaihduntaan.[16] Huolimatta harjoittelun suotuisista vaikutuksista sekä keskus- että kotioloissa [17, 18] HFrEF-potilaiden on todettu noudattavan fyysistä aktiivisuutta huonosti.[19] Yllättäen harvat tutkimukset ovat kohdentaneet ventilaatioon suoraan terapeuttisilla lähestymistavoilla. Vain kolmessa tutkimuksessa on arvioitu hitaan hengityksen harjoittelun vaikutuksia sydän- ja hengityselinten toimintaan.[20, 21] Näissä tutkimuksissa havaittiin parantunut fyysinen toiminta, alentunut veren- ja keuhkovaltimopaine, lisääntynyt ejektiofraktio (EF),[20, 22] parantunut ventilaation tehokkuus[20] ja vähentynyt uniapnea[22]. Lisäksi he havaitsivat parantuneen autonomisen hermoston säätelyn vähentämällä sympaattista halukkuutta ja lisäämällä vagaalista toimintaa.[23] Ei tiedetä, voiko hidas hengitys lisätä PaCO2:ta riittävästi muuttaakseen kemoreseptoreiden herkkyyttä tai asetusarvoa. Toisaalta apneaharjoittelun on havaittu johtavan suuriin muutoksiin kemoreseptorien sietämissä PaCO2-tasoissa levossa ja harjoituksen aikana.[24] 25] Tähän mennessä ei kuitenkaan ole julkaistu tutkimuksia, jotka olisivat käyttäneet apneaa hengitysharjoitteluun HF-potilailla. Edelleen aiemmissa tutkimuksissa ei ole tutkittu, johtuiko hitaan hengityksen vaikutus V̇E/V̇CO2-kaltevuuden parantamiseen PaCO2:n kroonisesta noususta tai ventilaatiokuolleen tilan vähenemisestä.

HYPOTEESI

Tutkijat olettavat, että 12 viikon harjoittelu, jossa on hidas nenähengitys, jota seuraa koulutukseen perustuva uloshengitysapnea, keskukseen perustuva esittely ja kotona suoritettava 15 minuutin vuorokausihengitysharjoittelu, vähentävät tehokkaasti liioiteltua hengitysvastetta harjoitteluun.

MENETELMÄT

Opintojen suunnittelu

Prospektiivinen satunnaistettu kontrolloitu tutkimus. Tukikelpoiset potilaat tunnistetaan heidän vuotuisessa tarkastuksessa Heart Failure Clinic ja Preventive Cardiology of the Inselspital Bernissä. Potilaat satunnaistetaan 1:1 (HFrEF/HFpEF ja sukupuolen mukaan) interventio- ja kontrolliryhmään. Interventioryhmän potilaat suorittavat hengitysharjoituksen normaalihoidon lisäksi ja kontrolliryhmän potilaat saavat normaalia hoitoa ja heille tarjotaan hengitysharjoitusta tutkimuksen päätyttyä. Tutkimussuunnitelma ja hengitysinterventio on kehitetty potilasryhmän suoralla panoksella (pilottitutkimuksesta).

Hengitysinterventio

Hengitysmallin modulaatioharjoittelu suoritetaan kotona 12 viikon ajan kahdesti päivässä 15 minuuttia per istunto ja se koostuu kolmesta osasta: 1) koulutus epänormaalista ventilaatiosta sydämen vajaatoiminnassa, ventilaation vaikutuksesta PaCO2:een ja autonomiseen hermostoon sekä kemoreseptorien herkkyyteen. ; 2) 1-3 ohjattua ja valvottua kasvotusten harjoittelua hitaan nenä-vatsahengityksen ja jaksoittaisen apnean tukemana Healer-liivillä (L.I.F.E., Milano, Italia) mittaamalla EKG (EKG) ja rintakehän retkiä xiphoid, rintakehä ja vatsa; 3) itsenäinen kotona suoritettava apneakoulutus, jota tuetaan monisteilla, videoilla ja viikoittaisilla puheluilla, joilla seurataan edistymistä ja hoitoon sitoutumista, vastataan kysymyksiin ja rohkaistaan ​​etenemään hengityskatkoksen keston avulla.

Mitat

Mittaukset tehdään käynnillä 1 ennen ja käynnillä 2 interventiojakson lopussa.

Kardiopulmonaalinen rasitustesti (CPET)

CPET:t suoritetaan sykliergometrillä American Heart Associationin suositusten mukaisesti.[38] Ramppitestit suoritetaan aiemmin kuvatulla tavalla.[31] O2:n kulutusta ja hiilidioksidin tuotantoa mitataan jatkuvasti avoimessa spirometrisessa järjestelmässä (Quark, Cosmed, Rooma, Italia) ja rekisteröidään keskiarvoina 8 hengityksen aikana. Joka 2. minuutti potilailta kysytään heidän käsityksestään hengenahdistusta modifioidulla Borgin asteikolla. V̇E/V̇CO2 kaltevuus levosta ventilaatiokynnykseen 2 (VT2), huippu V̇O2 ja V̇O2 kohdassa VT1 määritetään edellä kuvatulla tavalla.[31]

Verianalyysit

Verinäytteet otetaan kyynärpäälaskimosta hemoglobiinin ja NT-proBNP:n analysointia varten. Valtimoveri uutetaan korvalehdestä levossa ja huippukunnossa PaCO2:n, hapen (PaO2), bikarbonaatin ja pH:n analysoimiseksi.

Kemoreseptoreiden herkkyys

Kemoreseptoreiden herkkyys mitataan uudelleenhengitysprotokollalla.[39] Koehenkilöt lepäävät selällään ja hengittävät avoimen spirometrisen järjestelmän (Innocor, Cosmed, Rooma, Italia) suukappaleen kautta. Kun 3-tieventtiili on auki huoneilmalle, testi alkaa 2–5 minuutin hyperventilaatiolla, jolloin hengityksen loppuosan CO2-paine (PETCO2) laskee. Hyperventiloinnin jälkeen kohde hengittää mukavasti, kun taas 3-tieventtiili kytketään uudelleenhengityspussiin. PCO2 tasapainotetaan pussissa, keuhkoissa ja valtimoveressä sekoitettuun laskimovereen ottamalla kolme syvää henkeä. Seuraavien minuuttien aikana PETCO2:n annetaan nousta, kun taas PETO2 puristetaan 150 mmHg:iin hyperoksisen testauksen aikana ja 50 mmHg:n paineeseen toisen hypoksisen testiajon aikana syöttämällä 100 % O2:ta piiriin uudelleenhengityspussin portin kautta. Keski- ja perifeeriset kemorefleksivasteet CO2:lle arvioidaan hyperoksisen ja hypoksisen ventilaatiovasteen välisen eron perusteella.[40, 41]

Potilas raportoi tulokset

Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) täytetään vierailujen 1 ja 2 aikana elämänlaadun ja hengenahdistuksen arvioimiseksi. Vierailun 2 aikana potilaan kanssa tehdään jäsennelty haastattelu, jossa arvioidaan hengitysharjoittelun toteutettavuutta ja esteitä. Harjoittelun noudattamista seurataan potilaiden suullisen tiedon perusteella viikoittaisissa puheluissa.

Sykevaihtelu (HRV) ja hengitystaajuus (BF)

HRV mitataan 24 tunnin EKG:stä, joka on tallennettu Healer-liivillä (L.I.F.E., Milano, Italia) ja analysoidaan segmentistä syvän unen aikana, kuten tutkijaryhmä on aiemmin kuvannut.[42] Matalataajuinen teho (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), suurtaajuusteho (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz) ja LF/HF analysoidaan [43]. BF mitataan Healer vestin venymämittarilla.

TULOKSET

Ensisijainen tulos on V̇E/V̇CO2-kaltevuus, jonka ANCOVA analysoi toistuvilla mittauksilla, jotka on korjattu perusarvojen sekä EF:n ja sukupuolen mukaan.

Toissijaisia ​​tuloksia ovat V̇E/V̇CO2-suhteen pohja, hengitysmalli, VD/VT, huippu V̇O2, V̇O2 VT1:ssä, lepo-PETCO2, ääreis- ja keskuskemoreseptorin herkkyys, valtimoveren kaasut, NT-proBNP, syke, HRV, kammion ennenaikainen lyönnit 24 tunnin EKG:stä, KCCQ:sta, toteutettavuudesta ja sitoutumisesta.

VIITTEET

1. Agostoni P, Guazzi M. Hengitystoiminnan tehottomuus sydämen vajaatoiminnassa: joitain tuoreita uutisia sydämen vajaatoiminnan tiekarttaan säilyttäen ejektiofraktion fenotyypityksen. Euroopan sydämen vajaatoiminnan lehti 2017; 19(12): 1686-9.
2. Ponikowski P, Francis DP, Piepoli MF, et ai. Tehostettu hengitysvaste harjoitteluun potilailla, joilla on krooninen sydämen vajaatoiminta ja säilynyt rasitustoleranssi: poikkeavan sydän- ja hengityselinten refleksien hallinnan merkki ja huonon ennusteen ennustaja. levikki 2001; 103(7): 967-72.
3. Myers J, Arena R, Oliveira RB, et ai. Alhaisin VE/VCO2-suhde harjoituksen aikana tulosten ennustajana potilailla, joilla on sydämen vajaatoiminta. Journal of sydämen vajaatoiminta 2009; 15(9): 756-62.
4. Nadruz W, Jr., West E, Sengelov M, et ai. Sydämen vajaatoiminnan ennustearvo sydän- ja keuhkoharjoitustestissä, jossa ejektiofraktio on alentunut, keskialue ja säilynyt. American Heart Associationin lehti 2017; 6(11).
5. Johnson RL, Jr. Kaasunvaihdon tehokkuus kongestiivisessa sydämen vajaatoiminnassa. levikki 2000; 101(24): 2774-6.
6. Chua TP, Clark AL, Amadi AA, et ai. Kemosensitiivisyyden ja hengitysvasteen välinen suhde harjoitukseen kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa. Journal of the American College of Cardiology 1996; 27(3): 650-7.
7. Scott AC, Davies LC, Coats AJ, et ai. Ylä- ja alaraajojen luustolihasten metaborseptoreiden suhde hengityssuojaan potilailla, joilla on sydämen vajaatoiminta. Kliininen tiede (Lontoo, Englanti: 1979) 2002; 102(1): 23-30.
8. Duscha BD, Kraus WE, Keteyian SJ, et ai. Luustolihasten kapillaaritiheys: myötävaikuttava mekanismi liikunta-intoleranssiin luokan II-III kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa riippumatta muista perifeerisistä muutoksista. Journal of the American College of Cardiology 1999; 33(7): 1956-63.
9. Hirai DM, Musch TI, Poole DC. Harjoitusharjoittelu kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa: parantaa luustolihasten O2-kuljetusta ja käyttöä. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015; 309(9): H1419-39.
10. Sullivan MJ, Duscha BD, Klitgaard H, et ai. Myosiinin raskaan ketjun muuttunut ilmentyminen ihmisen luustolihaksessa kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa. Med Sci Sports Exerc 1997; 29(7): 860-6.
11. Schulze PC, Linke A, Schoene N, et ai. Funktionaaliset ja morfologiset luustolihasten poikkeavuudet korreloivat alentuneen elektromyografisen aktiivisuuden kanssa kroonisessa sydämen vajaatoiminnassa. Eur J Cardiovasc Edellinen Rehabil 2004; 11(2): 155-61.
12. Piepoli M, Clark AL, Volterrani M, et ai. Lihasafferenttien vaikutus hemodynaamisiin, autonomisiin ja ventilaatiovasteisiin harjoittelussa potilailla, joilla on krooninen sydämen vajaatoiminta: fyysisen harjoittelun vaikutukset. levikki 1996; 93(5): 940-52.
13. Takit AJ, Clark AL, Piepoli M, et ai. Sydämen vajaatoiminnan oireet ja elämänlaatu: lihashypoteesi. Br Heart J 1994; 72(2 Suppl): S36-9.
14. Tucker WJ, Lijauco CC, Hearon CM, Jr., et ai. Huippu-VO(2) -parantumismekanismit harjoittelun yhteydessä sydämen vajaatoiminnassa, jossa ejektiofraktio on vähentynyt tai säilynyt. Heart Lung Circle 2018; 27(1): 9-21.
15. Fu TC, Yang NI, Wang CH, et ai. Aerobinen intervalliharjoittelu saa aikaan erilaisia ​​​​hemodynaamisia mukautuksia sydämen vajaatoimintapotilaiden välillä, joilla on säilynyt ja alentunut ejektiofraktio. Am J Phys Med Rehabil 2016; 95(1): 15-27.
16. Hambrecht R, Niebauer J, Fiehn E, et ai. Fyysinen harjoittelu potilailla, joilla on stabiili krooninen sydämen vajaatoiminta: vaikutukset kardiorespiratoriseen kuntoon ja jalkalihasten ultrarakenteisiin poikkeavuksiin. Journal of the American College of Cardiology 1995; 25(6): 1239-49.
17. Ruku DM, Tran Thi TH, Chen HM. Keskus- tai kotipohjaisen vastusharjoittelun vaikutus lihasvoimaan ja VO(2)-huippuun potilailla, joilla on HFrEF: Systemaattinen katsaus ja meta-analyysi. Enferm Clin (englanniksi toim.) 2021.
18. Long L, Mordi IR, Bridges C, et ai. Harjoituspohjainen sydänkuntoutus aikuisille, joilla on sydämen vajaatoiminta. Cochrane Database Syst Rev 2019; 1(1): Cd003331.
19. Cooper LB, Mentz RJ, Sun JL, et ai. Psykososiaaliset tekijät, harjoitusten sitoutuminen ja tulokset sydämen vajaatoiminnasta kärsivillä potilailla: Sydämen vajaatoiminnan näkemyksiä: Kontrolloitu kokeilu harjoittelun tulosten tutkimiseksi (HF-ACTION). Verenkierto Sydämen vajaatoiminta 2015; 8(6): 1044-51.
20. Parati G, Malfatto G, Boarin S, et ai. Laiteohjattu tahdistettu hengitys kotiympäristössä: vaikutukset kuntoilukykyyn, keuhkojen ja kammioiden toimintaan potilailla, joilla on krooninen sydämen vajaatoiminta: pilottitutkimus. Verenkierto Sydämen vajaatoiminta 2008; 1(3): 178-83.
21. Lachowska K, Bellwon J, Narkiewicz K, et ai. Laiteohjatun hitaan hengityksen pitkäaikaisvaikutukset vakaan sydämen vajaatoiminnan potilailla, joilla on alentunut ejektiofraktio. Kardiologian kliininen tutkimus: Saksan sydänyhdistyksen virallinen lehti 2019; 108(1): 48-60.
22. Kawecka-Jaszcz K, Bilo G, Drożdż T et ai. Laiteohjatun hitaan hengitysharjoittelun vaikutukset harjoituskapasiteettiin, sydämen toimintaan ja hengitystottumuksiin unen aikana mies- ja naispotilailla, joilla on krooninen sydämen vajaatoiminta. Pol Arch Intern Med 2017; 127(1): 8-15.
23. Lachowska K, Bellwon J, Moryś J, et ai. Hidas hengitys parantaa kardiovaskulaarista reaktiivisuutta henkiseen stressiin ja terveyteen liittyvää elämänlaatua sydämen vajaatoimintapotilailla, joiden ejektiofraktio on alentunut. Kardiologian lehti 2020; 27(6): 772-9.
24. Roecker K, Metzger J, Scholz T, et ai. Muutetut hengitysvasteen ominaisuudet harjoitteluun hengitystä pidättäneillä sukeltajilla. Kansainvälinen urheilufysiologian ja suorituskyvyn lehti 2014; 9(5): 757-65.

31. Marcin T, Trachsel LD, Dysli M, et ai. Itseräätälöidyn korkean intensiteetin intervalliharjoittelun ja kohtalaisen intensiivisen jatkuvan harjoituksen vaikutus sydän- ja hengityselimistön kuntoon sydäninfarktin jälkeen: satunnaistettu kontrolloitu tutkimus. Ann Phys Rehabil Med 2021: 101490.

38. Fletcher GF, Ades PA, Kligfield P, et ai. Testauksen ja harjoittelun harjoitusstandardit: American Heart Associationin tieteellinen lausunto. levikki 2013; 128(8): 873-934.

39. Duffin J. Hengityselinten kemorefleksien mittaaminen ihmisillä. Respir Physiol Neurobiol 2011; 177(2): 71-9.

40. Duffin J, Mohan RM, Vasiliou P, et ai. Malli ihmisen hengityksen kemorefleksiohjauksesta: malliparametrien mittaus. Respir Physiol 2000; 120(1): 13-26.

41. Guyenet PG. Hengityksen ja autonomisen ulosvirtauksen säätely kemoreseptoreiden toimesta. Compr Physiol 2014; 4(4): 1511-62.

42. Herzig D, Eser P, Omlin X, et ai. Sykevaihteluiden toistettavuus riippuu parametreista ja univaiheesta. Fysiologian rajat 2017; 8: 1100.

43. Sykevaihtelu. Mittausstandardit, fysiologinen tulkinta ja kliininen käyttö. European Society of Cardiology ja North American Society of Pacing and Electrophysiology Task Force. European heart Journal 1996; 17(3): 354-81.