A légzőizom edzésének hatása a légszomjra (dyspnoe) és a testtartás szabályozására COPD-s betegeknél

Ennek a klinikai vizsgálatnak a célja a nehézlégzés enyhülésének és a testtartás szabályozásának javulásának mechanizmusa a belégzési izom edzés (IMT) után COPD-s betegeknél.

Kitartási ciklus-terhelési tesztet (Constant Work rate (CWR) teszt) használnak a nehézlégzés intenzitásának és kellemetlenségeinek értékelésére hasonló légzési erőfeszítések mellett, a ciklus-ergométeren végzett, összehasonlítható munkaarányok mellett, az IMT előtt és után. A betegek CWR-tesztet a maximális inkrementális kardiopulmonális terhelési teszt (CPET) során elért csúcsmunkaarány 75%-ával végeznek. A CWR kerékpározási tesztek előtt, alatt és után a betegek egy módosított 10 pontos Borg-skála segítségével értékelik nehézlégzésük intenzitását, dyspnoe kellemetlenségeit, légzéssel összefüggő szorongásaikat és lábbeli kellemetlenségeiket. A betegeket felkérik, hogy jelentsék a nehézlégzés kvalitatív jellemzőit a CWR kerékpáros teszt végén. A CWR teszt maximális időtartamát rögzíti, és a percnyi lélegeztetés szintjét folyamatosan regisztrálja az edzési protokoll alatt. Ezzel az állóképességi gyakorlati teszttel a kutatók képesek lesznek felmérni a nehézlégzés kezdetének változásait (intenzitása és kellemetlensége), valamint az állóképességi gyakorlatok teljesítményét az IMT előtt és után.

Felületi elektromiográfiát (EMG) és egy többpáros nyelőcsőelektródos katéter rendszert használnak a CWR gyakorlatok során a légzőizom toborzás, a légzési erőfeszítés és a különböző légzőizmok idegi hajtóerejének értékelésére. A katétert behelyezik a Pes (nyelőcső nyomás), a Pgas (gyomornyomás) és az EMGdi (a rekeszizom elektromiogramja) folyamatos rögzítésére. A PesMax (maximális nyelőcsőnyomás), a PgasMax (maximális gyomornyomás) és a PdiMax (maximális transzdiafragmatikus nyomás) a maximális szippantásos és köhögési manőverek során érhető el. Transzkután felszíni elektromiográfiás (sEMG) technikákat alkalmaznak a pikkelyes, sternocleidomastoideus és parasternalis bordaközi izmokon, hogy regisztrálják ezeknek a légzőizmoknak a neurális hajtását. Ezekkel a mérésekkel a kutatók képesek lesznek felmérni, hogy az IMT után van-e változás a légzőizom toborzási mintáiban és a légzői neurális hajtásban a különböző légzőizmokban.

Edzés közben a „Légzőizom Metaboreflex” a végtag mozgási izomzatának szimpatikusan közvetített érszűkületéhez vezet, az aktív végtag izomzatának kevesebb vér- és oxigénellátása, mozgásszervi izomfáradtság lép fel. A combideg mágneses stimulációja által kiváltott négyfejű izomrángási erőket értékeljük a mozgásszervi izmok fáradtságának mérésére azonos edzési időpontokban a CWR teszt során a beavatkozás előtt és után. Ezzel a technikával a kutatók képesek lesznek felmérni, hogy a mozgásszervi izomfáradtság megjelenése késik-e az IMT után.

Izokapnikus hiperpnoe vizsgálatot végeznek a légzőizom perfúzió, a nehézlégzés intenzitásának és kellemetlenségeinek, a légzőizom-felvételi mintázatnak, a légzési erőfeszítésnek és az idegi légzési késztetésnek a mozgásszervi izomzat munkája nélkül történő értékelésére az IMT előtt és után. A betegeket arra kérik, hogy tartsanak fenn egy célzott percenkénti lélegeztetési mintát, amely megegyezik a légzési gyakoriságukkal, a légzési térfogatukkal és a percnyi lélegeztetésükkel, amelyeket nyugalomban és az állandó terheléses gyakorlati teszt utolsó percében (~75% WRpeak) rögzítettek. A kísérletezők szóbeli útmutatást adnak a betegeknek a légzés sebességének és mélységének beállításához, hogy a céllélegeztetést elérjék és ±5%-on belül állandóan tartsák. Az isokapniát úgy lehet fenntartani, hogy az alanyok egy 5% CO2-t, 21% O2-t és egyenleg N2-t tartalmazó Douglas zacskóból inspirálnak, amelyet egy csővel egy kétirányú, nem újralélegeztető szelephez (2700-as modell, Hans Rudolph) csatlakoztatnak.

Terhelt légzési teszteket végeznek a dyspnoe intenzitásának és kellemetlenségeinek, a légzőizom-felvételi mintáknak, a légzési erőfeszítésnek és az idegi légzési késztetésnek a felmérésére. A betegeket arra kérik, hogy lélegezzenek kúpos áramlásellenálló terhelésű (TFRL) eszközön (powerbreathe KH1) keresztül, ameddig csak tudnak (3-7 perc), az ellenállást a betegek PImax értékének 50%-ára kell beállítani. A pulzusszámot, az oxigéntelítettséget és a légzésszámot figyelik. A vizsgálat előtt és után a Borg dyspnoét, a belégzési erőfeszítést és a kellemetlenségeket rögzítjük. A tesztet 8 hét IMT után megismétlik, ugyanazzal az ellenállással. A Borg dyspnoét, a belégzési erőfeszítést és a kellemetlenségeket az edzés előtti időhatáron és a tünetek határán rögzítjük. Az edzés utáni leghosszabb idő akár 15 perc is lehet.

A légzőszervi (azaz bordaközi, scalena és hasi) és mozgási izom véráramlási indexét (azaz vastus lateralis) egyidejűleg mérik az izokapniás hyperpnoe vizsgálatok során, valamint a CWR teszt során (a csúcsmunkaarány 75%-ánál) az IMT előtt és után. a közeli infravörös spektroszkópia (NIRS) és az indocianin green (ICG) alkalmazásával korábban kialakított módszer szerint. A légúti (azaz bordaközi, scalene, hasi) és mozgási izomzat (azaz vastus lateralis) oxigénszállítását úgy számítjuk ki, hogy a véráramlási indexet megszorozzuk az artériás oxigéntartalommal, ez utóbbit non-invazív módon pulzoximetriával számítjuk ki. A NIRS a vizsgálat során folyamatosan rögzíti a légúti (azaz bordaközi, scalene, hasi) és mozgási izmok (azaz vastus lateralis) oxigéntelítettségét (Stio2) – az oxigénellátottság indexét, amely tükrözi az oxigénellátás és -igény egyensúlyát.

A légúti érzetek neurális feldolgozásának tanulmányozására szolgáló noninvazív technikát alkalmaznak a nehézlégzés affektív kellemetlenség komponensében bekövetkezett változások értékelésére egy szabványos terhelt légzési feladat során. Az elektroencefalográfiát (EEG) fogják használni a légzéssel kapcsolatos kiváltott potenciálok (RREP) mérésére a terhelt és tehermentes légzés során. Az EEG-ből rögzített RREP az agykérgi aktivitás mérése, amelyet a tüdő és az izom mechanoreceptorainak aktiválása vált ki a rövid belégzési elzáródások miatt. A betegek EEG-érzékelőket [129 csatornás rendszer, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] viselnek, és egy nem-visszalélegző szeleppel ellátott légzőkörön keresztül lélegeznek egy szájrészen keresztül. A belégzést két-hat lélegzetvételenként 150 ezredmásodpercre rövid időre megszakítja az elzárószelep túlnyomásos levegővel történő aktiválása, amely az RREP-et indukálja. A betegek a légszomj észlelt intenzitását és kellemetlenségét, valamint az elzáródás intenzitását a Borg-skálán értékelik, miközben a belégzési terhelést és az elzáródást egy légzőszelepen keresztül alkalmazzák. Ezt a módszert annak felmérésére fogják használni, hogy a rezisztív légzési feladat által kiváltott nehézlégzés kevesebb kellemetlenséggel jár-e, és hogy ezek a változások összefüggésben állnak-e a nehézlégzés-érzés központi feldolgozásában bekövetkezett változásokkal.

A testtartási egyensúly értékeléséhez a nyomásközéppont elmozdulását (CoP) a nyers erőlemez adatok alapján becsüljük meg a következő egyenlet segítségével: CoP = Mx/Fz (medio-laterális) és CoP=My/Fz (elülső-hátul). A CoP mérése függőlegesen, látással és anélkül, stabil és instabil (habpárna) támasztófelületen történik. Bizonyos körülmények között helyi izomvibrációt alkalmaznak a boka- és/vagy hátizmokon, hogy értékeljék a propriocepció szerepét a testtartás szabályozásában. Ezenkívül bizonyos körülmények között ismétlődő ballisztikus karmozgást kell kérni, hogy értékeljék a belső perturbáció hatását a testtartás szabályozására. A CoP elmozdulások négyzetgyökértékeit használjuk a testtartási stabilitási mérőszámok elemzéséhez, az átlagértékeket pedig a vibrációs vizsgálatokhoz a várható irányhatás elemzéséhez. A proprioceptív testtartás-szabályozási stratégia meghatározásához kiszámítjuk a bokaizmok rezgéspróbája CoP elmozdulásának arányát a hátizmok vibrációs vizsgálatához képest.

A dyspnoe Borg-10 skála egy egységnyi különbségének kimutatásához az intervenciós csoportban 16 fős, a kontrollcsoportban 8 fős minta szükséges, feltételezve, hogy a dyspnoe pontszám változása 1 egységnyi eltérést mutat a mérés előtti és utáni mérések között (teljesítmény 80). %, szignifikanciaszint p<0,05). Ezek a becslések az edzés közbeni nehézlégzéssel kapcsolatos korábbi munkákon alapulnak. Ezért 24 klinikailag stabil COPD-s beteget vonunk be, akik belégzési izomgyengeséggel (PiMax <70% előre jelzett vagy <60 cmH2O) és nehézlégzési tünetekkel (BDI<7) szenvednek. Azok a betegek, akik nem tudnak terheléses vizsgálatot végezni, kizárásra kerülnek.

A betegek napi edzést végeznek, amely két, 30 légzésből álló edzésből áll (intenzitása a PiMax ~50%-a; 4-5 perc edzésenként). Hetente egy ülést felügyelt a kutatóközpontban. Az IMT-t elektronikus kúpos áramlási ellenállás-terhelésű (TFRL) eszközzel [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, Egyesült Királyság] végezzük 8 héten keresztül. A PiMax-ot hetente megmérik, hogy a megfelelő edzésintenzitást az akkori PiMax körülbelül 50%-ára növeljék. Az ál-csoport olyan belégzési terhelés mellett hajtja végre az IMT-t, amely várhatóan nem javítja a belégzési izomműködést (intenzitás <10%-a a kiindulási PiMax értéknek; változatlan a protokoll során).

Az elsődleges és másodlagos kimenetelek közötti különbségeket a csoportok között 8 hetes IMT után a kovarianciaanalízisben (ANCOVA) hasonlítják össze az alapvonalbeli különbségekhez igazítva.