Effetti dell'allenamento dei muscoli inspiratori sulla mancanza di respiro (dispnea) e sul controllo posturale nei pazienti con BPCO

Lo scopo di questo studio clinico è chiarire i meccanismi di sollievo dalla dispnea e miglioramenti nel controllo posturale dopo l'allenamento dei muscoli inspiratori (IMT) nei pazienti con BPCO.

Verrà utilizzato un test di esercizio del ciclo di resistenza (test a frequenza di lavoro costante (CWR)) per valutare l'intensità e la spiacevolezza della dispnea a sforzi respiratori comparabili, a ritmi di lavoro comparabili sul cicloergometro, prima e dopo l'IMT. I pazienti eseguiranno un test CWR al 75% del tasso di lavoro di picco raggiunto durante un test da sforzo cardiopolmonare incrementale massimo (CPET). Prima, durante e dopo i test di ciclismo CWR i pazienti valuteranno l'intensità della dispnea, la spiacevolezza della dispnea, l'ansia correlata alla respirazione e il disagio alle gambe utilizzando una scala Borg modificata a 10 punti. Ai pazienti verrà chiesto di riportare descrittori qualitativi della dispnea alla fine del test di ciclismo CWR. Verrà registrata la durata massima del test CWR e i livelli di ventilazione minuto verranno registrati continuamente durante il protocollo di esercizio. Con questo test di esercizio di resistenza gli investigatori saranno in grado di valutare i cambiamenti nell'insorgenza della dispnea (intensità e spiacevolezza) e le prestazioni nell'esercizio di resistenza prima e dopo l'IMT.

L'elettromiografia di superficie (EMG) e un sistema di cateteri con elettrodi esofagei multicoppia saranno utilizzati durante l'esercizio CWR per valutare il reclutamento dei muscoli respiratori, lo sforzo respiratorio e il drive neurale ai diversi muscoli respiratori. Il catetere verrà inserito per registrare continuamente Pes (pressione esofagea), Pgas (pressione gastrica) ed EMGdi (elettromiogramma del muscolo diaframma). PesMax (massima pressione esofagea), PgasMax (massima pressione gastrica) e PdiMax (massima pressione transdiaframmatica) saranno ottenuti durante le manovre di massima sniffata e tosse. Le tecniche di elettromiografia di superficie transcutanea (sEMG) saranno applicate ai muscoli scaleno, sternocleidomastoideo e intercostale parasternale per registrare il drive neurale a questi muscoli respiratori. Con queste misurazioni, i ricercatori saranno in grado di valutare se ci sono cambiamenti nei modelli di reclutamento dei muscoli respiratori e nella guida neurale respiratoria ai diversi muscoli respiratori dopo l'IMT.

Durante l'esercizio 'Respiratory Muscle Metaboreflex' porterà a vasocostrizione simpaticamente mediata del muscolo locomotore degli arti, minore apporto di sangue e ossigeno ai muscoli degli arti attivi lì a causa dell'affaticamento dei muscoli locomotori. Verranno valutate le forze di contrazione del quadricipite evocate dalla stimolazione magnetica del nervo femorale per misurare l'affaticamento del muscolo locomotore in momenti di esercizio identici durante il test CWR prima e dopo l'intervento. Con questa tecnica, gli investigatori saranno in grado di valutare se l'insorgenza dell'affaticamento muscolare locomotore è ritardata dopo l'IMT.

Verrà eseguito un test di iperpnea isocapnica per valutare la perfusione dei muscoli respiratori, l'intensità e la spiacevolezza della dispnea, il modello di reclutamento dei muscoli respiratori, lo sforzo respiratorio e il drive respiratorio neurale senza il lavoro del muscolo locomotore prima e dopo l'IMT. Ai pazienti verrà chiesto di mantenere uno schema di ventilazione minuto mirato pari alla frequenza respiratoria, al volume corrente e alla ventilazione minuto registrati a riposo e durante l'ultimo minuto del test da sforzo a carico costante (a ~ 75% WRpeak). Gli sperimentatori forniranno una guida verbale ai pazienti per regolare la frequenza e la profondità della loro respirazione in modo tale che la ventilazione target venga ottenuta e mantenuta costante entro ± 5%. L'isocapnia sarà mantenuta facendo inspirare i soggetti da una sacca di Douglas contenente il 5% di CO2, il 21% di O2, l'equilibrio di N2 che sarà collegata a una valvola a due vie non-rebreathing (modello 2700, Hans Rudolph) da un pezzo di tubo.

Verranno eseguiti test di respirazione a carico per valutare l'intensità e la spiacevolezza della dispnea, i modelli di reclutamento dei muscoli respiratori, lo sforzo respiratorio e il drive respiratorio neurale. Ai pazienti verrà chiesto di respirare attraverso un dispositivo di carico resistivo a flusso affusolato (TFRL) (powerbreathe KH1) il più a lungo possibile (3-7 minuti), la resistenza sarà impostata al 50% del PImax dei pazienti. Verranno monitorati la frequenza cardiaca, la saturazione di ossigeno e il numero di respiri. Prima e dopo il test verranno registrati dispnea Borg, sforzo inspiratorio e spiacevolezza. Il test sarà ripetuto dopo 8 settimane di IMT, alla stessa resistenza. La dispnea di Borg, lo sforzo inspiratorio e la spiacevolezza saranno registrati al limite di tempo del pre-allenamento e al limite dei sintomi. Il tempo più lungo per il post allenamento può essere fino a 15 minuti.

L'indice di flusso sanguigno dei muscoli respiratori (cioè intercostali, scaleni e addominali) e locomotori (cioè vastus lateralis) sarà misurato simultaneamente durante le prove di iperpnea isocapnica e durante il test CWR (al 75% del picco di lavoro) prima e dopo l'IMT secondo un metodo precedentemente stabilito utilizzando la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) e il verde indocianina (ICG). L'erogazione di ossigeno del muscolo respiratorio (cioè intercostale, scaleno, addominale) e locomotore (cioè vasto laterale) sarà calcolata moltiplicando l'indice di flusso sanguigno per il contenuto di ossigeno arterioso, quest'ultimo sarà calcolato in modo non invasivo mediante pulsossimetria. La saturazione di ossigeno dei muscoli respiratori (cioè intercostali, scaleni, addominali) e locomotori (cioè vastus lateralis) (Stio2) - un indice di disponibilità di ossigeno che riflette l'equilibrio tra l'offerta e la domanda di ossigeno -, sarà registrata continuamente durante la prova da NIRS.

Verrà utilizzata una tecnica non invasiva per studiare l'elaborazione neurale delle sensazioni respiratorie per valutare i cambiamenti nella componente di sgradevolezza affettiva della dispnea durante un compito di respirazione a carico standardizzato. L'elettroencefalografia (EEG) verrà utilizzata per misurare i potenziali evocati correlati alla respirazione (RREP) durante la respirazione sotto carico e senza carico. Il RREP registrato dall'EEG è una misura dell'attività corticale cerebrale, che è suscitata dall'attivazione dei meccanorecettori polmonari e muscolari a causa di brevi occlusioni inspiratorie. I pazienti indosseranno sensori EEG [sistema a 129 canali, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] e respireranno attraverso un circuito respiratorio con una valvola di non respirazione tramite un boccaglio. L'ispirazione verrà interrotta brevemente per 150 millisecondi ogni 2-6 respiri mediante l'attivazione della valvola di occlusione con aria pressurizzata, che induce la RREP. I pazienti valuteranno l'intensità percepita e la spiacevolezza della dispnea e l'intensità dell'occlusione su una scala Borg mentre il carico inspiratorio e l'occlusione verranno applicati tramite una valvola respiratoria. Questo metodo verrà utilizzato per valutare se c'è meno spiacevolezza associata a un livello di dispnea provocato da un compito di respirazione resistiva e se questi cambiamenti sono correlati con cambiamenti nell'elaborazione centrale della sensazione di dispnea.

Per valutare l'equilibrio posturale, lo spostamento del centro di pressione (CoP) in sarà stimato dai dati grezzi della piastra di forza utilizzando l'equazione: CoP = Mx/Fz (medio-laterale) e CoP=My/Fz (anteriore-posteriore). Il CoP sarà misurato durante la posizione eretta con e senza visione, su una superficie di supporto stabile e instabile (cuscinetto in schiuma). In alcune condizioni, verranno applicate vibrazioni muscolari locali sulla caviglia e/o sui muscoli dorsali per valutare il ruolo della propriocezione nel controllo posturale. Inoltre, in alcune condizioni verrà richiesto un movimento balistico ripetitivo del braccio per valutare l'effetto di una perturbazione interna sul controllo posturale. I valori quadratici medi degli spostamenti del CoP saranno utilizzati per l'analisi delle misure di stabilità posturale ei valori medi saranno calcolati per le prove di vibrazione per analizzare l'effetto direzionale atteso. Verrà calcolato un rapporto tra gli spostamenti CoP della prova di vibrazione dei muscoli della caviglia rispetto alla prova di vibrazione dei muscoli della schiena per determinare la strategia di controllo posturale propriocettivo.

È necessaria una dimensione del campione di 16 partecipanti per il gruppo di intervento e 8 per il gruppo di controllo per rilevare una differenza di un'unità nella scala Borg-10 della dispnea, assumendo una deviazione standard di 1 unità nella variazione del punteggio della dispnea tra le misurazioni pre e post (potenza 80 %, livello di significatività p<0,05). Queste stime si basano su precedenti lavori sulla dispnea durante l'esercizio. Saranno quindi inclusi 24 pazienti con BPCO clinicamente stabile con debolezza dei muscoli inspiratori (PiMax<70% del predetto o <60cmH2O) e sintomi di dispnea (BDI<7). Saranno esclusi i pazienti che non sono in grado di eseguire il test da sforzo.

I pazienti eseguiranno un allenamento quotidiano composto da due sessioni di allenamento di 30 respiri (intensità ~ 50% di PiMax; 4-5 minuti per sessione). Una sessione a settimana verrà eseguita supervisionata presso il centro di ricerca. L'IMT verrà eseguito utilizzando un dispositivo di carico resistivo a flusso conico elettronico (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, Regno Unito] per 8 settimane. Il PiMax verrà misurato ogni settimana per aumentare l'intensità di allenamento appropriata a circa il 50% del PiMax in quel momento. Il gruppo sham eseguirà l'IMT a un carico inspiratorio che non dovrebbe migliorare la funzione dei muscoli inspiratori (intensità <10% del PiMax basale; invariato per tutto il protocollo).

Le differenze negli esiti primari e secondari tra i gruppi dopo 8 settimane di IMT saranno confrontate aggiustando per le differenze basali in un'analisi della covarianza (ANCOVA).