Confronto tra stimolazione magnetica ripetitiva ed esercizio sulla funzione del quadricipite nella BPCO

C'è stato un notevole interesse nel trovare metodi per migliorare la funzione del quadricipite nella BPCO, dal momento che la disfunzione del quadricipite è associata a ridotta capacità di esercizio5 e sopravvivenza nei pazienti16, indipendentemente dalla funzione polmonare. I corsi di riabilitazione polmonare (PR) comprendenti esercizio fisico ed educazione possono aumentare gli enzimi ossidativi, la forza e la resistenza del quadricipite nei pazienti con BPCO17 e migliorare la capacità di deambulazione anche per un periodo di 8 settimane12, 18. Tuttavia, PR non è una soluzione completa: non tutte le regioni del Regno Unito offrono PR, PR ha in media solo un tasso di assorbimento del 50% da parte dei pazienti e il tasso di abbandono è del 30%. Inoltre, una percentuale significativa di pazienti (circa il 30%) non aumenta la propria capacità di esercizio a causa del PR19, forse perché la dispnea limita l'allenamento che completano o perché la loro forza muscolare periferica è normale19. Pertanto, c'è interesse per trattamenti alternativi o aggiunte all'esercizio, in particolare in termini di trattamenti muscolari localizzati che non sono limitati dalla funzione respiratoria compromessa. La stimolazione elettrica ripetitiva del nervo femorale (rES) sembra essere un metodo alternativo efficace per allenare passivamente il muscolo quadricipite. 30 minuti di rES a 10 Hz cinque volte alla settimana per entrambe le gambe hanno aumentato la forza muscolare e le prestazioni fisiche nei pazienti con BPCO21 e in quelli con insufficienza cardiaca22. Risultati simili sono stati ottenuti con quindici minuti di stimolazione magnetica ripetitiva del nervo femorale (rMS) tre volte a settimana23. Tuttavia, gli studi di trattamento con rES per indagare gli effetti sulla prestazione fisica hanno spesso utilizzato gruppi di trattamento e controllo separati, il che introduce differenze tra soggetti in studi già limitati dalla dimensione del campione243 e hanno utilizzato solo misure volontarie della funzione del quadricipite96. L'unico studio sulla biopsia della rES ha utilizzato un disegno incrociato, ma le biopsie sono state prelevate solo prima e dopo il periodo di addestramento della rES e non prima e dopo il periodo di controllo.244 Lo studio rMS ha coinvolto un totale di diciotto soggetti (dieci assegnati a rMS, otto al controllo) e non sono state effettuate biopsie per valutare i cambiamenti istologici nel muscolo. Con questo studio, ho cercato principalmente di valutare i cambiamenti nelle caratteristiche della fibra del quadricipite come risultato di un protocollo intensivo di rMS e, secondariamente, confrontare i cambiamenti nella funzione del quadricipite come risultato di rMS con il gold standard clinico per migliorare la funzione muscolare, PR.

Metodi

Approvazione etica Il comitato etico della ricerca dell'Ealing & West London Mental Health Trust ha approvato lo studio (06/Q0410/54). Lo studio è stato registrato presso il National Clinical Trials Database (NCT 00737698). 2.13.1

Calcolo della dimensione del campione La dimensione del campione richiesta per lo studio sull'allenamento era basata sui calcoli di potenza di uno studio precedente sulle PR del nostro gruppo221 e sui dati pilota del nostro gruppo sull'effetto della rMS sulla forza muscolare (Swallow et al, non pubblicato) utilizzando la statistica Stata 10 Software. I calcoli della potenza erano basati su miglioramenti funzionali (aumento di 54 m su 6 MW come risultato di PR e aumento del 10% del TwQ del quadricipite come risultato di rMS, come incrementi minimi clinicamente significativi) piuttosto che aumenti della fibra muscolare CSA o fibra di tipo I proporzioni in quanto i dati relativi a quest'ultimo non erano disponibili. Abbiamo scelto un aumento della forza di contrazione del 10% come incremento minimamente significativo poiché i dati precedenti di Mador et al hanno mostrato un aumento del 9,7% della forza di contrazione come risultato di 8 settimane PR17. È stata scelta una potenza convenzionale dell'80% con un valore p a due code di ≤0,05, indicando che erano necessari un minimo di dieci pazienti per il braccio PR e ventisei per il braccio rMS. Abbiamo mirato a reclutare quindici nel gruppo PR e trenta nel gruppo rMS per consentire l'abbandono dei pazienti ai tassi che abbiamo riscontrato in precedenza. Al termine, c'erano diciassette nel gruppo PR e trentasette nel gruppo rMS.

Selezione del soggetto Ottantasei pazienti con BPCO hanno acconsentito allo studio trasversale e hanno anche acconsentito allo studio di formazione, pertanto i criteri di inclusione ed esclusione erano gli stessi dello studio trasversale. Ai pazienti è stato precluso l'inizio di qualsiasi nuovo regime di esercizi o nuovi farmaci regolari dal consenso al completamento dello studio, e i pazienti sono stati incoraggiati a contattarmi il giorno 1 di una riacutizzazione acuta in modo da poter istituire un trattamento appropriato. Il disegno dello studio e il flusso dei partecipanti attraverso lo studio sono mostrati nelle Fig. 4.1 e 4.2.

Randomizzazione L'FFMI è stato calcolato utilizzando l'impedenza bioelettrica (capitolo Metodi, sezione 2.4.2.1) ei pazienti sono stati stratificati in FFMI basso (<15 kg/m2 per le femmine, <16 kg/m2 per i maschi) e normale FFMI. I gruppi FFMI basso e normale sono stati randomizzati separatamente (quindi i pazienti con FFMI basso sono stati equamente distribuiti tra i gruppi di trattamento) utilizzando un sistema a busta sigillata e un blocco di 4 procedure ponderate 2:1:1 per rMS: PR: nessun trattamento attivo come calcolo della potenza ha suggerito che nel braccio PR erano necessari almeno il doppio dei pazienti rispetto al braccio rMS.

Valutazioni pre-allenamento Funzionalità polmonare, FFMI, forza del quadricipite, resistenza del quadricipite, attività fisica e 6 MW e prestazioni massime di cicloergometria e misurazioni della HRQOL sono state eseguite come descritto nel capitolo Metodi Sezioni 2.4-2.7. Sono state eseguite la biopsia percutanea del quadricipite e l'analisi del tipo di fibra muscolare. I pazienti sono stati sottoposti alla valutazione fisiologica pre-allenamento e alle biopsie entro quattro settimane dalla randomizzazione. La valutazione è stata quella descritta per lo studio trasversale (nel gruppo rMS entrambe le gambe sono state testate nello stesso giorno, negli altri due gruppi è stata testata la gamba omolaterale alla mano dominante) e quindi i pazienti hanno proceduto al trattamento loro assegnato entro due settimane.

Protocolli di allenamento

Stimolazione magnetica ripetitiva del nervo femorale (rMS) Questo è stato fornito utilizzando il sistema di stimolazione nervosa magnetica Magstim Rapid (Magstim, Whitland Dyfed, Regno Unito) e supervisionato da me presso RBH Muscle Lab. Il paziente era seduto eretto o leggermente reclinato all'indietro con la bobina del materassino avvolta attorno al corpo del muscolo quadricipite da allenare, con il piede della gamba stimolato posizionato in una cinghia in modo che le contrazioni fossero isometriche (Fig. 2.8). La frequenza di stimolazione era di 40Hz con un duty cycle di 0,4 (1s acceso, 4s spento). I pazienti hanno avuto tre ore continue di rMS (a parte le pause per andare in bagno) due volte alla settimana per un periodo di 8 settimane con almeno ventiquattro ore di riposo tra le sessioni. Alla prima sessione l'intensità dello stimolo è stata aumentata dal 22% di potenza al 40% di potenza, e le sessioni successive erano al 40% di potenza poiché questo era il limite superiore di ciò che i pazienti potevano tollerare e la macchina poteva erogare per l'intera sessione. 40% di potenza generalmente generata tra il 10-20% della MVC del paziente.

Riabilitazione polmonare (PR) Questo è stato gestito da un fisioterapista respiratorio ricercatore presso il Royal Brompton Hospital due volte a settimana con un massimo di tre pazienti per sessione, quindi l'allenamento è stato attentamente supervisionato. L'allenamento consisteva in un riscaldamento, quindi un'ora di lavoro aerobico con soggetti che si esercitavano su una cyclette a un carico di lavoro che produceva l'80% del loro picco VO2 su un protocollo di cicloergometria incrementale massimale, su un tapis roulant, salire le scale e una combinazione di esercizi di resistenza delle gambe che coinvolgono pesi delle gambe, squat e manovre sit-to-stand, seguiti da un defaticamento. Ad ogni sessione sono stati fatti tentativi per aumentare l'intensità e/o il numero di ripetizioni di ogni esercizio. Il foglio degli esercizi utilizzato dal fisioterapista supervisore per registrare i risultati è mostrato in Fig. 2.9.

Nessun trattamento attivo (Controlli) Ai controlli è stato chiesto di continuare con le loro normali attività e sono stati contattati telefonicamente due o tre volte durante il periodo di 8 settimane per ridurre al minimo l'abbandono e per monitorare le riacutizzazioni della BPCO. Dopo il completamento dello studio, questi pazienti sono stati arruolati nel corso PR presso RBH, se lo desideravano.

Valutazioni post-allenamento Per i gruppi PR e rMS, i test fisiologici sono stati eseguiti quattro o cinque giorni dopo l'ultima sessione di allenamento e tre o quattro giorni dopo sono state prelevate le biopsie. I controlli sono stati valutati nella stessa settimana degli altri. La tempistica mirava a ridurre al minimo le differenze di gruppo dovute a ritardi variabili tra l'ultima sessione di allenamento e il test. Le valutazioni post-formazione prevedevano tutti gli stessi test della valutazione pre-formazione.

Analisi statistica Gli esiti primari misurati erano a) cambiamento nelle proporzioni delle fibre del quadricipite e fibra CSA nella gamba allenata rispetto a quella non allenata nel gruppo rMS eb) cambiamento nella funzione del quadricipite nel gruppo rMS rispetto al gruppo PR. Tutte le analisi statistiche sono state eseguite utilizzando SPSS (SPSS 15, Chicago, USA). Il test U di Mann-Whitney è stato utilizzato per valutare le differenze di gruppo (pazienti vs controlli, gamba allenata vs non allenata, variazione della gamba allenata vs variazione della gamba non allenata), è stato calcolato il coefficiente di correlazione del rango di Spearman per valutare le correlazioni e il test Wilcoxon Signed-Ranks utilizzato esaminare le differenze tra i risultati pre e post-allenamento sia nella gamba allenata che in quella non allenata (dati non distribuiti normalmente). È stato calcolato un fattore di interazione per valutare l'effetto della riacutizzazione durante lo studio. Un valore p a due code di ≤0,05 è stato utilizzato per definire la significatività statistica.