Esercizio di respirazione contro la dispnea nei pazienti con insufficienza cardiaca per migliorare la chemiosensibilità (Breathe-HF)

SFONDO

L'inefficienza ventilatoria, più comunemente quantificata come aumento della ventilazione (V̇E) rispetto all'espirazione di anidride carbonica (V̇CO2) durante l'esercizio, è un punto di riferimento dei pazienti con scompenso cardiaco sia con frazione di eiezione ridotta che conservata (HFrEF, HFpEF).[1] Numerosi studi hanno riscontrato che pendenze V̇E/V̇CO2 più elevate sono associate a una prognosi peggiore.[2-4] I componenti della pendenza V̇E/V̇CO2 sono la pressione arteriosa parziale di CO2 (PaCO2), che è influenzata dall'iperventilazione, e il rapporto spazio morto polmonare/volume corrente (VD/VT) che è influenzato dalle anomalie della perfusione polmonare.[5] La risposta esagerata nella ventilazione dei pazienti con HFrEF può essere causata dall'ipersensibilità dei chemocettori alla CO2,[6] e/o da un'iperattività nervosa simpatica comunemente riscontrata nei pazienti con HFrEF, basata su un'aumentata attivazione dei metaborecettori nella risposta dei muscoli periferici all'aumento del metabolismo anaerobico. [7] È stato suggerito che l'iperattività nervosa simpatica cronica riduca la capacità aerobica dei muscoli scheletrici in base alla ridotta capillarizzazione[8] e al ridotto flusso di globuli rossi[9], portando a uno spostamento del tipo di fibra muscolare verso un contenuto inferiore di fibre di tipo I.[10] Il conseguente metabolismo muscolare anaerobico porta ad un aumento dell'affaticamento muscolare[11] e dell'acidosi già a bassi livelli di esercizio, che innescano risposte esagerate nella ventilazione.[12] L'iperventilazione, d'altra parte, è ben nota per stimolare l'attività nervosa simpatica, e quindi il circolo vizioso dell'attività nervosa simpatica che guida l'iperventilazione e l'iperventilazione che attiva l'attività nervosa simpatica continua.[13] Ciò suggerisce che l'iperventilazione potrebbe non solo essere una conseguenza della scarsa funzione del ventricolo sinistro (LV), ma anche un driver.

Oltre alle terapie farmaceutiche e agli interventi elettrofisiologici, è stato riscontrato che la terapia fisica ha effetti benefici sui parametri emodinamici e ventilatori sia nei pazienti con HFrEF[14] che con HFpEF.[15] Si ritiene che i principali meccanismi dell'esercizio siano la riduzione della resistenza periferica e quindi del postcarico cardiaco mediante il miglioramento della funzione endoteliale, l'aumento della capillarizzazione che porta a una migliore ossigenazione dei muscoli scheletrici e un miglioramento del metabolismo aerobico.[16] Nonostante gli effetti benefici dell'esercizio fisico sia in contesti centrici che domiciliari,[17, 18] l'aderenza all'attività fisica è risultata scarsa tra i pazienti con HFrEF.[19] Sorprendentemente, pochi studi hanno preso di mira la ventilazione direttamente con approcci terapeutici. Solo tre studi hanno valutato gli effetti dell'allenamento a respirazione lenta sulla funzione cardiorespiratoria.[20, 21] Questi studi hanno riscontrato un miglioramento della funzione fisica, una riduzione della pressione sanguigna e arteriosa polmonare, un aumento della frazione di eiezione (FE),[20, 22] una migliore efficienza ventilatoria[20] e una riduzione dell'apnea notturna.[22] Inoltre, hanno trovato una migliore regolazione del sistema nervoso autonomo riducendo la spinta simpatica e aumentando l'attività vagale.[23] Non è noto se la respirazione lenta possa aumentare la PaCO2 sufficientemente da modificare la sensibilità o il set point dei chemocettori. D'altra parte, è stato riscontrato che l'allenamento in apnea porta a grandi cambiamenti nei livelli di PaCO2 tollerati dai chemocettori a riposo e durante l'esercizio.[24, 25] Tuttavia, ad oggi non ci sono studi pubblicati che abbiano implementato l'apnea in un allenamento respiratorio nei pazienti con scompenso cardiaco. Inoltre, studi precedenti non hanno indagato se l'effetto della respirazione lenta sul miglioramento della pendenza V̇E/V̇CO2 fosse dovuto ad un aumento cronico della PaCO2 o ad una diminuzione dello spazio morto ventilatorio.

IPOTESI

I ricercatori ipotizzano che un allenamento di 12 settimane con respirazione nasale lenta seguita da apnea di fine espirazione basato sull'educazione, l'introduzione presso il centro e l'allenamento respiratorio di 15 minuti al giorno a casa sarà efficace nel ridurre la risposta ventilatoria esagerata all'esercizio.

METODI

Progettazione dello studio

Studio prospettico controllato randomizzato. I pazienti idonei vengono identificati durante il loro controllo annuale presso la Clinica per lo scompenso cardiaco e la cardiologia preventiva dell'Inselspital di Berna. I pazienti saranno randomizzati 1:1 (stratificati per HFrEF/HFpEF e sesso) in un gruppo di intervento e di controllo. I pazienti nel gruppo di intervento eseguono l'addestramento alla respirazione in aggiunta alle cure standard e quelli nel gruppo di controllo ricevono cure standard e viene offerto l'addestramento alla respirazione dopo la fine dello studio. Il disegno dello studio e l'intervento respiratorio sono stati sviluppati con il contributo diretto di un gruppo di pazienti (dallo studio pilota).

Intervento respiratorio

L'addestramento alla modulazione del pattern respiratorio viene eseguito a casa per 12 settimane due volte al giorno per 15 minuti per sessione e si compone di tre componenti: 1) educazione sulla ventilazione anomala nell'insufficienza cardiaca, l'effetto della ventilazione sulla PaCO2 e sul sistema nervoso autonomo e la sensibilità dei chemocettori ; 2) 1-3 sessioni di allenamento faccia a faccia guidato e monitorato con respirazione addominale nasale lenta e apnea intermittente supportata dal giubbotto Healer (L.I.F.E., Milano, Italia) che misura l'elettrocardiogramma (ECG), ed escursioni toraciche a livello del xifoideo, manubrio toracico e addome; 3) allenamento di apnea domiciliare indipendente supportato da dispense, video e telefonate settimanali per monitorare i progressi e l'aderenza, rispondere alle domande e incoraggiare ulteriori progressi con la durata dell'apnea.

Misure

Le misurazioni vengono eseguite durante la visita 1 prima e durante la visita 2 alla fine del periodo di intervento.

Test da sforzo cardiopolmonare (CPET)

I CPET vengono eseguiti su un cicloergometro secondo le raccomandazioni dell'American Heart Association.[38] I test di rampa vengono eseguiti come descritto in precedenza.[31] Il consumo di O2 e la produzione di CO2 saranno misurati in continuo in un sistema spirometrico aperto (Quark, Cosmed, Roma, Italia) e registrati come valori medi su 8 respiri. Ogni 2 minuti, ai pazienti viene chiesto della loro percezione della dispnea sulla scala di Borg modificata. La pendenza V̇E/V̇CO2 dal riposo alla soglia ventilatoria 2 (VT2), il V̇O2 di picco e il V̇O2 al VT1 sono determinati come descritto in precedenza.[31]

Analisi del sangue

I campioni di sangue vengono prelevati dalla vena antecubitale per l'analisi dell'emoglobina e dell'NT-proBNP. Il sangue arterializzato viene estratto dal lobo dell'orecchio a riposo e durante il picco di esercizio per l'analisi di PaCO2, ossigeno (PaO2), bicarbonato e pH.

Sensibilità dei chemocettori

La sensibilità dei chemocettori è misurata mediante un protocollo di rirespirazione.[39] I soggetti sono a riposo supino e respirano attraverso un boccaglio di un sistema spirometrico aperto (Innocor, Cosmed, Roma, Italia). Con la valvola a 3 vie aperta all'aria ambiente, il test inizia con 2-5 minuti di iperventilazione, consentendo la caduta della pressione parziale di CO2 di fine espirazione (PETCO2). Dopo l'iperventilazione, il soggetto respira comodamente, mentre la valvola a 3 vie viene commutata sulla sacca per la respirazione. L'equilibrio della PCO2 nella sacca, nei polmoni e nel sangue arterioso in sangue venoso misto si ottiene facendo tre respiri profondi. Durante i minuti successivi, la PETCO2 può salire, mentre la PETO2 viene bloccata a 150 mmHg durante il test di iperossia ea 50 mmHg durante un secondo test di ipossia, alimentando il 100% di O2 nel circuito tramite una porta sulla sacca di respirazione. Le risposte di chemoreflex centrale e periferico alla CO2 sono stimate dalla differenza tra la risposta ventilatoria iperossica e ipossica.[40, 41]

Risultati riportati dal paziente

Il Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) viene compilato durante la visita 1 e la visita 2 per valutare la qualità della vita e la dispnea. Durante la visita 2, viene eseguito un colloquio strutturato con il paziente per valutare la fattibilità e le barriere con l'addestramento alla respirazione. L'aderenza alla formazione è monitorata sulla base di informazioni verbali da parte dei pazienti durante le telefonate settimanali.

Variabilità della frequenza cardiaca (HRV) e frequenza respiratoria (BF)

L'HRV viene misurato dall'ECG di 24 ore registrato con il giubbotto Healer (L.I.F.E., Milano, Italia) e analizzato da un segmento durante una fase di sonno profondo come descritto in precedenza dal gruppo dei ricercatori.[42] Potenza a bassa frequenza (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), potenza ad alta frequenza (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz), e le LF/HF vengono analizzate [43]. Il BF è misurato dagli estensimetri del giubbotto Healer.

RISULTATI

L'outcome primario è la pendenza V̇E/V̇CO2 analizzata da ANCOVA con misure ripetute corrette per i valori basali, FE e sesso.

Gli esiti secondari sono il nadir del rapporto V̇E/V̇CO2, pattern respiratorio, VD/VT, V̇O2 di picco, V̇O2 a VT1, PETCO2 a riposo, sensibilità dei chemocettori periferici e centrali, emogasanalisi, NT-proBNP, frequenza cardiaca, HRV, prematuro ventricolare battiti da ECG delle 24 ore, KCCQ, fattibilità e aderenza.

RIFERIMENTI

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