COPDにおける大腿四頭筋機能に対する反復的磁気刺激と運動の比較

大腿四頭筋の機能不全は、肺機能とは関係なく、運動能力の低下5および患者の生存率の低下16と関連しているため、COPDにおける大腿四頭筋の機能を改善する方法を見つけることに大きな関心が寄せられています。 運動と教育からなる呼吸リハビリテーション (PR) コースは、COPD17 患者の大腿四頭筋の酸化酵素、筋力、持久力を高め、8 週間であっても歩行能力を向上させることができます 12、18。 しかし、PR は完全な解決策ではありません。英国のすべての地域で PR が提供されているわけではなく、PR の患者の受け入れ率は平均 50% にとどまり、離脱率は 30% です。 また、かなりの割合の患者 (約 30%) は、PR 19 の結果として運動能力が向上しません。これはおそらく、息切れにより完了するトレーニングが制限されるか、末梢筋力が正常であるためと考えられます 19。 したがって、特に呼吸機能障害によって制限されない局所的な筋肉治療の観点から、代替治療や運動の追加に関心が集まっています。 大腿神経（rES）の反復電気刺激は、大腿四頭筋を受動的にトレーニングする効果的な代替方法であると考えられます。 週に5回、10Hzで30分間のrESを両脚に施すと、COPD患者21と心不全患者22の筋力と運動能力が向上した。 同様の結果は、週に 3 回、15 分間の大腿神経 (rMS) の繰り返し磁気刺激で​​も達成されています 23。 しかし、運動パフォーマンスへの影響を調査するためのrESを用いた治療研究では、すでにサンプルサイズによって制限されている研究に被験者間の差異を導入する別々の治療群と対照群を使用することが多く243、大腿四頭筋機能の任意の測定値のみを使用している96。 rES の唯一の生検研究ではクロスオーバーデザインが使用されましたが、生検は rES トレーニング期間の前後にのみ行われ、対照期間の前後には行われませんでした 244。 rMS 研究には合計 18 人の被験者 (10 人が rMS に割り当てられ、8 人が対照に割り当てられた) が参加し、筋肉の組織学的変化を評価するための生検は行われませんでした。 この研究では、私は主に、集中的な rMS プロトコルの結果としての大腿四頭筋の線維特性の変化を評価することを目的としており、次に、rMS の結果としての大腿四頭筋の機能の変化を、筋機能を改善するための臨床のゴールドスタンダードである PR と比較することを目指しました。

メソッド

倫理的承認 Ealing & West London Mental Health Trust の研究倫理委員会は、この研究を承認しました (06/Q0410/54)。 この試験は国立臨床試験データベース (NCT 00737698) に登録されました。 2.13.1

サンプルサイズの計算 トレーニング研究に必要なサンプルサイズは、Stata 10 統計を使用した、私たちのグループの PR に関する以前の研究 221 と、筋力に対する rMS の効果に関する私たちのグループのパイロット データ (Swallow et al、未発表) からのパワー計算に基づいていました。ソフトウェア。 パワーの計算は、筋線維 CSA または I 型線維の増加ではなく、機能の改善 (PR の結果として 6MW で 54m の増加、rMS の結果として大腿四頭筋 TwQ の 10% 増加、臨床的に有意な最小増加) に基づいていました。後者のデータは入手できなかったため、比率は不明です。 Mador らによる以前のデータでは、8 週間の PR17 の結果として単収縮力が 9.7% 増加したことが示されているため、本発明者らは単収縮力の 10% 増加を最小限の有意な増加として選択した。 両側 p 値が 0.05 以下の従来の検出力 80% が選択されました。これは、PR アームには最低 10 人の患者が必要であり、rMS アームには 26 人の患者が必要であることを示しています。 私たちは、これまでに経験したような割合で患者が脱落することを考慮して、PR グループに 15 名、rMS グループに 30 名を採用することを目指しました。 完了時には、PR グループに 17 人、rMS グループに 37 人がいました。

被験者の選択 86 人の COPD 患者が横断研究に同意し、訓練研究にも同意したため、包含基準と除外基準は横断研究と同様でした。 同意から研究完了まで、患者は新たな運動療法や新たな定期薬の投与を開始することができず、適切な治療が開始できるよう、急性増悪の初日には私に連絡するよう患者に勧められた。 研究デザインと研究全体の参加者の流れを図 4.1 と 4.2 に示します。

ランダム化 FFMI は生体電気インピーダンス (方法の章セクション 2.4.2.1) を使用して計算され、患者は低 FFMI (女性については <15 kg/m2、男性については <16 kg/m2) と正常 FFMI に階層化されました。 低FFMI群と正常FFMI群は、密閉エンベロープシステムと、rMSに対して2:1:1に重み付けされた4つの手順のブロックを使用して、別々にランダム化されました(したがって、低FFMI患者は治療群間で均等に分布しました): PR: 検出力計算として積極的な治療なしPR 群では rMS 群の少なくとも 2 倍の患者が必要であると示唆した。

トレーニング前の評価 肺機能、FFMI、大腿四頭筋筋力、大腿四頭筋持久力、身体活動、6MW、最大サイクルエルゴメトリーパフォーマンス、HRQOL 測定は、「方法」の章のセクション 2.4 ～ 2.7 に記載されているように実行されました。 大腿四頭筋の経皮生検と筋線維型分析を実施しました。 患者は、無作為化から 4 週間以内にトレーニング前の生理学的評価と生検を受けました。 評価は横断研究で説明したとおりであり（rMS グループでは同日に両脚がテストされ、他の 2 つのグループでは利き手と同側の脚がテストされました）、患者は 2 日以内に割り当てられた治療に進みました。数週間。

トレーニングプロトコル

大腿神経の反復磁気刺激（rMS） これは Magstim Rapid 磁気神経刺激システム (Magstim、Whitland Dyfed、英国) を使用して行われ、RBH Muscle Lab の私が監督しました。 患者は直立して座るか、またはわずかに後ろに寄りかかり、トレーニングする大腿四頭筋の本体にマットコイルを巻き付け、収縮が等尺性になるように刺激を受ける脚の足をストラップに固定しました（図 2.8）。 刺激周波数は 40Hz、デューティ サイクルは 0.4 (1 秒オン、4 秒オフ) でした。 患者は、8週間にわたって週に2回、3時間の継続的なrMS（トイレ休憩を除く）を受け、セッション間に少なくとも24時間の休息をとりました。 最初のセッションでは、刺激強度は 22% 出力から 40% 出力に増加し、その後のセッションでは 40% 出力で行われました。これは、これが患者が耐えることができ、マシンがセッション全体で提供できる上限であるためです。 40% の電力は通常、患者の MVC の 10 ～ 20% の間で生成されます。

呼吸リハビリテーション (PR) これは、王立ブロンプトン病院の研究呼吸理学療法士によって週に 2 回実施され、セッションごとに最大 3 人の患者が対象となるため、トレーニングは綿密に監督されていました。 トレーニングは、ウォーミングアップと、最大増分サイクルエルゴメトリープロトコルでピークVO2の80％を生成する作業負荷で固定自転車で運動する被験者による1時間の有酸素運動、トレッドミル、階段の上り下り、およびこれらの組み合わせで構成されました。脚の重り、スクワット、座ったり立ったりする動作を含む脚抵抗運動とそれに続くクールダウン。 各セッションでは、各エクササイズの強度および/または繰り返し回数を増やす試みが行われました。 指導する理学療法士が達成度をグラフ化するために使用した演習シートを図 2.9 に示します。

積極的な治療なし（対照） 対照には、通常の活動を継続するよう求め、脱落を最小限に抑え、COPDの急性増悪を監視するために、8週間の間に2〜3回電話で連絡を取りました。 研究完了後、これらの患者は希望に応じてRBHのPRコースに登録された。

トレーニング後の評価 PR グループと rMS グループでは、最後のトレーニング セッションの 4 ～ 5 日後に生理学的検査が行われ、3 ～ 4 日後に生検が行われました。 対照は他のものと同じ週に評価されました。 このタイミングは、最後のトレーニング セッションとテストの間のさまざまな遅延によるグループの差を最小限に抑えることを目的としていました。 トレーニング後の評価には、トレーニング前の評価と同じテストがすべて含まれていました。

統計分析 主要な結果の測定値は、a) rMS グループのトレーニング済み脚と非トレーニング脚における大腿四頭筋線維比率および線維 CSA の変化、および b) rMS グループと PR グループの大腿四頭筋機能の変化でした。 すべての統計分析は SPSS (SPSS 15、シカゴ、米国) を使用して実行されました。 Mann-Whitney U 検定を使用してグループの違い (患者 vs 対照、訓練された脚 vs 訓練されていない脚、訓練された脚の変化 vs 訓練されていない脚の変化) を評価し、スピアマンの順位相関係数を計算して相関関係を評価し、ウィルコクソンの符号付きランク検定を使用しました。トレーニングされた脚とトレーニングされていない脚の両方でトレーニング前とトレーニング後の結果の違いを調べるため (データは正規分布していません)。 研究中の増悪の影響を評価するために相互作用因子が計算されました。 統計的有意性を定義するために、≤0.05 の両側 p 値が使用されました。