COPD患者の息切れ（呼吸困難）と姿勢制御に対する吸気筋トレーニングの効果

この臨床試験の目的は、COPD 患者の吸気筋トレーニング (IMT) 後の呼吸困難の緩和と姿勢制御の改善のメカニズムを解明することです。

持久力サイクル運動試験 (一定作業率 (CWR) テスト) を使用して、IMT の前後に、サイクルエルゴメーターで同等の作業率で、同等の呼吸努力で呼吸困難の強度と不快感を評価します。 患者は、最大増分心肺運動負荷試験 (CPET) 中に達成されたピーク作業率の 75% で CWR テストを実行します。 CWRサイクリングテストの前、最中、後に、患者は、修正された10ポイントのボルグスケールを使用して、呼吸困難の強度、呼吸困難の不快さ、呼吸関連の不安、および脚の不快感を評価します。 患者は、CWRサイクリングテストの最後に、呼吸困難の質的記述子を報告するよう求められます。 CWR テストの最大期間が記録され、分時換気量のレベルが運動プロトコル全体で継続的に記録されます。 この持久力運動テストにより、研究者は、呼吸困難の発症（強度と不快感）の変化と、IMTの前後の持久力運動のパフォーマンスを評価できます。

表面筋電図 (EMG) とマルチペア食道電極カテーテル システムは、呼吸筋動員、呼吸努力、およびさまざまな呼吸筋への神経ドライブを評価するために、CWR エクササイズ中に使用されます。 カテーテルを挿入して、Pes (食道圧)、Pgas (胃圧)、および EMGdi (横隔膜筋の筋電図) を連続的に記録します。 PesMax (最大食道圧)、PgasMax (最大胃圧)、および PdiMax (最大トランス横隔膜圧) は、最大の嗅ぎと咳の操作中に取得されます。 経皮的表面筋電図検査 (sEMG) 技術は、斜角筋、胸鎖乳突筋、および傍胸骨肋間筋に適用され、これらの呼吸筋への神経駆動を登録します。 この測定により、研究者は、呼吸筋動員パターンに変化があり、IMT 後に異なる呼吸筋への呼吸神経ドライブがあるかどうかを評価することができます。

運動中の「呼吸筋代謝反射」は交感神経を介した四肢の自発運動筋の血管収縮を引き起こし、活動中の四肢の筋肉への血液と酸素の供給が減少し、自発運動による筋肉疲労が発生します。 大腿神経の磁気刺激によって引き起こされる大腿四頭筋の単収縮力を評価して、介入前後のCWRテスト中の同じ運動時点での運動筋疲労を測定します。 この手法により、研究者は自発運動筋疲労の発症が IMT 後に遅れるかどうかを評価できるようになります。

IMT前後の運動筋の働きを伴わない呼吸筋灌流、呼吸困難の強度と不快感、呼吸筋動員パターン、呼吸努力、神経呼吸ドライブを評価するために、等炭酸過呼吸試験が実施されます。 患者は、安静時および定負荷運動試験の最後の 1 分間 (~75% WRpeak) に記録された呼吸頻度、一回換気量、および分時換気量に等しい目標とする分時換気量パターンを維持するよう求められます。 実験者は、目標換気が得られ、±5% 以内で一定に維持されるように、呼吸の速度と深さを調整するために患者に口頭でガイダンスを提供します。 イソカプニアは、被験者に 5% CO2、21% O2、バランス N2 を含むダグラス バッグからインスピレーションを与えることによって維持されます。このバッグは、チューブによって双方向の非再呼吸バルブ (モデル 2700、Hans Rudolph) に接続されます。

呼吸困難の強度と不快感、呼吸筋動員パターン、呼吸努力、および神経呼吸ドライブを評価するために、負荷呼吸テストが実行されます。 患者は、テーパー フロー抵抗負荷 (TFRL) デバイス (powerbreathe KH1) を介して可能な限り (3 ～ 7 分) 呼吸するよう求められます。抵抗は、患者の PImax の 50% に設定されます。 心拍数、酸素飽和度、呼吸数がモニターされます。 テストの前後に、ボルグ呼吸困難、吸気努力、および不快感が記録されます。 同じ抵抗で、IMTの8週間後にテストが繰り返されます。 ボーグの呼吸困難、吸気努力、不快感は、トレーニング前の時間制限と症状の制限で記録されます。 ポストトレーニングの最長時間は最大 15 分です。

呼吸器（すなわち、肋間、斜角筋および腹部）および自発筋の血流指数（すなわち、外側広筋）は、IMTの前後に、等炭酸過呼吸試験およびCWRテスト（ピーク作業率の75％）中に同時に測定されます。近赤外分光法 (NIRS) とインドシアニン グリーン (ICG) を使用して以前に確立された方法によると。 呼吸器（すなわち、肋間、斜角筋、腹部）および運動筋（すなわち、外側広筋）の酸素供給は、血流指数を動脈酸素含有量に掛けることによって計算され、後者は、パルスオキシメトリーによって非侵襲的に計算されます。 呼吸器（すなわち、肋間、斜角筋、腹部）および運動筋（すなわち、外側広筋）の酸素飽和度（Stio2） - 酸素の供給と需要のバランスを反映する酸素利用可能性の指標 - は、放医研による試験中に継続的に記録されます。

呼吸感覚の神経処理を研究するための非侵襲的手法を使用して、標準化された負荷呼吸タスク中の呼吸困難の感情的不快要素の変化を評価します。 脳波計 (EEG) を使用して、負荷のある呼吸と無負荷の呼吸中の呼吸関連誘発電位 (RREP) を測定します。 EEG から記録された RREP は、短い吸気閉塞による肺と筋肉の機械受容器の活性化によって誘発される大脳皮質活動の測定値です。 患者は EEG センサー [129 チャネル システム、Electrical Geodesics Inc.、ユージーン、米国] を装着し、マウスピースを介して非再呼吸バルブを備えた呼吸回路を介して呼吸します。 吸気は、2 ～ 6 回の呼吸ごとに 150 ミリ秒間短時間中断され、RREP を誘発する加圧空気で閉塞弁を作動させます。 患者は、呼吸弁を介して吸気負荷と閉塞が適用される間、知覚される呼吸困難の強さと不快さ、および閉塞の強度を Borg スケールで評価します。 この方法は、抵抗呼吸課題によって引き起こされる呼吸困難のレベルに関連する不快感が少ないかどうか、およびこれらの変化が呼吸困難感覚の中枢処理の変化と相関しているかどうかを評価するために使用されます。

姿勢バランスを評価するために、圧力 (CoP) の中心の変位は、式を使用して生のフォース プレート データから推定されます: CoP = Mx/Fz (内側-外側) および CoP=My/Fz (前後)。 CoP は、安定したおよび不安定な (フォームパッド) サポート面で、視覚の有無にかかわらず直立した状態で測定されます。 いくつかの条件では、姿勢制御における固有受容感覚の役割を評価するために、足首および/または背中の筋肉の局所的な筋肉振動が適用されます。 さらに、いくつかの条件では、姿勢制御に対する内部摂動の影響を評価するために、反復的な弾道アームの動きが求められます。 CoP 変位の二乗平均平方根値は、姿勢安定性の測定の分析に使用され、平均値は、予想される方向効果を分析するための振動試験用に計算されます。 背中の筋肉の振動試行に対する足首の筋肉の振動試行の CoP 変位の比率を計算して、固有受容姿勢制御戦略を決定します。

呼吸困難 Borg-10 スケールで 1 単位の差を検出するには、介入群の参加者 16 名、対照群の参加者 8 名のサンプル サイズが必要であり、測定前と測定後の呼吸困難スコアの変化の SD が 1 単位であると仮定します (べき乗 80 %、有意水準 p<0.05)。 これらの推定値は、運動中の呼吸困難に関する以前の研究に基づいています。 したがって、吸気筋力低下 (予測 PiMax < 70% または < 60cmH2O) および呼吸困難症状 (BDI < 7) を伴う 24 人の臨床的に安定した COPD 患者が含まれます。 運動負荷試験を実施できない患者は除外されます。

患者は、30回の呼吸の2つのトレーニングセッションで構成される毎日のトレーニングを実行します（強度はPiMaxの約50％、セッションあたり4〜5分）。 週に 1 回のセッションは、研究センターで監督されます。 IMTは、電子テーパーフロー抵抗負荷（TFRL）デバイス[POWERbreath®KH1、HaB International Ltd.、Southam、UK]を使用して8週間実行されます。 適切なトレーニング強度をその時点での PiMax の約 50% まで上げるために、PiMax を毎週測定します。 シャム グループは、吸気筋機能を改善することが期待されていない吸気負荷で IMT を実行します (強度はベースライン PiMax の 10% 未満、プロトコル全体で変更されません)。

8週間のIMT後のグループ間の一次および二次結果の違いは、共分散分析（ANCOVA）でベースラインの違いを調整して比較されます。