増悪後COPDにおける高強度レジスタンストレーニング

背景

慢性閉塞性肺疾患（COPD）の急性増悪は、疾患経過における重大なイベントであり、死亡率や再入院率を著しく増加させ、生活の質を低下させます。 増悪後、影響を受けた個人はしばしば症状の悪化と機能低下を経験し、これらは可逆的または非可逆的である可能性があります。

COPD増悪からの回復期にある個人は、特に大腿四頭筋において深刻な末梢筋力低下に直面することが多いです。 これは、急性期における全身性炎症、コルチコステロイドの使用、慢性的な不活動、栄養不足に起因します。

現在の国際的なガイドラインは、COPDの急性期後の回復期における肺リハビリテーション（PR）を推奨しています。 これらのプログラムは、運動トレーニング、自己管理教育、心理的サポート、薬物療法の最適化を統合しています。 PRプログラムは、各参加者の臨床状態、併存疾患、ニーズに合わせて調整される必要があります。

COPD急性増悪後のPR開始の理想的なタイミングについては、依然として議論が続いています。 一部のエビデンスでは、入院中に持久力トレーニングを含む早期リハビリテーションは、遅延PRと比較して、再入院率を減少させず、長期的な身体能力を改善せず、12か月時点での死亡率増加と関連していたことが示されています。 その結果、ガイドラインは、急性期の早期開始に関連するリスクを軽減するために、急性期病院ケア退院後3週間以内にPRを開始することを推奨しています。

様式に関して、PRプログラムの中核となる要素は中強度から高強度の持久力トレーニングであり、安定期COPDにおける運動耐容能、機能的容量、健康関連QOLを改善するためのゴールドスタンダードとして推奨されています。 しかしながら、高強度の持久力セッションは、増悪からの回復期にあり、依然として重篤な症状と日常生活活動における著しい制限を経験している個人にとっては耐え難い可能性があります。

顕著な呼吸困難や疲労を誘発せずに筋肉をトレーニングできる代替的なトレーニングタイプが研究されてきました。 以前のエビデンスは、COPD患者において、持久力トレーニングと比較してレジスタンストレーニングによって誘発される心肺ストレスが低いことを記述しています。

COPD増悪の文脈では、入院中に早期に開始されたレジスタンストレーニングは、全身性炎症を悪化させることなく、筋力低下を効果的に予防し、同化バランスを促進し、異化プロセスに対抗することが示されています。 レジスタンストレーニングを受けた個人は、大腿四頭筋力と6分間歩行距離（6MWD）において有意な改善を示し、COPD増悪時の早期PRの中核的要素としての可能性を強調しています。

追加のエビデンスは、増悪後のフェーズにおいて持久力トレーニングにレジスタンストレーニングを追加することで、筋力の有意な増加が生じ、呼吸困難、運動能力、生活の質において同等の利益が得られることを示しています。

したがって、レジスタンストレーニングはCOPD増悪の急性期および急性期後の両方で実行可能かつ安全であるように思われますが、高強度持久力セッションに耐えられない個人に対してトレーニングを可能にするかどうかは不明です。

レジスタンストレーニングプログラムの中で、最大筋力トレーニング（MST）は下肢機能を最も効果的に改善する可能性があります。 MSTは、高負荷で少ない反復回数の運動からなり、参加者は求心性相において最大の力動員率を発揮することを要求されます。 安定期COPDにおけるエビデンスは、MSTが安全で実行可能であり、大腿四頭筋の力発揮速度、機械的效率、努力耐容能を有意に改善することを示しています。

現在、増悪後の初期リハビリテーション段階にある参加者に使用するプロトコルに関する明確なガイドラインは存在しません。 臨床実践では、リハビリテーションパスウェイの初期段階において、多くの個人（推定40％から50％）が安定期COPDのゴールドスタンダード（漸増テストにおける最大ワット数の70％の強度）に従った持久力トレーニングを実施することができません。

この理由から、MSTは増悪後に高強度持久力トレーニングに耐えられない、またはまだ耐えられない個人にとって有効な代替手段となる可能性があります。 このタイプのトレーニングに関連する呼吸器系への負担が低いため、研究者らは、より高い耐容性、呼吸困難と下肢筋効率のより大きな改善、および努力耐容能における同様の変化を仮説としています。

主要目的

本研究の主目的は、COPD増悪による退院直後に開始された早期MSTプログラムと従来の高強度持久力トレーニングプログラムの効果を、呼吸困難の軽減に関して比較することです。

副次的目的

副次的目的は、MSTと高強度持久力トレーニングを以下の点で比較することです：

1. 6MWDで測定される機能的容量、および運動耐容能
2. Fatigue Severity Scaleで測定される経時的な疲労軽減
3. 大腿四頭筋の最大随意収縮およびレッグプレスにおける1回反復最大（1RM）として測定される筋力

4. 疾患の影響と生活の質

   ドロップアウトしていない参加者のみ：

5. 神経筋テストを通じて評価される末梢筋疲労

6. 専用のトレッドミルテストで評価される歩行効率

   最終トレーニングセッション後のみ：

7. トレーニングプログラムの満足度と受容性

   材料と方法

   1. 研究プロトコル 登録時、インフォームドコンセントを提供した後、参加者は外部オペレーターによって4名単位のブロックでランダムに2グループ（1:1）に割り付けられます：一方のグループは高強度レジスタンストレーニング（HIRT、実験群）を、もう一方のグループは従来の持久力トレーニング（HIET、対照群）を行います。 両トレーニングプログラムは、通常の臨床実践と比較して追加のリスクを伴わない、呼吸リハビリテーションで一般的に使用される運動を、週5回セッションとして含みます。 すべてのトレーニングセッションは上級理学療法士が監督します。

   2. 介入

      リハビリテーションプログラムは、最初の15セッションにおいて以下の内容で構成されます：

   1. 高強度レジスタンストレーニング（HIRT） - 実験群 参加者は、漸進的な負荷増加を伴う高強度筋力トレーニングと、進展のない低強度持久力トレーニングを行います。

      筋力トレーニングは水平レッグプレスで実施されます：

      • 1RMの90-95％で5回反復を4セット

      • 90°から完全伸展までの求心性大腿四頭筋収縮に焦点

      • セット間の2分間休息
      • 参加者が5回反復を超えた場合、負荷を2.5kg増加 持久力トレーニングは、6MWDから推定される最大作業負荷の20％での低強度サイクリングで構成されます。 強度は研究を通じて変更されません。

      考えられる副作用には、通常短期間で解消される遅発性筋肉痛（DOMS）が含まれます。

      HIRTは、2日間実施し1日休むサイクルで行われます。

   2. 高強度持久力トレーニング（HIET） - 対照群

   参加者は以下を行います：

   • 6MWDから推定される最大作業負荷の70％での25分間サイクリング

   • 呼吸困難と疲労がボルグスケールで5未満と評価された場合、負荷を10ワット増加

   • 3分間のウォームアップと3分間のクールダウン
   • セッション終了時の心拍数、血圧、酸素飽和度、症状のモニタリング
   • 週5セッション 加えて、参加者は低強度レジスタンストレーニング（20％1RM）、同じレッグプレスでの5回反復4セットを、進展なく週6-7日行います。

   15セッションプログラム後、すべての参加者はT1評価を受け、退院まで組み合わせプログラム（HIRT + HIETまたはHIET + HIRT）を継続します。

   3. ドロップアウト 参加者が有害事象や副作用なしに最初のトレーニングセッションを完了できない場合、脱落と定義されます。

   基準：

   - HIRT群：少なくとも18/20回反復完了

   - HIET群：少なくとも20分間のサイクリング（中断1分以内） 最初のセッションを完了できない参加者はドロップアウトとして分類され、低強度でのトレーニングを継続します。

   4. 測定 4.1 登録時の評価

1. 人体測定（年齢、性別、BMI）
2. 併存疾患（CIRSスケール）
3. 肺機能（スパイロメトリー）
4. 室内空気中の動脈血液ガス

4.2 アウトカム指標 T0（リハビリテーション入院3日以内）、T1（15セッション後）、T2（退院時）に収集。

主要アウトカム

• Barthel Dyspnoea Indexを使用した日常生活活動中の呼吸困難

副次アウトカム

1. 機能的容量

   • 6分間歩行テスト（6MWT）：距離、速度、心拍数、酸素飽和度、ボルグ呼吸困難/疲労スコア。

2. 疲労軽減

   • Fatigue Severity Scale（FSS）

3. 筋力と構造

   • 大腿四頭筋のMVC

   • 水平レッグプレスでの1RM

   • 大腿四頭筋構造の超音波評価

   • 横隔膜構造の超音波評価

4. 疾患の影響 • COPD Assessment Test（CAT） • Maugeri Respiratory Failure 26（MRF-26）質問票

神経筋疲労（プロトコル準拠のみ） 補間ツイッチ技術を使用して評価、MVC、M波、電気刺激安静時力（Qtpot）、最大随意活性化（MVA）を含む。

歩行効率 代謝分析を伴う3.0 km/hでのトレッドミルテストにより決定。

受容性と満足度 最終トレーニングセッション後、リッカート尺度（0-4）を使用して評価。

サンプルサイズ サンプルサイズは、以前の臨床データと専門家レビューに基づいて計算され、呼吸困難改善における有意な差を検出するために64名の参加者（各群32名）が必要と推定されました。

統計解析 データは記述統計を使用して分析されます。 ITT解析とプロトコル準拠解析の両方が適用されます。 二元反復測定ANOVAが、時間（介入前/後）と群（レジスタンス対持久力）間の交互作用効果を評価します。 統計的有意性はp < 0.05に設定されます。