흡기근 훈련이 COPD 환자의 숨가쁨(호흡곤란) 및 자세 조절에 미치는 영향

본 임상시험의 목적은 COPD 환자의 흡기근 훈련(IMT) 후 호흡곤란 완화 및 자세 조절 개선의 기전을 규명하는 것이다.

지구력 사이클 운동 테스트(CWR(Constant work rate) 테스트)를 사용하여 IMT 전후에 사이클 에르고미터에서 비슷한 작업 속도로 비슷한 호흡 노력에서 호흡곤란 강도와 불쾌감을 평가합니다. 환자는 최대 증분 심폐 운동 검사(CPET) 동안 달성한 최고 운동률의 75%에서 CWR 검사를 수행하게 됩니다. CWR 사이클링 테스트 전, 도중 및 후에 환자는 수정된 10점 Borg 척도를 사용하여 호흡곤란의 강도, 호흡곤란의 불쾌감, 호흡 관련 불안 및 다리 불편감을 평가합니다. 환자는 CWR 사이클링 테스트가 끝날 때 호흡곤란의 정성적 설명자를 보고하도록 요청받습니다. CWR 테스트의 최대 지속 시간이 기록되고 분당 환기 수준이 운동 프로토콜 전반에 걸쳐 지속적으로 등록됩니다. 이 지구력 운동 테스트를 통해 연구자는 호흡곤란(강도 및 불쾌감)의 시작 변화와 IMT 전후의 지구력 운동 성능을 평가할 수 있습니다.

표면 근전도(EMG) 및 여러 쌍의 식도 전극 카테터 시스템은 CWR 운동 중에 호흡 근육 모집, 호흡 노력 및 다른 호흡 근육에 대한 신경 드라이브를 평가하는 데 사용됩니다. 카테터를 삽입하여 Pes(식도압), Pgas(위압) 및 EMGdi(횡경막 근육의 근전도)를 지속적으로 기록합니다. PesMax(최대 식도압), PgasMax(최대 위압) 및 PdiMax(최대 경횡격막압)는 최대 후각 및 기침 조작 중에 측정됩니다. 경피적 표면 근전도(sEMG) 기술은 부등변근, 흉쇄유돌근 및 흉골간근에 적용되어 이러한 호흡근에 신경 구동을 등록합니다. 이 측정을 통해 조사관은 IMT 후 호흡근 모집 패턴 및 다른 호흡근에 대한 호흡 신경 구동에 변화가 있는지 여부를 평가할 수 있습니다.

운동 중 호흡근 대사반사(Respiratory Muscle Metaboreflex)는 사지 운동근의 교감신경 매개 혈관수축으로 이어지며, 운동근 피로로 인해 활성 사지 근육으로의 혈액 및 산소 공급이 감소합니다. 대퇴 신경의 자기 자극에 의해 유발되는 대퇴사두근 연축력을 평가하여 개입 전후 CWR 테스트 동안 동일한 운동 시점에서 운동 근육 피로도를 측정합니다. 이 기술을 사용하여 조사자는 IMT 후 운동 근육 피로의 시작이 지연되는지 여부를 평가할 수 있습니다.

isocapnic hyperpnea 시험은 IMT 전후에 운동 근육의 작업 없이 호흡 근육 관류, 호흡 곤란 강도 및 불쾌감, 호흡 근육 모집 패턴, 호흡 노력 및 신경 호흡 드라이브를 평가하기 위해 수행됩니다. 환자는 휴식 시와 일정 부하 운동 테스트의 마지막 순간(~75% WRpeak) 동안 기록된 호흡 빈도, 일회 호흡량 및 분당 환기량과 동일한 목표 분당 환기 패턴을 유지하도록 요청받습니다. 실험자는 대상 환기가 얻어지고 ±5% 내에서 일정하게 유지되도록 호흡의 속도와 깊이를 조정하도록 환자에게 구두 안내를 제공합니다. Isocapnia는 튜브 조각에 의해 양방향 비재호흡 밸브(모델 2700, Hans Rudolph)에 연결될 5% CO2, 21% O2, 균형 N2를 포함하는 Douglas 백에서 피험자에게 영감을 주어 유지됩니다.

호흡곤란 강도 및 불쾌감, 호흡근 모집 패턴, 호흡 노력 및 신경 호흡 구동을 평가하기 위해 부하 호흡 검사를 수행할 것입니다. 환자는 테이퍼 흐름 저항 부하(TFRL) 장치(powerbreathe KH1)를 통해 가능한 한(3-7분) 호흡하도록 요청받으며 저항은 환자 PImax의 50%로 설정됩니다. 심박수, 산소 포화도 및 호흡수가 모니터링됩니다. 테스트 보그 호흡곤란 전후, 흡기 노력 및 불쾌감이 기록됩니다. 테스트는 동일한 저항에서 IMT 8주 후에 반복됩니다. 보그 호흡곤란, 흡기 노력 및 불쾌감은 사전 훈련의 시간 제한과 증상 제한에 기록됩니다. 사후 교육의 가장 긴 시간은 최대 15분입니다.

호흡(즉, 늑간, 부등변 및 복부) 및 이동근 혈류 지수(즉, 외측광근)는 IMT 전후의 CWR 테스트(최대 작업 속도의 75%에서)뿐만 아니라 isocapnic hyperpnea 시도 중에 동시에 측정됩니다. 근적외선 분광법(NIRS) 및 인도시아닌 그린(ICG)을 사용하여 이전에 확립된 방법에 따라. 호흡(즉, 늑간, 부등변, 복부) 및 운동 근육(즉, 외측광근) 산소 전달은 동맥 산소 함량에 혈류 지수를 곱하여 계산되며, 후자는 맥박 산소 측정법에 의해 비침습적으로 계산됩니다. 호흡(즉, 늑간근, 부등변근, 복부) 및 운동근(즉, 외측광근) 산소 포화도(Stio2) - 산소 공급과 수요 사이의 균형을 반영하는 산소 가용성 지수-는 NIRS의 시험 기간 동안 지속적으로 기록됩니다.

호흡 감각의 신경 처리를 연구하기 위한 비침습적 기술을 사용하여 표준화된 부하 호흡 작업 동안 호흡 곤란의 감정적 불쾌감 구성 요소의 변화를 평가합니다. 뇌파 검사(EEG)는 로드 및 무부하 호흡 중에 호흡 관련 유발 전위(RREP)를 측정하는 데 사용됩니다. EEG에서 기록된 RREP는 짧은 흡기 폐색으로 인한 폐 및 근육 기계 수용체의 활성화에 의해 유도되는 대뇌 피질 활동의 측정치입니다. 환자는 EEG 센서[129 채널 시스템, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA]를 착용하고 마우스피스를 통해 비재호흡 밸브가 있는 호흡 회로를 통해 호흡합니다. RREP를 유도하는 압축 공기로 폐색 밸브를 활성화하면 2~6회 호흡할 때마다 150밀리초 동안 흡기가 잠시 중단됩니다. 환자는 호흡 밸브를 통해 흡기 부하와 폐색이 적용되는 동안 호흡곤란의 인지된 강도와 불쾌감, 폐색의 강도를 Borg 척도로 평가합니다. 이 방법은 저항성 호흡 작업에 의해 유도된 호흡곤란의 주어진 수준과 관련된 불쾌감이 덜한지, 그리고 이러한 변화가 호흡곤란 감각의 중추 처리의 변화와 상관관계가 있는지 평가하는 데 사용됩니다.

자세 균형을 평가하기 위해 CoP = Mx/Fz(중측) 및 CoP=My/Fz(전후) 방정식을 사용하여 원시 힘 플레이트 데이터에서 압력 중심(CoP)의 변위를 추정합니다. CoP는 안정적이고 불안정한(폼 패드) 지지 표면에서 시력이 있거나 없는 직립 상태에서 측정됩니다. 일부 조건에서는 발목 및/또는 등 근육의 국소 근육 진동을 적용하여 자세 제어에서 고유 감각의 역할을 평가합니다. 또한 일부 조건에서는 자세 제어에 대한 내부 교란의 영향을 평가하기 위해 반복적인 탄도 팔 움직임이 요청됩니다. CoP 변위의 평균 제곱근 값은 자세 안정성 측정의 분석에 사용되며 평균 값은 예상되는 방향 효과를 분석하기 위한 진동 시험에 대해 계산됩니다. 등 근육 진동 시도에 대한 발목 근육 진동 시도의 CoP 변위 비율을 계산하여 고유 감각 자세 제어 전략을 결정합니다.

호흡곤란 Borg-10 척도에서 한 단위의 차이를 감지하려면 개입 그룹의 경우 16명의 참가자와 대조군의 경우 8명의 샘플 크기가 필요합니다. %, 유의 수준 p<0.05). 이러한 추정치는 운동 중 호흡곤란에 대한 이전 연구를 기반으로 합니다. 따라서 흡기근 약화(PiMax<70% 예측 또는 <60cmH2O) 및 호흡곤란 증상(BDI<7)이 있는 24명의 임상적으로 안정적인 COPD 환자가 포함됩니다. 운동 테스트를 수행할 수 없는 환자는 제외됩니다.

환자는 30회 호흡의 두 가지 훈련 세션으로 구성된 매일 훈련을 수행합니다(강도는 PiMax의 ~50%, 세션당 4-5분). 일주일에 한 세션은 연구 센터에서 감독하에 수행됩니다. IMT는 TFRL(electronic taped flow resistance loading) 장치[POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, UK]를 사용하여 8주 동안 수행됩니다. PiMax는 그 순간 PiMax의 약 50%로 적절한 훈련 강도를 높이기 위해 매주 측정됩니다. 가짜 그룹은 흡기 근육 기능을 개선할 것으로 예상되지 않는 흡기 부하에서 IMT를 수행합니다(강도는 기준선 PiMax의 10% 미만, 프로토콜 전체에서 변경되지 않음).

IMT 8주 후 그룹 간의 1차 및 2차 결과의 차이는 공분산 분석(ANCOVA)에서 기준선 차이를 조정하여 비교됩니다.