폐용적감소술을 위한 만성폐쇄성폐질환 환자의 폐에 대한 고강도 간헐적 운동 효과: PREGENERATE 임상시험 (PREGENERATE)

만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자는 폐 기능의 점진적 손실을 겪으며, 이는 낮은 신체 활동성, 삶의 질 저하 및 조기 사망으로 이어집니다(2). 운동 훈련을 포함한 폐 재활은 COPD 환자의 삶의 질 향상을 위한 가장 효과적인 비약물적 중재로 여겨집니다(1). 그러나 운동 유발 개선의 메커니즘에 대한 이해 부족으로 인해 그 사용이 제한되며, 최소한 직립 자세에서 휴식 중 측정된 동적 폐활량측정 및 확산 용량으로 측정했을 때 폐 기능에 어떤 영향도 미치지 않는 것으로 널리 알려져 있습니다(3,4). 따라서 이는 주로 증상을 완화하는 수단으로 여겨지며, 특히 골격근 기능을 향상시키는 것을 통해 이루어지지만, COPD 환자에게서 관찰되는 폐 시스템 내의 구조적 변화를 되돌릴 수 있는 잠재력은 없습니다. 증상 부담을 줄이고 삶의 질을 높이는 방법으로 운동을 권장하는 근거는 최근 코크란 리뷰(5)의 결과에 기반합니다. 저자들은 운동 자체가 운동 유형에 관계없이 개선을 가져오므로, 운동과 대조군을 비교하는 추가 연구가 필요하지 않다고 언급했습니다.

COPD 환자에게 운동을 더 널리 처방하지 않는 이유는 두 가지 가정에 기반합니다: 1) 성인 폐에서 새로운 조직이 형성될 수 없으며, 2) 이전에 일관된 운동 훈련 유발 폐 기능 변화가 문서화된 바 없습니다.

그러나 성인 폐에서의 신생 조직 형성은 동물과 인간 모두에서 반복적으로 입증되었으며, 주로 장기간 저산소증 및 폐 절제술에 대한 반응으로 나타납니다(6,7). 최근 간격 기반 훈련이 실험적 COPD 동물 모델에서 폐 조직의 점진적 손실을 억제한다는 보고가 있었습니다(8). 가장 가능성 있는 자극은 기계적 변형이며, 훈련에 의해 측정 가능한 변화가 유도된다면, 폐 재활에서 고강도 간격 훈련(HIIT) 방식을 시작하는 것이 바람직합니다(9).

COPD에서 질병의 매우 초기 단계부터 시작되는 점진적 폐 조직 손실의 한 측면은 폐 혈관 기능 장애 및 폐 모세혈관 손실로, 이는 폐 혈관계에서 질병 특이적인 혈관 생성 및 혈관 억제 과정 간의 불균형에 의해 주도되는 것으로 보이며, 이는 환기 장애가 관찰되기 전에 나타나는 것 같습니다(10,11). 실제로, 이는 폐 조직의 동반 손실을 유도하는 메커니즘이며, 또한 폐 모세혈관 재분배 및 팽창을 통해 폐포-모세혈관 막을 확장하는 능력이 제한됨에 따라 운동 능력을 제한하여, 운동 중 산소 섭취를 결정적으로 감소시킵니다(10).

이제 인간 폐에는 COPD에서 휴면 상태인 것으로 보이는 다양한 기계 감각 전구 세포 및 줄기 세포 집단이 숨겨져 있다는 것이 잘 확립되었습니다(12). 신체 활동과 관련된 신장 및 변형 그리고 높은 혈관 압력에 의한 이들의 재활성화는 간격 기반 훈련이 실험적 COPD 동물 모델에서 폐 조직의 점진적 손실을 억제하는 것으로 발견된 이유를 설명할 수 있을 것입니다(8,13,14). 연구자들은 폐의 재생 능력을 평가하기 위한 체외 프로토콜을 개발했으며, 다음 단계는 건강한 상태와 COPD 환자 모두에서 인간 폐에 대한 유사한 프로토콜을 개발하는 것입니다. 본 파일럿 연구에서 연구자들은 폐용적감소술 대기 중인 COPD 환자를 대상으로, 체외 폐 오가노이드 배양 및 혈관 조직 공학 3D 방법으로 결정된 폐의 재생 능력에 대한 광범위한 고강도 간격 훈련(HIIT)의 효과를 조사할 것입니다.

주요 목적: 폐용적감소술 대기 중에 감독하에 HIIT를 통한 사전 재활이 폐의 재생 경로에 영향을 미치는지 조사합니다. 연구자들은 이러한 효과가 혈액 바이오마커 및 공간 오믹스 기술을 사용하여 비침습적으로 감지될 수 있는지 확인하고, 폐 조직의 지역 특이적 분자 변화, 세포 구성 및 구조적 재형성을 매핑하는 것을 목표로 합니다.

부차적 목적: 혈액량 증가가 폐 조직 질량(LTM) 증가, 폐 혈액량(PBV), 증상 심각도 감소 및 휴식 및 운동 중 폐 확산 용량과 관련이 있는지 확인합니다. 적출 조직을 사용하여 질병 및 수리 메커니즘에 대한 생체 외 모델을 개발합니다(15,16).

연구 가설:

주요: 폐용적감소술 대기 중 사전 재활은 비운동 대조군보다 폐의 재생 경로 활성화를 증가시키며, LTM 및 PBV의 동반 변화를 가져옵니다.

부차적: HIIT를 통한 사전 재활 후 운동 중 확산 용량과 삶의 질이 비운동 대조군에 비해 증가합니다. 마지막으로, HIIT 그룹에서 폐 기능에 변화가 없거나 제한적임에도 불구하고 기능적 결과, V̇O2peak, 체성분 및 심박출량이 개선될 것이라고 가정합니다.