Effecten van inspiratoire spiertraining op kortademigheid (dyspnoe) en houdingsregulatie bij patiënten met COPD

Het doel van deze klinische studie is het ophelderen van mechanismen van verlichting van kortademigheid en verbeteringen in houdingscontrole na inspiratoire spiertraining (IMT) bij patiënten met COPD.

Een duurfietsinspanningstest (Constant Work Rate (CWR)-test) zal worden gebruikt om de dyspnoe-intensiteit en onaangenaamheden te evalueren bij vergelijkbare ademhalingsinspanningen, bij vergelijkbare inspanning op de fietsergometer, voor en na IMT. Patiënten zullen een CWR-test uitvoeren op 75% van de maximale werksnelheid die wordt bereikt tijdens een maximale incrementele cardiopulmonale inspanningstest (CPET). Voor, tijdens en na CWR-fietstesten zullen patiënten hun intensiteit van kortademigheid, onaangenaamheid van kortademigheid, ademhalingsgerelateerde angst en beenongemakken beoordelen met behulp van een aangepaste 10-punts Borg-schaal. Aan het einde van de CWR-fietstest wordt patiënten gevraagd om kwalitatieve descriptoren van kortademigheid te rapporteren. De maximale duur van de CWR-test wordt geregistreerd en de niveaus van minuutventilatie worden gedurende het gehele inspanningsprotocol continu geregistreerd. Met deze duurinspanningstest zullen de onderzoekers veranderingen in het begin van dyspnoe (intensiteit en onaangenaamheid) en de prestaties in duurinspanning voor en na IMT kunnen beoordelen.

Tijdens CWR-oefeningen zullen oppervlakte-elektromyografie (EMG) en een kathetersysteem met meerdere slokdarmelektroden worden gebruikt om rekrutering van de ademhalingsspieren, ademhalingsinspanning en neurale aandrijving naar de verschillende ademhalingsspieren te evalueren. De katheter wordt ingebracht om continu Pes (slokdarmdruk), Pgas (maagdruk) en EMGdi (elektromyogram van de middenrifspier) te registreren. PesMax (maximale slokdarmdruk), PgasMax (maximale maagdruk) en PdiMax (maximale transdiafragmatische druk) worden verkregen tijdens maximale snuif- en hoestmanoeuvres. Transcutane oppervlakte-elektromyografie (sEMG) technieken zullen worden toegepast op scalene, sternocleidomastoideus en parasternale intercostale spieren om neurale aandrijving naar deze ademhalingsspieren te registreren. Met deze metingen zullen de onderzoekers kunnen beoordelen of er veranderingen zijn in rekruteringspatronen van de ademhalingsspieren en de neurale aandrijving van de ademhaling naar de verschillende ademhalingsspieren na IMT.

Tijdens inspanning zal 'Ademhalingsspiermetaboreflex' leiden tot sympathisch gemedieerde vasoconstrictie van de bewegingsspier van de ledematen, minder bloed en zuurstoftoevoer naar de spieren van de actieve ledematen daar door vermoeidheid van de bewegingsspieren. De spierkracht van de quadriceps opgewekt door magnetische stimulatie van de nervus femoralis zal worden beoordeeld om vermoeidheid van de locomotorische spieren te meten op identieke inspanningstijdstippen tijdens de CWR-test voor en na de interventie. Met deze techniek zullen de onderzoekers kunnen beoordelen of het begin van vermoeidheid van de bewegingsspieren vertraagd is na IMT.

Er zal een isocapnische hyperpneu-studie worden uitgevoerd om de perfusie van de ademhalingsspieren, de intensiteit en onaangenaamheden van de kortademigheid, het rekruteringspatroon van de ademhalingsspieren, de ademhalingsinspanning en de neurale ademhalingsaandrijving te beoordelen zonder het werk van de locomotorische spier voor en na IMT. Patiënten wordt gevraagd een gericht minuutventilatiepatroon aan te houden dat gelijk is aan hun ademhalingsfrequentie, teugvolume en minuutventilatie geregistreerd in rust en tijdens de laatste minuut van de inspanningstest met constante belasting (bij ~75% WRpeak). Onderzoekers zullen patiënten verbale begeleiding geven om de snelheid en diepte van hun ademhaling zodanig aan te passen dat de doelventilatie wordt verkregen en constant wordt gehouden binnen ± 5%. Isocapnia wordt in stand gehouden door proefpersonen te laten inspireren vanuit een Douglas-zak met 5% CO2, 21% O2, balans N2 die met een stuk slang is verbonden met een tweeweg niet-rebreathing-klep (model 2700, Hans Rudolph).

Belaste ademhalingstests zullen worden uitgevoerd om de intensiteit en onaangenaamheid van kortademigheid, rekruteringspatronen van de ademhalingsspieren, ademhalingsinspanning en neurale ademhalingsaandrijving te beoordelen. Patiënten wordt gevraagd om zo lang als ze kunnen (3-7 minuten) door een taps toelopend stroomweerstandsbelastingsapparaat (TFRL) (powerbreathe KH1) te ademen. De weerstand wordt ingesteld op 50% van de PImax van de patiënt. Hartslag, zuurstofverzadiging en aantal ademhalingen worden gecontroleerd. Voor en na de test Borg dyspnoe, inademingsinspanning en onaangenaamheden worden geregistreerd. De test wordt herhaald na 8 weken IMT, bij dezelfde weerstand. Borg dyspnoe, inademingsinspanning en onaangenaamheden worden geregistreerd op de tijdslimiet van pre-training en op de symptoomlimiet. De langste tijd voor post-training kan oplopen tot 15 minuten.

Ademhalings- (d.w.z. intercostale, scalene en abdominaal) en bewegingsindex van de locomotorische spier (d.w.z. vastus lateralis) zullen gelijktijdig worden gemeten tijdens isocapnische hyperpneu-onderzoeken en tijdens de CWR-test (bij 75% van de piekbelasting) voor en na IMT volgens een eerder vastgestelde methode met behulp van nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) en indocyaninegroen (ICG). Ademhalings- (d.w.z. intercostale, scalene, abdominaal) en locomotorische spier (d.w.z. vastus lateralis) zuurstofafgifte zal worden berekend door de bloedstroomindex te vermenigvuldigen met het arteriële zuurstofgehalte, de laatste zal niet-invasief worden berekend door middel van pulsoximetrie. Ademhalings- (d.w.z. intercostale, scalene, abdominaal) en locomotorische spier (d.w.z. vastus lateralis) zuurstofverzadiging (Stio2) - een index van zuurstofbeschikbaarheid die de balans tussen zuurstoftoevoer en -vraag weergeeft - zal tijdens de proef continu worden geregistreerd door NIRS.

Een niet-invasieve techniek voor het bestuderen van de neurale verwerking van ademhalingssensaties zal worden gebruikt om veranderingen in de affectieve onaangenaamheidscomponent van kortademigheid te beoordelen tijdens een gestandaardiseerde belaste ademhalingstaak. Elektro-encefalografie (EEG) zal worden gebruikt om respiratoire gerelateerde evoked potentials (RREP's) te meten tijdens belaste en onbelaste ademhaling. De RREP geregistreerd van EEG is een meting van cerebrale corticale activiteit, die wordt opgewekt door de activering van long- en spiermechanoreceptoren als gevolg van korte inspiratoire occlusies. Patiënten zullen EEG-sensoren dragen [129-kanaals systeem, Electrical Geodesics Inc., Eugene, VS] en ademen door een ademhalingscircuit met een niet-rebreathing-klep via een mondstuk. De inspiratie wordt elke twee tot zes ademhalingen gedurende 150 milliseconden kort onderbroken door activering van de occlusieklep met perslucht, die de RREP induceert. Patiënten beoordelen hun waargenomen intensiteit en onaangenaamheid van kortademigheid en intensiteit van occlusie op een Borg-schaal, terwijl inspiratiebelasting en occlusie worden toegepast via een ademhalingsautomaat. Deze methode zal worden gebruikt om te beoordelen of er minder onaangenaamheden zijn geassocieerd met een bepaald niveau van kortademigheid veroorzaakt door een weerstandsademhalingstaak en of deze veranderingen verband houden met veranderingen in de centrale verwerking van de kortademigheidsensatie.

Om de posturale balans te evalueren, wordt de verplaatsing van het drukpunt (CoP) geschat op basis van de onbewerkte krachtplaatgegevens met behulp van de vergelijking: CoP = Mx/Fz (medio-lateraal) en CoP=My/Fz (anterieur-posterieur). CoP wordt gemeten tijdens rechtop staan ​​met en zonder zicht, op een stabiele en instabiele (foam pad) ondergrond. Tijdens sommige omstandigheden zullen lokale spiertrillingen op de enkel- en/of rugspieren worden toegepast om de rol van proprioceptie bij houdingsregulatie te evalueren. Bovendien zal in sommige omstandigheden een herhaalde ballistische armbeweging worden gevraagd om het effect van een interne verstoring op de houdingscontrole te evalueren. Root mean square waarden van de CoP-verplaatsingen zullen worden gebruikt voor de analyse van posturale stabiliteitsmetingen en gemiddelde waarden zullen worden berekend voor de trillingsproeven om het verwachte directionele effect te analyseren. Een verhouding van de CoP-verplaatsingen van de enkelspiertrillingsproef ten opzichte van de rugspiertrillingsproef zal worden berekend om de proprioceptieve houdingsregulatiestrategie te bepalen.

Er is een steekproefomvang van 16 deelnemers voor de interventiegroep en 8 voor de controlegroep nodig om een ​​verschil van één eenheid op de borg-10-schaal voor dyspneu te detecteren, uitgaande van een SD van 1 eenheid in de verandering in dyspnoescore tussen pre- en postmetingen (macht 80 %, significantieniveau p<0,05). Deze schattingen zijn gebaseerd op eerder werk over kortademigheid tijdens inspanning. Daarom zullen 24 klinisch stabiele COPD-patiënten met inspiratoire spierzwakte (PiMax<70% voorspeld of <60cmH2O) en kortademigheidssymptomen (BDI<7) worden geïncludeerd. Patiënten die geen inspanningstesten kunnen uitvoeren, worden uitgesloten.

Patiënten zullen dagelijkse training uitvoeren die bestaat uit twee trainingssessies van 30 ademhalingen (intensiteit ~ 50% van PiMax; 4-5 minuten per sessie). Eén sessie per week vindt onder supervisie plaats in het onderzoekscentrum. IMT zal gedurende 8 weken worden uitgevoerd met behulp van een elektronisch tapered flow resistive loading (TFRL)-apparaat [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, VK]. De PiMax wordt wekelijks gemeten om de juiste trainingsintensiteit te verhogen tot rond de 50% van de PiMax op dat moment. De sham-groep voert IMT uit bij een inspiratoire belasting waarvan niet wordt verwacht dat deze de inspiratoire spierfunctie zal verbeteren (intensiteit <10% van baseline PiMax; onveranderd gedurende het hele protocol).

Verschillen in primaire en secundaire uitkomsten tussen groepen na 8 weken IMT zullen worden vergeleken, gecorrigeerd voor basislijnverschillen in een analyse van covariantie (ANCOVA).