Effekter av inspiratorisk muskeltrening på kortpustethet (dyspné) og postural kontroll hos pasienter med KOLS

Formålet med denne kliniske studien er å belyse mekanismer for lindring av dyspné og forbedringer i postural kontroll etter inspiratorisk muskeltrening (IMT) hos pasienter med KOLS.

En treningstest for utholdenhetssyklus (Constant work rate (CWR) test) vil bli brukt for å evaluere dyspnéintensitet og ubehageligheter ved sammenlignbare pusteinnsats, ved sammenlignbare arbeidshastigheter på syklusergometeret, før og etter IMT. Pasienter skal utføre en CWR-test ved 75 % av den maksimale arbeidshastigheten oppnådd under en maksimal inkrementell kardiopulmonal treningstest (CPET). Før, under og etter CWR-syklingstester vil pasienter vurdere intensiteten av dyspné, ubehag ved dyspné, pusterelatert angst og ubehag i beina ved å bruke en modifisert 10-punkts Borg-skala. Pasienter vil bli bedt om å rapportere kvalitative beskrivelser av dyspné på slutten av CWR-sykkeltesten. Maksimal varighet av CWR-testen vil bli registrert og nivåer av minuttventilasjon vil bli registrert kontinuerlig gjennom treningsprotokollen. Med denne utholdenhetstreningstesten vil etterforskerne kunne vurdere endringer i utbruddet av dyspné (intensitet og ubehageligheter) og ytelsen i utholdenhetstrening før og etter IMT.

Overflateelektromyografi (EMG), og et flerpars esophageal elektrodekatetersystem vil bli brukt under CWR-øvelser for å evaluere rekruttering av respirasjonsmuskel, respirasjonsanstrengelse og nevrale drift til de forskjellige respirasjonsmusklene. Kateteret vil bli satt inn for kontinuerlig å registrere Pes (øsofagustrykk), Pgas (gastrisk trykk) og EMGdi (elektromyogram av diafragmamuskelen). PesMax (maksimalt øsofagustrykk), PgasMax (maksimalt gastrisk trykk) og PdiMax (maksimalt transdiafragmatisk trykk) vil bli oppnådd under maksimale sniff- og hostemanøvrer. Transkutan overflateelektromyografi (sEMG) teknikker vil bli brukt på scalene, sternocleidomastoid og parasternale interkostale muskler for å registrere nevral drift til disse respirasjonsmusklene. Med disse målingene vil etterforskerne kunne vurdere om det er noen endringer i respirasjonsmuskelrekruttering og respiratorisk nevrale drift til de forskjellige respirasjonsmusklene etter IMT.

Under trening vil 'Respiratory Muscle Metaboreflex' føre til sympatisk mediert vasokonstriksjon av bevegelsesmuskelen i lemmer, mindre blod- og oksygentilførsel til aktive lemmermuskler der ved at det oppstod tretthet i bevegelsesmuskulaturen. Quadriceps rykkkrefter fremkalt av magnetisk stimulering av femoral nerve vil bli vurdert for å måle bevegelsesmuskeltretthet ved identiske treningstidspunkter under CWR-test før og etter intervensjonen. Med denne teknikken vil etterforskerne kunne vurdere om utbruddet av bevegelsesmuskeltretthet er forsinket etter IMT.

En isokapnisk hyperpné-forsøk vil bli utført for å vurdere respirasjonsmuskelperfusjon, dyspnéintensitet og ubehageligheter, respiratorisk muskelrekruttering, respirasjonsanstrengelse og neural respirasjonsdrift uten arbeid av bevegelsesmuskel før og etter IMT. Pasienter vil bli bedt om å opprettholde et målrettet minuttventilasjonsmønster lik deres pustefrekvens, tidalvolum og minuttventilasjon registrert i hvile og i løpet av det siste minuttet av konstant belastningsøvelsestest (ved ~75 % WRpeak). Eksperimentører vil gi verbal veiledning til pasienter for å justere hastigheten og dybden på pusten slik at målventilasjonen oppnås og holdes konstant innenfor ±5 %. Isokapni vil opprettholdes ved å la forsøkspersonene inspirere fra en Douglas-pose som inneholder 5 % CO2, 21 % O2, balanse N2 som kobles til en toveis ikke-repustende ventil (modell 2700, Hans Rudolph) med et stykke slange.

Lastede pustetester vil bli utført for å vurdere dyspnéintensitet og ubehageligheter, rekrutteringsmønstre for respiratoriske muskler, respirasjonsanstrengelse og neural respirasjonsdrift. Pasienter vil bli bedt om å puste gjennom en tapered flow resistive loading (TFRL) enhet (powerbreathe KH1) så lenge de kan (3-7 minutter), motstanden vil bli satt til 50 % av pasientens PImax. Hjertefrekvens, oksygenmetning og antall åndedrag vil bli overvåket. Før og etter testen Borg-dyspné, inspirasjonsanstrengelse og ubehageligheter vil bli registrert. Testen vil bli gjentatt etter 8 uker med IMT, med samme motstand. Borg-dyspné, inspirasjonsanstrengelse og ubehageligheter vil bli registrert ved tidsbegrensning for førtrening og ved symptomgrense. Den lengste tiden for ettertrening kan være opptil 15 minutter.

Respiratorisk (dvs. interkostal, scalene og abdominal) og bevegelsesmuskelblodstrømindeks (dvs. vastus lateralis) vil bli målt samtidig under isokapniske hyperpné-forsøk, så vel som under CWR-testen (ved 75 % av maksimal arbeidshastighet) før og etter IMT etter en tidligere etablert metode ved bruk av nær-infrarød spektroskopi (NIRS) og indocyaningrønn (ICG). Respiratorisk (dvs. interkostal, scalene, abdominal) og bevegelsesmuskel (dvs. vastus lateralis) oksygentilførsel vil bli beregnet ved å multiplisere blodstrømindeksen til arterielt oksygeninnhold, sistnevnte vil bli beregnet ikke-invasivt ved pulsoksymetri. Respiratorisk (dvs. interkostal, scalene, abdominal) og bevegelsesmuskulatur (dvs. vastus lateralis) oksygenmetning (Stio2) - en indeks for oksygentilgjengelighet som gjenspeiler balansen mellom oksygentilførsel og -behov - vil bli registrert kontinuerlig under forsøket av NIRS.

En ikke-invasiv teknikk for å studere nevrale prosessering av luftveisfølelser vil bli brukt for å vurdere endringer i den affektive ubehagelighetskomponenten ved dyspné under en standardisert belastet pusteoppgave. Elektroencefalografi (EEG) vil bli brukt til å måle respirasjonsrelaterte fremkalte potensialer (RREPs) under belastet og ubelastet pust. RREP registrert fra EEG er en måling av cerebral kortikal aktivitet, som fremkalles ved aktivering av lunge- og muskelmekanoreseptorer på grunn av korte inspiratoriske okklusjoner. Pasienter vil ha på seg EEG-sensorer [129-kanalsystem, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] og puste gjennom en pustekrets med en ikke-repustende ventil via et munnstykke. Inspirasjonen vil bli avbrutt kort i 150 millisekunder hvert andre til sjette pust ved aktivering av okklusjonsventilen med trykkluft, som induserer RREP. Pasientene vil vurdere deres opplevde intensitet og ubehageligheter ved dyspné og intensiteten av okklusjon på en Borg-skala, mens inspiratorisk belastning og okklusjon vil bli påført via en pusteventil. Denne metoden vil bli brukt til å vurdere om det er mindre ubehageligheter knyttet til et gi-nivå av dyspné fremkalt av en resistiv pusteoppgave, og om disse endringene er korrelert med endringer i den sentrale behandlingen av dyspnéfølelsen.

For å evaluere postural balanse, vil forskyvning av trykksenteret (CoP) i bli estimert fra rå kraftplatedata ved å bruke ligningen: CoP = Mx/Fz (medio-lateral) og CoP=My/Fz (anterior-posterior). CoP vil bli målt under oppreist stående med og uten syn, på stabil og ustabil (skumpute) støtteoverflate. Under noen forhold vil lokal muskelvibrasjon på ankel- og/eller ryggmuskler bli brukt for å evaluere rollen til propriosepsjon i postural kontroll. Videre vil en gjentatt ballistisk armbevegelse under noen forhold bli bedt om å evaluere effekten av en indre forstyrrelse på postural kontroll. Root mean square-verdier av CoP-forskyvningene vil bli brukt for analyse av posturale stabilitetstiltak, og middelverdier vil bli beregnet for vibrasjonsforsøkene for å analysere forventet retningseffekt. Et forhold mellom CoP-forskyvningene av ankelmuskulaturens vibrasjonsforsøk i forhold til ryggmuskulaturens vibrasjonsforsøk vil bli beregnet for å bestemme den proprioseptive posturale kontrollstrategien.

En prøvestørrelse på 16 deltakere for intervensjonsgruppen og 8 for kontrollgruppen er nødvendig for å oppdage en forskjell på én enhet i dyspné Borg-10-skalaen, forutsatt en SD på 1 enhet i endringen i dyspné-skåre mellom før- og postmålinger (power 80 %, signifikansnivå p<0,05). Disse estimatene er basert på tidligere arbeid med dyspné under trening. Derfor vil 24 klinisk stabile KOLS-pasienter med inspiratorisk muskelsvakhet (PiMax<70 % predikert eller <60cmH2O) og dyspnésymptomer (BDI<7) inkluderes. Pasienter som ikke er i stand til å utføre treningstesting vil bli ekskludert.

Pasienter vil utføre daglig trening bestående av to treningsøkter på 30 pust (intensitet ~50 % av PiMax; 4-5 minutter per økt). En økt per uke vil bli utført veiledet ved forskningssenteret. IMT vil bli utført med en elektronisk konisk strømningsmotstandsbelastning (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, Storbritannia] i 8 uker. PiMax vil bli målt hver uke for å øke passende treningsintensitet til rundt 50 % av PiMax i det øyeblikket. Den falske gruppen vil utføre IMT ved en inspiratorisk belastning som ikke forventes å forbedre inspiratorisk muskelfunksjon (intensitet <10 % av baseline PiMax; uendret gjennom hele protokollen).

Forskjeller i primære og sekundære utfall mellom grupper etter 8 uker med IMT vil bli sammenlignet med justering for baseline forskjeller i en analyse av kovarians (ANCOVA).