Wpływ treningu mięśni wdechowych na duszność i kontrolę postawy u pacjentów z POChP

Celem tego badania klinicznego jest wyjaśnienie mechanizmów łagodzenia duszności i poprawy kontroli postawy po treningu mięśni wdechowych (IMT) u pacjentów z POChP.

Próba wysiłkowa w cyklu wytrzymałościowym (test stałej szybkości pracy (CWR)) zostanie wykorzystana do oceny intensywności i nieprzyjemności duszności przy porównywalnym wysiłku oddechowym, przy porównywalnym tempie pracy na ergometrze rowerowym, przed i po IMT. Pacjenci będą wykonywać test CWR przy 75% szczytowego tempa pracy osiąganego podczas maksymalnego przyrostowego testu wysiłkowego (CPET). Przed, w trakcie i po testach rowerowych CWR pacjenci będą oceniać nasilenie duszności, nieprzyjemność duszności, niepokój związany z oddychaniem oraz dyskomfort nóg za pomocą zmodyfikowanej 10-punktowej skali Borga. Pacjenci zostaną poproszeni o podanie jakościowych deskryptorów duszności na koniec testu cyklicznego CWR. Maksymalny czas trwania testu CWR zostanie zarejestrowany, a poziomy wentylacji minutowej będą rejestrowane w sposób ciągły w całym protokole ćwiczeń. Dzięki tej wytrzymałościowej próbie wysiłkowej badacze będą mogli ocenić zmiany w początku duszności (intensywność i nieprzyjemność) oraz wyniki w ćwiczeniach wytrzymałościowych przed i po IMT.

Elektromiografia powierzchniowa (EMG) i system cewników wieloparowych elektrod przełykowych zostaną wykorzystane podczas ćwiczeń CWR do oceny rekrutacji mięśni oddechowych, wysiłku oddechowego i napędu nerwowego różnych mięśni oddechowych. Cewnik zostanie wprowadzony w celu ciągłego rejestrowania Pes (ciśnienie w przełyku), Pgas (ciśnienie w żołądku) i EMGdi (elektromiogram mięśnia przepony). PesMax (maksymalne ciśnienie w przełyku), PgasMax (maksymalne ciśnienie w żołądku) i PdiMax (maksymalne ciśnienie przezprzeponowe) zostaną uzyskane podczas manewrów maksymalnego wciągania nosem i kaszlu. Techniki przezskórnej elektromiografii powierzchniowej (sEMG) zostaną zastosowane do mięśni pochyłych, mostkowo-obojczykowo-sutkowych i przymostkowych mięśni międzyżebrowych w celu zarejestrowania napędu nerwowego w tych mięśniach oddechowych. Dzięki tym pomiarom badacze będą w stanie ocenić, czy po IMT nastąpiły jakiekolwiek zmiany we wzorcach rekrutacji mięśni oddechowych i nerwowym napędzie oddechowym różnych mięśni oddechowych.

Podczas ćwiczeń „Metaborefleks mięśni oddechowych” doprowadzi do współczulnego skurczu naczyń mięśnia lokomotorycznego kończyn, zmniejszony dopływ krwi i tlenu do aktywnych mięśni kończyn przez zmęczenie mięśnia lokomotorycznego. Siły skurczowe mięśnia czworogłowego uda wywołane stymulacją magnetyczną nerwu udowego zostaną ocenione w celu pomiaru zmęczenia mięśnia lokomotorycznego w identycznych punktach czasowych podczas testu CWR przed i po interwencji. Dzięki tej technice badacze będą mogli ocenić, czy początek zmęczenia mięśni lokomotorycznych jest opóźniony po IMT.

Zostanie przeprowadzona próba izokapnicznego hiperpnei w celu oceny perfuzji mięśni oddechowych, nasilenia i nieprzyjemności duszności, wzorca rekrutacji mięśni oddechowych, wysiłku oddechowego i nerwowego napędu oddechowego bez pracy mięśni lokomotorycznych przed i po IMT. Pacjenci zostaną poproszeni o utrzymanie wzorca docelowej wentylacji minutowej równej ich częstotliwości oddychania, objętości oddechowej i wentylacji minutowej zarejestrowanych w spoczynku i podczas ostatniej minuty testu wysiłkowego ze stałym obciążeniem (przy ~75% WRpeak). Eksperymentatorzy udzielą pacjentom ustnych wskazówek, jak dostosować tempo i głębokość oddychania, tak aby docelowa wentylacja została uzyskana i utrzymana na stałym poziomie w granicach ±5%. Izokapnia będzie utrzymywana poprzez wdech pacjentów z worka Douglasa zawierającego 5% CO2, 21% O2, bilans N2, który zostanie podłączony do dwukierunkowego zaworu bez ponownego oddychania (model 2700, Hans Rudolph) za pomocą kawałka rurki.

Przeprowadzone zostaną testy oddechowe z obciążeniem, które pozwolą ocenić nasilenie i nieprzyjemność duszności, wzorce rekrutacji mięśni oddechowych, wysiłek oddechowy oraz nerwowy napęd oddechowy. Pacjenci zostaną poproszeni o oddychanie przez urządzenie z obciążeniem stożkowym (TFRL) (powerbreathe KH1) tak długo, jak to możliwe (3-7 minut), opór zostanie ustawiony na 50% PImax pacjenta. Tętno, wysycenie tlenem i liczba oddechów będą monitorowane. Przed i po teście Borga rejestrowana będzie duszność, wysiłek wdechowy i nieprzyjemność. Test zostanie powtórzony po 8 tygodniach IMT, przy takim samym oporze. Duszność Borga, wysiłek wdechowy i nieprzyjemność będą rejestrowane w limicie czasu przedtreningowego oraz w limicie objawów. Najdłuższy czas po treningu może wynosić do 15 minut.

Wskaźnik przepływu krwi w układzie oddechowym (tj. międzyżebrowym, pochyłym i brzusznym) oraz wskaźnik przepływu krwi w mięśniach narządu ruchu (tj. obszerny boczny) będą mierzone jednocześnie podczas prób izokapnicznego hiperpnei, jak również podczas testu CWR (przy 75% szczytowego tempa pracy) przed i po IMT według wcześniej ustalonej metody z wykorzystaniem spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS) i zieleni indocyjaninowej (ICG). Dostarczanie tlenu do układu oddechowego (tj. międzyżebrowego, pochyłego, brzucha) i mięśnia narządu ruchu (tj. mięśnia obszernego bocznego) zostanie obliczone poprzez pomnożenie wskaźnika przepływu krwi przez zawartość tlenu we krwi tętniczej, która zostanie obliczona nieinwazyjnie za pomocą pulsoksymetrii. Nasycenie tlenem układu oddechowego (tj. międzyżebrowego, pochyłego, brzusznego) i mięśnia narządu ruchu (tj. obszernego bocznego) (Stio2) – wskaźnik dostępności tlenu odzwierciedlający równowagę między podażą a zapotrzebowaniem na tlen – będzie rejestrowane w sposób ciągły podczas próby przez NIRS.

Nieinwazyjna technika badania neuronowego przetwarzania wrażeń oddechowych zostanie wykorzystana do oceny zmian składnika afektywnej nieprzyjemności duszności podczas standardowego zadania oddychania z obciążeniem. Elektroencefalografia (EEG) zostanie wykorzystana do pomiaru potencjałów wywołanych związanych z oddychaniem (RREP) podczas oddychania obciążonego i nieobciążonego. RREP zarejestrowany z EEG jest miarą aktywności kory mózgowej, która jest wywoływana przez aktywację mechanoreceptorów płuc i mięśni w wyniku krótkich okluzji wdechowych. Pacjenci będą nosić czujniki EEG [system 129-kanałowy, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] i oddychać przez obwód oddechowy z zaworem uniemożliwiającym ponowne wdychanie przez ustnik. Wdech będzie przerywany na krótko na 150 milisekund co dwa do sześciu oddechów przez aktywację zastawki okluzyjnej za pomocą sprężonego powietrza, co indukuje RREP. Pacjenci będą oceniać odczuwaną przez siebie intensywność i nieprzyjemność duszności oraz intensywność okluzji w skali Borga, podczas gdy obciążenie wdechowe i okluzja będą stosowane przez zawór oddechowy. Metoda ta posłuży do oceny, czy mniej nieprzyjemności wiąże się z zadanym poziomem duszności wywołanej zadaniem oddychania oporowego i czy zmiany te są skorelowane ze zmianami w ośrodkowym przetwarzaniu odczucia duszności.

Aby ocenić równowagę posturalną, przemieszczenie środka nacisku (CoP) zostanie oszacowane na podstawie surowych danych z płytki siły przy użyciu równania: CoP = Mx/Fz (przyśrodkowo-boczne) i CoP=My/Fz (przednio-tylne). CoP będzie mierzone podczas stania w pozycji pionowej z widzeniem i bez widzenia, na stabilnej i niestabilnej (piankowej podkładce) powierzchni podparcia. W niektórych warunkach lokalne wibracje mięśni na kostce i / lub mięśniach pleców zostaną zastosowane w celu oceny roli propriocepcji w kontroli postawy. Co więcej, w niektórych warunkach poproszony zostanie o powtarzalny balistyczny ruch ramienia w celu oceny wpływu wewnętrznych zaburzeń na kontrolę postawy. Średnie kwadratowe wartości przemieszczeń CoP zostaną wykorzystane do analizy miar stabilności posturalnej, a wartości średnie zostaną obliczone dla prób wibracyjnych w celu analizy oczekiwanego efektu kierunkowego. Stosunek przemieszczeń CoP próby wibracyjnej mięśni kostki do próby wibracyjnej mięśni pleców zostanie obliczony w celu określenia strategii proprioceptywnej kontroli postawy.

Wielkość próby 16 uczestników dla grupy interwencyjnej i 8 dla grupy kontrolnej jest wymagana do wykrycia różnicy o jedną jednostkę w skali Borg-10 dotyczącej duszności, przy założeniu odchylenia standardowego o 1 jednostkę w zmianie wyniku duszności między pomiarami przed i po pomiarach (moc 80 %, poziom istotności p<0,05). Szacunki te opierają się na wcześniejszych pracach dotyczących duszności podczas ćwiczeń. Dlatego włączonych zostanie 24 klinicznie stabilnych pacjentów z POChP z osłabieniem mięśni wdechowych (PiMax<70% wartości należnej lub <60cmH2O) i objawami duszności (BDI<7). Pacjenci, którzy nie są w stanie wykonać próby wysiłkowej, zostaną wykluczeni.

Pacjenci będą wykonywać dzienny trening składający się z dwóch sesji treningowych po 30 oddechów (intensywność ~50% PiMax; 4-5 minut na sesję). W ośrodku badawczym odbywać się będzie jedna sesja tygodniowo pod nadzorem. IMT zostanie przeprowadzona przy użyciu elektronicznego urządzenia do obciążania rezystancyjnego z przepływem stożkowym (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, Wielka Brytania] przez 8 tygodni. PiMax będzie mierzony co tydzień, aby zwiększyć odpowiednią intensywność treningu do około 50% PiMax w danym momencie. Grupa pozorowana wykona IMT przy obciążeniu wdechowym, od którego nie oczekuje się poprawy funkcji mięśni wdechowych (intensywność <10% wyjściowego PiMax; niezmieniona w całym protokole).

Różnice w pierwotnych i drugorzędowych wynikach między grupami po 8 tygodniach IMT zostaną porównane z uwzględnieniem różnic wyjściowych w analizie kowariancji (ANCOVA).