Ćwiczenia oddechowe przeciw duszności u pacjentów z niewydolnością serca w celu poprawy chemiowrażliwości (Breathe-HF)

TŁO

Niewydolność oddechowa, najczęściej określana ilościowo jako zwiększona wentylacja (V̇E) do nachylenia wydechu dwutlenku węgla (V̇CO2) podczas wysiłku, jest charakterystyczną cechą pacjentów z niewydolnością serca, zarówno ze zmniejszoną, jak i zachowaną frakcją wyrzutową (HFrEF, HFpEF).[1] Liczne badania wykazały, że wyższe nachylenia V̇E/V̇CO2 wiążą się z gorszymi rokowaniami.[2-4] Składowe nachylenia V̇E/V̇CO2 to ciśnienie parcjalne CO2 w tętnicy (PaCO2), na które wpływa hiperwentylacja, oraz stosunek przestrzeni martwej płuc do objętości oddechowej (VD/VT), na który mają wpływ zaburzenia perfuzji płucnej.[5] Nadmierna reakcja na wentylację u pacjentów z HFrEF może być spowodowana nadwrażliwością chemoreceptorów na CO2[6] i/lub często występującą u pacjentów z HFrEF nadpobudliwością układu współczulnego, polegającą na zwiększonej aktywacji metaboreceptorów w odpowiedzi mięśni obwodowych na zwiększony metabolizm beztlenowy. [7] Sugeruje się, że przewlekła współczulna nadaktywność nerwowa zmniejsza wydolność tlenową mięśni szkieletowych na podstawie zmniejszonej kapilaryzacji [8] i zmniejszonego przepływu krwinek czerwonych [9], co prowadzi do przesunięcia typu włókien mięśniowych w kierunku niższej zawartości włókien typu I. [10] Wynikający z tego beztlenowy metabolizm mięśni prowadzi do zwiększonego zmęczenia mięśni [11] i kwasicy już przy niskim poziomie ćwiczeń, co wyzwala przesadne reakcje na wentylację. [12] Z drugiej strony, hiperwentylacja jest dobrze znana z pobudzania współczulnej aktywności nerwowej, dlatego błędne koło współczulnej aktywności nerwowej napędzającej hiperwentylację i hiperwentylacja aktywująca współczulną aktywność nerwową trwa nadal. Sugeruje to, że hiperwentylacja może być nie tylko konsekwencją słabej funkcji lewej komory (LV), ale także czynnikiem napędzającym.

Oprócz terapii farmaceutycznych i interwencji elektrofizjologicznych stwierdzono, że terapia ruchowa ma korzystny wpływ na parametry hemodynamiczne i wentylacyjne zarówno u pacjentów z HFrEF[14], jak iz HFpEF[15]. Uważa się, że głównymi mechanizmami ćwiczeń są zmniejszony opór obwodowy, a tym samym obciążenie następcze serca, poprzez poprawę funkcji śródbłonka, zwiększoną kapilarizację prowadzącą do lepszego dotlenienia mięśni szkieletowych i poprawę metabolizmu tlenowego.[16] Pomimo korzystnych efektów treningu fizycznego zarówno w warunkach stacjonarnych, jak i domowych, [17, 18] stwierdzono, że przestrzeganie zasad aktywności fizycznej jest słabe wśród pacjentów z HFrEF. [19] Co zaskakujące, niewiele badań ukierunkowało wentylację bezpośrednio na podejście terapeutyczne. Tylko trzy badania oceniały wpływ treningu wolnego oddychania na funkcje krążeniowo-oddechowe.[20, 21] Badania te wykazały poprawę sprawności fizycznej, zmniejszenie ciśnienia tętniczego krwi i płuc, zwiększenie frakcji wyrzutowej (EF), [20, 22] poprawę wydajności wentylacji [20] i zmniejszenie bezdechu sennego. [22] Co więcej, odkryli ulepszoną regulację autonomicznego układu nerwowego poprzez zmniejszenie popędu współczulnego i zwiększenie aktywności nerwu błędnego.[23] Nie wiadomo, czy powolny oddech może zwiększyć PaCO2 na tyle, aby zmienić czułość lub wartość zadaną chemoreceptorów. Z drugiej strony stwierdzono, że trening bezdechu prowadzi do dużych zmian poziomów PaCO2 tolerowanych przez chemoreceptory w spoczynku i podczas ćwiczeń.[24] 25] Jednak do tej pory nie opublikowano badań, które wprowadzałyby bezdech do treningu oddechowego u pacjentów z HF. Co więcej, wcześniejsze badania nie sprawdzały, czy wpływ powolnego oddychania na poprawę nachylenia V̇E/V̇CO2 wynikał z chronicznego wzrostu PaCO2 lub zmniejszenia martwej przestrzeni wentylacyjnej.

HIPOTEZA

Badacze postawili hipotezę, że 12-tygodniowy trening z powolnym oddychaniem przez nos, po którym następuje bezdech końcowo-wydechowy, oparty na edukacji, wprowadzaniu w ośrodku i 15-minutowym treningu oddechowym w domu, będzie skuteczny w zmniejszaniu nadmiernej odpowiedzi oddechowej na ćwiczenia.

METODY

Projekt badania

Prospektywne randomizowane badanie kontrolowane. Kwalifikujący się pacjenci są identyfikowani podczas corocznych badań kontrolnych w Klinice Niewydolności Serca i Kardiologii Prewencyjnej Inselspital w Bernie. Pacjenci zostaną losowo przydzieleni w stosunku 1:1 (w podziale na HFrEF/HFpEF i płeć) do grupy interwencyjnej i kontrolnej. Pacjenci z grupy interwencyjnej wykonują trening oddechowy dodatkowo do standardowej opieki, a pacjenci z grupy kontrolnej otrzymują standardową opiekę i otrzymują trening oddechowy po zakończeniu badania. Projekt badania i interwencja oddechowa zostały opracowane przy bezpośrednim udziale grupy pacjentów (z badania pilotażowego).

Interwencja oddechowa

Trening modulacji wzorca oddychania wykonywany jest w domu przez 12 tygodni dwa razy dziennie po 15 min na sesję i składa się z trzech elementów: 1) edukacji w zakresie nieprawidłowej wentylacji w niewydolności serca, wpływu wentylacji na PaCO2 i autonomiczny układ nerwowy oraz wrażliwości chemoreceptorów ; 2) 1-3 sesje kierowanego i monitorowanego treningu twarzą w twarz z powolnym oddychaniem przez nos brzuszny i przerywanymi bezdechami wspieranymi przez kamizelkę Healer (LIFE, Mediolan, Włochy) mierzącą elektrokardiogram (EKG) oraz ruchy klatki piersiowej na poziomie wyrostek mieczykowaty, rękojeść piersiowa i brzuch; 3) niezależne domowe szkolenie w zakresie bezdechu wspierane materiałami informacyjnymi, filmami wideo i cotygodniowymi rozmowami telefonicznymi w celu monitorowania postępów i przestrzegania zaleceń, odpowiadania na pytania i zachęcania do dalszych postępów wraz z długością wstrzymywania oddechu.

Pomiary

Pomiary wykonuje się podczas wizyty 1 przed i wizyty 2 pod koniec okresu interwencji.

Test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy (CPET)

CPET wykonuje się na ergometrze rowerowym zgodnie z zaleceniami American Heart Association.[38] Testy rampowe przeprowadza się zgodnie z wcześniejszym opisem.[31] Zużycie O2 i produkcja CO2 będą mierzone w sposób ciągły w otwartym systemie spirometrycznym (Quark, Cosmed, Rzym, Włochy) i rejestrowane jako wartości średnie z 8 oddechów. Co 2 minuty pacjenci pytani są o odczuwanie duszności w zmodyfikowanej skali Borga. Nachylenie V̇E/V̇CO2 od spoczynku do progu wentylacji 2 (VT2), szczytowe V̇O2 i V̇O2 w VT1 są określane zgodnie z wcześniejszym opisem.[31]

Analizy krwi

Próbki krwi pobiera się z żyły łokciowej do analizy hemoglobiny i NT-proBNP. Arterializowana krew jest pobierana z płatka ucha w spoczynku i podczas szczytowego wysiłku w celu analizy PaCO2, tlenu (PaO2), wodorowęglanów i pH.

Czułość chemoreceptorów

Czułość chemoreceptorów mierzy się za pomocą protokołu ponownego oddychania.[39] Badani leżą na wznak i oddychają przez ustnik otwartego systemu spirometrycznego (Innocor, Cosmed, Rzym, Włochy). Gdy zawór trójdrożny jest otwarty na powietrze z pomieszczenia, test rozpoczyna się od 2-5 minutowej hiperwentylacji, co pozwala na spadek końcowo-wydechowego ciśnienia parcjalnego CO2 (PETCO2). Po hiperwentylacji pacjent oddycha komfortowo, podczas gdy zawór trójdrożny jest przełączany na worek oddechowy. Zrównoważenie PCO2 w worku, płucach i krwi tętniczej do mieszanej krwi żylnej uzyskuje się przez wykonanie trzech głębokich oddechów. W ciągu następnych minut PETCO2 może wzrosnąć, podczas gdy PETO2 jest zaciskane do 150 mmHg podczas testu hiperoksyjnego i do 50 mmHg podczas drugiego testu z niedotlenieniem poprzez podanie 100% O2 do obwodu przez port w worku oddechowym. Centralne i obwodowe odpowiedzi chemorefleksyjne na CO2 są szacowane na podstawie różnicy między hiperoksyjną i hipoksyjną reakcją wentylacyjną.[40, 41]

Wyniki zgłaszane przez pacjentów

Kwestionariusz Kardiomiopatii Kansas City (KCCQ) jest wypełniany podczas wizyty 1 i wizyty 2 w celu oceny jakości życia i duszności. Podczas wizyty 2 przeprowadzany jest ustrukturyzowany wywiad z pacjentem w celu oceny wykonalności i barier związanych z treningiem oddechowym. Przestrzeganie treningów jest monitorowane na podstawie informacji ustnych pacjentów podczas cotygodniowych rozmów telefonicznych.

Zmienność rytmu serca (HRV) i częstotliwość oddychania (BF)

HRV jest mierzone na podstawie 24-godzinnego EKG zarejestrowanego za pomocą kamizelki Healer (LIFE, Mediolan, Włochy) i analizowane z segmentu podczas fazy głębokiego snu, jak opisano wcześniej przez grupę badaczy.[42] Moc niskiej częstotliwości (LF, ms2, 0,04-0,15 Hz), moc wysokiej częstotliwości (HF, ms2, 0,15-0,4 Hz), a LF/HF są analizowane [43]. BF mierzy się za pomocą tensometrów z kamizelki Healer.

WYNIKI

Podstawowym wynikiem jest nachylenie V̇E/V̇CO2 analizowane przez ANCOVA z powtarzanymi pomiarami skorygowanymi o wartości wyjściowe i EF oraz płeć.

Drugorzędowe wyniki to nadir stosunku V̇E/V̇CO2, wzorca oddychania, VD/VT, szczytowe V̇O2, V̇O2 w VT1, spoczynkowe PETCO2, czułość chemoreceptorów obwodowych i ośrodkowych, gazometrie krwi tętniczej, NT-proBNP, częstość akcji serca, HRV, przedwczesne komorowe uderzeń z 24-godzinnego EKG, KCCQ, wykonalności i przestrzegania zaleceń.

BIBLIOGRAFIA

1. Agostoni P, Guazzi M. Wysiłkowa niewydolność oddechowa w niewydolności serca: kilka świeżych wiadomości na mapie drogowej niewydolności serca z zachowanym fenotypowaniem frakcji wyrzutowej. Europejski dziennik niewydolności serca 2017; 19(12): 1686-9.
2. Ponikowski P, Francis DP, Piepoli MF i in. Zwiększona odpowiedź oddechowa na wysiłek u pacjentów z przewlekłą niewydolnością serca i zachowaną tolerancją wysiłku: marker nieprawidłowej kontroli odruchu krążeniowo-oddechowego i predyktor złego rokowania. Cyrkulacja 2001; 103(7): 967-72.
3. Myers J, Arena R, Oliveira RB i in. Najniższy stosunek VE/VCO2 podczas wysiłku jako predyktor wyników u pacjentów z niewydolnością serca. Dziennik niewydolności serca 2009; 15(9): 756-62.
4. Nadruz W, Jr., West E, Sengelov M i in. Wartość prognostyczna testów wysiłkowych krążeniowo-oddechowych w niewydolności serca ze zmniejszoną, średnią i zachowaną frakcją wyrzutową. Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Kardiologicznego 2017; 6(11).
5. Johnson RL, Jr. Efektywność wymiany gazowej w zastoinowej niewydolności serca. Cyrkulacja 2000; 101(24): 2774-6.
6. Chua TP, Clark AL, Amadi AA i in. Związek między wrażliwością na chemioterapię a odpowiedzią wentylacyjną na wysiłek fizyczny w przewlekłej niewydolności serca. Journal of American College of Cardiology 1996; 27(3): 650-7.
7. Scott AC, Davies LC, Coats AJ i in. Związek metaboreceptorów mięśni szkieletowych kończyn górnych i dolnych z kontrolą oddechu u pacjentów z niewydolnością serca. Nauki kliniczne (Londyn, Anglia: 1979) 2002; 102(1): 23-30.
8. Duscha BD, Kraus WE, Keteyian SJ i in. Gęstość naczyń włosowatych mięśni szkieletowych: mechanizm przyczyniający się do nietolerancji wysiłku w przewlekłej niewydolności serca klasy II-III, niezależnie od innych zmian obwodowych. Journal of American College of Cardiology 1999; 33(7): 1956-63.
9. Hirai DM, Musch TI, Poole DC. Trening fizyczny w przewlekłej niewydolności serca: poprawa transportu i wykorzystania tlenu w mięśniach szkieletowych. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015; 309(9): H1419-39.
10. Sullivan MJ, Duscha BD, Klitgaard H, et al. Zmieniona ekspresja łańcucha ciężkiego miozyny w ludzkim mięśniu szkieletowym w przewlekłej niewydolności serca. Med Sci Sports Exerc 1997; 29(7): 860-6.
11. Schulze PC, Linke A, Schoene N i in. Funkcjonalne i morfologiczne nieprawidłowości mięśni szkieletowych korelują ze zmniejszoną aktywnością elektromiograficzną w przewlekłej niewydolności serca. Eur J Cardiovasc Poprzednia Rehabilitacja 2004; 11(2): 155-61.
12. Piepoli M, Clark AL, Volterrani M i in. Wkład mięśni doprowadzających do reakcji hemodynamicznych, autonomicznych i wentylacyjnych na ćwiczenia u pacjentów z przewlekłą niewydolnością serca: efekty treningu fizycznego. Cyrkulacja 1996; 93(5): 940-52.
13. Coats AJ, Clark AL, Piepoli M i in. Objawy i jakość życia w niewydolności serca: hipoteza mięśniowa. Br Serce J 1994; 72(2 Dodatek): S36-9.
14. Tucker WJ, Lijauco CC, Hearon CM, Jr., et al. Mechanizmy poprawy szczytowego VO2(2) podczas treningu wysiłkowego w niewydolności serca z obniżoną lub zachowaną frakcją wyrzutową. Obieg Płuc Serca 2018; 27(1): 9-21.
15. Fu TC, Yang NI, Wang CH i in. Aerobowy trening interwałowy wywołuje różne adaptacje hemodynamiczne między pacjentami z niewydolnością serca z zachowaną i zmniejszoną frakcją wyrzutową. Am J Phys Med Rehabil 2016; 95(1): 15-27.
16. Hambrecht R, Niebauer J, Fiehn E i in. Trening fizyczny u pacjentów ze stabilną przewlekłą niewydolnością serca: wpływ na wydolność krążeniowo-oddechową i ultrastrukturalne nieprawidłowości mięśni nóg. Journal of American College of Cardiology 1995; 25(6): 1239-49.
17. Ruku DM, Tran Thi TH, Chen HM. Wpływ treningu oporowego w ośrodku lub w domu na siłę mięśni i szczyt VO (2) u pacjentów z HFrEF: przegląd systematyczny i metaanaliza. Enferm Clin (wersja angielska) 2021.
18. Long L, Mordi IR, Bridges C i in. Rehabilitacja kardiologiczna oparta na ćwiczeniach dla dorosłych z niewydolnością serca. System bazy danych Cochrane Rev 2019; 1(1): Cd003331.
19. Cooper LB, Mentz RJ, Sun JL i in. Czynniki psychospołeczne, przestrzeganie ćwiczeń i wyniki u pacjentów z niewydolnością serca: spostrzeżenia z niewydolności serca: kontrolowana próba badająca wyniki treningu wysiłkowego (HF-ACTION). Krążenie Niewydolność serca 2015; 8(6): 1044-51.
20. Parati G, Malfatto G, Boarin S i in. Oddychanie sterowane przez urządzenie w warunkach domowych: wpływ na wydolność wysiłkową, czynność płuc i komór u pacjentów z przewlekłą niewydolnością serca: badanie pilotażowe. Krążenie Niewydolność serca 2008; 1(3): 178-83.
21. Lachowska K, Bellwon J, Narkiewicz K i in. Długoterminowe skutki powolnego oddychania sterowanego urządzeniem u pacjentów ze stabilną niewydolnością serca ze zmniejszoną frakcją wyrzutową. Badania kliniczne w kardiologii: oficjalne czasopismo Niemieckiego Towarzystwa Kardiologicznego 2019; 108(1): 48-60.
22. Kawecka-Jaszcz K, Bilo G, Drożdż T i in. Wpływ treningu powolnego oddychania kierowanego przez urządzenie na wydolność wysiłkową, czynność serca i wzorce oddychania podczas snu u pacjentów płci męskiej i żeńskiej z przewlekłą niewydolnością serca. Pol Arch Intern Med 2017; 127(1): 8-15.
23. Lachowska K, Bellwon J, Moryś J i in. Powolne oddychanie poprawia reaktywność układu sercowo-naczyniowego na stres psychiczny i jakość życia związaną ze zdrowiem u pacjentów z niewydolnością serca i obniżoną frakcją wyrzutową. Czasopismo kardiologiczne 2020; 27(6): 772-9.
24. Roecker K, Metzger J, Scholz T i in. Zmodyfikowana charakterystyka odpowiedzi wentylacyjnej na ćwiczenia u nurków na wstrzymanym oddechu. Międzynarodowe czasopismo fizjologii sportu i wydajności 2014; 9(5): 757-65.

31. Marcin T, Trachsel LD, Dysli M i in. Wpływ indywidualnie dopasowanego treningu interwałowego o wysokiej intensywności w porównaniu z ciągłym ćwiczeniem o umiarkowanej intensywności na wydolność krążeniowo-oddechową po zawale mięśnia sercowego: randomizowana kontrolowana próba. Ann Phys Rehabil Med 2021: 101490.

38. Fletcher GF, Ades PA, Kligfield P i in. Standardy ćwiczeń do testowania i treningu: oświadczenie naukowe American Heart Association. Cyrkulacja 2013; 128(8): 873-934.

39. Duffin J. Pomiar chemorefleksów oddechowych u ludzi. Respir Physiol Neurobiol 2011; 177(2): 71-9.

40. Duffin J, Mohan RM, Vasiliou P i in. Model chemoreflexowej kontroli oddychania u ludzi: pomiar parametrów modelu. Respir Physiol 2000; 120(1): 13-26.

41. Guyenet PG. Regulacja oddychania i odpływów autonomicznych przez chemoreceptory. Compr Physiol 2014; 4(4): 1511-62.

42. Herzig D, Eser P, Omlin X i in. Odtwarzalność zmienności rytmu serca zależy od parametru i fazy snu. Granice w fizjologii 2017; 8: 1100.

43. Zmienność rytmu serca. Standardy pomiaru, interpretacja fizjologiczna i zastosowanie kliniczne. Grupa zadaniowa Europejskiego Towarzystwa Kardiologicznego i Północnoamerykańskiego Towarzystwa Stymulacji i Elektrofizjologii. Europejski dziennik sercowy 1996; 17(3): 354-81.