Skuteczność połączonego treningu aerobowego i siłowego w ostrych i przewlekłych adaptacjach u pacjentów z niewydolnością serca

Przegląd literatury: CHF jest głównym problemem zdrowia publicznego na świecie[1], bardzo rozpowszechnionym wśród osób starszych i główną przyczyną niepełnosprawności, hospitalizacji, zachorowalności i śmiertelności[2]. Generalnie pacjenci z CHF mają zmniejszoną wydolność wysiłkową, z głównymi objawami nietolerancji wysiłku, wczesnego zmęczenia i duszności[3], wykazują także zwiększoną obwodową i ośrodkową wrażliwość na chemioterapię oraz zaburzoną równowagę współczulno-wagalną z przewagą aktywacji współczulnej (SA)[4].

Zrozumienie metabolizmu oksydacyjnego i wewnątrzkomórkowego transferu energii zarówno w mięśniach szkieletowych, jak i mięśnia sercowego, mechanizmów dysfunkcji śródbłonka oraz roli SA i cytokin zapalnych dostarcza możliwych mechanistycznych wyjaśnień czynników patofizjologicznych zaangażowanych w rozwój nietolerancji wysiłku [5,6]. U pacjentów z CHF wykazano, że zwiększona sztywność tętnic wiąże się z chorobowością i śmiertelnością z przyczyn sercowo-naczyniowych[7]. Istnieją dowody na to, że zwiększona sztywność tętnic jest predyktorem nietolerancji wysiłku u pacjentów z CHF [8].

Zwiększona IMT tętnicy szyjnej jest związana z subkliniczną dysfunkcją mięśnia sercowego lewej komory (LV), co sugeruje możliwą rolę IMT tętnicy szyjnej w określaniu ryzyka HF [9]. CHF jest również związana z dysfunkcją śródbłonka, w tym upośledzoną zależnym od przepływu rozszerzeniem śródbłonka (FMD). Ponieważ uważa się, że funkcja śródbłonka odgrywa ważną rolę w koordynowaniu perfuzji tkanek i modulowaniu podatności tętnic, konieczne są interwencje mające na celu poprawę dysfunkcji śródbłonka.

Ogólnoustrojowe zwężenie naczyń i upośledzona perfuzja obwodowa są cechami charakterystycznymi zaawansowanej CHF. Chociaż zaproponowano, że wiele czynników, w tym zwiększone napięcie współczulne i aktywowany układ renina-angiotensyna, może być zaangażowanych w zmniejszoną zdolność rozszerzania naczyń tętniczych w HF, obecnie uznano kluczową rolę śródbłonka w koordynowaniu perfuzji tkankowej.

W kilku badaniach klinicznych udokumentowano dysfunkcję śródbłonka dużych przewodów i małych naczyń oporowych u pacjentów z CHF. Dysfunkcja śródbłonka może wpływać na układ sercowo-naczyniowy na dwa sposoby: po pierwsze, dysfunkcja śródbłonka naczyń oporowych może upośledzać perfuzję obwodową, a po drugie, dysfunkcja śródbłonka dużych naczyń przewodowych może ograniczać wzrost przepływu krwi dostarczanego przez duże naczynia zasilające i może zwiększać impedancję uszkodzonej LV i w konsekwencji upośledzać frakcję wyrzutową LV (LVEF). Ważną funkcjonalną konsekwencją dysfunkcji śródbłonka jest niezdolność do uwalniania tlenku azotu (NO) w odpowiedzi na bodźce fizjologiczne, takie jak wzrost przepływu, odzwierciedlający upośledzoną FMD[10]. I odwrotnie, chronicznie zwiększony przepływ krwi zwiększa uwalnianie NO w modelach eksperymentalnych poprzez regulację w górę syntazy NO, enzymu, który wykorzystuje L-argininę do wytwarzania NO. Przejściowe zwiększenie przepływu krwi pod wpływem treningu fizycznego może zwiększać zdolność śródbłonka do uwalniania NO, a tym samym przywracać funkcję śródbłonka u pacjentów z CHF, którzy zwykle są poddawani ograniczonej aktywności fizycznej [5]. Dysfunkcyjny śródbłonek przyczynia się do zwiększonej sztywności naczyń i upośledzonej rozciągliwości tętnic, nasilając uszkodzenia mięśnia sercowego[10].

Bezpośredni związek między ćwiczeniami a zdrowiem naczyń jest pewny, ale złożony zestaw szlaków metabolicznych, hemodynamiczny wpływ ćwiczeń na komórki/tkanki układu krążenia oraz regulacja ekspresji genetycznej aktywowanej przez ćwiczenia jest nadal w dużej mierze nieokreślony[11]. Wpływ ćwiczeń aerobowych i oporowych na kliniczne ciśnienie krwi może być różny, ponieważ mają one różne właściwości mechaniczne. Trening aerobowy (AT) charakteryzuje się wykonywaniem cyklicznych ćwiczeń, wykonywanych z dużymi grupami mięśniowymi napinającymi się z łagodną lub umiarkowaną intensywnością przez długi czas. Z kolei trening siłowy (ST) charakteryzuje się wykonywaniem ćwiczeń, w których mięśnie określonego segmentu ciała są napinane pokonując siłę przeciwstawiającą się ruchowi [12].

Wydolność tlenowa jest bezpośrednio związana z funkcją tętnic, w tym z funkcją śródbłonka, sztywnością tętnic i odbiciem fali. Ponadto sprzężenie funkcji tętnic i serca jest głównym wyznacznikiem wydolności tlenowej. Tak więc słaba spoczynkowa czynność tętnic prawdopodobnie ogranicza wydolność tlenową, ale możliwe jest również, że pewną rolę mogą odgrywać zmiany funkcji tętnic podczas intensywnych ćwiczeń. Czynność tętnic jest nie tylko związana z wydolnością tlenową, ale jest także niezależnym predyktorem śmiertelności [5].

Kontrolowane badania kliniczne wykazały, że u pacjentów z HF programy ExT poprawiają adaptację obwodową i sercową, a także wydolność tlenową, opóźniają rozpoczęcie metabolizmu beztlenowego i poprawiają równowagę autonomiczną [1,13]. Oprócz adaptacji maksymalnego rzutu serca, kurczliwości serca i objętości wyrzutowej, aerobowy ExT może również promować poprawę tła mikrokrążenia obwodowego poprzez zmniejszenie oporu przepływu, zwiększenie podatności tętnic i funkcji śródbłonka [13]. Nieprawidłowości w śródbłonku i FMD są kluczowym zjawiskiem w osłabieniu odpowiedzi wazodylatacyjnej u pacjentów z CHF. ExT umożliwia poprawę zarówno podstawowego śródbłonkowego tworzenia NO, jak i FMD za pośrednictwem agonisty w układzie naczyniowym mięśni szkieletowych (SM) u pacjentów z CHF. Korekcja dysfunkcji śródbłonka wiąże się ze znaczną poprawą wydolności wysiłkowej, o czym świadczy wzrost szczytowego poboru tlenu (VO2peak) o 26% [14].

Wcześniejsze badania dotyczące HF wykazały, że 16,4% ze 171 pacjentów miało wyniszczenie, a śmiertelność po 18 miesiącach obserwacji wynosiła aż 50% w podgrupie pacjentów z wyniszczeniem w porównaniu z 17% u pacjentów bez wyniszczenia. Wyniszczenie sercowe definiuje się jako zaawansowane stadium HF związane z mimowolną utratą co najmniej 5% nieobrzękowej masy ciała. A zanik mięśni, znany również jako sarkopenia, to utrata masy mięśniowej (MM) i siły, podczas gdy kacheksja opisuje utratę wagi. Rozróżnienie tych dwóch stanów klinicznych może być również trudne, ponieważ u tego samego pacjenta może współistnieć wyniszczenie i zanik mięśni. Rzeczywiście, kacheksja może prowadzić do zaniku mięśni i odwrotnie, chociaż zanik mięśni może wystąpić wcześniej w przebiegu choroby [15].

Siła SM w kończynach górnych i dolnych to parametry, które niezależnie przewidują przeżycie [16,17,18]. To alternatywne leczenie powinno koncentrować się na zwiększaniu MM, siły i mocy kończyn w celu poprawy funkcjonalności i wydajności [19]. Dysfunkcja SM obejmuje zmniejszoną wydolność skurczową serca, która przyczynia się do zmian w fizjologii SM, zaniku mięśni, osłabienia i zmniejszonej zdolności oksydacyjnej [20]. Funkcja mięśni jest również wzmocniona w odpowiedzi na ST u pacjentów z CHF, w tym funkcja miofilamentów i całego mięśnia [21], jak również zdolność oksydacyjna SM [21].

Bardzo ważne jest, aby ExT u takich pacjentów skutecznie trenował mięśnie obwodowe bez powodowania dużego stresu sercowo-naczyniowego. Alternatywne podejście do leczenia powinno koncentrować się na zastosowaniu specjalnego programu ćwiczeń oporowych w celu poprawy składu ciała [22], zwiększenia pola przekroju poprzecznego, włókna mięśniowego [23], z których wszystkie przeciwdziałają zanikowi mięśni i mogą być kamieniem węgielnym w zapobieganiu sarkopenii i wyniszczenie sercowe u pacjentów z CHF [24].

ExT jest głównym składnikiem interwencji rehabilitacyjnych/profilaktyki wtórnej, wywołując istotne korzystne zmiany w mechanizmach patofizjologii, tolerancji wysiłku, wydolności funkcjonalnej i jakości życia, jednocześnie pozytywnie wpływając na hospitalizację i zmniejszenie śmiertelności. Wzrosło zainteresowanie cechami i metodami treningu fizycznego, które mogą przynieść optymalne korzyści. Wykazano, że tryb o wysokiej intensywności i tryb interwałowy przynoszą większe korzyści niż reżimy o umiarkowanej intensywności i trybie ciągłym. Biorąc pod uwagę obecny zbiór dowodów na trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT) w CHF, HIIT okazał się bardziej skuteczny, skutkując długoterminowym przestrzeganiem zaleceń, co jest ważnym aspektem praktycznym do rozważenia podczas ExT i w konsekwencji zoptymalizowaną poprawą centralnych i adaptacje peryferyjne[25]. Potrzebne są dalsze badania, aby udowodnić ich bezpieczeństwo i korzyści dla tego typu pacjentów.

Dodatkowo, istnieje solidne uzasadnienie włączenia ST do HIIT, co również, jak wykazano, może przynieść korzyści pod względem wydolności wysiłkowej i QoL. Powszechnie wiadomo, że połączenie AT i ST jest preferowaną interwencją wysiłkową w celu odwrócenia lub złagodzenia utraty szpiczaka mnogiego oraz poprawy wydolności wysiłkowej i funkcjonalnej oraz siły mięśniowej u tych osób [19]. Istnieją jednak mechanizmy leżące u podstaw ST w zdolności obwodowej pacjenta z CHF, które pozostają niezidentyfikowane. I nie wiadomo, jakie są korzyści z połączenia różnych proporcji AT i ST.

Z tego powodu śledczy przetestują dwie proporcje w treningu łączonym, CAT i CST. Nie ma żadnych danych na temat tak zwanych reżimów łączonych, które obejmują zarówno ćwiczenia aerobowe z HIIT, jak i ST, a badacze ocenią skutki ostrej i przewlekłej odpowiedzi.

Cel: Projekt badawczy przyczyni się do lepszego zrozumienia kilku aspektów niewyjaśnionych badaniami naukowymi. Celem tego projektu badawczego jest:

1. Określenie skuteczności programu ExT z różnymi proporcjami CAT i CST w promowaniu skumulowanych efektów w ostrych i przewlekłych adaptacjach u pacjentów z CHF;
2. Identyfikacja mechanizmów potencjalnej poprawy efektywności promowanej przez ST; W ramach tego projektu badawczego zostaną wykorzystane najnowocześniejsze metody skupiające się na analizie adaptacji obwodowych w obu grupach, a mianowicie w zmiennych echokardiograficznych, próbie wysiłkowej krążeniowo-oddechowej, sztywności tętnic, funkcjonalnej sprawności fizycznej, jakości życia i skład ciała w 2 wyróżnionych momentach: M1)wyjściowy i M2)3 miesiące.

Plan i metody: Ten projekt oceni ostre i przewlekłe skutki centralnych i obwodowych adaptacji połączonego treningu dla pacjentów z CHF, co pozwoli na wyeliminowanie wielu ważnych luk w wiedzy naukowej z potencjalnymi korzyściami klinicznymi.

Projekt badania: Badanie podłużne z randomizacją (RCT) z wykorzystaniem dwóch odrębnych zaleceń ExT (CAT i CST) zostanie zastosowane u pacjentów z CHF. Wszystkie te same oceny zostaną wykonane w dwóch momentach: M0 - stan wyjściowy i M1 - 3 miesiące po rozpoczęciu ExT. Pacjenci zostaną losowo przydzieleni do jednej z dwóch grup ExT.

Rekrutacja i screening potrwają 9 miesięcy (od października 2017 do czerwca 2018), a ocena pacjentów do sierpnia 2018. Oczekuje się, że projekt zakończy się recenzją redakcyjną złożoną i/lub zaakceptowaną w grudniu 2018 r.

Następujące oceny w 4 momentach zostaną przeprowadzone w szpitalu goszczącym, FMH-UL: Echokardiogram (Echo); próba wysiłkowa krążeniowo-oddechowa (CPET); sztywność tętnic – analiza Complior; grubość błony wewnętrznej i środkowej - ultradźwięki; skład ciała - absorpcjometria radiograficzna dwuenergetyczna; funkcjonalna sprawność fizyczna - Fullerton Functional Fitness Test; siła izometryczna - przenośny dynamometr ręczny JAMAR plus digital; siła maksymalna - kwestionariusz 1RM i QoL.

Wszystkie momenty oceny zostaną wykonane w ciągu 4 dni:

Dzień 1 — CPET, Echo zostaną przeprowadzone w szpitalu gospodarza; Dzień 2 i 3 – podczas jednego dnia i godziny sesji ExT w szpitalu goszczącym, pacjent wykona funkcjonalne testy sprawności fizycznej; maksymalna siła; siła izometryczna i kwestionariusz QoL. W innym dniu badacze wykonają sztywność tętnic i IMT przed sesją w spoczynku i po ExT; Dzień 4-W FMH i badanie absorpcjometrii radiograficznej o podwójnej energii (DXA). Indywidualne raporty będą przesyłane pocztą elektroniczną lub dostarczane w formie papierowej. Podczas rocznego projektu multidyscyplinarny zespół będzie odbywał co dwa miesiące spotkania w celu aktualizacji informacji o badaniu i omówienia postępów pacjenta.