Wpływ treningu interwałowego o wysokiej intensywności na płuca u pacjentów z POChP zakwalifikowanych do operacji zmniejszenia objętości płuc: Badanie PREGENERATE (PREGENERATE)

Pacjenci z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP) cierpią z powodu postępującej utraty czynności płuc, co prowadzi do niskiej wydolności fizycznej, złej jakości życia i wczesnej śmierci (2). Rehabilitacja płuc, obejmująca trening fizyczny, jest uważana za najskuteczniejszą niefarmakologiczną interwencję poprawiającą jakość życia pacjentów z POChP (1). Jednak jej stosowanie jest hamowane przez brak zrozumienia mechanizmu poprawy wywołanej ćwiczeniami w POChP i powszechnie uważa się, że nie ma ona wpływu na czynność płuc, przynajmniej mierzoną za pomocą dynamicznej spirometrii i zdolności dyfuzyjnej mierzonej w spoczynku w pozycji pionowej (3,4). Dlatego jest ona głównie uważana za środek łagodzący objawy, przede wszystkim poprzez poprawę czynności mięśni szkieletowych, ale bez możliwości odwrócenia jakichkolwiek zmian strukturalnych w obrębie układu płucnego, które obserwuje się u pacjentów z POChP. Uzasadnienie zalecania ćwiczeń jako sposobu na zmniejszenie obciążenia objawami i poprawę jakości życia opiera się na wynikach najnowszego przeglądu Cochrane (5). Autorzy stwierdzili, że nie są potrzebne dodatkowe badania porównujące ćwiczenia z grupą kontrolną, ponieważ samo ćwiczenie prowadzi do poprawy, niezależnie od rodzaju ćwiczeń.

Uzasadnienie niestosowania ćwiczeń na szerszą skalę u pacjentów z POChP opiera się na dwóch założeniach: 1) nowa tkanka nie może powstać w dorosłym płucu, oraz 2) wcześniej nie udokumentowano spójnych zmian w czynności płuc wywołanych treningiem fizycznym.

Jednak powstawanie tkanki de novo zostało wielokrotnie wykazane w dorosłym płucu, zarówno u zwierząt, jak i ludzi, głównie w odpowiedzi na przewlekłą hipoksję i pneumonektomię (6,7). Niedawno doniesiono, że trening interwałowy przeciwdziała postępującej utracie tkanki płucnej w zwierzęcych modelach eksperymentalnej POChP (8). Najbardziej prawdopodobnym bodźcem jest naprężenie mechaniczne, a jeśli trening ma wywołać jakiekolwiek mierzalne zmiany, w rehabilitacji płuc preferowane jest rozpoczęcie programu wysokointensywnego treningu interwałowego (HIIT) (9).

Aspektem postępującej utraty tkanki płucnej w POChP, który pojawia się już od najwcześniejszych stadiów choroby, wydaje się przed zaobserwowaniem jakichkolwiek zaburzeń wentylacyjnych, jest dysfunkcja naczyń płucnych i utrata naczyń włosowatych płucnych, napędzana przez pozornie specyficzną dla choroby nierównowagę między procesami angiogenezy i angiostazy w naczyniach płucnych (10,11). Rzeczywiście, jest to prawdopodobnie mechanizm napędzający równoczesną utratę tkanki płucnej, a także ograniczający wydolność wysiłkową, ponieważ zdolność do rozszerzania błony pęcherzykowo-włośniczkowej poprzez rekrutację i rozciąganie naczyń włosowatych płucnych staje się ograniczona, co istotnie zmniejsza pobór tlenu podczas wysiłku (10).

Obecnie dobrze ustalono, że ludzkie płuco skrywa zróżnicowaną populację mechanczoczułych komórek progenitorowych i macierzystych, które wydają się być uśpione w POChP (12). Ich reaktywacja przez rozciąganie i naprężenie oraz wysokie ciśnienia naczyniowe związane na przykład z aktywnością fizyczną może prawdopodobnie wyjaśniać, dlaczego stwierdzono, że trening interwałowy przeciwdziała postępującej utracie tkanki płucnej w zwierzęcych modelach eksperymentalnej POChP (8,13,14). Badacze opracowali protokoły in vitro do oceny zdolności regeneracyjnych płuca, a kolejnym krokiem będzie opracowanie podobnych protokołów dla ludzkiego płuca, zarówno w stanie zdrowym, jak i od pacjentów z POChP. W niniejszym badaniu pilotażowym badacze zbadają wpływ rozległego wysokointensywnego treningu interwałowego (HIIT) na zdolności regeneracyjne płuca, określone za pomocą hodowli organoidów płucnych in vitro i metod inżynierii tkankowej naczyń 3D u pacjentów z POChP na liście oczekujących na operację redukcji objętości płuc.

Cel główny: Zbadanie, czy prehabilitacja z nadzorowanym HIIT podczas oczekiwania na operację redukcji objętości płuc wpływa na szlaki regeneracyjne w płucu. Badacze zamierzają ustalić, czy efekty te można wykryć nieinwazyjnie za pomocą biomarkerów krwi i technologii przestrzennej omiki do mapowania zmian molekularnych specyficznych dla regionu, składu komórkowego i przebudowy strukturalnej w tkance płucnej.

Cele drugorzędne: Ustalenie, czy wzrost objętości krwi jest związany ze zwiększoną masą tkanki płucnej (LTM), objętością krwi płucnej (PBV), zmniejszeniem nasilenia objawów i zdolnością dyfuzyjną płuc w spoczynku i podczas wysiłku. Wykorzystanie wyciętej tkanki do opracowania modeli ex vivo dla mechanizmów choroby i naprawy (15,16).

Hipotezy badawcze:

Główna: Prehabilitacja podczas oczekiwania na operację redukcji objętości płuc jest lepsza niż grupa kontrolna bez ćwiczeń w zwiększaniu aktywacji szlaków regeneracyjnych w płucu z towarzyszącymi zmianami w LTM i PBV.

Drugorzędna: Zdolność dyfuzyjna podczas wysiłku i jakość życia wzrastają po prehabilitacji z HIIT w porównaniu z grupą kontrolną bez ćwiczeń. Wreszcie, hipotezuje się, że wyniki funkcjonalne, V̇O2peak, skład ciała i rzut serca ulegną poprawie pomimo braku/ lub ograniczonych zmian w czynności płuc w grupie HIIT.