Дыхательные упражнения против одышки у пациентов с сердечной недостаточностью для улучшения химиочувствительности (Breathe-HF)

ФОН

Вентиляционная недостаточность, чаще всего количественно определяемая как повышенная вентиляция (V̇E) по отношению к выдыханию углекислого газа (V̇CO2) во время физической нагрузки, является ориентиром для пациентов с сердечной недостаточностью как со сниженной, так и с сохраненной фракцией выброса (HFrEF, HFpEF) [1]. Многочисленные исследования показали, что более высокие наклоны V̇E/V̇CO2 связаны с неблагоприятным прогнозом.[2-4] Компонентами наклона V̇E/V̇CO2 являются парциальное давление CO2 в артериальной крови (PaCO2), на которое влияет гипервентиляция, и отношение мертвого пространства легких к дыхательному объему (VD/VT), на которое влияют нарушения легочной перфузии.[5] Преувеличенный ответ на вентиляцию легких у пациентов с СНнФВ может быть вызван повышенной чувствительностью хеморецепторов к СО2 [6] и/или гиперактивностью симпатической нервной системы, обычно встречающейся у пациентов с СНнФВ, основанной на повышенной активации метаборецепторов в периферических мышцах в ответ на усиление анаэробного метаболизма. [7] Было высказано предположение, что хроническая гиперактивность симпатической нервной системы снижает аэробную способность скелетных мышц из-за снижения капилляризации [8] и снижения потока эритроцитов [9], что приводит к смещению типа мышечных волокон в сторону более низкого содержания волокон типа I [10]. Последующий анаэробный мышечный метаболизм приводит к повышенной мышечной утомляемости [11] и ацидозу уже при низких уровнях физической нагрузки, что вызывает чрезмерную реакцию вентиляции [12]. С другой стороны, хорошо известно, что гипервентиляция стимулирует симпатическую нервную активность, и поэтому порочный круг симпатической нервной активности приводит к гипервентиляции, а гипервентиляция активирует симпатическую нервную активность [13]. Это говорит о том, что гипервентиляция может быть не только следствием плохой функции левого желудочка (ЛЖ), но и движущей силой.

Было обнаружено, что помимо медикаментозной терапии и электрофизиологических вмешательств лечебная физкультура оказывает благотворное влияние на гемодинамические и вентиляционные параметры как у пациентов с СН-нФВ [14], так и у пациентов с СН-сФВ [15]. Считается, что основными механизмами упражнений являются снижение периферического сопротивления и, следовательно, постнагрузки на сердце за счет улучшения функции эндотелия, увеличения капилляризации, что приводит к улучшению оксигенации скелетных мышц и улучшению аэробного метаболизма.[16] Несмотря на благотворное влияние физических упражнений как в условиях центра, так и в домашних условиях [17, 18], было обнаружено, что приверженность к физической активности у пациентов с СН-нФВ неудовлетворительна [19]. Удивительно, но в нескольких исследованиях вентиляция была направлена ​​непосредственно на терапевтические подходы. Только в трех исследованиях оценивалось влияние тренировки медленного дыхания на кардиореспираторную функцию [20, 21] Эти исследования показали улучшение физической функции, снижение артериального и легочного артериального давления, увеличение фракции выброса (EF), [20, 22], улучшение эффективности вентиляции [20] и уменьшение апноэ во сне [22]. Кроме того, они обнаружили улучшение регуляции вегетативной нервной системы за счет снижения симпатического возбуждения и повышения активности блуждающего нерва.[23] Неизвестно, может ли медленное дыхание увеличить PaCO2 в достаточной степени, чтобы изменить чувствительность или уставку хеморецепторов. С другой стороны, было обнаружено, что тренировки с апноэ приводят к значительным изменениям уровней PaCO2, переносимых хеморецепторами в состоянии покоя и во время упражнений [24, 25] Тем не менее, на сегодняшний день нет опубликованных исследований, в которых апноэ применялось в дыхательной тренировке у пациентов с сердечной недостаточностью. Кроме того, в предыдущих исследованиях не изучалось, связано ли влияние медленного дыхания на улучшение наклона V̇E/V̇CO2 с хроническим повышением PaCO2 или уменьшением вентиляционного мертвого пространства.

ГИПОТЕЗА

Исследователи предполагают, что 12-недельная тренировка с медленным носовым дыханием с последующим апноэ в конце выдоха на основе обучения, введение в центре и домашняя 15-минутная тренировка дыхания в день будут эффективны для уменьшения преувеличенной дыхательной реакции на физическую нагрузку.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проспективное рандомизированное контролируемое исследование. Подходящие пациенты определяются во время их ежегодного осмотра в Клинике сердечной недостаточности и Профилактической кардиологии Инзельшпиталя в Берне. Пациенты будут рандомизированы 1:1 (стратифицированы по СНнФВ/СНсФВ и полу) в группу вмешательства и контрольную группу. Пациенты в группе вмешательства выполняют дыхательную тренировку в дополнение к стандартной помощи, а пациенты в контрольной группе получают стандартную помощь и предлагают дыхательную тренировку после окончания исследования. Дизайн исследования и вмешательство в дыхание были разработаны при непосредственном участии группы пациентов (из пилотного исследования).

Дыхательное вмешательство

Обучение модуляции дыхательного паттерна проводится дома в течение 12 недель два раза в день по 15 минут каждое занятие и состоит из трех компонентов: 1) обучение аномальной вентиляции при сердечной недостаточности, влиянию вентиляции на PaCO2 и вегетативную нервную систему, а также чувствительности хеморецепторов. ; 2) 1-3 сеанса управляемой и контролируемой очной тренировки с медленным носовым брюшным дыханием и прерывистым апноэ с поддержкой жилета Healer (L.I.F.E., Милан, Италия), измерением электрокардиограммы (ЭКГ) и экскурсиями грудной клетки на уровне мечевидный отросток, грудная рукоятка и брюшко; 3) независимое домашнее обучение апноэ, сопровождаемое раздаточными материалами, видеороликами и еженедельными телефонными звонками для наблюдения за прогрессом и соблюдением режима, ответов на вопросы и поощрения дальнейшего прогресса с продолжительностью задержки дыхания.

Измерения

Измерения проводятся во время визита 1 до и визита 2 в конце периода вмешательства.

Сердечно-легочное нагрузочное тестирование (CPET)

КПНТ выполняются на велоэргометре в соответствии с рекомендациями Американской кардиологической ассоциации.[38] Испытания на рампе проводятся, как описано ранее.[31] Потребление O2 и производство CO2 будут непрерывно измеряться в открытой спирометрической системе (Quark, Cosmed, Рим, Италия) и регистрироваться как средние значения за 8 вдохов. Каждые 2 мин пациентов спрашивают об их восприятии одышки по модифицированной шкале Борга. Наклон V̇E/V̇CO2 от покоя до дыхательного порога 2 (VT2), пик V̇O2 и V̇O2 при VT1 ​​определяются, как описано ранее [31].

Анализы крови

Образцы крови берут из локтевой вены для анализа гемоглобина и NT-proBNP. Артериализованную кровь берут из мочки уха в состоянии покоя и при пиковых нагрузках для анализа PaCO2, кислорода (PaO2), бикарбоната и pH.

Чувствительность хеморецепторов

Чувствительность хеморецепторов измеряется по протоколу повторного дыхания.[39] Испытуемые лежат на спине и дышат через мундштук открытой спирометрической системы (Innocor, Cosmed, Рим, Италия). Когда трехходовой клапан открыт для комнатного воздуха, тест начинается с гипервентиляции в течение 2–5 минут, что позволяет снизить парциальное давление CO2 в конце выдоха (PETCO2). После гипервентиляции субъект дышит комфортно, а трехходовой клапан переключается на дыхательный мешок. Уравновешивание РСО2 в мешке, легких и артериальной крови со смешанной венозной кровью достигается тремя глубокими вдохами. В течение следующих минут уровень PETCO2 повышается, в то время как PETO2 фиксируется на уровне 150 мм рт. ст. во время гипероксического теста и на уровне 50 мм рт. Центральный и периферический хеморефлексный ответ на СО2 оценивают по разнице между гипероксической и гипоксической вентиляционной реакцией [40, 41]

Результаты, о которых сообщают пациенты

Опросник кардиомиопатии Канзас-Сити (KCCQ) заполняется во время визита 1 и визита 2 для оценки качества жизни и одышки. Во время визита 2 проводится структурированное интервью с пациентом для оценки осуществимости и барьеров, связанных с дыхательной тренировкой. Приверженность к обучению контролируется на основе устной информации пациентов во время еженедельных телефонных звонков.

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) и частота дыхания (ЧД)

ВСР измеряется по 24-часовой ЭКГ, записанной с помощью жилета Healer (L.I.F.E., Милан, Италия), и анализируется по сегменту во время фазы глубокого сна, как ранее было описано группой исследователей. Мощность НЧ (НЧ, мс2, 0,04-0,15 Гц), мощность ВЧ (ВЧ, мс2, 0,15-0,4 Гц), и анализируются НЧ/ВЧ [43]. BF измеряется тензодатчиками от жилета Healer.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Первичным результатом является кривая V̇E/V̇CO2, проанализированная с помощью ANCOVA с повторными измерениями, скорректированными на исходные значения, EF и пол.

Вторичными исходами являются надир отношения V̇E/V̇CO2, характер дыхания, VD/VT, пик V̇O2, V̇O2 при VT1, PETCO2 в покое, чувствительность периферических и центральных хеморецепторов, газы артериальной крови, NT-proBNP, частота сердечных сокращений, ВСР, желудочковая экстрасистолия. удары из 24-часовой ЭКГ, KCCQ, осуществимость и приверженность.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Агостони П., Гуацци М. Неэффективность вентиляции при физической нагрузке при сердечной недостаточности: свежие новости о дорожной карте сердечной недостаточности с фенотипированием сохраненной фракции выброса. Европейский журнал сердечной недостаточности 2017 г.; 19(12): 1686-9.
2. Ponikowski P, Francis DP, Piepoli MF, et al. Усиленная вентиляционная реакция на физическую нагрузку у пациентов с хронической сердечной недостаточностью и сохраненной толерантностью к физической нагрузке: маркер аномального контроля кардиореспираторных рефлексов и предиктор неблагоприятного прогноза. Тираж 2001 г.; 103(7): 967-72.
3. Майерс Дж., Арена Р., Оливейра Р.Б. и др. Самое низкое соотношение VE/VCO2 при физической нагрузке как предиктор исходов у пациентов с сердечной недостаточностью. Журнал сердечной недостаточности 2009; 15(9): 756-62.
4. Надруз В., мл., Вест Э., Сенгелов М. и др. Прогностическое значение сердечно-легочной нагрузочной пробы при сердечной недостаточности со сниженной, средней и сохраненной фракцией выброса. Журнал Американской кардиологической ассоциации 2017; 6(11).
5. Джонсон Р.Л., мл. Эффективность газообмена при застойной сердечной недостаточности. Тираж 2000 г.; 101(24): 2774-6.
6. Чуа Т.П., Кларк А.Л., Амади А.А. и соавт. Связь между химиочувствительностью и вентиляционной реакцией на физическую нагрузку при хронической сердечной недостаточности. Журнал Американского колледжа кардиологов, 1996 г.; 27(3): 650-7.
7. Скотт А.С., Дэвис Л.С., Коутс А.Дж. и др. Взаимосвязь метаборецепторов скелетных мышц верхних и нижних конечностей с контролем дыхания у больных с сердечной недостаточностью. Клиническая наука (Лондон, Англия: 1979) 2002; 102(1): 23-30.
8. Душа Б.Д., Краус В.Е., Кетеян С.Дж. и соавт. Капиллярная плотность скелетных мышц: способствующий механизм непереносимости физической нагрузки при хронической сердечной недостаточности класса II-III независимо от других периферических изменений. Журнал Американского колледжа кардиологов, 1999 г.; 33(7): 1956-63.
9. Хираи Д.М., Муш Т.И., Пул Д.К. Упражнения при хронической сердечной недостаточности: улучшение транспортировки и использования кислорода скелетными мышцами. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015; 309(9): H1419-39.
10. Салливан М.Дж., Душа Б.Д., Клитгард Х. и соавт. Измененная экспрессия тяжелой цепи миозина в скелетных мышцах человека при хронической сердечной недостаточности. Медицинские научные спортивные упражнения 1997 года; 29(7): 860-6.
11. Schulze PC, Linke A, Schoene N, et al. Функциональные и морфологические нарушения скелетных мышц коррелируют со снижением электромиографической активности при хронической сердечной недостаточности. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2004; 11(2): 155-61.
12. Пьеполи М., Кларк А.Л., Вольтеррани М. и др. Вклад мышечных афферентов в гемодинамические, вегетативные и вентиляционные реакции на физическую нагрузку у больных с хронической сердечной недостаточностью: эффекты физических тренировок. Тираж 1996 г.; 93(5): 940-52.
13. Коутс А.Дж., Кларк А.Л., Пьеполи М. и др. Симптомы и качество жизни при сердечной недостаточности: мышечная гипотеза. Бр Харт Дж. 1994; 72 (2 Дополнение): S36-9.
14. Tucker WJ, Lijauco CC, Hearon CM, Jr., et al. Механизмы улучшения пикового VO(2) с помощью физических упражнений при сердечной недостаточности со сниженной или сохраненной фракцией выброса. Циркуляция сердца и легких 2018; 27(1): 9-21.
15. Fu TC, Yang NI, Wang CH и др. Аэробные интервальные тренировки вызывают различные гемодинамические адаптации у пациентов с сердечной недостаточностью с сохраненной и сниженной фракцией выброса. Am J Phys Med Rehabil 2016; 95(1): 15-27.
16. Hambrecht R, Niebauer J, Fiehn E, et al. Физические тренировки у пациентов со стабильной хронической сердечной недостаточностью: влияние на кардиореспираторную выносливость и ультраструктурные аномалии мышц ног. Журнал Американского колледжа кардиологов, 1995 г.; 25(6): 1239-49.
17. Ruku DM, Tran Thi TH, Chen HM. Влияние тренировок с отягощениями в центре или дома на мышечную силу и пик VO2 у пациентов с СНнФВ: систематический обзор и метаанализ. Enferm Clin (англ. издание) 2021.
18. Лонг Л., Морди И.Р., Бриджес С. и др. Кардиологическая реабилитация на основе упражнений для взрослых с сердечной недостаточностью. Кокрановская система базы данных, ред. 2019 г.; 1(1): Cd003331.
19. Купер Л.Б., Менц Р.Дж., Сан Дж.Л. и др. Психосоциальные факторы, приверженность упражнениям и результаты у пациентов с сердечной недостаточностью: выводы из сердечной недостаточности: контролируемое исследование результатов тренировок с физическими упражнениями (HF-ACTION). Кровообращение Сердечная недостаточность 2015; 8(6): 1044-51.
20. Парати Г., Мальфатто Г., Боарин С. и др. Стимулируемое дыхание под управлением устройства в домашних условиях: влияние на толерантность к физической нагрузке, функцию легких и желудочков у пациентов с хронической сердечной недостаточностью: пилотное исследование. Кровообращение Сердечная недостаточность 2008; 1(3): 178-83.
21. Лачовска К., Беллвон Дж., Наркевич К. и др. Долгосрочные эффекты медленного дыхания под управлением устройства у пациентов со стабильной сердечной недостаточностью и сниженной фракцией выброса. Клинические исследования в кардиологии: официальный журнал Немецкого кардиологического общества, 2019 г.; 108(1): 48-60.
22. Кавецка-Ящ К., Било Г., Дрожж Т. и др. Влияние тренировки медленного дыхания под управлением устройства на переносимость физических нагрузок, сердечную функцию и характер дыхания во время сна у пациентов мужского и женского пола с хронической сердечной недостаточностью. Pol Arch Intern Med 2017; 127(1): 8-15.
23. Лаховска К., Беллвон Дж., Морис Дж. и др. Медленное дыхание улучшает реакцию сердечно-сосудистой системы на психический стресс и качество жизни, связанное со здоровьем, у пациентов с сердечной недостаточностью со сниженной фракцией выброса. Кардиологический журнал 2020; 27(6): 772-9.
24. Рокер К., Мецгер Дж., Шольц Т. и соавт. Измененные характеристики респираторной реакции на упражнения у дайверов с задержкой дыхания. Международный журнал спортивной физиологии и работоспособности 2014; 9(5): 757-65.

31. Марчин Т., Трахсел Л.Д., Дисли М. и соавт. Влияние самостоятельных высокоинтенсивных интервальных тренировок по сравнению с непрерывными упражнениями средней интенсивности на кардиореспираторную выносливость после инфаркта миокарда: рандомизированное контролируемое исследование. Ann Phys Rehabil Med 2021: 101490.

38. Флетчер Г.Ф., Адес П.А., Клигфилд П. и соавт. Стандарты упражнений для тестирования и тренировок: научное заявление Американской кардиологической ассоциации. Тираж 2013 г.; 128(8): 873-934.

39. Даффин Дж. Измерение дыхательных хеморефлексов у человека. Respir Physiol Neurobiol 2011; 177(2): 71-9.

40. Даффин Дж., Мохан Р.М., Василиу П. и др. Модель хеморефлексной регуляции дыхания человека: измерение параметров модели. Респир Физиол 2000; 120(1): 13-26.

41. Гиене П.Г. Регуляция дыхания и вегетативных оттоков хеморецепторами. Компр Физиол 2014; 4(4): 1511-62.

42. Герциг Д., Эсер П., Омлин Х. и др. Воспроизводимость вариабельности сердечного ритма зависит от параметра и стадии сна. Границы физиологии 2017; 8: 11:00.

43. Вариабельность сердечного ритма. Стандарты измерения, физиологическая интерпретация и клиническое использование. Целевая группа Европейского общества кардиологов и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии. Европейский кардиологический журнал, 1996 г.; 17(3): 354-81.