Effekter av inspiratorisk muskelträning på andnöd (dyspné) och postural kontroll hos patienter med KOL

Syftet med denna kliniska prövning är att belysa mekanismer för lindring av dyspné och förbättringar av postural kontroll efter inspiratorisk muskelträning (IMT) hos patienter med KOL.

Ett träningstest för uthållighetscykel (CWR-test) kommer att användas för att utvärdera dyspnéintensitet och obehag vid jämförbara andningsansträngningar, vid jämförbara arbetshastigheter på cykelergometern, före och efter IMT. Patienterna kommer att utföra ett CWR-test med 75 % av den maximala arbetsfrekvensen som uppnås under ett maximalt inkrementellt hjärt- och lungansträngningstest (CPET). Före, under och efter CWR-cykeltest kommer patienter att bedöma deras intensitet av dyspné, obehag av dyspné, andningsrelaterad ångest och obehag i benen med hjälp av en modifierad 10-gradig Borg-skala. Patienterna kommer att uppmanas att rapportera kvalitativa beskrivningar av dyspné i slutet av CWR-cykeltestet. Maximal varaktighet av CWR-testet kommer att registreras och nivåer av minutventilation kommer att registreras kontinuerligt under träningsprotokollet. Med detta uthållighetsträningstest kommer utredarna att kunna bedöma förändringar i uppkomsten av dyspné (intensitet och obehag) och prestation vid uthållighetsträning före och efter IMT.

Ytelektromyografi (EMG) och ett multipar esofaguselektrodkatetersystem kommer att användas under CWR-övningar för att utvärdera respiratorisk muskelrekrytering, andningsansträngning och neural drift till de olika andningsmusklerna. Katetern kommer att föras in för att kontinuerligt registrera Pes (esofagustryck), Pgas (magtryck) och EMGdi (elektromyogram av diafragmamuskeln). PesMax (maximalt esofagustryck), PgasMax (maximalt gastriskt tryck) och PdiMax (maximalt transdiafragmatiskt tryck) kommer att erhållas under maximala sniff- och hostmanövrar. Transkutan ytelektromyografi (sEMG)-tekniker kommer att tillämpas på scalene, sternocleidomastoid och parasternala interkostala muskler för att registrera neural drift till dessa andningsmuskler. Med dessa mätningar kommer utredarna att kunna bedöma om det finns några förändringar i andningsmuskelns rekryteringsmönster och andningsneurala drift till de olika andningsmusklerna efter IMT.

Under träning kommer 'Respiratory Muscle Metaboreflex' att leda till sympatiskt medierad vasokonstriktion av rörelsemuskeln i extremiteterna, mindre blod- och syretillförsel till aktiva lemmuskler där av rörelsemuskeltrötthet inträffade. Quadriceps-ryckningskrafter framkallade av magnetisk stimulering av femoralnerven kommer att bedömas för att mäta rörelsemuskeltrötthet vid identiska träningstidpunkter under CWR-testet före och efter interventionen. Med denna teknik kommer utredarna att kunna bedöma om uppkomsten av rörelsemuskeltrötthet är försenad efter IMT.

En isokapnisk hyperpnéstudie kommer att utföras för att bedöma andningsmuskelperfusion, dyspnéintensitet och obehag, respiratorisk muskelrekrytering, andningsansträngning och neural andningsdrift utan arbete av rörelsemuskel före och efter IMT. Patienterna kommer att uppmanas att upprätthålla ett målinriktat minutventilationsmönster lika med deras andningsfrekvens, tidalvolym och minutventilation registrerade i vila och under den sista minuten av konstantbelastningstest (vid ~75 % WRpeak). Experimentörer kommer att ge verbal vägledning till patienter för att justera hastigheten och djupet av deras andning så att målventilationen erhålls och hålls konstant inom ±5 %. Isokapni kommer att upprätthållas genom att försökspersoner inspireras av en Douglas-påse innehållande 5 % CO2, 21 % O2, balans N2 som kommer att anslutas till en tvåvägs icke-återandningsventil (modell 2700, Hans Rudolph) med en bit slang.

Laddade andningstester kommer att utföras för att bedöma dyspnéintensitet och obehag, rekryteringsmönster för andningsmuskler, andningsansträngning och neural andningsdrift. Patienterna kommer att uppmanas att andas genom en konisk flödesresistiv belastning (TFRL) (powerbreathe KH1) så länge de kan (3-7 minuter), motståndet kommer att ställas in på 50 % av patienternas PImax. Puls, syremättnad och antal andetag kommer att övervakas. Före och efter testet kommer Borg-dyspné, inandningsansträngning och obehag att registreras. Testet kommer att upprepas efter 8 veckors IMT, med samma motstånd. Borg-dyspné, inandningsansträngning och obehag kommer att registreras vid tidsfristen för förträning och vid symtomgränsen. Den längsta tiden för efterträning kan vara upp till 15 minuter.

Andnings- (d.v.s. interkostal, scalene och abdominal) och rörelsemuskelns blodflödesindex (dvs vastus lateralis) kommer att mätas samtidigt under isokapniska hyperpnéförsök såväl som under CWR-test (vid 75 % av den maximala arbetshastigheten) före och efter IMT enligt en tidigare etablerad metod med användning av nära-infraröd spektroskopi (NIRS) och indocyaningrönt (ICG). Respiratorisk (dvs interkostal, scalene, buk) och rörelsemuskel (dvs vastus lateralis) syretillförsel kommer att beräknas genom att multiplicera blodflödesindex till arteriellt syreinnehåll, det senare kommer att beräknas icke-invasivt genom pulsoximetri. Respiratorisk (dvs interkostal, scalene, buk) och rörelsemuskel (dvs vastus lateralis) syremättnad (Stio2) - ett index för syretillgänglighet som återspeglar balansen mellan syretillförsel och efterfrågan - kommer att registreras kontinuerligt under försöket av NIRS.

En icke-invasiv teknik för att studera den neurala bearbetningen av andningssensationer kommer att användas för att bedöma förändringar i den affektiva obehagskomponenten av dyspné under en standardiserad belastad andningsuppgift. Elektroencefalografi (EEG) kommer att användas för att mäta respiratoriska relaterade framkallade potentialer (RREP) under belastad och obelastad andning. RREP som registrerats från EEG är ett mått på cerebral kortikal aktivitet, som framkallas av aktiveringen av lung- och muskelmekanoreceptorer på grund av korta inandningsocklusioner. Patienterna kommer att bära EEG-sensorer [129-kanalssystem, Electrical Geodesics Inc., Eugene, USA] och andas genom en andningskrets med en icke-återandningsventil via ett munstycke. Inspirationen kommer att avbrytas kort i 150 millisekunder vartannat till var sjätte andetag genom aktivering av ocklusionsventilen med tryckluft, vilket inducerar RREP. Patienterna kommer att bedöma sin upplevda intensitet och obehag av dyspné och intensiteten av ocklusion på en Borg-skala medan inandningsbelastning och ocklusion kommer att appliceras via en andningsventil. Denna metod kommer att användas för att bedöma om det är mindre obehag associerat med en givande nivå av dyspné framkallad av en resistiv andningsuppgift och om dessa förändringar är korrelerade med förändringar i den centrala bearbetningen av dyspnékänslan.

För att utvärdera postural balans kommer förskjutningen av tryckcentrum (CoP) in att uppskattas från rå kraftplattans data med hjälp av ekvationen: CoP = Mx/Fz (medio-lateral) och CoP=My/Fz (anterior-posterior). CoP kommer att mätas under upprätt stående med och utan syn, på en stabil och instabil (skumkudde) stödyta. Under vissa tillstånd kommer lokala muskelvibrationer på ankel- och/eller ryggmuskler att tillämpas för att utvärdera proprioceptionens roll i postural kontroll. Vidare kommer under vissa förhållanden en repetitiv ballistisk armrörelse att uppmanas att utvärdera effekten av en intern störning på postural kontroll. Medelkvadratvärden för CoP-förskjutningarna kommer att användas för analys av posturala stabilitetsmått och medelvärden kommer att beräknas för vibrationsförsöken för att analysera den förväntade riktningseffekten. Ett förhållande mellan CoP-förskjutningarna av ankelmuskulaturens vibrationsförsök med avseende på ryggmuskulaturens vibrationsförsök kommer att beräknas för att bestämma den proprioceptiva posturala kontrollstrategin.

En provstorlek på 16 deltagare för interventionsgruppen och 8 för kontrollgruppen krävs för att upptäcka en skillnad på en enhet i dyspné Borg-10-skalan, under antagande av ett SD på 1 enhet i förändringen i dyspnépoäng mellan före och efter mätningar (power 80 %, signifikansnivå p<0,05). Dessa uppskattningar är baserade på tidigare arbete med dyspné under träning. Därför kommer 24 kliniskt stabila KOL-patienter med inspiratorisk muskelsvaghet (PiMax<70 % förutspådd eller <60cmH2O) och dyspnésymtom (BDI<7) att inkluderas. Patienter som inte kan utföra träningstestning kommer att uteslutas.

Patienterna kommer att utföra daglig träning bestående av två träningspass om 30 andetag (intensitet ~50 % av PiMax; 4-5 minuter per pass). En session per vecka kommer att genomföras under handledning vid forskningscentret. IMT kommer att utföras med en elektronisk konisk flödesresistiv belastningsanordning (TFRL) [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, Storbritannien] i 8 veckor. PiMax kommer att mätas varje vecka för att öka lämplig träningsintensitet till cirka 50 % av PiMax vid det tillfället. Den falska gruppen kommer att utföra IMT vid en inspiratorisk belastning som inte förväntas förbättra inspiratorisk muskelfunktion (intensitet <10 % av baslinjen PiMax; oförändrad under hela protokollet).

Skillnader i primära och sekundära utfall mellan grupper efter 8 veckors IMT kommer att jämföras med justering för baslinjeskillnader i en analys av kovarians (ANCOVA).