Att klara av stormen: lung-, hjärta- och kärlrehabilitering för covid-19

Mål 1 - Förbättrar individualiserad hjärtträningsrehabilitering kardiorespiratorisk och cerebrovaskulär återhämtning? Det är allmänt accepterat att "motion är medicin"; ett polypiller och en hörnsten i förebyggande och återhämtning från sjukdom, inklusive de med liknande patogenicitet som COVID19 (t.ex. allvarligt akut respiratoriskt syndrom, Mellanösterns respiratoriska syndrom och akut andnödsyndrom). Mer specifikt anses träning som vaskulär medicin, som kan förbättra artärernas vitalitet genom att läka endotelet. Riktade, upprepade och episodiska ökningar av blodflödet och arteriell skjuvspänning under individuella träningspass stimulerar mekaniskt endotelet, vilket utlöser produktionen av kväveoxid och andra vasoaktiva och antiinflammatoriska molekyler som krävs för vaskulogenes och angiogenes. Träna därför läkning av den primära vaskulära strukturen som SARS-CoV2-viruset skadar, ger betydande regenerativ vaskulär fördel för ändorgan som lungor, hjärta och hjärna. Till exempel listas flera hörnstenar kardiorespiratoriska fördelar som härrör från träningsterapi för att behandla olika kardiorespiratoriska sjukdomar för att belysa möjligheten att förbättra COVID19-återhämtningen med hjälp av individualiserade träningsinterventioner: 1) aerob kondition är kopplad till försvagad endoteldysfunktion i de perifera artärerna efter akut H1N1-infektion; 2) återställande av lungelasticitet och styrka, samt ökade antioxidanter som minskar inflammation efter träning bidrar till att förbättra kardiorespiratorisk kapacitet; och 3) förbättrad autonom modulering av det kardiorespiratoriska systemet förbättrar träningskapaciteten och den allmänna hälsan.

Även om det finns minimala bevis som specifikt visar att cerebrovaskulär funktion har förändrats efter covid19-infektion, pekar epidemiologiska bevis på att individer som återhämtar sig från covid19 har en högre risk för stroke. Ju tidigare rörelsebaserad träningsrehabilitering introduceras för strokebehandling, desto större blir förbättringen av träningskapacitet, perifer vaskulär och cerebrovaskulär funktion, till stor del på grund av försvagad vaskulär inflammation och ökade neurotrofa modulatorer. Fysisk inaktivitet hos individer som har drabbats av en stroke eller har en hög risk för stroke förvärrar ytterligare inflammatorisk vaskulär dysfunktion. Träning stimulerar direkt det cerebrovaskulära endotelet genom att öka blodflödet och intraarteriell skjuvspänning i cerebrala artärer. Cerebrovaskulär funktion regleras av en utsökt synergistisk och redundant uppsättning fysiologiska kontroller (dvs arteriellt partialtryck av koldioxid och syre, arteriellt blodtryck, neurogen autonom modulering och hjärtminutvolym). Förutom direkta cerebrovaskulära fördelar med träningsterapi kommer systemiska kardiorespiratoriska förbättringar som förbättrar gasutbytet, blodtryck, autonoma reflexer och hjärtfunktion att ha viktiga vaskulära fördelar i hjärnan. Därför ger den föreslagna forskningen betydande fördelar för att förbättra träningskapaciteten, såväl som kardiorespiratorisk och cerebrovaskulär funktion under återhämtning från COVID19-infektion.

Kardiorespiratorisk funktion kvantifieras med hjälp av ett standardiserat batteri av kliniska tester för att bedöma kardiovaskulär och lungfunktion i vila och under submaximala och maximala stressorer. Till exempel bestäms vilande kardiovaskulär funktion genom att mäta hjärtfrekvens, vänster och höger ventrikulär hjärtfunktion, perifert vaskulärt blodflöde och pulsvågshastigheter. Dessa mätvärden tillhandahåller kvantifierbar information som hänför sig till arteriell stelhet, autonom och perifer kärlfunktion, som är primära bestämningsfaktorer för att reglera central hemodynamik (d.v.s. hjärtminutvolym, arteriellt blodtryck och blodflöde) och kardiovaskulär hälsa. Det är okänt om covid19-infektion påverkar den centrala hemodynamiken i vila. Vår forskargrupp har dock tidigare observerat central hemodynamisk dysfunktion efter akuta inflammatoriska svar på olika virusinfektioner. Submaximala (flödesmedierad dilatation) och maximala (kardiopulmonell träningstestning) fysiologiska mätningar gör det möjligt för forskare att kvantifiera kardiorespiratoriska systems förmåga att reagera på stressorer som observeras i daglig aktivitet. Efter rehabiliteringsinsatser ger submaximala och maximala kardiopulmonella tester nödvändig kvantifiering av träningsinterventionernas effektivitet.

Hjärtekokardiografi: Vänster och höger kammarmekanik (slutdiastoliska och slutsystoliska volymer, mitralisfyllning,), samt central hemodynamik i aorta och vena (aortadiameter, hjärtminutvolym, slagvolym, hjärtfrekvens), kommer att bedömas kl. vila med tvådimensionell ekokardiografi via ett Hitachi Aloka Alpha 7-system (Tokyo, Japan). Med försökspersoner i vänster sidoläge kommer mätningar att erhållas med två- och fyrkammarvyn. Det inre av den vänstra ventrikeln kommer att spåras manuellt under både ändsystole och änddiastole. Volymer kommer att mätas med Simpsons regel. Slagvolymen kommer att beräknas genom att subtrahera slutdiastolisk volym från slutsystolisk volym. Hjärtvolymen kommer att beräknas som HR multiplicerat med slagvolym. Tre slag kommer att mätas och medelvärdet kommer att användas i analyserna. Ejektionsfraktion kommer att beräknas från ventrikulära volymer och uttrycks som en procentandel av slutsystolisk till slutdiastolisk volym. Mitralklaffhastigheter kommer att erhållas från den apikala 4-kammarvyn, varvid E, A och E/A kommer att mätas. Lutningen på inflödet kommer också att bestämmas. Vävnadsdoppler kommer också att utföras för att erhålla E' med E/E' beräknat. Slutligen kommer fläckspårning att utföras med TOMTEC vävnadsspårningsprogramvara.

Cerebrovaskulär funktion bedöms traditionellt med hjälp av en endimensionell metod, som kvantifierar cerebralt blodflöde (CBF) svar på en enda störning som betonar en av de primära mekanismerna som är involverade i CBF-reglering. De primära mekanismerna som är involverade i CBF-reglering i vila och under träning är arteriella blodgaser, arteriellt blodtryck, neurogena autonoma system och metabolism. Således används kliniska stimuli för att provocera fram ett cerebrovaskulärt svar genom att förändra miljömässiga, farmakologiska eller fysiologiska tillstånd, som specifikt stör en av dessa primära mekanismer. Nya tillvägagångssätt, utvecklade av vårt forskarteam främjar traditionella endimensionella CBF-bedömningar, genom att testa den cerebrala vaskulaturen med hjälp av ett batteri av kliniska bedömningar, eller genom bedömningar som framkallar specifika och systemiska fysiologiska störningar som påverkar CBF. De två cerebrovaskulära bedömningsstrategierna som används i detta protokoll bedömer specifikt det cerebrovaskulära svaret på förändringar i koldioxid, blodtryck och neurogen aktivitet i vila, såväl som under inkrementell träning av hela kroppen och utmattande handgrepp. Dessa tester kommer att tillhandahålla traditionell endimensionell kvantifiering av cerebrovaskulär funktion, samt ge nyanserad kvantifiering av integrativ cerebrovaskulär funktion. Dessutom, genom att använda bedömningsstrategier som på liknande sätt riktar in sig på samma system som träningsinterventionerna syftar till att förbättra (d.v.s. andnings-, kardiovaskulära och skelettmuskelsystem), kommer de cerebrovaskulära testerna före och efter interventionen att ge ett index över andelen som varje system bidrar till fysiologisk återhämtning efter vår covid19-infektion.

Mål 2 - Ger kombinationen av rehabilitering av inspiratorisk muskel och hjärtträning additiv kardiorespiratorisk och cerebrovaskulär covid19-återhämtning? Lungdysfunktion och lunginflammation är de dominerande problemen med covid19-infektion. Medan feber, hosta, trötthet, myalgi och dyspné är de vanligaste symtomen hos individer som är infekterade av COVID19-viruset. För många individer som smittats av covid19 är att överleva viruset bara en del av problemet. En nyligen genomförd rapport identifierade att covid19-patienter som anses vara återställda och därmed skrivs ut från sjukhus har en kvardröjande onormal lungdiffusion; en retrospektiv undersökning visade att lungdiffusion efter covid19-infektion kan förbli onormal i 30 dagar efter utskrivning. Långvarig lungnedsättning hänförs främst till andningsmuskelatrofi och respiratorinducerad diafragmadysfunktion vid allvarlig covid19-infektion. En långvarig hosta, trötthet och dyspné i samband med mild covid19-infektion kan dock också utlösa lungdysfunktion och försämra andningsmuskelstyrkan. Pulmonell dysfunktion orsakad av dålig inandningsmuskelstyrka ökar andningsarbetet, muskelsympatisk nervaktivitet och trötthet i samband med fysisk aktivitet. Utmattande inandningsmuskelarbete minskar träning och fysisk kapacitet, medan ökad muskelsympatisk nervaktivitet minskar blodflödet till aktiva extremiteter och ökar tröttheten. Följaktligen sänker kvardröjande försämringar i lungfunktionen efter covid19-infektion, oavsett svårighetsgrad, träningskapacitet, fysiska förmågor, livskvalitet och sannolikt kardio- och cerebrovaskulär funktion.

Inspirerande muskelträning, som effektivt involverar standardiserade andningsrutiner organiserade på samma sätt som träningsprogram, har visat sig vara effektivt för att minska trötthet, myalgi och dyspné vid andra kroniska luftvägssjukdomar. Förbättringen av kardiorespiratorisk funktion efter IMT är främst resultatet av stärkta inandningsmuskler. Ökad inandningsmuskelstyrka minskar andningsarbetet vid fysisk aktivitet och metaboliska kostnader förknippade med andning både i vila och under fysisk aktivitet. Skelettmusklerna tävlar ofta om blodtillförseln under träning, speciellt när andningsarbetet ökar, därför ger förbättrad inandningsmuskelfunktion med IMT i samband med träning troligen en hyperadditiv stimulans för blodflödet genom hela kärlsystemet jämfört med enbart träningsträning. Med tanke på de vasogena och angiogena egenskaperna som härrör från ökat kardiovaskulärt blodflöde, ger IMT-träning i samband med träningsträning en innovativ strategi för att underlätta en förbättrad återhämtning av covid19. Ingen studie har hittills undersökt effekten av IMT-träning och träning på cerebrovaskulär funktion. Förbättringar i kardiorespiratorisk funktion associerad med förbättrad andningsmuskelfunktion bör dock synergistiskt förbättra cerebrovaskulär reglering.

Sammanfattningsvis är IPL specialiserat på att använda träning för att förbättra funktionen hos de kardiorespiratoriska och cerebrovaskulära systemen i kliniska modeller av kronisk sjukdom. Till exempel har medlemmar av IPL tidigare visat att det cerebrovaskulära svaret på träning är beroende av koldioxid, arteriellt blodtryck och arteriell skjuvstress i hälsa och sjukdom. Dessutom ökar individualiserad hjärtträningsrehabilitering CBF (~10%), vilket återställer normal CBF, i hjärtsviktspopulationer. På liknande sätt har IPL samlat in data relaterade till den föreslagna forskningen, genom att träning förbättrar vaskulär hemodynamik och autonom modulering i populationer som lever med inflammatorisk sjukdom (diabetes); samt förbättrar blodtrycket. Kardiorespiratoriska forskningsspecialister inom IPL har också visat att muskelträning förbättrar träningstolerans och dyspné hos överviktiga patienter som löper ökad risk för komplikationer från covid-infektion. Tillsammans strävar forskare inom IPL efter att använda dessa tekniker och tillvägagångssätt för att bestämma optimala strategier för att förbättra COVID19-återhämtningen i hjärtat, hjärnan och lungorna.