吸气肌训练对 COPD 患者呼吸急促（呼吸困难）和姿势控制的影响

本临床试验的目的是阐明 COPD 患者吸气肌训练 (IMT) 后呼吸困难缓解和姿势控制改善的机制。

耐力循环运动测试（恒定工作速率 (CWR) 测试）将用于评估在 IMT 之前和之后在可比较的呼吸努力、在可比较的自行车测力计工作速率下的呼吸困难强度和不适感。 患者将以最大增量心肺运动测试 (CPET) 期间达到的峰值工作率的 75% 进行 CWR 测试。 在 CWR 自行车测试之前、期间和之后，患者将使用改良的 10 点 Borg 量表评估他们的呼吸困难强度、呼吸困难的不适感、与呼吸相关的焦虑和腿部不适。 在 CWR 循环测试结束时，将要求患者报告呼吸困难的定性描述。 将记录 CWR 测试的最长持续时间，并在整个锻炼方案中连续记录每分钟通气量水平。 通过这种耐力运动测试，研究人员将能够评估呼吸困难发作的变化（强度和不适）以及 IMT 前后耐力运动的表现。

在 CWR 练习期间，将使用表面肌电图 (EMG) 和多对食管电极导管系统来评估呼吸肌募集、呼吸努力和对不同呼吸肌的神经驱动。 将插入导管以连续记录Pes（食道压力）、Pgas（胃压）和EMGdi（膈肌肌电图）。 PesMax（最大食管压力）、PgasMax（最大胃压）和 PdiMax（最大跨膈压）将在最大嗅探和咳嗽操作期间获得。 经皮表面肌电图 (sEMG) 技术将应用于斜角肌、胸锁乳突肌和胸骨旁肋间肌，以记录这些呼吸肌的神经驱动。 通过这种测量，研究人员将能够评估 IMT 后呼吸肌募集模式和呼吸神经驱动对不同呼吸肌的变化是否有任何变化。

在运动过程中，“呼吸肌代谢反射”会导致交感神经介导的肢体运动肌血管收缩，活动的肢体肌肉供血和供氧减少，出现运动肌疲劳。 将评估由股神经磁刺激引起的股四头肌抽搐力，以测量干预前后 CWR 测试期间相同运动时间点的运动肌肉疲劳。 使用这种技术，研究人员将能够评估运动肌肉疲劳的发作是否在 IMT 后延迟。

将进行等碳酸高通气试验以评估呼吸肌灌注、呼吸困难强度和不适感、呼吸肌募集模式、呼吸努力和神经呼吸驱动，而无需运动肌肉在 IMT 前后的工作。 将要求患者保持目标分钟通气量模式，等于他们在休息时和恒定负荷运动测试的最后一分钟（约 75% WRpeak）记录的呼吸频率、潮气量和分钟通气量。 实验者将口头指导患者调整呼吸频率和深度，以达到目标通气量并保持在±5%以内。 等碳酸血症将通过让受试者从含有 5% CO2、21% O2、平衡 N2 的道格拉斯袋中吸气来维持，该道格拉斯袋将通过一根管子连接到双向非再呼吸阀（型号 2700，Hans Rudolph）。

将进行负荷呼吸测试以评估呼吸困难强度和不适感、呼吸肌募集模式、呼吸努力和神经呼吸驱动。 将要求患者尽可能长时间（3-7 分钟）通过锥形流动阻力负载 (TFRL) 装置 (powerbreathe KH1) 呼吸，阻力将设置为患者 PImax 的 50%。 将监测心率、血氧饱和度和呼吸次数。 测试前后 Borg 呼吸困难、吸气努力和不愉快将被记录下来。 在 IMT 8 周后，将在相同的阻力下重复测试。 Borg 呼吸困难、吸气用力和不适将在训练前的时间限制和症状限制时记录。 后期培训的最长时间可达 15 分钟。

呼吸（即肋间、斜角肌和腹部）和运动肌血流指数（即股外侧肌）将在 IMT 之前和之后的等碳酸性高通气试验期间以及 CWR 测试期间（峰值工作率的 75%）同时测量根据先前使用近红外光谱 (NIRS) 和吲哚菁绿 (ICG) 建立的方法。 呼吸（即肋间、斜角肌、腹部）和运动肌（即股外侧肌）的氧气输送将通过血流指数乘以动脉氧含量来计算，后者将通过脉搏血氧仪进行无创计算。 呼吸（即肋间、斜角肌、腹部）和运动肌（即股外侧肌）氧饱和度 (Stio2)——反映氧气供需平衡的氧气可用性指数——将在试验期间由 NIRS 连续记录。

研究呼吸感觉神经处理的无创技术将用于评估标准化负荷呼吸任务期间呼吸困难的情感不愉快成分的变化。 脑电图 (EEG) 将用于测量加载和卸载呼吸期间的呼吸相关诱发电位 (RREP)。 从脑电图记录的 RREP 是大脑皮层活动的测量值，它是由肺和肌肉机械感受器由于短暂的吸气闭塞而激活而引起的。 患者将佩戴 EEG 传感器 [129 通道系统，Electrical Geodesics Inc.，美国尤金]，并通过带非再呼吸阀的呼吸回路通过喉舌呼吸。 通过用加压空气激活闭塞阀，吸气将每 2 到 6 次呼吸短暂中断 150 毫秒，这会引发 RREP。 患者将在 Borg 量表上评估他们感知的呼吸困难强度和不适感以及阻塞强度，同时吸气负荷和阻塞将通过呼吸阀施加。 该方法将用于评估是否存在与阻力呼吸任务引起的给定呼吸困难水平相关的不愉快感，以及这些变化是否与呼吸困难感觉的中央处理变化相关。

为了评估姿势平衡，压力中心 (CoP) 的位移将使用以下公式从原始测力板数据进行估算：CoP = Mx/Fz（中-外侧）和 CoP=My/Fz（前-后）。 CoP 将在有视力和无视力的直立站立期间在稳定和不稳定（泡沫垫）支撑表面上进行测量。 在某些情况下，将应用脚踝和/或背部肌肉的局部肌肉振动来评估本体感觉在姿势控制中的作用。 此外，在某些情况下，将要求重复弹道式手臂运动来评估内部扰动对姿势控制的影响。 CoP 位移的均方根值将用于分析姿势稳定性措施，并计算振动试验的平均值，以分析预期的方向效应。 将计算踝关节肌肉振动试验的 CoP 位移与背部肌肉振动试验的比率，以确定本体感受姿势控制策略。

需要干预组 16 名参与者和对照组 8 名参与者的样本量来检测呼吸困难 Borg-10 量表中一个单位的差异，假设测量前后呼吸困难评分变化的 SD 为 1 个单位（幂 80 %，显着性水平 p<0.05)。 这些估计是基于之前关于运动期间呼吸困难的研究。 因此，将包括 24 名具有吸气肌无力（PiMax<70% 预测值或<60cmH2O）和呼吸困难症状（BDI<7）的临床稳定的 COPD 患者。 无法进行运动测试的患者将被排除在外。

患者将进行日常训练，包括两次 30 次呼吸的训练（强度约为 PiMax 的 50%；每次训练 4-5 分钟）。 每周一节课将在研究中心的监督下进行。 IMT 将使用电子锥形流动阻力加载 (TFRL) 设备 [POWERbreath®KH1, HaB International Ltd., Southam, UK] 进行 8 周。 每周都会测量PiMax，以便将适当的训练强度增加到当时PiMax的50%左右。 假手术组将在预计不会改善吸气肌功能的吸气负荷下执行 IMT（强度 < 基线 PiMax 的 10%；在整个协议中保持不变）。

将比较 IMT 8 周后各组之间主要和次要结果的差异，并根据协方差分析 (ANCOVA) 中的基线差异进行调整。