摘要
在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者中,动态过度膨胀和腿部肌肉疲劳与运动受限独立相关。本研究的目的是检验1)这些限制与2)延迟呼吸限制对运动耐量和腿部肌肉疲劳的影响。
总共有11名COPD患者(1秒内用力呼气量为52%预测值)完成了两次室内空气或螺旋呼吸循环,以及一次螺旋呼吸但在室内空气等时停止。测定呼气末肺容积(EELV)、腿肌疲劳和运动时间。
在室内空气中,结束锻炼eELV与腿疲劳呈负相关。HeliOx增加运动时间(从346到530秒,腿部疲劳(15%)。在同种子,尽管eELV与结束运动相比,但在室内空气和Heliox中,患有eelv的腿部疲劳没有变化。与HeliOx运动时间的变化与室内气腿疲劳和终端吸气肺体积最好。
患有慢性阻塞性肺病的患者在室内空气中具有更高水平的动态流血的患者具有较少的肌肉疲劳。这些患者更有可能增加与HeliOx的运动耐受性,导致更大的腿部肌肉疲劳。
慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者表现出严重的呼吸困难和运动不耐受1.确定COPD患者的运动限制源是最近兴趣的主题2- - - - - -5.传统上,无法增加分秒通气(V”E)由于呼气流动限制和动态恶性,被认为是大多数COPD患者的主要运动限制因素5.事实上,动态恶性通货膨胀与运动耐受力下降密切相关3.以及减少动态恶性膨胀的疗法,如支气管扩张剂6和补充氧气2,可显著改善许多患者的运动耐受性。Heliox(79%的氦,21%的氧),通过其增加呼气流速的作用7也被证明能增加运动耐力时间8- - - - - -10延缓慢性阻塞性肺病患者的动态恶性通货膨胀9.
尽管已有明确的研究发现,许多COPD患者主要有呼吸受限,但并非所有患者都将呼吸困难症状描述为停止运动的主要原因。许多患者将腿部疲劳症状描述为主要限制因素11.COPD对骨骼肌强度的全身性影响12,13,形态学14、氧气交付15腿部肌肉疲劳16现在也被认为在降低运动耐受性方面起着重要作用,至少在一些COPD患者中是这样。与年龄匹配的健康成年人相比,COPD患者在自行车运动后的四头肌疲劳更严重16,这可能是一个重要的限制锻炼的因素4.Saey等.4研究支气管扩张剂对运动耐量和四头肌收缩疲劳的影响。他们发现,尽管肺功能有显著改善,但腿部肌肉疲劳程度较高的患者在吸入支气管扩张剂后运动耐受性增加的较少。尽管他们显示肌肉疲劳是COPD患者运动过程中一个重要的限制因素,但他们没有报告呼吸限制的测量结果。因此,尚不清楚肌肉疲劳程度较大的患者在运动时是否也存在通气受限,以及通气程度与肌肉受限之间是否存在关系。如果呼吸受限在腿部肌肉疲劳较少的COPD患者中更为普遍,那么改善呼吸能力应增加运动耐受性,但增加运动最终可能导致更大的肌肉疲劳。据目前作者所知,呼吸限制和腿部肌肉疲劳之间的关系还没有报道。因此,本研究的目的是验证以下假设:COPD患者1)运动过程中较高水平的呼吸受限与较少的腿部肌肉疲劳相关,2)使用螺旋延迟呼吸受限会增加运动耐受性和腿部肌肉疲劳。本研究的一些结果以前曾以摘要的形式报道过17.
方法
主题
总共有11例COPD患者(表1)⇓)是从肺健康中心(埃德蒙顿,AB,加拿大)的肺康复方案征聘的。所有受试者之前都完成了≥8周的运动康复,在研究时COPD病情稳定。选择康复后患者,是为了尽量减少与运动诱发的呼吸困难(这在缺乏运动经验的患者中很常见)相关的恐惧/焦虑,从而增加最大生理运动反应的潜力。需要补充氧气的患者,或有明显的肌肉骨骼或心血管疾病的患者(通过呼吸病学家的主观病史评估)被排除在外。所有受试者都对该研究提供了书面同意,该研究得到了阿尔伯塔大学健康研究伦理委员会(埃德蒙顿)的批准。
研究设计
进行了单盲、随机、交叉试验。在实验前,受试者接受了肺功能测试和分级运动测试(GXT),以缓解症状(表1)⇑).然后,每个受试者进行两个随机恒定工作速率循环试验,呼吸室内空气或螺旋,最后,另一个螺旋试验,但在室内空气试验的同时停止。每个试验间隔≥48 h。
基线肺功能
为了确定诊断和确定疾病严重程度,每个患者都进行了肺功能测试(Vmax22;SensorMedics,约巴林达,CA,美国)根据美国胸科协会标准18在研究的3个月内。使用恒定体积体积体积描谱系(6200 autobox; SensorMedics)测定肺量。肺部肺肺血管和单呼吸扩散能力为一氧化碳(DL,CO.)与报道的Crapo规范进行比较et al。19并与Goldman和Becklake的肺容量进行了比较20..最大自愿通气(MVV)乘以1秒用力呼气量(FEV)计算135)21.
渐进式锻炼测试
GXT到症状限制是在一个电子制动周期功率计(Ergometrics 800S;SensorMedics)。工作速率增量(平均值±sd10.9±3.0 W·分钟−1)由监督呼吸师(D.D.Marciniuk)单独确定,他根据使用疾病严重程度和运动史的临床判断决定。使用单引线ECG监视器(43200A监测器; Hewlett Packard,Palo Alto,CA,USA)记录心率和节奏。动脉氧饱和度(年代p O2)使用脉冲血氧乙液(SAT-Trak; SensorMedics)测量。将过期的气体管在校准的代谢推车中(TrueOne; Parvomedics,Salt Lake City,US,USA)和代谢测量每30秒都平均。最高的30-S氧气消耗(V”O2),并被认可为V”O2,顶峰.
恒定工作速率运动测试和测量
室内空气和螺旋混合物的冲洗时间均为5分钟。肺活量测定是通过一个袋装系统进行的,该系统连接到一个干滚式肺活量计(SensorMedics),与以前使用的类似8.室内空气和螺旋呼吸过程中恒定功率循环功率测定试验在80%(平均±sd79.9±3.9%),在症状限制时停止。无论是室内空气还是heliox的灵感都来自于一个~ 60升的储液袋。排出的气体被输送到代谢车中,代谢车根据所使用的气体混合物进行校准。吸气量(IC)、潮气量(VT),V”E,使用箱内系统测量止血肺体积(eELV)和终止式肺体积(EILV),以估计通风限制和动态过度空间22.使用遥测(Polar USA Inc.,Woodbury,Ny,USA)记录心率。使用Borg 10分尺度记录呼吸困难和腿部劳累的症状23.每次测试后,受试者被要求识别限制锻炼的主要症状。
股四头肌的测量
在每个疗程前和恢复后的5、10和20分钟,右膝伸展最大自愿收缩(MVC),插值抽搐(ITT)24,25获得了夸张的侧面抽搐扭矩(TWVL)。每个受试者都坐在等因素测力计(系统3; Biodex Medical Systems Inc.,Shirley,Ny,USA),其右大腿水平(臀部屈曲〜80°),膝盖弯曲至~90°。将肩带放置在上大腿上,以将腿固定到测功机,并确保产生的扭矩真正等距。使用测功机的等距模式,最大膝关节延伸扭矩在峰值扭矩下平均在达到〜1秒内,并在MVC机动期间记录。在足够的实践(为了在5%内实现再现性)后,每个受试者进行五种MVC一次机动(30秒),并记录最高值并用于分析。受试者提供扭矩产生的视觉反馈,并鼓励最大程度地进行。
超大的肌肉刺激26,27用磁刺激器(Magpro R30;美敦力公司,明尼阿波利斯,MN,美国)和抛物线圈(MMC 140;美敦力公司)。28,29.将线圈放置在瓦斯卢斯侧面电机点的近似位置上,然后重复刺激肌肉输出的50%的肌肉。在整个这些重复的刺激过程中,产生最大抽搐扭矩的线圈的位置以永久性墨水标记并复制在每个测试日的所有后续刺激。录制了电拍摄(EMG)响应(M波)通过双极表面Ag-AgCl电极(Vermed Medical Inc., Bellows Falls, VT, USA)置于右侧股外侧肌腹部。使用自定义程序(LabView;National Instruments, Austin, TX, USA),并存储在计算机上进行分析。在每个受试者的测试方案开始时,M-wave和TwVL招募曲线(图1)⇓)是根据对40种递增刺激的反应构建的。在所有受试者中,在达到刺激器功率输出的100%之前获得最大的m波和抽搐力矩(平均值±)sd83.4±9.6%和92.1±7.2%)。为了测量TWVL,磁刺激器设定为100%以唤起SupraMaximal M波和抽搐扭矩。
ITT.24,25在最后三个MVC操作的每个测量点执行。此外,为了确定股外侧肌的收缩特性,在每次以上MVC操作后1-2秒进行静息TwVL。自愿激活计算为100 -(叠加ITT/TwVL)×100%25.通过用于MVC和TWVL的分数的导频数据,使用该技术(分别类相关系数0.97和0.95分别)证明了优异的测试 - 保持可靠性。
在恢复期间的三次测试中,收缩疲劳程度测量为TwVL扭矩基线变化的百分比。如果运动后TwVL≤基线的85%,则认为发生了收缩疲劳4.受试者分为疲劳者(TwVL≤基线的85%在室内空气试验)和非疲劳者(TwVL >85%在室内空气试验基线)进行亚分析。
分析
采用单因素重复测量方差分析来确定三个试验在末端运动和肌肉数据方面的差异。肺功能数据和运动耐受时间分析采用配对t检验的室内空气和螺旋。为了检验肌肉、呼吸和运动数据之间的关系,使用皮尔逊相关系数。当发现显著相关时,进行逐步多元回归分析以确定重要变量的独立预测因子。使用单因素方差分析分析了运动反应、肌肉力量和疲劳以及室内空气、螺旋和等时试验的通风数据。anova的显著性是什么,Tukey的显著性差异后HOC.分析用于确定个体组的差异。作为亚分析,疲劳者和非疲劳者使用非参数统计进行比较,因为每组的样本量都很低。Mann-Whitney u -test用于比较受试者的基本特征、运动反应、肌肉力量和疲劳数据。α-值<0.05被认为是显著的后HOC.测试。数据以平均值±表示sd除非指定。
结果
休息肺功能,通风和肺量
表2⇓显示肺功能和通风数据的房间空气和螺旋测试。Heliox对FEV有显著影响1峰值呼气流量(p<0.05),强迫肺活量(FVC)、EELV、EILV和静息无变化V”E.
运动,通风和疲劳数据
个体运动耐受时间和5分钟TwVL评分如图2所示⇓.Heliox使运动耐受时间增加53.1±40.5%,5 min TwVL降低14.5±11.8% (p<0.05)。表3列出了选定的运动数据⇓和图3⇓.Heliox也显著减少了MVC,但没有改变V”E/ MVV或VT/ IC症状限制。对症状限制的呼吸困难和腿部劳累的看法没有差异。在同胞,与房间空气测试相比,Heliox增加了年代p O2和VT/IC,呼吸困难和腿部用力症状减轻,但MVC和5分钟TwVL维持在与室内空气测试相似的水平。在三个试验中,自愿性激活没有差异。与室内空气试验相比,带螺旋的EELV在同时降低,但在症状限制时增加到类似水平(图4)⇓).
关联
室内空气和螺旋试验之间运动时间的变化与室内空气呼吸时5 min TwVL相关(r = 0.79, p<0.05;图5⇓), FEV的变化1(r = 0.70, p < 0.05)和房间空气EILV (r = 0.68, p < 0.05)。逐步线性回归显示,只有5分钟的TwVL被保留为运动时间(R2= 0.74, p < 0.05)。5 min TwVL与EELV相关(r = 0.77, p<0.05;图5 b⇓)和从休息到高峰运动时EELV的变化(r = 0.66, p<0.05)。逐步线性回归显示,EELV仍是5分钟TwVL的独立预测因子2= 0.78, p < 0.05)。这些结果表明,肌肉疲劳程度最低的患者通气受限程度更大,螺旋肌的运动耐受性更强。运动时间、肺功能、肌肉疲劳、呼吸受限或呼吸困难感觉与腿部用力之间无显著相关性。
疲劳师和非脂肪素之间的差异
使用与sayy相似的标准et al。4对于疲劳的定义,我们注意到目前11名患者中有4人可以被定义为疲劳者。疲劳组与非疲劳组在年龄、身高、体重、FVC、总肺活量(TLC)、DL,CO.,静息EELV,静息EILV,基线MVC,V”O2,顶峰,V”e,峰值或GXT的峰值工作速率。非疲劳组的静息FEV明显较低1(44±15与66±9%),室内空气恒定工作速率锻炼后的eELV更高(79±5与TLC为67±2%),恒速率运动时间随螺旋变化更大(77±26%)与11±21%)。此外,在室内空气运动后,非疲劳组的吸气储备量显著减少(3.1±1.5)与(13.6±0.6%),说明非疲劳组比疲劳组对室内空气有更大的呼吸约束。
讨论
呼吸受限变化对腿部肌肉疲劳的影响
目前的调查结果表明,在室内空气呼吸期间,患有COPD患者的高强度循环运动期间的通气肌疲劳水平增加有关。此外,呼吸升降岩体的呼吸监控,锻炼时间增加和夸张的外侧疲劳增加。这种反应在具有更高的通风限制和较少的初始腿部疲劳的患者中最为明显,这表明这些患者往往受到通气限制的限制而不是通过腿部疲劳。本结果支持研究假设,并表明在循环运动期间存在通风限制在达到显着水平的腿部肌肉疲劳之前的运动。通过延迟与HeliOx的这种通气限制,运动能力增加,最终导致更大水平的腿部肌肉疲劳。
目前的结果支持萨伊的发现等艾尔。4,谁使用类似措施研究了溴化伊普罗拓溴化物对运动耐受性和Quaddriceps肌肉疲劳的影响。他们证明,在80%恒定的工作速率循环后不疲劳腿部肌肉的患者增加了运动耐受性,并表现出更大的肌肉疲劳,分别增加了92%和15%)。肌肉疲劳的这些变化的程度与本研究中使用Heliox(肌肉疲劳的增加15%)观察到的变化,尽管目前的研究受试者仅提高了53%的运动耐受性,并且具有更严重的COPD(FEV152%与38%预测)。在目前的研究中,还证明了运动时间和5分钟TWV之间的变化之间的显着相关性。正如预期的那样,这种关联支持当前的作者的观点和苏维的观点et al。4,较低水平的收缩肌疲劳预示着呼吸受限治疗后运动时间变化的增加。然而,目前的研究结果首次表明,这种增加也与呼吸受限的显著变化相关,并且呼吸受限程度与收缩肌疲劳之间存在显著的负相关关系。
有趣的是,并不是所有目前的研究患者都增加了运动耐力和腿疲劳螺旋。与没有达到Saey的7名患者相比et al。4在疲劳标准中,四名患者的病情倾向较轻,在室内空气运动后EELV降低,运动耐受性增加的程度较轻,表明他们更多的运动受到腿部疲劳的限制,而不是呼吸受限。此外,7名非疲劳患者的吸气储备容量均小于TLC的6%,这表明即将出现呼吸限制3.,而疲劳组每个人的吸气储备容量为>13%,表明非疲劳组的通气受到更多限制。需要进一步的调查来证实这一初步数据。
螺旋增强运动耐受性的机制
与Palange的研究相似et al。9,目前的研究表明,heliox降低了COPD患者在循环运动期间的动态恶性膨胀,增加了运动耐受性。Palangeet al。9发现与HeliOx的锻炼耐受性增加与减少的动态无过度流量和增加有关V”E在高峰的练习。相比之下,目前的作者并没有观察到高峰锻炼显著增加V”E率与氦氧混合气。目前的发现可能是由于与Palange的研究相比,受试者对螺旋的反应减少了et al。9.尽管FEV也有类似的变化1与Palange观察到的114%相比,使用heliox时,当前研究对象的运动时间平均增加了53%et al。9使用类似的练习方案。Palange研究的病人et al。9比目前的研究更严重阻塞(FEV138%与52%的人预测),并可能受到更多的呼吸限制。然而,很明显,在目前的研究对象中,运动耐受性螺旋的增加更多地与减少动态恶性通货膨胀有关,而不是增加V”E.
本研究中的重要观察结果是用HeliOx对同种型呼吸困难和腿部疲劳的看法降低。虽然主要结果变量本质上是生理的,但相关的感知变化可能导致患者停止运动1.螺旋肌同时呼吸困难和腿部用力症状的减轻可能是受试者超出同时继续运动的重要原因。
限制
有一些方法学上的考虑可能会限制对当前结果的概括。首先,患者被招募参加康复后运动项目。选择有运动经验的患者,以尽量减少与呼吸困难相关的恐惧和焦虑的影响,这些影响往往限制了没有进行运动康复的患者的运动。此前已有研究表明,康复可以降低COPD患者运动后的腿部疲劳程度30.;因此,如果没有进行运动的患者已经研究过的患者,目前的研究结果可能是不同的。
其次,受试者对吸入的气体混合物不知情,而研究人员则不知情。由于适当的气、气痛和肺活量计校准的复杂性,以及演习规程的性质,不可能使研究人员失明。为了弥补这一点,他们强调了标准化的指导。
第三,在本研究中,骑车作为一种锻炼方式。步行可能是一种与COPD患者的功能活动更好相关的运动测试模式31;然而,骑自行车仍然是一种重要的测试和训练方式。在步行耐力测试中,Heliox也被证明可以增加运动耐力31,32;然而,步行锻炼比骑车锻炼降低了腿部肌肉疲劳的水平33.螺旋对行走性能的影响可能不会导致显著的腿部肌肉疲劳水平。然而,高强度的骑行可能更好地反映了更大程度地调动腿部肌肉的活动,比如爬楼梯。
第四,在股外侧肌运动点使用磁刺激,而不是像以前报道的那样在股三角4,16.基于试点工作,目前的作者发现,他们能够最好地证明在运动点而不是股三角的等距扭矩和m波振幅平台,而且这种技术比股三角刺激更舒适29.进行性强度运动刺激时m波振幅的平台是疲劳研究的关键标准,以确保刺激是超最大的4,25.超最大磁运动点刺激此前已在其他人群中使用,并已被证明是有效和可靠的26- - - - - -29.目前的作者能够在磁刺激期间展示在所有研究受试者中的M波高原,TWVL测量结果表明了优异的可靠性;因此,该技术似乎是合适的。
最后,招募疾病严重程度相对较广的患者。结果发现,FEV最低的受试者1与腿部疲劳相比,呼吸受限对数值的影响更大。这一发现表明,随着疾病的严重程度在患者的整个疾病过程中增加,很可能会从运动后限制腿部肌肉疲劳逐渐转变为逐渐限制更多的通气。目前还不清楚,如果研究人群更加同质,结果是否会相似。
结论
本研究表明,慢性阻塞性肺疾病患者在高强度恒定工率运动后,收缩肌疲劳程度与动态恶性膨胀呈反比关系。那些在室内空气中有较高水平的动态恶性膨胀的患者也较少出现肌肉疲劳。动态恶性膨胀水平较高的患者更有可能通过增加运动耐受性对螺旋呼吸减少的呼吸限制作出反应,这最终导致更大的收缩肌疲劳。研究人员和临床医生应该考虑每个患者的腿部肌肉和呼吸限制之间的相对平衡,然后再开出治疗方案以减少动态恶性膨胀。此外,未来的研究应该指向理解增加腿部肌肉疲劳的重要性,通过使用螺旋,刺激更大的肌肉适应运动训练。
支持声明
s·j·布彻得到了加拿大肺脏协会奖学金的支持。
感兴趣的语句
没有宣布。
致谢
作者愿意承认A. Ryniak和M. Hudson(艾伯塔大学,埃尔伯塔大学,加拿大)的技术援助,以及肺部健康中心患者和员工的支持。
- 已收到2008年1月30日。
- 接受2008年11月10日。
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