BFR w rehabilitacji POChP: czy małe obciążenie może skuteczniej stymulować mięśnie?

Trening z ograniczeniem przepływu krwi (blood flow restriction, BFR) może stać się uzupełnieniem rehabilitacji oddechowej u wybranych chorych na przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP), zwłaszcza gdy nasilona duszność uniemożliwia uzyskanie wystarczającego obciążenia mięśni kończyn. Autorzy publikacji w Journal of Applied Physiology wskazują, że połączenie małego obciążenia z częściowym ograniczeniem dopływu tętniczego i znacznym ograniczeniem odpływu żylnego może zwiększać lokalny stres metaboliczny i zmęczenie kurczliwe mięśni, jednocześnie ograniczając całkowite zapotrzebowanie metaboliczne i wentylacyjne. Koncepcja jest fizjologicznie atrakcyjna, ale na obecnym etapie nie stanowi podstawy do zastępowania standardowego treningu rehabilitacyjnego.

W artykule:

• Kto przygotował analizę i jaki jest charakter publikacji
• Dlaczego duszność może ograniczać skuteczny trening mięśni w POChP
• Jak działa trening z ograniczeniem przepływu krwi
• Jakie wyniki wcześniejszych badań przywołują autorzy
• Którzy chorzy mogą potencjalnie skorzystać z BFR
• Jakie pozostają problemy bezpieczeństwa i pytania badawcze

Publikacja typu Perspectives, a nie nowe badanie kliniczne

Artykuł zatytułowany Blood flow restriction in COPD: which implications for exertional dyspnea, contractile muscle fatigue and rehabilitative exercise training? został przygotowany przez zespół badaczy z Grenoble. Wśród autorów znaleźli się m.in. Titouan P. Perrin, Onésie Larrière, Laurent Razat, Hugo Randy, Marie Coudurier, Bruno Degano, Julien V. Brugniaux i Mathieu Marillier. Perrin i Larrière są współdzielącymi pierwsze autorstwo twórcami pracy, natomiast autorem korespondencyjnym jest Mathieu Marillier.

Autorzy reprezentują m.in. Univ. Grenoble Alpes, Inserm, CHU Grenoble Alpes oraz HP2 w Grenoble, a także Service hospitalo-universitaire de Pneumologie-Physiologie, CHU Grenoble Alpes i UM Sport, Santé, Prévention, Service de réadaptation cardio-vasculaire, CHU Grenoble Alpes. Praca została opublikowana w Journal of Applied Physiology.

Nie jest to nowe randomizowane badanie kliniczne ani próba interwencyjna przeprowadzona przez autorów. Publikacja ma charakter perspektywiczny i fizjologiczny: badacze integrują wyniki wcześniejszych prac dotyczących ograniczenia przepływu krwi, zmęczenia mięśni, wentylacji wysiłkowej i rehabilitacji oddechowej, a następnie formułują hipotezę dotyczącą potencjalnego miejsca BFR w rehabilitacji chorych na POChP.

Autorzy nie otrzymali specyficznego finansowania na przygotowanie tej publikacji i zadeklarowali brak zawodowych konfliktów interesów.

Dlaczego skuteczny trening mięśni w POChP bywa trudny

Trening fizyczny stanowi jeden z podstawowych elementów rehabilitacji oddechowej w POChP. Poprawa funkcji mięśni szkieletowych jest jednym z mechanizmów odpowiadających za zwiększenie tolerancji wysiłku oraz zmniejszenie nasilenia objawów. Problem polega na tym, że nie każdy pacjent uzyskuje klinicznie istotną odpowiedź na standardową rehabilitację.

Autorzy zwracają uwagę na szereg czynników mogących wpływać na gorszą odpowiedź na rehabilitację, w tym stan psychologiczny, ogólny stan zdrowia, zaburzenia odżywienia i kacheksję, niskie poczucie własnej skuteczności, zapotrzebowanie na tlen oraz niemożność osiągnięcia odpowiedniego zmęczenia kurczliwego mięśni podczas ćwiczeń.

Ten ostatni element jest szczególnie interesujący. Zmęczenie mięśni często kojarzy się wyłącznie z niekorzystnym ograniczeniem tolerancji wysiłku. W kontekście treningu rehabilitacyjnego sytuacja jest jednak bardziej złożona. Odpowiednio silne obciążenie mięśnia i wynikające z niego zmęczenie stanowią również bodziec wywołujący adaptację treningową. Jeżeli pacjent przerywa ćwiczenie, zanim mięśnie kończyn zostaną dostatecznie obciążone, bodziec adaptacyjny może być zbyt mały.

Duszność może zakończyć wysiłek przed osiągnięciem odpowiedniego bodźca mięśniowego

W POChP szczególne znaczenie ma wzajemna zależność pomiędzy ograniczeniami wentylacyjno-mechanicznymi a zmęczeniem mięśni obwodowych. Dynamiczna hiperinflacja ogranicza możliwość dalszego zwiększania objętości oddechowej podczas wysiłku. Pacjent może wówczas osiągnąć krytyczne ograniczenie mechaniczne układu oddechowego i przerwać wysiłek z powodu duszności jeszcze przed pojawieniem się wystarczającego przeciążenia mięśni kończyn.

Innymi słowy, czynnikiem kończącym ćwiczenie stają się płuca i układ oddechowy, a nie trenowane mięśnie.

Autorzy przypominają wcześniejsze obserwacje, w których opóźnienie rozwoju ograniczeń oddechowych, między innymi poprzez oddychanie mieszaniną helowo-tlenową, zwiększało tolerancję wysiłku u chorych na POChP i prowadziło ostatecznie do większego zmęczenia kurczliwego mięśni w momencie zakończenia ćwiczenia.

Na podobnej zasadzie rozwijano inne strategie treningowe, takie jak marsz w dół czy ćwiczenia wykonywane jedną kończyną. Ich celem jest zwiększenie miejscowego przeciążenia mięśnia przy jednoczesnym ograniczeniu zapotrzebowania wentylacyjnego całego organizmu.

Jak działa trening z ograniczeniem przepływu krwi

Blood flow restriction training polega na zastosowaniu zewnętrznego ucisku na kończynę, najczęściej za pomocą pneumatycznego mankietu. Ucisk jest dobierany tak, aby częściowo ograniczyć napływ krwi tętniczej i znacznie silniej ograniczyć odpływ żylny.

Ćwiczenie wykonywane jest przy znacznie mniejszym obciążeniu niż w tradycyjnym treningu siłowym lub wytrzymałościowym. Pomimo małego obciążenia mechanicznego w pracującym mięśniu powstają warunki znacznego stresu metabolicznego.

Ograniczona dostępność tlenu oraz utrudnione usuwanie metabolitów powodują nasilenie lokalnej hipoksji i zaburzeń metabolicznych. Dostępność tlenu maleje, natomiast w mięśniu gromadzą się produkty przemiany materii. Procesy te mogą upośledzać sprzężenie pobudzenie-skórcz oraz funkcję mostków poprzecznych włókien mięśniowych, zwiększając zmęczenie kurczliwe.

U zdrowych osób mało intensywny wysiłek wykonywany z BFR może dlatego powodować większe zmęczenie mięśni niż odpowiadający mu pod względem pracy trening bez ograniczenia przepływu. W części badań wielkość zmęczenia osiąganego podczas BFR była zbliżona lub nawet większa niż podczas ćwiczeń o dużej intensywności wykonywanych przy swobodnym przepływie krwi.

W dłuższej perspektywie mało intensywny trening wytrzymałościowy lub oporowy z BFR może prowadzić do adaptacji obejmujących wzrost masy i siły mięśni oraz poprawę ich zdolności oksydacyjnych, przy mniejszym obciążeniu mechanicznym oraz mniejszym zapotrzebowaniu sercowo-wentylacyjnym niż podczas klasycznego treningu o dużym obciążeniu.

Wentylacja, duszność i zmęczenie mięśni: kluczowa hipoteza autorów

Mechanizm BFR nie jest całkowicie jednoznaczny z punktu widzenia odpowiedzi oddechowej. Nasilony stres metaboliczny w mięśniu zwiększa aktywację aferentnych włókien mięśniowych grup III i IV. Ich pobudzenie może zwiększać napęd wentylacyjny, a więc potencjalnie działać w kierunku zwiększenia wentylacji.

Z drugiej strony trening z BFR wykonywany jest przy znacznie mniejszym zewnętrznym obciążeniu. Całkowite zapotrzebowanie metaboliczne organizmu jest więc mniejsze niż podczas konwencjonalnego treningu o umiarkowanej lub dużej intensywności.

Autorzy stawiają hipotezę, że u odpowiednio wybranych pacjentów drugi z tych mechanizmów może przeważać: niewielkie obciążenie zewnętrzne może ograniczać zapotrzebowanie metaboliczne i wentylacyjne, podczas gdy ograniczony przepływ krwi utrzymuje duży miejscowy bodziec metaboliczny w trenowanym mięśniu.

Jeżeli założenie to zostanie potwierdzone w badaniach mechanistycznych u chorych na POChP, pacjent mógłby uzyskiwać znaczące zmęczenie kurczliwe mięśni przy bardziej tolerowanym poziomie duszności.

Jakie wyniki dotychczasowych badań wspierają tę koncepcję

Autorzy zestawiają kilka grup danych, które stanowią uzasadnienie dla dalszych badań BFR w POChP. Część z nich pochodzi jednak od zdrowych osób, dlatego nie może być bezpośrednio przenoszona na populację pacjentów z przewlekłą chorobą układu oddechowego.

Mniejsza wentylacja podczas wysiłku z BFR u zdrowych osób

W przywoływanych przez autorów badaniach zdrowych dorosłych wentylacja minutowa podczas mało intensywnego aerobowego wysiłku z BFR mogła być nawet o około 35% niższa niż podczas konwencjonalnego wysiłku o umiarkowanej lub dużej intensywności wykonywanego bez ograniczenia przepływu krwi. Jednocześnie miejscowy stres mięśniowy pozostawał duży.

Jest to szczególnie interesujące z punktu widzenia POChP, ponieważ nadmierne zapotrzebowanie wentylacyjne w stosunku do ograniczonych możliwości układu oddechowego jest jednym z podstawowych mechanizmów odpowiedzialnych za duszność wysiłkową.

Mniej wentylacji i mniejszy dyskomfort oddechowy przy treningu oporowym

Autorzy przywołują również najnowsze dane dotyczące małoobciążeniowego treningu oporowego z BFR u zdrowych osób. W porównaniu z tradycyjnym treningiem oporowym wykonywanym z dużym obciążeniem zastosowanie BFR wiązało się z około 12-procentowym zmniejszeniem wentylacji minutowej.

Zużycie tlenu i produkcja dwutlenku węgla były niższe o około 13-18%. Jednocześnie odczuwany dyskomfort związany z oddychaniem był mniejszy o ponad jeden punkt w skali Borga.

Korzyść sensoryczna miała jednak swoją cenę: dyskomfort w obrębie kończyn był większy. To ważna obserwacja, ponieważ tolerancja treningu nie zależy wyłącznie od duszności. Jeżeli ucisk mankietu lub silne miejscowe odczucia w mięśniach są dla pacjenta nieakceptowalne, mogą ograniczyć przestrzeganie zaleceń treningowych.

Co wiadomo już o BFR u pacjentów z POChP

Dane bezpośrednio dotyczące chorych na POChP są znacznie bardziej ograniczone. Według autorów zastąpienie konwencjonalnego treningu oporowego o dużym obciążeniu treningiem z małym obciążeniem i BFR wydaje się wykonalne i stosunkowo dobrze tolerowane zarówno u stabilnych pacjentów, jak i we wczesnej rehabilitacji po ostrym zaostrzeniu POChP.

W badaniu obejmującym rehabilitację po zaostrzeniu już około dwutygodniowy okres małoobciążeniowego treningu oporowego z BFR był związany ze zwiększeniem siły mięśnia czworogłowego uda. Autorzy zwracają uwagę, że okres po zaostrzeniu jest szczególnie istotny ze względu na ryzyko szybkiej utraty funkcji mięśni szkieletowych.

W innym badaniu, w którym wykorzystywano mankiet pozwalający na samodzielną regulację ciśnienia i ustawiony na 70% ciśnienia całkowitej okluzji tętniczej, podczas pierwszych tygodni treningu pacjenci wykonywający ćwiczenia o małym obciążeniu z BFR zgłaszali mniejszą duszność niż pacjenci realizujący trening oporowy o dużym obciążeniu.

Autorzy podkreślają jednak, że w tym badaniu nie przeprowadzono formalnej oceny odpowiedzi wentylacyjnej w czasie wysiłku. Ponadto poprawa funkcjonalna osiągnięta w ramach rehabilitacji oddechowej była zasadniczo porównywalna pomiędzy stosowanymi strategiami treningowymi.

Nie można zatem na podstawie tych danych wnioskować, że BFR jest skuteczniejszą metodą rehabilitacji. Można natomiast uznać, że istnieją przesłanki uzasadniające dalsze badanie tej strategii w precyzyjnie wybranych grupach pacjentów.

Którzy pacjenci mogą potencjalnie najbardziej skorzystać

Autorzy nie proponują stosowania BFR jako uniwersalnego zamiennika standardowego treningu u chorych na POChP. Pacjent, który jest w stanie tolerować konwencjonalną rehabilitację i uzyskuje podczas niej odpowiednie obciążenie mięśni, prawdopodobnie nie potrzebuje dodatkowego ograniczania przepływu krwi.

Potencjalne znaczenie BFR może być większe w populacji chorych, u których nasilona duszność lub inne ograniczenia uniemożliwiają osiągnięcie dostatecznie dużej intensywności treningu.

Szczególnie interesująca jest opisywana przez autorów grupa pacjentów określanych jako osoby niewytwarzające wystarczającego zmęczenia mięśniowego podczas ćwiczeń. W ich przypadku trening zostaje ograniczony przez układ oddechowy zanim mięśnie otrzymają dostatecznie silny bodziec adaptacyjny.

BFR mógłby potencjalnie zwiększyć lokalny stres metaboliczny w mięśniach bez konieczności proporcjonalnego zwiększania całkowitej intensywności wysiłku.

Autorzy wskazują również na potrzebę zbadania tej strategii u osób z bardziej zaawansowaną POChP, kacheksją oraz nasilonym zaburzeniem funkcji mięśni obwodowych.

BFR jako etap przejściowy

Interesująca jest także koncepcja zastosowania BFR jako czasowego etapu przygotowującego pacjenta do tradycyjnego treningu. U chorego, który początkowo nie jest w stanie wykonać ćwiczeń z odpowiednio dużym obciążeniem, można teoretycznie rozpocząć od ćwiczeń małoobciążeniowych z BFR, a po uzyskaniu poprawy funkcji mięśni stopniowo przejść do konwencjonalnych metod treningowych.

Autorzy przywołują opis przypadku chorego na POChP, w którym zastosowano podobne podejście, łącząc trening z ograniczeniem przepływu krwi z późniejszym treningiem o dużym obciążeniu i treningiem wytrzymałościowym.

Bezpieczeństwo pozostaje jednym z najważniejszych pytań

Fizjologiczna atrakcyjność BFR nie oznacza, że metoda może być bez ograniczeń wprowadzana do rehabilitacji chorych na POChP. Autorzy wyraźnie zaznaczają, że profil bezpieczeństwa i tolerancji treningu w tej populacji nadal wymaga ustalenia.

Większość wiedzy dotyczącej bezpieczeństwa BFR pochodzi z innych populacji, w tym od osób zdrowych oraz chorych na przewlekłą niewydolność serca. Pacjenci z POChP często mają natomiast liczne choroby współistniejące, w szczególności dotyczące układu sercowo-naczyniowego.

Jako stany wymagające traktowania jako przeciwwskazania do BFR autorzy wymieniają między innymi niekontrolowane nadciśnienie tętnicze, chorobę tętnic obwodowych oraz przebytą żylną chorobę zakrzepowo-zatorową.

Nie określono również dostatecznie bezpieczeństwa i tolerancji BFR u chorych wymagających przewlekłej tlenoterapii ani możliwych interakcji tej strategii z leczeniem farmakologicznym.

Istotny pozostaje również dyskomfort wywołany przez ucisk mankietu. Nawet jeżeli małe obciążenie zmniejsza duszność, nasilone nieprzyjemne odczucia w kończynie mogą z czasem ograniczać akceptację treningu i przestrzeganie programu rehabilitacji.

Nie ma jeszcze ustalonego optymalnego protokołu BFR w POChP

Jednym z najważniejszych problemów badawczych pozostaje sposób dawkowania interwencji. BFR nie jest pojedynczą, jednorodną procedurą. Reakcja fizjologiczna może zależeć od stopnia okluzji, rodzaju mankietu, jego szerokości, sposobu określania ciśnienia, rodzaju ćwiczenia, czasu trwania okluzji, intensywności wysiłku oraz konstrukcji całej sesji treningowej.

Autorzy podkreślają potrzebę określenia optymalnego odsetka arterial occlusion pressure (AOP), właściwości sprzętu, rodzaju treningu i formatu sesji rehabilitacyjnej.

Konieczne jest również bezpośrednie porównywanie BFR z konwencjonalnym treningiem, a nie jedynie wykazywanie, że pacjent jest w stanie wykonać ćwiczenie z mankietem.

Potrzebne są badania mechanistyczne

Kluczowe pytanie dotyczy relacji pomiędzy trzema elementami: odpowiedzią wentylacyjną, odczuwaną dusznością i rzeczywistym zmęczeniem kurczliwym mięśni.

To właśnie ta zależność stanowi centralny element hipotezy Perrina, Larrière, Marilliera i współautorów. Jeżeli przyszłe badania wykażą, że u określonych pacjentów z POChP można dzięki BFR uzyskać większy stres mięśniowy i większe zmęczenie kurczliwe przy niższym zapotrzebowaniu wentylacyjnym i tolerowanym nasileniu duszności, metoda mogłaby wypełnić konkretną lukę w rehabilitacji.

Jeżeli natomiast okaże się, że aktywacja aferentnych włókien mięśniowych, dyskomfort kończyn lub inne konsekwencje BFR niwelują potencjalną przewagę wynikającą z mniejszego obciążenia zewnętrznego, zastosowanie kliniczne może pozostać ograniczone.

Co pokazuje model przedstawiony przez autorów

Centralny schemat publikacji zestawia dwa hipotetyczne scenariusze rehabilitacji chorego na POChP.

W klasycznym treningu o dużej intensywności duże zapotrzebowanie metaboliczne zwiększa wymagania wentylacyjne. W obecności ograniczeń mechanicznych układu oddechowego może to szybko nasilić duszność. Pacjent przerywa ćwiczenie, zanim dojdzie do dostatecznie silnego przeciążenia mięśni szkieletowych, a końcowe zmęczenie kurczliwe pozostaje niewielkie.

W scenariuszu z BFR obciążenie zewnętrzne jest małe, dzięki czemu całkowite zapotrzebowanie metaboliczne i wentylacyjne może być mniejsze. Jednocześnie ograniczenie dostarczania tlenu do mięśnia i zatrzymywanie metabolitów zwiększają lokalny stres metaboliczny. W efekcie teoretycznie możliwe byłoby osiągnięcie większego zmęczenia kurczliwego przy mniejszej duszności.

Model ten dobrze ilustruje zasadniczą ideę publikacji, ale powinien być interpretowany jako hipoteza wymagająca dalszej weryfikacji klinicznej i mechanistycznej, a nie jako potwierdzony algorytm leczenia.

W praktyce klinicznej

Najważniejszym przesłaniem publikacji nie jest propozycja zastąpienia klasycznej rehabilitacji oddechowej treningiem z ograniczeniem przepływu krwi. Autorzy wskazują raczej na możliwość wykorzystania BFR do rozwiązania bardzo konkretnego problemu: sytuacji, w której pacjent z POChP kończy wysiłek z powodu nasilonej duszności, zanim mięśnie kończyn uzyskają dostatecznie silny bodziec treningowy.

W tej grupie zmniejszenie mechanicznej i ogólnoustrojowej intensywności wysiłku przy jednoczesnym sztucznym zwiększeniu miejscowego stresu metabolicznego może być interesującym kierunkiem indywidualizacji rehabilitacji.

Na obecnym etapie BFR należy jednak traktować jako metodę wymagającą dalszych badań. Nie określono jeszcze optymalnego dawkowania, pełnego profilu bezpieczeństwa, wpływu na wentylację i duszność u różnych fenotypów POChP ani populacji pacjentów, w której relacja korzyści do ryzyka będzie najkorzystniejsza.

Potrzebne są przede wszystkim dobrze zaprojektowane badania kliniczne i mechanistyczne pozwalające ustalić, czy przewidywany przez autorów mechanizm rzeczywiście prowadzi do trwałej poprawy siły i funkcji mięśni, tolerancji wysiłku, duszności, zdolności do wykonywania codziennych aktywności oraz ogólnego efektu rehabilitacji oddechowej.