A novel intermittent shuttle walking protocol in the context of pulmonary rehabilitation in patients with COPD

Abstract

In patients with COPD pulmonary rehabilitation (PR) delivered using minimal equipment induces clinically meaningful improvements in functional capacity and quality of life that are non-inferior to PR delivered using specialist equipment. Within this PR setting, walking is simple to perform and easy to administer, hence there has been a growing interest in studies investigating the effectiveness of different walking modalities. Walking activity is typically prescribed at 70-85% of predicted VO2 peak derived from the incremental shuttle walk test(ISWT) or at 70-80% of the average walking speed recorded during the 6-min walk test(6MWT). Patients with advanced COPD are, however, unable to walk uninterruptedly at such walking paces to optimise training benefits. Intolerable symptoms of dyspnoea typically limit walking tolerance to 5-7 minutes. In these patients, intermittent compared to continuous cycling has shown to prolong endurance time secondary to lower sensations of dyspnoea. A systematic review and meta-analysis, undertaken as part of this thesis, suggested that intermittent compared to continuous cycle training leads to superior improvements in peak exercise capacity and dyspnoea sensations in patients with respiratory diseases. Accordingly, the main objective of the thesis was to evaluate whether acute implementation of an intermittent (IntSW) compared to a continuous (CSW) shuttle walking protocol could enhance walking tolerance in patients with advanced COPD.A mixed methods study design was implemented to evaluate differences in walking distance, endurance time, circulatory and symptom responses between the two walking modalities and to fully appreciate patients’ experiences of undertaking the two walking protocols. Twenty stable patients with COPD (mean age: 66±8; FEV1 % predicted: 53±22) initially undertook an ISWT. On two separate visits, 14/20 patients (FEV1 % predicted: 45±21) undertook a CSW protocol and subsequently an IntSW protocol. The CSW protocol was always performed before the iii IntSW protocol because walking distance was expected to be shorter during the CSW protocol; this allowed comparisons of physiological variables and symptoms at is o-distance (i.e.: the distance walked during the IntSW protocol corresponding to the distance at the limit of tolerance of the CSW protocol). Both protocols were sustained at a walking pace equivalent to 85% of predicted VO2 peak derived from the ISWT to ensure comparisons of variables were made at the same walking pace. Focus groups engaged 10/14 patients on a separate visit. At the outset of the study patients walking distance during the ISWT corresponded to 41% of that recorded from 20 healthy age-matched individuals (age: 68±3; FEV1 % predicted: 112±16).In patients with COPD, median (IQR) walking distance during the IntSW protocol [735 (375-1107) m] was almost four times greater (p=0.001) compared to that during the CSW protocol[190 (117-360) m]. At iso-distance, the IntSW compared to the CSW protocol was associated with a lower (p=0.013) circulatory load (cardiac output: 8.6±2.6 versus 10.3±3.7 L/min) and lower (p=0.002) arterial oxygen desaturation (SpO2: 92±6% versus 90±7%) while patients experienced less intense (p=0.001) breathlessness (2.8±1.3 versus 4.9±1.4) and leg discomfort(2.3±1.7 versus 4.2±2.2; p=0.001). At the limit of tolerance, symptoms of breathlessness and leg discomfort were not different between the two modalities, suggesting that both walking modalities were limited by reaching comparable intensity of symptoms which took longer during the IntSW compared to the CSW protocol. The IntSW protocol was perceived as a simple and tolerable activity that could potentially enhance general wellbeing. Based on patients’ views, the IntSW protocol was preferable to the CSW protocol because it resembled activities of daily living. Application of intermittent walking in the PR setting may provide important training benefits to patients with advanced COPD because it allows greater work outputs with less intense exertional symptoms and lower circulatory loads.

Σε ασθενείς με Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ), η πνευμονική αποκατάσταση (ΠA) που εφαρμόζεται με χρήση ελάχιστου εξοπλισμού προκαλεί κλινικά σημαντικές βελτιώσεις στη λειτουργική ικανότητα και στην ποιότητα ζωής, οι οποίες δεν είναι κατώτερες από εκείνες που επιτυγχάνονται μέσω ΠA με εξειδικευμένο εξοπλισμό. Στο περιβάλλον της ΠΑ, η βάδιση αποτελεί μια απλή δραστηριότητα τόσο για την εφαρμογή της όσο και για την χορήγηση της, γεγονός που έχει οδηγήσει σε αυξημένο ενδιαφέρον για μελέτες που ερευνούν την αποτελεσματικότητα διαφόρων μορφών βάδισης. Συνήθως, η δραστηριότητα βάδισης συνταγογραφείται στο 70–85% της προβλεπόμενης τιμής VO₂ peak, όπως υπολογίζεται από το τεστ παλίνδρομης βάδισης με αυξανόμενη ένταση (Incremental Shuttle Walk Test – ISWT), ή στο 70–80% της μέσης ταχύτητας βάδισης που καταγράφεται κατά τη διάρκεια του τεστ βάδισης 6 λεπτών (6-Minute Walk Test – 6MWT). Ωστόσο, οι ασθενείς με προχωρημένη ΧΑΠ αδυνατούν να βαδίσουν συνεχόμενα σε τέτοιους ρυθμούς βάδισης ώστε να επιτύχουν τα βέλτιστα οφέλη της άσκησης, καθώς τα μη ανεκτά συμπτώματα δύσπνοιας συνήθως περιορίζουν τη δυνατότητα συνεχούς βάδισης στα 5–7 λεπτά. Σε αυτούς τους ασθενείς, η διαλειμματική σε σύγκριση με τη συνεχή ποδηλασία έχει δείξει ότι παρατείνει τον χρόνο αντοχής, λόγω της χαμηλότερης αντίληψης δύσπνοιας. Μια συστηματική ανασκόπηση και μετα-ανάλυση που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο αυτής της διατριβής κατέδειξε ότι η διαλειμματική σε σχέση με τη συνεχή άσκηση σε ποδήλατο οδηγεί σε υπέρτερες βελτιώσεις στην ικανότητα άσκησης (peak exercise capacity) και στα συμπτώματα δύσπνοιας σε ασθενείς με αναπνευστικές παθήσεις. Ως εκ τούτου, ο κύριος στόχος της διατριβής ήταν να αξιολογηθεί κατά πόσο η οξεία εφαρμογή ενός διαλειμματικού (IntSW) σε σύγκριση με ένα συνεχές (CSW) πρωτόκολλο παλίνδρομης βάδισης μπορεί να ενισχύσει την αντοχή στη βάδιση σε ασθενείς με προχωρημένη ΧΑΠ. Για την επίτευξη αυτού του στόχου εφαρμόστηκε ένα σχέδιο μικτής μεθοδολογίας για την αξιολόγηση των διαφορών στην απόσταση βάδισης, στον χρόνο αντοχής, στις κυκλοφορικές παραμέτρους και στα συμπτώματα μεταξύ των δύο μορφών βάδισης, καθώς και για την εις βάθος κατανόηση των εμπειριών των ασθενών κατά την εκτέλεση των δύο πρωτοκόλλων. Είκοσι σταθεροποιημένοι ασθενείς με ΧΑΠ (μέση ηλικία: 66±8 έτη, FEV₁ % pred: 53±22) συμμετείχαν αρχικά σε ένα ISWT. Σε δύο ξεχωριστές επισκέψεις, 14 από τους 20 ασθενείς (FEV₁ % pred: 45±21) εκτέλεσαν ένα πρωτόκολλο CSW και ακολούθως ένα πρωτόκολλο IntSW. Το πρωτόκολλο CSW εκτελούνταν πάντα πρώτο, καθώς αναμενόταν μικρότερη απόσταση βάδισης σε σύγκριση με το IntSW, γεγονός που επέτρεψε τη σύγκριση φυσιολογικών παραμέτρων και συμπτωμάτων σε ίσες αποστάσεις (iso-distance) (δηλαδή, η απόσταση που επιτεύχθηκε κατά το IntSW να αντιστοιχεί στην απόσταση στο όριο ανοχής του CSW). Και στα δύο πρωτόκολλα η ταχύτητα βάδισης ήταν αντίστοιχη με το 85% της προβλεπόμενης VO₂ peak από το ISWT, ώστε οι συγκρίσεις να πραγματοποιούνται υπό τις ίδιες συνθήκες έντασης της βάδισης. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν ομάδες εστίασης με τη συμμετοχή 10 από τους 14 ασθενείς. Στην έναρξη της μελέτης, η απόσταση βάδισης των ασθενών κατά το ISWT αντιστοιχούσε στο 41% της απόστασης που κατέγραψαν 20 υγιείς συνομήλικοι (ηλικία: 68±3 έτη, FEV₁ % predicted: 112±16). Στους ασθενείς με ΧΑΠ, η διάμεση (IQR) απόσταση βάδισης στο IntSW [735 (375–1107) μέτρα] ήταν σχεδόν τετραπλάσια (p=0.001) σε σύγκριση με εκείνη στο CSW [190 (117–360) μέτρα]. Στην ίση απόσταση (iso-distance), το IntSW σε σχέση με το CSW συνδέθηκε με χαμηλότερο (p=0.013) κυκλοφορικό φορτίο (καρδιακή παροχή: 8.6±2.6 έναντι 10.3±3.7 L/min) και μικρότερη (p=0.002) αρτηριακό αποκορεσμού οξυγόνου (SpO₂: 92±6% έναντι 90±7%), ενώ οι ασθενείς ανέφεραν μειωμένη (p=0.001) ένταση δύσπνοιας (2.8±1.3 έναντι 4.9±1.4) και μυϊκής κόπωσης στα κάτω άκρα (2.3±1.7 έναντι 4.2±2.2· p=0.001). Στο όριο ανοχής, τα συμπτώματα δύσπνοιας και μυϊκής κόπωσης κάτω άκρων δεν διέφεραν μεταξύ των δύο πρωτοκόλλων, γεγονός που υποδηλώνει ότι και οι δύο μορφές βάδισης περιορίστηκαν από την επίτευξη συγκρίσιμης έντασης συμπτωμάτων, η οποία, ωστόσο, επήλθε αργότερα στο IntSW σε σχέση με το CSW. Το IntSW έγινε αντιληπτό ως μια απλή και ανεκτή δραστηριότητα που θα μπορούσε να ενισχύσει τη γενικότερη ευεξία. Σύμφωνα με τις απόψεις των ασθενών, το IntSW προτιμήθηκε έναντι του CSW, καθώς έμοιαζε περισσότερο με τις δραστηριότητες της καθημερινής ζωής. Η εφαρμογή της διαλειμματικής βάδισης στο πλαίσιο της πνευμονικής αποκατάστασης ενδέχεται να προσφέρει σημαντικά εκπαιδευτικά οφέλη σε ασθενείς με προχωρημένη ΧΑΠ, επιτρέποντας την επίτευξη μεγαλύτερου έργου με ηπιότερη αντίληψη συμπτωμάτων κόπωσης και μικρότερο κυκλοφορικό φορτίο.