Effects of exercise combined with high intensity in the treatment of the subject with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and ready to cognitive decline

INTRODUZIONE La Broncopneaumopatia cronico ostruttiva (BPCO) è una sindrome complessa, eterogenea e multifattoriale responsabile del deterioramento della funzionalità respiratoria, a cui si sommano comorbidità extrapolmonari aventi un significativo effetto sulla prognosi. Tra queste ultime, il declino cognitivo, di cui ne è affetto il 77% dei soggetti broncoostruiti; in questi, è stato osservato un danno neuronale causato dalla riduzione del trasporto di ossigeno nell'area cerebrale. Il soggetto con patologia respiratoria ostruttiva è caratterizzato da deficit funzionale dovuto a sintomi respiratori limitati il movimento: la dispnea e debolezza/fatica muscolare, che si traducono in intolleranza allo sforzo determinando decondizionamento fisico; il tutto si riversa negativamente sulla qualità di vita. Nell'ultimo decennio è diventato sempre più evidente, l'importanza e l'efficacia dell'esercizio fisico nel programma di riabilitazione per i soggetti BPCO, tanto che è inserito a tutti gli effetti tra gli interventi non farmacologici di questa patologia. Infatti i PRF sono considerati come l'intervento più efficace nel determinare e garantire un recupero tale da permettere il ripristino dei livelli di autonomia in soggetti affetti da broncostruzione, anche in condizioni gravi. Diverse tipologie e modalità di allenamento, differenti intensità di lavoro sono state sperimentate, ma ad oggi ancora non è stato definito un protocollo ottimale per il ricondizionamento fisico e miglioramento delle capacità cognitive dei pazienti con BPCO1. Lo scopo di questo studio è stato quello di osservare gli effetti di due diversi protocolli di riallenamento fisico: uno di tipo combinato (esercizi aerobici + esercizi di forza) AC e uno di tipo aerobico AA; e determinare se l'allenamento combinato è più efficace dell' allenamento aerobico sulle performance fisiche , sulle capacità cognitive e sulla qualità della vita in soggetti con BPCO a diversi stadi della malattia . METODI Per la ricerca sono stati reclutati complessivamente 14 soggetti BPCO di sesso maschile ( 68,35 ± 9,64 ), ricoverati in un centro di riabilitazione cardio-respiratoria. Lo studio è stato composto da tre fasi .  1° FASE: reclutamento di 7 soggetti BPCO (65 ± 8.26): (GRUPPO 1). Questi sono stati indirizzati a riallenamento fisico respiratorio di tipo combinato: esercizio aerobico + esercizi di forza, svolto ad intensità vigorosa e associato ad esercizi respiratori, d'equilibrio e mobilità articolare (AC).  2° FASE: reclutamento di 7 soggetti BPCO (69 ±7.39): (GRUPPO 2). Questi sono stati indirizzati a riallenamento fisico respiratorio di tipo aerobico condotto ad alta intensità e associato ad esercizi respiratori, d'equilibrio e mobilità articolare (AA)  3° FASE: comparazione dell'efficacia del protocollo di tipo combinato (AC) rispetto a quello aerobico (AA). Entrambe i gruppi sperimentali sono stati sottoposti a ricondizionamento fisico per 4 settimane, con una frequenza dell’allenamento di 5 sedute settimanali. Il GRUPPO 1 (sperimentale) (AC), ha svolto un allenamento della durata di circa 60 minuti, suddiviso in due sessioni giornaliere (una aerobica e l'altra di forza) di 30 minuti, ad un intensità progressivamente vigorosa dell' 70- 90% della FCmax e del 1RM. Il GRUPPO 2 (AA), ha condotto un allenamento composto da una sola sessione d' allenamento giornaliera ( solo aerobica) di circa 30 minuti, ad un intensità progressivamente vigorosa al 70-90% della FCmax. Prima, durante (solo test del motore) e dopo il protocollo di riqualificazione, tutti i soggetti di gruppi sono stati valutati con test di laboratorio, test respiratori, test da sforzo fisico , prova neuropsichiatrico : batteria deterioramento mentale ( MDB) e con un questionario specifico per valutare la qualità di vita: S. George Questionnaire. RISULTATI I risultati del T-test mostrano come entrambi i protocolli sono efficaci per il ricondizionamento fisico e per il miglioramento delle capacità cognitive. Ma il Gruppo 1, nell'analisi dell' ANAVA, mostra differenze significative per la prova di forza degli arti superiori e la resistenza muscolare degli arti inferiori , il test cardio-respiratorio Stair Climb , il grado di dispnea a riposo (scala MRC) e il livello di SpO2 dopo esercizio . Anche la percentuale di miglioramento per la maggior parte delle variabili sono maggiori per la riqualificazione del combinato. Per le funzioni mentali, sia hanno miglioramenti per la fluidità verbale, memoria a lungo termine e attenzione; ma in T-Test i Gruppi 1 ha riportato benefici anche per l'intelligenza non- verbale e l'aprassia costruttiva. DISCUSSIONE I risultati dello studio suggeriscono che entrambi i protocolli, sia quello sperimentale di tipo combinato ( AC ) sia quello aerobico ( AA ), sono efficaci per ricondizionamento fisico del paziente con BPCO. Ciò conferma i benefici dell'attività fisica in questa popolazione. Inoltre, è stata dimostrata la possibilità di utilizzare un allenamento ad alta intensità nei soggetti con BPCO rispetto a quelli raccomandati dalle linee guida per questa patologia. Il Gruppo 1 di AC raggiunge notevoli vantaggi più del gruppo 2 di AA, per la componente di forza che migliora i muscoli, incrementando la resistenza e la tolleranza allo sforzo , infatti risulta significativo anche il test stair climb, che è indica anche il grado di potenza delle gambe. Altrettanto importante è stata la variazione positiva dei valori di emogas analisi, per effetto della componente aerobica dell'allenamento , che già a intensità moderata , aumenta la quantità dell'ossigeno atero-venoso, indicando un migliore adattamento metabolico dei muscoli allenati. Questo potrebbe essere un dato per rafforzare l'effetto del riallenamento fisico sui soggetti BPCO, che riguardo le funzioni mentali è ancora da dimostrare ampiamente. Questi miglioramenti, si ipotizza siano ricollegabili alla componente aerobica dell'esercizio che aumenta la portata del flusso di sangue al cervello, specie se condotto ad alta intensità, quindi si ha il trasporto e l' utilizzo di una maggior quantità d'ossigeno nell'aria cerebrale, ha un influenza positiva sul fattore neuro tropico (BNDF), che stimola la proliferazione e differenziazione dei neuroni e riveste un ruolo fondamentale nella memoria a lungo termine, determina un aumento della plasticità cerebrale. Inoltre, dal T-Test si evidenza un miglioramento in più domini per il Gruppo 1 di AC, in quanto migliorano anche relativamente all'intelligenza non verbale e alla aprassia costruttiva. La spiegazione di ciò potrebbe essere data dal fatto che la componente di forza del protocollo sperimentale, ha sviluppato una miglior capacità coordinativa dei gesti motori e che per lo svolgimento degli esercizi prevedeva un maggior impegno mentale relativo alla concentrazione per l'esecuzione degli esercizi di forza rispetto all' attività ciclica del camminare su tredmill. Il tutto ha migliorato la capacità dei soggetti di poter ideare, programmare ed organizzare in maniera corretta un movimento o più azioni. CONCLUSIONI Il campione studiato è ancora piccolo, ma i risultati sembrano incoraggianti . La formazione combinata condotta ad alta intensità (90 % Fcmax), e per il maggior beneficio sia prestazioni fisiche e cognitive rispetto all'esercizio aerobico, potrebbe essere una possibile strategie efficaci per ottimizzare ulteriormente e più velocemente ricondizionamento fisico e di intervento per prevenire / ritardo cognitivo calo determinato dalla BPCO.INTRODUCTION Chronic obstructive pulmonary disease ( COPD) is a complex, heterogeneous and multifactorial syndrome, it is responsible of the lung function deteriorations, to which are added extra pulmonary comorbidities that have a significant effects on prognosis. One of the most important comorbidities is the cognitive decline, it affected 77% of the COPD subjects. In these patients, it was observed neuronal damage caused by the reduction of oxygen transport in the brain. The subject with obstructive respiratory disease is characterized by functional impairment due to respiratory symptoms, limiting movement: as shortness of breath and weakness and muscolar fatigue. They determine the exercise intolerance resulting in physical deconditioning with negative effects on quality of life. In the last decade it has become increasingly evident the importance and the effectiveness of physical exercise in the rehabilitation program for BPCO patients. Infact, the training was considered like a non-pharmacological interventions for this disease. The re-training is considered as the most effective intervention to determine and ensure a recovery and to allow the restoration of autonomy levels in patients with obstructive disease, even in severe cases. Different training, with different intensities of work have been tried , but as yet have not defined an optimal protocol for physical reconditioning and improvement of cognitive abilities of patients with COPD. . The purpose of this study was to observe the effects of two different protocols of physical retraining: the first one which combined aerobic and strength exercises (AC); The second one based only on aerobic exercises (AA).Our objective were to determine whether the combined training is more effective than the aerobic training on physical performance , cognitive decline and the quality of life in COPD patients at different stages of the disease. METHODS Total 14 COPD male subjects (68.35 ±9.64), hospitalized in a rehabilitation centre, were recruited for the research. The study was organized in three phases. PHASE 1: 7 COPD male subjects (65 ± 8.26), were recruited: Group 1. It conducted a experimental combined retraining ( aerobic + strength exercises) of high-intensity (AC) PHASE 2: 7 COPD male subjects (69 ±7.39) were recruited : Group 2. It conducted a aerobic retraining of high-intensity (AA). PHASE 3: comparison between the experimental and the aerobic retraining protocol. Both groups were subjected to physical reconditioning for 4 weeks, with a frequency of 5 training sessions per week. For Group 1 retraining experimental program provided two session (one aerobic and one strength) of 30 minutes per day; For Group 2 retraining physical program provided one session (only aerobic) of 30 minutes per day. Before, during (only motor test) and after the retraining protocol, all subjects of groups were evaluated with laboratory test, respiratory tests, physical exercise tests, neuropsychiatric test: mental deterioration battery (MDB) and with a specific questionnaire to assess the quality of life: S. George Questionnaire. RESULTS The results show how both protocols are effective for physical reconditioning and for the improvement of cognitive. In particular Group 1 show significant differences for test of strength of upper-limb and muscular endurance of the upper limbs, the cardio respiratory stair Climb tests, the degree of dyspnea at rest (MRC scale) and the level of SpO2 pulse. Also the percentage of improvement for most variables are greater for the retraining of the combined. For the mental function, both improves both verbal fluency long-term memory and attention, but in T-Test the Groups 1 had major benefits, because it improves also in non-verbal intelligence and constructional apraxia. DISCUSSION The results of the study suggest that both the experimental protocols combined type (AC ) and the aerobic (AA) are effective for physical reconditioning in COPD patients. This confirm the benefits of exercise in this peoples. In addition, it has been demonstrated the feasibility of using a high-intensity training in COPD subjects compared to those recommended by the guidelines for this disease. The Group 1 of AC reaches more significant benefits then Group 2 of AA, this is due to the force component that enhances the muscles, increasing resistance and tolerance to stress; in fact it has a significant improvement of the stair climb. Also important was the increasing values in blood gas analysis, due to the effect of aerobic exercise, which is already at moderate intensity, increased ateriovenous oxygen difference indicating improved metabolic adaptation to exercise of working muscle. Regarding cognitive abilities, improve in the two groups with regard to long-term memory, verbal fluency and attention, this is probably due to the blood flow increases to the brain, especially if exercise is conducted at high intensity. A larger amount of oxygen in the brain increase the size of the hippocampus, which already physiologically tends to decrease with age, this has a positive influence on neuro tropic factor ( BNDF ), which stimulates the proliferation and differentiation of neurons and plays a key role in long-term memory, results in an increase in brain plasticity. CONCLUSIONS The sample studied is still small but the results seem encouraging. The combined training conducted at high intensity (90% Fcmax ), and for the greater benefit of both physical and cognitive performance compared to aerobic exercise, could be a possible effective strategies to optimize them further and faster physical reconditioning and intervention for prevent / delay cognitive decline determined by COPD.Dottorato di ricerca in Scienze per la salute (XXVI ciclo