Expiratorisk flödesbegränsning och andningsstrategier hos överviktiga ungdomar under submaximal träning internationell journal för övervikt

Expiratorisk flödesbegränsning och andningsstrategier hos överviktiga ungdomar under submaximal träning internationell journal för övervikt

Anonim

ämnen

  • Fetma
  • Pediatrik
  • Andning

Abstrakt

Mål:

För att undersöka om ventilationsfaktorer begränsar träning hos överviktiga och feta barn under ett 6-minuters stegtest och att jämföra ventilationssvar under detta test med barn från hälsosam vikt.

Design:

Tvärsnitt, prospektiv jämförande studie.

ämnen:

Tjugoseks överviktiga / överviktiga individer och 25 personer med hälsosam vikt utan känd andningssjukdom.

Mått:

Olika fetthets- och fettfördelningsparametrar (med användning av luftförskjutningspletysmografi och antropometri), lungfunktionstester, andetag-vid-andningsgasanalys under träning, upplevd ansträngning.

Resultat:

Ungdomar som är överviktiga eller feta är mer benägna att uppleva expiratorisk flödesbegränsning (expFL) under submaximal träning jämfört med deras hälsosamma viktkamrater [ELLER 7.2 (1.4, 37.3), P = 0.019]. Personer som hade lägre lungvolymer i vila var ännu mer benägna att uppleva övningsinducerade expFL: er (ELLER 8, 35 (1, 4–49, 3)). Båda grupperna uppvisade liknande andningsstrategier under submaximal träning.

Slutsats:

Ungdomar som är överviktiga / överviktiga är mer benägna att visa expFL under submaximal träning jämfört med barn med sund vikt. Användning av kompensatoriska andningsstrategier tycktes göra det möjligt för överviktiga barn att undvika upplevelsen av andfåddhet vid denna träningsintensitet.

Introduktion

Prevalensgraden för fetma hos barn och ungdomar har minskat under de senaste åren 1 men är fortfarande höga på över 20% av ungdomarna. Baserat på OECD: s hälsaundersökningsdata från Organisationen för ekonomiskt samarbete och utveckling i alla OECD- och tillväxtländer är en femtedel av barnen mellan 5 och 17 år överviktiga eller feta. 2 I Grekland, USA och Italien är denna siffra cirka en av tre. Fetma har rapporterats bidra till ett antal negativa hälsoeffekter inklusive hjärt-kärlsjukdom, typ 2-diabetes och vissa former av cancer. 3 I barndomen är fetma en riskfaktor för sjukdom i vuxen ålder och bidrar till ökad barnsjukdom och hälsorelaterade problem. 4 Dessutom erkänns fetma nu som en viktig riskfaktor för utvecklingen av flera luftvägssjukdomar inklusive astma. 5

Höga nivåer av stillasittande beteende har visat sig vara förknippade med fetma, 6 och det föreslogs att de negativa konsekvenserna av fetma kan motverkas genom ökad fysisk aktivitet, särskilt kondition. 7 Att minska stillasittande beteende och öka fysisk aktivitet är viktiga livsstilsförändringar som alla feta och överviktiga barn måste göra. 6, 8, 9 Förutom att öka beteendet på fysisk aktivitet har inkludering av kraftig träning rekommenderats i program som är utformade för att framgångsrikt ändra kroppsvikt och sammansättning 10, 11 och i den långsiktiga underhållsfasen för fetthantering. 12

Barn och vuxna som är överviktiga kan dock ha svårt träning svårt på grund av aktivitetsrelaterad andfåddhet. Detta är ett vanligt symptom på fetma som påverkar nivån av kraftig aktivitet som krävs för att påverka energibalansen. Hos vuxna, rapporter om andnöd vid ansträngning varierar från 21% i övervikt till 49% vid svår fetma 13 och barn som är överviktiga rapporterar större uppfattning om ansträngning i motsvarande stadier av träningstest jämfört med deras hälsosamma viktkamrater. 14

Hos vuxna rapporteras vanligtvis lungfunktionsavvikelser komplikationer av fetma, varvid de vanligaste rapporterade avvikelserna är minskning av lungvolymer och tvingat utflöde. 15 Liknande data för barn är begränsade och motstridiga; 16, 17 förblir följaktligen oklart hos barn huruvida aktivitetsrelaterad andfåddhet beror på (a) onormal andningsmekanik relaterad till den ökade belastningen på bröstväggen av fett, (b) den ökade metaboliska efterfrågan på rörelse vid fetma, (c) ) förändrad uppfattning av ansträngning eller (d) en kombination av dessa faktorer.

Det primära syftet med denna studie var att bestämma om barn och ungdomar som var överviktiga eller feta kunde genomföra submaximal träning. Det sekundära syftet var att identifiera eventuell andningsbegränsning under träning av överviktiga eller feta ungdomar jämfört med deras åldersmatchade hälsosamma viktkamrater. Eftersom receptet för ett träningsprogram för överviktiga eller överviktiga ungdomar skulle vara på en submaximal nivå, var det önskvärt att karakterisera respiratorresponsen hos överviktiga och feta barn på denna träningsform. Vi var intresserade av huruvida andningsresponsen hos överviktiga eller feta ungdomar på träning var nackdelar med att upprätthålla submaximal träning i denna grupp. Detta är viktigt eftersom minst 60 minuter per dag med fysisk aktivitet med kraftig eller måttlig intensitet rekommenderas för barn och ungdomar för att uppnå hälsofördelar. 18

Vi antog att överviktiga och överviktiga ungdomar var mer benägna att uppleva en andningsbegränsning under träning som skulle vara ogynnsamma för att upprätthålla submaximal träning.

Patienter och metoder

En perspektivstudie i tvärsnitt genomfördes. Barn i åldrarna 10–18 år som deltog i en övningsgrupp för öppenvårdsfysioterapi för överviktiga / överviktiga barn uppmanades att delta. Deltagarna rekryterades också från pediatriska endokrinologi- och respiratoriska medicinska polikliniker. Hälsosamma viktmatchade kamrater rekryterades från lokala skol- och samhällsgrupper. Barn klassificerades som överviktiga eller enligt ålder och könsspecifika avbrottstecken för kroppsmassaindex (BMI) med hjälp av kriterierna enligt Cole et al. 19 överviktiga barn definierades som att ha BMI 85: e <99: e percentilen, feta barn som de med BMI 99: e percentilen 19 och hälsosamma viktkontroller definierades som de med en BMI mindre än den 85: e percentilen men större än den tredje percentilen. Studien godkändes av etikkommittén vid prinsessan Margaret sjukhus för barn, Perth, västra Australien. Informerat samtycke erhölls från deltagarna och deras föräldrar / vårdnadshavare. Alla deltagare undersöktes med avseende på medicinsk historia och symtom på andnöd. Barn utesluts från att delta om de hade ett kroniskt kardiorespiratoriskt problem, eller om det var osäkert att träna på grund av diagnostiserat medicinskt eller muskuloskeletaltillstånd.

Alla deltagare deltog i en enda studieutredning där följande åtgärder utfördes i den beskrivna ordningen: subjektiv utvärdering av stillasittande timmar och aktivitet, antropometri, lungfunktion och 6-minuters stegtest med andetag-vid-andningsgasanalys.

Aktiva och stillasittande timmar

Självrapporterad träningsdeltagande registrerades. Självrapport av stillasittande timmar dokumenterades med hjälp av ett frågeformulär som bad deltagarna att uppskatta antalet timmar som använts för att utföra identifierade stillasittande aktiviteter som att titta på tv, spela dator och elektroniska spel, läsa och läxor, och så vidare.

antropometri

Höjden mättes med hjälp av en stadiometer. Vikt i lätta kläder mättes med hjälp av en elektronisk skala. Kroppsmassaindex beräknades med användning av följande formel: BMI = vikt i kg / (höjd i m). 19 Midjeomkrets mättes med ett måttband vid mittpunkten mellan de underordnade revbenen och den främre överlägsna ryggraden, och höftomkretsen mättes vid den bredaste punkten runt höfterna. Kroppskomposition (% fettmassa och% mager vävnadsmassa) mättes med användning av luftförskjutningspletysmografi (BodPod, Rom, Italien), och denna teknik har validerats för att exakt bestämma kroppssammansättning. 20

Lungefunktion

Lungfunktionstestning (Sensormedics, Yorba Linda, CA, USA) utfördes enligt ATS / ERS 2005 riktlinjer. 21, 22

1. Tvingade manövrar med vital kapacitet utfördes och det bästa av minst tre acceptabla och repeterbara manövrer rapporterades. Rapporterade resultat inkluderar tvingad vital kapacitet, tvingad expiratorisk volym på 1 s och tvingat expiratoriskt flöde mellan 25 och 75% av tvingad vital kapacitet (FEF 25–75 ) och presenteras som ålders-, köns- och höjdkorrigerade z- poäng. 23

2. Statiska lungvolymer. Kväveutvecklingstekniken med flera andningar användes för att beräkna statiska lungvolymer. Total lungkapacitet (TLC), restvolym och funktionell restkapacitet bestämdes. Data rapporteras som ålders-, höjd- och könskorrigerade z- poäng. 24

Sex minuters stegtest med andetag för andetag gasanalys

Detta standardiserade test utfördes med full ventilationsövervakning för att möjliggöra en detaljerad undersökning av lungvolymer, flödeshastigheter och gasutbyte.

Övningstestprotokoll

Efter initial kännedom om stegproceduren uppmanades deltagarna att stiga upp och ner en kommersiellt tillgänglig enkelstegsuppsättning på en höjd av 15 cm med en steghastighet på 30 per minut under 6 minuter, kontrollerad av en metronom. Deltagarna visades hur man ändrade det ledande benet för att minska lokal muskeltrötthet och standardiserad uppmuntran gavs. 25 Det totala antalet genomförda steg registrerades.

Övervakning under träningstest

En elektrokardiografi med tre ledningar (Sensormedics) användes för att övervaka hjärtfrekvensen kontinuerligt, och oxyhemoglobinmättnad registrerades med en pulsoximeter (N-395, Nellcor Puritan Bennett, Pleasanton, CA, USA med Nellcor Oxisensor II I-20LF fingersensor) . En pediatrisk ansiktsmask (Hans Rudolph, Kansas City, MO, USA) med en sele monterades och kontrollerades för läckor före teststart. Maximala inspirerande flödesvolymöglor registrerades vid vila och med 1 minuters intervall under och efter träning.

Gasutbytesåtgärder

Inspirerade och utgåtta gaser övervakades kontinuerligt med mätning av andningsfrekvensen för syreförbrukning, koldioxidproduktion och ventilation med användning av Vmax29 hårdvara och mjukvara (Sensormedics). Flödessensorer och gasanalysatorer kalibrerades före varje test enligt tillverkarens instruktioner.

expFL under träning

Tidvattenflödesvolymkurvor i vila och med 1 minuters intervall under träning jämfördes med maximala flödesvolyminspelningar för baslinjen för att kvantifiera graden av expiratorisk flödesbegränsning (expFL). Vi bedömde närvaron eller frånvaron av expFL genom att plotta de tidvattenflödesvolymöglor som erhölls under träning inom den maximala flödesvolymslingan som erhölls i vila före träning. Identifieringen av expFL under träning modifierades från Nourry et al. 26 expFL bedömdes som närvarande om minst 50% av tidvattenflödesvolymslingan signifikant spårade den maximala flödesvolymslingan (figur 1). Detta bestämdes genom visuell inspektion av flödesvolymslingorna av en utredare blindad för deltagarens detaljer.

Bedömning av expiratorisk flödesbegränsning. Expiratoriskt flödesbegränsning (expFL) närvarande om tidvattenslingor signifikant spårar Maximal flödesvolymslinga och förblir en gång identifierad ( b ).

Bild i full storlek

Andningsstrategi under träning

Slut-expiratorisk lungvolym (EELV) eller "dynamisk" funktionell restkapacitet representerar volymen luft som finns kvar i lungan vid utgången av slutet under träningen. 27 Vi beräknade EELV från baslinjen TLC och inspirationskapaciteten (IC) mäter med 1-minuters intervall erhållna under träning från maximala inspirerande flödesvolymöglor så att EELV = TLC − IC. EELV uttrycktes i procent av TLC (det vill säga EELC / TLC%). Slutinspirerande lungvolym (EILV) definieras som lungvolymen i slutet av ett tidvatteninspirerande andetag (det vill säga EILV = TLC − inspirerande reservvolym (IRV). 27 Detta beräknades från IRV med 1 minuters intervall under träning (det vill säga IRV = IC − tidvattenvolym) och uttryckt i procent av TLC (EILV / TLC%). 27

Insatsuppfattning

Ansträngningens uppfattning övervakades med 1-minuters intervall under träning med hjälp av Barns ansträngningstabell, en validerad 1–10 linjär skala med bild- och ordbeskrivningar av ansträngning. 28 Insatsbedömningar i förhållande till både andningssvårigheter och trötthet i benen registrerades.

Statistisk analys

Alla värden uttrycktes som frekvenser för kategoriska variabler och som medelvärde (standardavvikelse) för kontinuerliga variabler där antaganden om normalitet uppfylldes, eller som median (interkvartilt intervall) om signifikant skev. Kontinuerliga variabler jämfördes för deltagare med övervikt / övervikt och hälsosam vikt med användning av t- tester eller den icke-parametriska ekvivalenten vid behov. Kategoriska variabler jämfördes mellan grupper med användning av χ 2- test. Multivariat logistisk regression undersökte samband mellan expFL och andra ämnesegenskaper (antropometrisk eller lungfunktion), med beräkning av oddsförhållanden och 95% konfidensintervall.

Resultat

Fyra och fyra ämnen rekryterades för studien. Alla deltagare i överviktiga / överviktiga grupper var patienter som gick på ett tertiärt barnsjukhus för viktrelaterade hanteringsfrågor, inklusive några som hade hänvisats till ett fysioterapis träningsprogram. Resultat för tre försökspersoner kunde inte användas på grund av ofullständigt träningstest (en patient) och oförmåga att utföra acceptabel lungfunktion (två försökspersoner). Som ett resultat var data från 51 försökspersoner tillgängliga för analys, som inkluderade 26 överviktiga / feta individer och 25 personer med frisk vikt. Den överviktiga / överviktiga gruppen innehöll sju individer som definierades som överviktiga och 19 som definierades som överviktiga. Det fanns inga kända etniska skillnader mellan överviktiga / överviktiga och sunda viktgrupperna.

Jämförelsedata (tabell 1) visade inga skillnader mellan grupper i ålder eller höjd, men som förväntat sågs en mycket signifikant skillnad i alla viktmått. Det fanns inga skillnader mellan de två grupperna i TLC, tvingad vital kapacitet, tvingad expiratorisk volym eller FEF 25–75 z- poäng; emellertid hade gruppen med övervikt / övervikt signifikant minskat funktionell restkapacitet och restvolym z- poäng.

Full storlek bord

expFL under submaximal träning

Expiratorisk flödesbegränsning under träning i jämnt tillstånd observerades hos 10 överviktiga / feta individer och hos två friska barn (38 respektive 8%; tabell 2). Odlingsgraden för expFL under träning, med tanke på att personen var överviktig eller överviktig, var 7, 2 (95% konfidensintervall, 1, 4–37, 3, P = 0, 019). Vid univariat logistisk regression var expFL associerat med alla viktmått (BMI z- poäng, vikt i kg och procent fettmassa) och FEF 25–75 z- poäng. Efter justering för FEF 25–75 z- poäng ökade oddskvoten för expFL i gruppen med övervikt / övervikt till 8, 35 (95% konfidensintervall, 1, 4–49, 4, P = 0, 019).

Full storlek bord

Gasväxling

De överviktiga / överviktiga barnen visade ett högre värde av V̇O 2 ml kg min −1 vid 6 minuter jämfört med barn med hälsosam vikt (tabell 2).

Anpassningar till andningsstrategin vid 6 min submaximal träning

EELV / TLC% var signifikant lägre i de överviktiga / feta grupperna under vila och i slutet av 6-minuters stegtestet (tabell 2). Det fanns ingen signifikant förändring i EELV / TLC% i någon av grupperna som svar på submaximal träning.

Slutinspirerande lungvolym i procent av TLC (EILV / TLC%) var lägre hos överviktiga / feta personer under vila, men närmade sig den hos friska personer efter submaximal träning (tabell 2), med en statistiskt signifikant skillnad mellan de två grupperna för procentuell förändring från vila.

Puls och upplevd ansträngning

Hjärtfrekvensen och den upplevda bedömningen av ansträngning för beninsats var större vid 6 minuters träning i gruppen med övervikt / övervikt, men bedömningen av upplevd ansträngning med avseende på andning var inte signifikant annorlunda (tabell 2).

Diskussion

Vi ville bestämma om det fanns några skillnader i ventilationsrespons under submaximal träning av överviktiga eller feta barn och ungdomar jämfört med deras åldersmatchade hälsosamma viktkamrater och om dessa ventilationsrespons var olämpliga för att upprätthålla submaximal träning i denna grupp. Dessutom tenderade träningsrecept för dessa individer att vara på en submaximal nivå, och det var därför viktigt att karakterisera svaret från överviktiga och feta barn på denna form av träning.

Överviktiga / feta ungdomar i denna studie visade vissa skillnader jämfört med deras friska viktkamrater. Överviktiga / feta barn och ungdomar andades vid lägre lungvolymer under vila och under submaximal träning, och de var mer benägna att uppleva expFL under submaximal träning jämfört med deras hälsosamma viktkamrater. Dessutom hade överviktiga / feta personer som hade lägre lungfunktion i vila (vilket representeras av minskade FEF 25–75 z- poäng) ännu större odds för att uppleva expFL under träning. Trots detta, vid submaximal träning, var bedömningen av upplevd andfådd inte signifikant högre i gruppen med övervikt / fetma.

Barn som var överviktiga eller feta visade ett högre värde på VO 2 ml kg min −1 vid 6 minuter jämfört med deras hälsosamma viktkamrater, vilket återspeglade syrekostnaderna för att flytta sin större kroppsmassa mot tyngdkraften. Vi tror inte att de förändringar vi har sett hos överviktiga / feta barn indikerade träningsintolerans. Men vi utförde inte maximal träningstest, vilket kan ha gett ytterligare information i detta avseende. På liknande sätt fanns det inga bevis för att flödesbegränsningen som observerades under träning i den överviktiga och överviktiga gruppen relaterade till några inneboende förändringar i luftvägsfunktionen. Flödesbegränsning i det sammanhang som definieras i vår studie innebär inte luftvägsavvikelser, och det är troligt att flödesbegränsningen hos överviktiga och feta barn representerar skillnaderna i andningsstrategier under träning. Detta kan vara ett resultat av den mekaniska belastningen som läggs av fettvävnad som omger bröstkorgen hos dessa barn. Effekterna av detta och svaren från den överviktiga / överviktiga gruppen på maximal träning kräver ytterligare utredning.

Under träning faller EELV vanligtvis, men när graden av expFL blir hög (som kan uppstå vid intensiv träning) ökar EELV normalt för att närma sig vilovärden. 27 Våra resultat visar inte någon signifikant förändring i EELV från vila till 6 minuter i varken den sunda vikten eller den överviktiga / överviktiga gruppen och detta beror antagligen på den submaximala karaktären av den aktuella träningen.

En andningsstrategi som ofta används av individer med expFL är att öka EELV / TLC% (dynamisk hyperinflation). Detta svar ses inte vanligtvis hos friska personer med normal kondition. 27 Vi observerade inte detta svar hos våra flödesbegränsade försökspersoner, och det kan bero på den submaximala typen av träningstest, den korta tidsramen för testet (6 min) och också för att vi huvudsakligen har överviktiga personer och mindre feta ämnen.

Den överviktiga / överviktiga gruppen ökade signifikant deras EILV / TLC%, förmodligen för att bevara deras tränings tidvattenvolym eftersom deras initiala andningsvolymer var mycket lägre än i den friska viktgruppen. Förmågan att öka EILV antyder att eventuella begränsningar av bröstvägg eller lungbelastning som adipositeten kan övervinnas under submaximal träning. Detta kan också förklara varför den upplevda andningsfrekvensen var låg, eftersom den initiala strategin för att öka EILV var tillräckligt för att lindra eventuella upplevda andningssymptom. Dessa fynd överensstämmer med studierna av ventilations- och perceptuella svar på träning hos överviktiga vuxna, där expFL har visats som svar på submaximal träning, men ökningar i EELV och EILV gör att överviktiga vuxna kan placera träningsvattenvolym mer fördelaktigt och uppleva minimal andetag. 29

Vi hittade två försökspersoner i den friska viktgruppen som visade expFL. Träningsutströmning har visat sig förekomma hos friska prepubescent barn när de utför ett graderat träningstest till utmattning om de naturligt andas vid lägre lungvolymer. 26 Denna förklaring kan vara tillämplig på våra resultat av expFL hos de två individerna med hälsosam vikt.

Vi hittade inga skillnader mellan grupperna i antalet aktiva timmar; emellertid hade gruppen med övervikt / övervikt ett större antal rapporterade stillasittande timmar. Vi använde en självrapporteringsmetod för att bestämma antalet aktiva och stillasittande timmar, och det kan vara en begränsning av vår insamling av dessa uppgifter. Eftersom deltagarna för den överviktiga / överviktiga gruppen deltog i ett tertiär fysioterapiprogram, kan detta ha påverkat responsen på antalet aktiva timmar för denna grupp.

Slutsatser

Ungdomar som är överviktiga eller feta kan utföra submaximala tester. Våra resultat bekräftar hypotesen att vissa ungdomar som är överviktiga / överviktiga är mer benägna att visa expFL under submaximal träning jämfört med barn med sund vikt. Användning av kompensatoriska andningsstrategier tycktes göra det möjligt för överviktiga barn att undvika upplevelsen av andfåddhet vid denna träningsintensitet.