Umeå University's logo

Background

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a leading global health burden and a major cause of morbidity and mortality. Beyond airflow limitation and respiratory symptoms, COPD is associated with multiple extrapulmonary manifestations including cognitive impairment, decreased cardiovascular fitness and muscle dysfunction. These systemic effects contribute to lower physical capacity and increased mortality, independent of lung function. To treat extrapulmonary manifestations among individuals with COPD, exercise training has an important role. However, traditional exercise methods are often difficult for individuals with COPD to tolerate, given their ventilatory limitations and muscle dysfunction, resulting in sub-optimal treatment effects. Short-duration watt-controlled supramaximal high-intensity interval training (HIIT) consisting of 10 × 6 second intervals is promising for individuals with COPD, as it enables high external intensities while allowing for ventilatory relief. Yet, evaluation of its feasibility, physiological response, prescription and long-term effectiveness is lacking. Furthermore, reporting quality in aerobic exercise trials in COPD may be incomplete, hindering reproducibility and the translation of research findings into clinical practice.  The overarching aim of this thesis therefore was to advance the development of effective exercise strategies for COPD by evaluating the feasibility, physiological responses, and methodological aspects of supramaximal HIIT, and by assessing the reporting quality of aerobic exercise interventions in the COPD literature.

Methods

This thesis comprises four papers based on two clinical trials and one systematic review. In a randomised cross-over trial, Paper I examined the feasibility and acute physiological responses to supramaximal HIIT, compared to moderate-intensity continuous training (MICT), in 16 individuals with COPD and 16 matched healthy controls (HCs). Paper II, using data from the same trial, evaluated the feasibility and applicability of the modified Borg Cycle Strength Test (mBCST) for prescribing supramaximal workloads. Paper III presents the study protocol of an ongoing, international multicentre randomised controlled trial (RCT), the COPD-HIIT RCT. The trial compares supramaximal HIIT and MICT over 3 months in individuals with COPD and HC, with continued training for 24 months in the COPD group. Paper IV was a systematic review assessing the reporting quality and application of exercise training principles in RCTs that included aerobic training in individuals with COPD.

Results

Paper I demonstrated that supramaximal HIIT was feasible and enabled participants with COPD to achieve higher external intensities  (245 ± 88 vs. 71 ± 22 W) compared to MICT, with reduced ventilatory demand. Both exercise modalities increased plasma brain-derived neurotrophic factor by an average of 59%. Paper II deemed the mBCST feasible and applicable for prescription of supramaximal intensities in COPD. The COPD-HIIT RCT, presented in Paper III, have enrolled 133 participants of which 82 are individuals with COPD. The participants with COPD constitute a representative cohort with a varied disease severity. Compared to matched healthy controls, they exhibit reduced cognitive function, cardiorespiratory fitness and quadriceps function at baseline. Paper IV included 298 trials, in which the quality of reporting was generally poor. This was demonstrated by a mean of 5.4 ± 3.0 reported items (out of a maximum of 19) on the Consensus on Exercise Reporting Template.

Conclusions

This thesis supports the feasibility of short-duration, watt-controlled supramaximal HIIT for individuals with COPD, allowing higher exercise intensities with lower ventilatory demand than MICT. The mBCST appears feasible and applicable for prescribing supramaximal workloads, while further research is warranted for its clinical implementation. Preliminary data from the ongoing COPD-HIIT RCT indicates good adherence to supramaximal HIIT and representative recruitment. Finally, the systematic review revealed suboptimal reporting of aerobic exercise interventions in COPD research, emphasizing the need for improved reporting to strengthen reproducibility and clinical translation.

Introduktion

Kroniskt obstruktiv lungsjukdom (KOL) är en av vår tids största folksjukdomar. Globalt lever hundratals miljoner människor med KOL, och sjukdomen är en av de vanligaste dödsorsakerna i världen. Sjukdomen kännetecknas av långvariga symptom från luftvägarna och en begränsning av luftflödet, vilket gör att fysisk aktivitet och träning ofta blir ansträngande. 

Utöver påverkan på lungorna leder KOL till en påverkan utanför lungorna – så kallade extrapulmonella manifestationer. Dessa inkluderar bland annat nedsatt kondition, försämrad muskelfunktion och försämrad kognitiv funktion. Dessa konsekvenser är nära kopplade till lägre livskvalitet och ökad dödlighet, oberoende av hur nedsatt lungfunktionen är. 

Fysisk träning är en viktig del av behandlingen vid KOL, särskilt avseende förändringar utanför lungorna. Trots god effekt av fysisk träning på gruppnivå är det på individnivå en stor variation och många får endast små effekter av den träning som erbjuds idag. Det beror bland annat på att många med KOL behöver stanna upp, eller till avbryta sin fysiska träning på grund av andfåddhet, detta innan belastningen på exempelvis hjärta och muskulatur är tillräckligt hög. Det finns därför ett behov av nya behandlingsmetoder. En möjlig lösning är supramaximal högintensiv intervallträning (HIIT) – mycket korta och intensiva cykelintervaller på sex sekunder, som kan möjliggöra hög belastning utan att andningen blir alltför påfrestande.

Vidare, trots att träning är en central del av behandlingen vid KOL är beskrivningen av träningsupplägg i tidigare studier ofta bristfällig. Detta gör det svårt att jämföra resultat och att omsätta forskningen i praktiken. 

Syftet med avhandlingen var att undersöka om supramaximal HIIT är genomförbart för personer med KOL, hur kroppen reagerar på sådan träning, hur träningen kan individanpassas och vilka metodologiska faktorer som behöver beaktas. Dessutom granskades hur väl tidigare studier om konditionsträning vid KOL har beskrivit sina träningsmetoder.

Metod

Avhandlingen bygger på fyra vetenskapliga artiklar baserade på två kliniska studier och en systematisk litteraturöversikt. I artikel I-III studeras både personer med KOL och en kontrollgrupp med lungfriska deltagare. 

Artikel I undersökte genomförbarheten och fysiologisk respons till supramaximal HIIT jämfört med traditionell konditionsträning på måttlig intensitet med konstant belastning. Artikel II använde data från samma studie och undersökte genomförbarheten och användbarheten av ett cykeltest, Borgs cykelstyrketest, för att bestämma lämplig träningsintensitet vid supramaximal HIIT. 

Artikel III är ett studieprotokoll som beskriver en pågående internationell randomiserad kontrollerad träningsstudie, där effekterna av supramaximal HIIT och traditionell träning jämförs över tre samt 24 månader. Här studeras effekter på bland annat kognitiv funktion, kondition och lårmuskelkraft. 

Artikel IV var en systematisk granskning av tidigare träningsstudier vid KOL, med fokus på hur väl träningsupplägg rapporterats och hur principer för träning har tillämpats.

Resultat

Supramaximal HIIT var genomförbar för personer med KOL och gjorde det möjligt att nå högre belastningar med mindre upplevd andfåddhet än vid traditionell måttligt intensiv träning. Båda träningsformerna ökade nivåerna av brain-derived neurotrophic factor i blodet, vilket kan vara gynnsamt för hjärnans hälsa. Borgs cykelstyrketest visade sig praktiskt genomförbart och användbart för att individanpassa träningsintensitet vid supramaximal HIIT.

I den pågående randomiserade kontrollerade träningsstudien har hittills 133 personer inkluderats, varav 82 med KOL. Deltagarna representerar olika sjukdomsgrader och har överlag god träningsföljsamhet. Preliminära resultat visar att personer med KOL har lägre kognitiv funktion, kondition och lårmuskelfunktion jämfört med friska kontrollpersoner.

Den systematiska granskningen omfattade 298 studier. Resultaten visade på bristfällig beskrivning av träningsmetoder inom KOL-forskning. Viktig information som träningsintensitet samt deltagarnas följsamhet till träningen, saknades ofta. 

Slutsatser

Supramaximal HIIT framstår som en lovande och genomförbar träningsform för personer med KOL, eftersom den möjliggör hög träningsintensitet utan att öka den upplevda andfåddheten. Forskningen fortsätter nu med att undersöka hur väl denna typ av träning fungerar på längre sikt och dess effekter på bland annat kognitiv funktion, kondition och muskelfunktion

Eftersom personer med KOL uppnår högre intensitet vid genomförande av Borgs cykelstyrketest än vid ett traditionellt arbetsprov, indikerar resultaten att testet kan vara användbart vid förskrivning av träningsintensitet vid supramaximal HIIT. Borgs cykelstyrketest kan alltså användas för att individanpassa supramaximal HIIT, men mer forskning om testets implementering behövs.

Slutligen visar avhandlingen att forskare behöver vara mer tydliga i hur de beskriver sina träningsupplägg och resultat, för att framtida studier bättre ska kunna tolkas, jämföras och användas inom vården.