The effects of aerobic exercises compared to conventional chest physiotherapy on pulmonary function, functional capacity, sputum culture and quality of life in patients with cystic fibrosis: a randomized controlled trial

investigation of pulmonary function, exercise capacity, functional capacity, sputum culture and quality of life, before and after 6 weeks of aerobic exercises and conventional chest physiotherapy in cystic fibrosis patients. Considering the important role of physiotherapy in airway clearance of these patients, if results of study show effectiveness of interventions, these exercises can be clinically recommended as a treatment priority.

بررسی عملکرد ریه، ظرفیت تمرین، ظرفیت عملکردی، کشت خلط و کیفیت زندگی، قبل و بعد از 6 هفته تمرینات هوازی و فیزیوتراپی رایج قفسه سینه در مبتلایان فیبروز کیستیک با توجه به نقش مهم فیزیوتراپی در پاکسازی راه های هوایی این بیماران، در صورتی که نتایج مطالعه اثربخشی مداخلات را نشان دهد، می توان در بالین انجام این تمرینات را جزء اولویت های درمانی مطرح کرد.

forced expiratory volume in 1st-second, VO2max, 6-minutes walk test

forced expiratory volume in 1st-second ، VO2max، 6-minutes walk test

2023-04-06, 1402/01/17

2023-11-09, 1402/08/18

The effects of aerobic exercises compared to conventional chest physiotherapy on pulmonary function, exercise capacity, functional capacity, sputum culture and quality of life in patients with cystic fibrosis: a randomized controlled trial

تاثیر تمرینات هوازی در مقایسه با فیزیوتراپی رایج قفسه سینه بر عملکرد ریوی، ظرفیت تمرین، ظرفیت عملکردی، کشت خلط و کیفیت زندگی در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک: یک کارآزمایی بالینی شاهددار تصادفی شده

This study is a double-blinded study. The examiner of this study, who evaluates pulmonary function, exercise capacity, functional capacity, sputum culture and quality of life of the patients, will be unaware of the randomization process and allocation of participants to each group, and this will be done by another person, therefore bias is avoided. Also, patients will not know about the grouping until the end of the study. It should be noted that the therapist is aware of the way of grouping and the patients included in each group.

این مطالعه یک مطالعه دو سویه کور است. آزمونگر این مطالعه که عملکرد ریوی، ظرفیت تمرین، ظرفیت عملکردی، کشت خلط و کیفیت زندگی بیماران را ارزیابی می کند، از مراحل تصادفی سازی و تخصیص شرکت کنندگان به هر گروه بی اطلاع خواهد بود و این امر توسط فردی دیگر انجام خواهد گرفت و بدین ترتیب از سوگیری پیشگیری می شود. بیماران نیز از نحوه ی گروه بندی تا انتهای مطالعه مطلع نخواهند بود. لازم به ذکر است که درمانگر از نحوه ی گروه بندی و بیماران مشمول هر گروه مطلع می باشد.

maximum aerobic capacity (VO2max)

حداکثر ظرفیت هوازی (VO2max)

treadmill and cardiopulmonary exercise test

تردمیل و تست ورزش قلبی - ریوی

6 minutes walk test (6MWT)

تست 6 دقیقه راه رفتن (6MWT)

Before starting physiotherapy interventions and after completing 18 treatment sessions for each group

قبل از شروع مداخلات فیزیوتراپی و پس از اتمام 18 جلسه درمانی در هر گروه

tape measure and field test

متر نواری و تست میدانی

Group A (the main treatment of conventional chest physiotherapy and placebo of aerobic exercise): In this group, first the main treatment, i.e. conventional chest physiotherapy, and then the placebo, i.e. aerobic exercises, will be performed. The start of the treatment session will be at least 1 hour after the last meal. There is a 10-minute break between the two stages. The duration of the entire treatment session will be about 70 minutes. Conventional chest physiotherapy: In this technique, patients are placed in 6 standard postural drainage positions. Positioning of patients is done using a wedge with an angle of 45 degrees. Patients stay in each of the supine and prone positions, with upward and downward inclination, for 4 minutes, and in the right and left side lying positions, without inclination, for 3 minutes. (In supine positions, a pillow is put under the knees, in all positions, the hands are next to the body and the patient is placed in a comfortable position). During this period, manual percussion will be performed on draining segments. Percussion will be done in such a way that the hand is in the shape of a cup and strikes on the desired area, towards the hilum of the lung (anteriorly, parallel to the cartilage of the 3rd rib and the nipple, and posteriorly, parallel to the 6th thoracic vertebra), with medium intensity, so that the resonance sound caused by the impact is heard. In order not to irritate the patient's body, the percussion will be done on 1 layer of clothe with medium thickness. Then, at the end of each position, by placing hands on the segments under drainage and coordinating with the patient's breathing rhythm, manual vibration, applying vibration with a little pressure during exhalation to empty more air, in the direction of the lung hilum, will be applied, for one minute. 1 minute rest is given at the end of supine and prone position. For example, in order to drain the anterior-upper segments on both sides, the patient is placed in a supine position with a 45-degree upwards incline and manual percussion will be performed on these 2 areas (area above the nipples) for 4 minutes. Then, maintaining the previous position, by placing hands on these areas, vibration is applied during exhalation for 1 minute. The order of the steps will be as follows: 1- Supine with 45 degrees upward incline, draining anterior-upper segments on both sides (above the nipples), duration 4 minutes with percussion, 1 minute vibration 2- Supine with 45 degrees downward incline, draining anterior-inferior and anterior-middle segments (lingula and right middle lobe) on 2 sides (below the nipples), duration 4 minutes with percussion, 1 minute vibration, 1 minute rest 3- Prone with 45 degrees upward incline, draining posterior-upper segments on both sides (above the 6th thoracic vertebra), duration 4 minutes with percussion, 1 minute vibration 4- Prone with 45 degrees downward incline, draining posterior-inferior segments on both sides (below the 6th thoracic vertebra), duration 4 minutes with percussion, 1 minute vibration, 1 minute rest 5- Right side lying without inclination, draining left lateral segments, duration 3 minutes with percussion, 1 minute vibration 6- Left side lying without inclination, draining right lateral segments, duration 3 minutes with percussion, 1 minute vibration. The total duration of the previous treatment steps will be 30 minutes. At the end, after completing previous steps, the patient is asked to sit down and cough for 1-2 minutes to expel the extracted secretions. If the patient needs to cough while performing the techniques, time is stopped, cough is performed in a sitting position, then he is returned to the drainage position and the rest of the treatment will be continued. Placebo of aerobic exercise : At this stage, aerobic exercises will be done using a motorized stationary bike in two 15-minute sections. Between the two parts, 1-2 minutes of time is taken to rest and drink water. The stationary bike will be adjusted according to the person's height so that the handles are easy to grip. Training will be done in a room with proper temperature and air conditioning, with proper sports clothes and shoes. Throughout the exercise, the heart rate and percentage of arterial oxygen saturation of the patient are monitored by a pulse oximeter. Patients are taught not to hold their breaths during the exercise and to breathe through their nose. In this group, in order to eliminate the aerobic effect of the exercises, based on the method of previous studies, increasing the respiratory demands and breathing ventilation is avoided until the end of the study. For this purpose, a stationary bicycle is used with an electric motor placed on its pedals. This motor rotates the bicycle pedals with 3 speed programs (20, 30 and 40 rounds per minute). As a result, by putting feet on the pedal and turning on the engine, the bike training will be done completely passively. According to the available literature, increasing the intensity of aerobic exercise to 40% of the maximal possible heart rate for each person, in patients with cardio-respiratory diseases, is associated with the beginning of the aerobic effect of exercise. Therefore, to ensure that the aerobic effect of the exercises is minimized, the rotation speed of the pedals will be adjusted so that the heart rate of the subjects does not exceed 40% of HRmax during 30 minutes. How to calculate it for each person will be as follows; Calculation of the maximal possible heart rate for a person according to the formula HRmax = 220 - age, Calculation of the maximal heart rate allowed in training according to the formula target HR = 40% HRmax Heart rate will be controlled by pulse oximeter; therefore, if a person's heart rate is higher than the permissible limit, the speed of the engine is reduced so that his heart rate remains within the calculated range. The total time of the exercises is 30 minutes, and at the end, 1-2 minutes will be given for coughing, if needed. Considerations and trainings of patients between treatment sessions: The medical recommendations of individuals, such as drug treatments and airway clearance methods, which are prescribed under the supervision of a pediatric lung specialist and their omission may harm the patient, will not be changed and will not interfere with the designed treatment. Due to the risk of cross infection, 2 infected patients will not be in the same environment at the same time and will be treated separately, under observation. Before visiting the center, patients are asked to use their 7% sodium chloride nebulizer at home to prepare the airways (softening and moistening the secretions and reducing its viscosity). Patients are asked to visit for 6 weeks, 3 sessions per week, preferably 1 day in between and if the number of sessions is not completed in one week, compensatory sessions will be considered to complete 18 treatment sessions. In case of absence in 3 consecutive sessions or more, the patient will be excluded from the study. It is tried to carry out the treatment sessions at a specific and fixed time of the day, on all days. Patients are asked to refrain from sports activities from one week before the beginning to the end of the study. Instead, during the week before the start of the study, as well as the days between treatment sessions, the active cycle of breathing technique or ACBT, which can be learned from the age of 4, is substituted. This technique will be taught to the patients before the start of the study and they perform it 2 times a day, morning and evening, with at least 1 hour interval from the last meal. Also, in order to ensure that it is done correctly, a training sheet with explanations is given to the patients and one session in every week, ACBT is controlled by the therapist. The steps to implement the technique are as follows : 1- Breathing control: In this phase, the patient sits on a chair, leans back, the soles of the feet are placed on the floor, and keeps the chest and shoulders calm and relaxed. Then, for 20 to 30 seconds, he breathes slowly and fluently, at his desired depth and speed, in order to relax the respiratory system as well as the whole body and reduce the work of breathing. This phase is also used as a rest phase between the active phases of the technique. This form of breathing is done with the lower parts of the chest, and in case of severe obstruction of airways, respiratory muscles are also used. 2- Chest expansion: in this phase, 3 or 4 deep breaths with a 3-second pause at the end of the breath, then a normal and slow exhalation is done. The purpose of this stage is to increase the lung volume beyond the tidal volume so that the resistance of the airways is reduced and the air is pushed behind the viscous secretions; As a result, it leads to their easier removal. 3- Forced expiration technique (FET): This phase consists of performing 2 huff techniques (high pressure active exhalation with open glottis) followed by breathing control, again, to prevent airway obstruction. In this technique, air is expelled with high pressure and high speed and leads to the production of shearing force; As a result, secretions are removed and pushed upwards. Patients are asked to repeat the cycle 5 times. This will take about 20 minutes. At the end, the secretions that have been removed and pushed up can be expelled by coughing. If needed, a 1-minute rest is allowed between cycle repetitions to prevent fatigue or other symptoms.

گروه A (درمان اصلی فیزیوتراپی رایج قفسه سینه و دارونمای تمرینات هوازی): در این گروه ابتدا درمان اصلی یعنی فیزیوتراپی رایج قفسه سینه و سپس دارونما، یعنی تمرینات هوازی انجام خواهد شد. شروع جلسه درمان پس از گذشت حداقل 1ساعت از آخرین وعده غذایی خواهد بود. بین 2 مرحله 10 دقیقه استراحت درنظر گرفته می شود. مدت زمان کل جلسه درمان، حدودا 70 دقیقه خواهد بود. فیزیوتراپی رایج قفسه سینه: در این تکنیک بیماران در 6 وضعیت از وضعیت های استاندارد تخلیه وضعیتی، قرار داده می شوند. وضعیت دهی بیماران با استفاده از یک گُوه با زاویه 45 درجه انجام می شود. بیماران در هر یک از وضعیت های طاقباز و دمر با تیلت رو به بالا و پایین به مدت 4 دقیقه، و در وضعیت های خوابیده به پهلوی راست و چپ بدون تیلت، به مدت 3 دقیقه می مانند (در وضعیت های طاقباز یک بالشت زیر زانوها، در تمام وضعیت ها دست ها کنار بدن و بیمار در وضعیت راحت قرار می گیرد). در طی این مدت، بر روی سگمان های تحت درناژ، ضربه های پرکاشن دستی انجام می شود. نحوه انجام پرکاشن بدین شکل خواهد بود که دست به شکل فنجان (cup) درآمده و بر روی ناحیه مورد نظر، به سمت ناف ریه (از قدام به موازات غضروف دنده 3 و نوک سینه، و از خلف به موازات مهره 6 توراسیک)، ضربه هایی با شدت متوسط، طوریکه صدای رزونانس ناشی از ضربه شنیده شود، زده می شود. جهت عدم آزردگی بدن بیمار، پرکاشن از روی 1 لایه لباس با ضخامت متوسط، انجام خواهد شد. سپس در انتهای هر وضعیت، به مدت یک دقیقه، با دست گذاری بر روی سگمان های تحت درناژ و هماهنگ شدن با ریتم تنفس بیمار، ویبریشن دستی یعنی اعمال ارتعاش به همراه کمی فشار جهت تخلیه بیشتر هوا، در جهت ناف ریه، در طی بازدم اعمال خواهد شد. در انتهای وضعیت های طاقباز و دمر، 1 دقیقه استراحت داده می شود. به طور مثال جهت تخلیه سگمان های قدامی_فوقانی دو سمت، بیمار در وضعیت طاقباز با تیلت 45 درجه رو به بالا قرار گرفته و به مدت 4 دقیقه پرکاشن دستی بر روی این 2 ناحیه (محدوده بالای نوک سینه ها)، انجام خواهد شد. سپس با حفظ وضعیت قبلی، به مدت 1 دقیقه، با دست گذاری روی این نواحی، ویبریشن در طی بازدم اعمال می شود. ترتیب انجام مراحل به شرح زیر خواهد بود: 1) طاقباز با تیلت 45 درجه رو به بالا ، جهت تخلیه سگمان های قدامی_فوقانی 2 طرف (بالای نوک سینه ها)، مدت زمان 4دقیقه به همراه پرکاشن، 1دقیقه ویبریشن 2) طاقباز با تیلت 45 درجه رو به پایین، جهت تخلیه سگمان های قدامی_تحتانی و قدامی_میانی (لینگولا و لوب میانی راست) در 2 طرف (پایین نوک سینه ها)، مدت زمان 4 دقیقه به همراه پرکاشن، 1دقیقه ویبریشن، 1دقیقه استراحت 3) دمر با تیلت 45 درجه رو به بالا، جهت تخلیه سگمان های خلفی_فوقانی 2 طرف (بالای مهره 6 توراسیک)، مدت زمان 4 دقیقه به همراه پرکاشن، 1دقیقه ویبریشن 4) دمر با تیلت 45 درجه رو به پایین، جهت تخلیه سگمان های خلفی_تحتانی 2 طرف (پایین مهره 6 توراسیک)، مدت زمان 4 دقیقه به همراه پرکاشن، 1دقیقه ویبریشن، 1دقیقه استراحت 5) خوابیده به پهلوی راست بدون تیلت، جهت تخلیه سگمان های طرفی سمت چپ، مدت زمان 3 دقیقه به همراه پرکاشن، 1 دقیقه ویبریشن 6) خوابیده به پهلوی چپ بدون تیلت، جهت تخلیه سگمان های طرفی سمت راست، مدت زمان 3 دقیقه به همراه پرکاشن، 1دقیقه ویبریشین. کل مدت زمان انجام مراحل قبلی درمان 30 دقیقه خواهد بود. در انتها پس از اتمام مراحل قبلی، از بیمار خواسته می شود تا نشسته و به مدت 1-2 دقیقه، با سرفه، ترشحات کنده شده را تخلیه کند. در صورتی که در حین انجام تکنیک ها بیمار نیاز به سرفه کردن داشته باشد، زمان متوقف شده، در حالت نشسته سرفه انجام شده، مجددا به وضعیت درناژ برگشته و ادامه زمان باقی مانده ی درمان انجام خواهد شد. دارونمای تمرینات هوازی: در این مرحله، تمرینات هوازی با استفاده از دوچرخه ثابت موتوردار، در دو بخش 15 دقیقه ای انجام خواهد شد. بین دو بخش، 1-2 دقیقه زمان برای استراحت و نوشیدن آب در نظر گرفته می شود. دوچرخه ثابت مطابق با قد فرد تنظیم خواهد شد طوریکه دسته ها به راحتی قابل گرفتن باشند. تمرین در محیطی با دما و تهویه مناسب، با لباس و کفش ورزشی مناسب انجام خواهد شد. در تمام مدت تمرین، ضربان قلب و درصد اشباع اکسیژن شریانی فرد توسط یک پالس اکسی متر، تحت نظر است. به بیماران آموزش داده می شود تا در طی تمرین نفس را حبس نکرده و از طریق بینی تنفس کنند. در این گروه، به جهت حذف اثر هوازی تمرینات، بر اساس متد مطالعات پیشین، از افزایش نیاز تنفسی و تهویه تنفس، تا پایان مطالعه خودداری می شود. برای این کار، از یک دوچرخه ثابت که بر روی پدال های آن موتور الکتریکی گذاشته شده است، استفاده می شود. این موتور با 3 برنامه سرعت (20، 30 و 40 دور در دقیقه) پدال های دوچرخه را می چرخاند. در نتیجه با قرار دادن پاها روی پدال و روشن کردن موتور، تمرین با دوچرخه به شکل کاملا غیرفعال انجام خواهد شد. براساس متون موجود، افزایش شدت تمرین هوازی به 40% از حداکثر ضربان قلب ممکن برای هر فرد، در افرادی که مبتلا به بیماری های قلبی-تنفسی می باشند، با شروع تاثیر هوازی تمرین همراه است. بنابراین، برای اطمینان از به حداقل رساندن تاثیر هوازی تمرینات، سرعت چرخش پدال ها، طوری تنظیم خواهد شد که ضربان قلب افراد در طی 30 دقیقه، از حداکثر 40% از HRmax، بیشتر نشود. نحوه محاسبه آن برای هر فرد، بدین صورت خواهد بود؛ محاسبه حداکثر ضربان قلب ممکن برای فرد طبق فرمول HRmax= 220 - age، محاسبه حداکثر ضربان قلب مجاز در تمرین طبق فرمول targetHR= 40% HRmax. کنترل ضربان قلب توسط پالس اکسی متر خواهد بود؛ بنابراین در صورت مشاهده بالا رفتن ضربان قلب از حد مجاز هر فرد، از سرعت موتور کاسته می شود تا ضربان قلب او در محدوده محاسبه شده باقی بماند. زمان کلی تمرینات 30 دقیقه بوده و در انتها 1-2 دقیقه زمان جهت سرفه کردن، در صورت نیاز، درنظر گرفته خواهد شد. ملاحظات و آموزش های افراد بین جلسات درمان: توصیه های پزشکی افراد مانند درمان های دارویی و پاکسازی راه های هوایی، که تحت نظر پزشک فوق تخصص ریه اطفال تجویز شده است و کنار گذاشتن آنها امکان آسیب به بیمار را دارد، بدون تغییر خواهد بود و تداخلی با درمان طراحی شده نخواهد داشت. به دلیل ریسک انتقال عفونت، 2 بیمار مبتلا هم زمان در یک محیط نخواهند بود و جداگانه و تحت نظر درمان خواهند شد. از بیماران خواسته می شود قبل از مراجعه به مرکز، در منزل، از نبولایزر محلول سدیم کلراید 7% خود جهت آماده سازی راه های هوایی (نرم و مرطوب کردن ترشحات و کاهش ویسکوزیتی آن)، استفاده نمایند. از بیماران خواسته می شود به مدت 6 هفته، 3 جلسه در هفته، ترجیحا 1روز در میان، مراجعه داشته باشند و در صورتیکه تعداد جلسات یک هفته کامل نشود، جلسات جبرانی برای تکمیل 18 جلسه درمان، در نظر گرفته خواهد شد. در صورت غیبت در 3 جلسه متوالی یا بیشتر، بیمار از مطالعه خارج خواهد شد. سعی می شود جلسات درمانی افراد در تمام روزها، در یک ساعت مشخص و ثابت در روز انجام شود. از بیماران خواسته می شود از یک هفته پیش از شروع تا انتهای مطالعه، از انجام فعالیت های ورزشی خودداری کنند؛ به جای آن در طی هفته ی پیش از شروع مطالعه و همچنین روز های بین جلسات درمانی، تکنیک چرخه فعال تنفسی یا ACBT ، که از سن 4 سال قابل یادگیری است، جایگزین می شود. این تکنیک قبل از شروع مطالعه به بیماران آموزش داده شده و آن را 2 بار در روز، صبح و عصر، با حداقل 1 ساعت فاصله زمانی از آخرین وعده غذایی، انجام می دهند. همچنین به جهت اطمینان از انجام صحیح آن، یک برگه آموزشی به همراه توضیحات به بیماران داده می شود و هر هفته یک جلسه، انجام یک دور ACBT توسط درمانگر کنترل می شود. مراحل اجرای تکنیک به این صورت است: 1) کنترل تنفسی: در این فاز بیمار روی یک صندلی نشسته، تکیه داده، کف پاها برروی زمین قرار گرفته و قفسه سینه و شانه ها را آرام و ریلکس نگه می دارد. سپس به مدت 20 تا 30 ثانیه، تنفس آهسته و روان ، با عمق و سرعت دلخواه خود، جهت آرام کردن سیستم تنفسی و همچنین کل بدن و کاهش کار تنفسی، انجام می دهد. این فاز، به عنوان فاز استراحت بین فاز های فعال تکنیک نیز، استفاده می شود. این شکل از تنفس با قسمت های تحتانی قفسه سینه انجام شده و در صورت انسداد شدید راه های هوایی، عضلات کمک تنفسی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. 2) اکسپنشن قفسه سینه: در این فاز، 3 یا 4 دم عمیق با 3 ثانیه مکث در انتهای دم، سپس یک بازدم عادی و آهسته انجام می شود. هدف از این مرحله افزایش حجم ریه فراتر از حجم جاری است طوریکه مقاومت راه های هوایی کاهش یافته و هوا پشت ترشحات چسبناک رانده می شود؛ در نتیجه به کنده شدن راحت تر آن ها منجر می گردد. 3) تکنیک بازدم پرفشار (FET): این فاز شامل انجام 2 تکنیک huff (بازدم فعال پرفشار با گلوت باز) است که به دنبال آن مجددا کنترل تنفسی انجام می شود تا جلوی انسداد راه های هوایی گرفته شود. در این تکنیک، هوا با فشار و سرعت زیادی خارج شده و منجر به تولید نیروی برشی می شود؛ درنتیجه ترشحات، کنده شده و به سمت بالا رانده می شوند. از بیماران خواسته می شود 5 بار چرخه را تکرار کنند. این کار حدودا 20 دقیقه طول خواهد کشید. در انتها ترشحاتی که کنده شده و به سمت بالا رانده شده اند، با سرفه قابل تخلیه هستند. در صورت نیاز، بین تکرارهای چرخه، برای جلوگیری از خستگی یا علائم دیگر، 1 دقیقه استراحت در نظر گرفته می شود.