A novel quantitative technological approach to muscle and exercise dysfunction in the clinical rehabilitation practice of patients with chronic obstructive pulmonary disease

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a heterogeneous lung condition characterized by productive cough, dyspnea, and exercise limitation. Moreover, the dysfunction of skeletal muscles is one of the most important systemic consequences of COPD. Muscle dysfunction negatively affects the ability to perform functional activities and increases the mortality risk. However, skeletal muscle dysfunction can be prevented and improved with exercise training in individuals with COPD. In this context, technological advancements can expand the assessment of muscle function and enable obtaining quantitative data in the current COPD practice. The three main objectives of this thesis were: (i) To identify current assessment methods and treatment prescriptions for muscle dysfunction in COPD, focusing on technologies employed and clinical rehabilitation practice. (ii) Design and implementation in the clinical setting of a technological set up to quantitatively evaluate muscle function and functional performance in outpatients with COPD. (iii) To develop a training prescription for muscle dysfunction based on eccentric exercises in inpatients with COPD. This thesis involved five studies, including three systematic reviews (SRs), one prospective observational study, and one randomized controlled trial (RCT). Two SRs respectively showed heterogeneity of approach in training prescriptions for muscle dysfunction and less attention to different muscle properties in patients with COPD. A third SR reported limitations to the implementation of technologies in the clinical setting of COPD. However, the detailed assessment of muscle function, supported by portable technologies, was critical to predict functional performance in patients with COPD during the observational study. Moreover, the RCT showed that specific exercise modalities, may further improve muscle function after pulmonary rehabilitation in patients with COPD. In conclusion, the use of wearable devices is critical for the objective, accurate, and reproducible assessment of muscle function and functional performance in patients with COPD. Therefore, it is necessary to establish the clinical feasibility of such devices, as well as their validity and reliability applied to specific and functional tests in COPD rehabilitation practice.

La broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) è una patologia polmonare eterogenea caratterizzata da tosse produttiva, dispnea e limitazione della tolleranza all'esercizio. Inoltre, la disfunzione dei muscoli scheletrici è una delle conseguenze sistemiche più importanti della BPCO. Infatti, la disfunzione muscolare influisce negativamente sulla capacità di svolgere attività funzionali e aumenta il rischio di mortalità. Tuttavia, tale disfunzione può essere prevenuta e migliorata con l'esercizio fisico nei soggetti affetti da BPCO. In questo contesto, i progressi tecnologici possono ampliare la valutazione della funzione muscolare e consentire di ottenere dati quantitativi nella riabilitazione della BPCO. I tre obiettivi principali di questa tesi erano: (i) Identificare gli attuali metodi di valutazione e trattamento della disfunzione muscolare nella BPCO, concentrandosi sulle tecnologie impiegate e sulla pratica clinica riabilitativa. (ii) Progettare e implementare in ambito clinico riabilitativo un setting tecnologico per valutare quantitativamente la funzione muscolare e la performance funzionale in pazienti con BPCO. (iii) Sviluppare un programma di allenamento per la disfunzione muscolare basata su esercizi eccentrici in pazienti con BPCO. Questa tesi include cinque studi, tra cui tre revisioni sistematiche (RS), uno studio osservazionale prospettico e uno studio randomizzato controllato (RCT). Due RS hanno evidenziato rispettivamente l'eterogeneità dell'approccio nei programmi di allenamento per la disfunzione muscolare e la minore attenzione alle diverse proprietà muscolari nei pazienti con BPCO. Una terza RS ha evidenziato limitazioni nell'implementazione delle tecnologie nel contesto clinico riabilitativo della BPCO. Tuttavia, la valutazione dettagliata della funzione muscolare, supportata da tecnologie portatili, è stata fondamentale per prevedere le prestazioni funzionali nei pazienti con BPCO durante lo studio osservazionale svolto. Inoltre, l'RCT ha mostrato che specifiche modalità di esercizio possono migliorare ulteriormente la funzione muscolare dopo la riabilitazione polmonare nei pazienti con BPCO. In conclusione, l'uso di tecnologie portatili è fondamentale per una valutazione oggettiva, accurata e riproducibile della funzione muscolare e delle prestazioni funzionali nei pazienti con BPCO. Pertanto, è necessario stabilire l’utilizzabilità clinica di tali dispositivi, nonché la loro validità e affidabilità applicata a test specifici e funzionali nella pratica riabilitativa della BPCO.