Exergaming zlepšuje výkonné funkce u pacientů s metabolickým syndromem

Úvod V posledních letech byl široce studován vztah mezi kognitivními funkcemi a metabolickým syndromem. Bylo prokázáno, že metabolický syndrom (MetS) je spojen s poklesem exekutivních funkcí v důsledku mnoha rizikových faktorů, včetně hypertenze, dyslipidémie, poruchy glukózové homeostázy a abdominální obezity. Exekutivní funkce zahrnují základní kognitivní procesy, jako je kontrola pozornosti, kognitivní inhibice, inhibiční kontrola, pracovní paměť a kognitivní flexibilita.

Kognitivní neurověda používá Stroopovy úlohy k měření selektivní kapacity pozornosti a dovedností, stejně jako schopnosti rychlosti zpracování, což ukazuje na výkonné funkce. Elektroencefalografická (EEG) aktivita využívající technologii polohování související s událostmi P300 a N200 se široce používá k měření selektivní kapacity pozornosti a dovedností a behaviorální výkonnost, jako je reakční doba (RT), se běžně používá k měření schopnosti rychlosti zpracování. Negativita N200 (200~350 ms po stimulu) je potenciál související s událostmi (ERP), který indikuje kapacitu pozornosti, která je obvykle vyvolána před kontrolou odezvy na pohyb a souvisí s kognitivními procesy rozpoznávání a diferenciace stimulu. Pozitivita P300 (300~600 ms po stimulu) je další ERP, který odráží neurální zpracování související s pamětí, které se podílí na kategorizaci příchozích informací a aktualizaci kontextu pracovní paměti (např. kódování, zkoušení, rozpoznávání a vyhledávání).

Je dobře známo, že aerobní cvičení poskytuje různé příznivé klinické výsledky u pacientů s metabolickým onemocněním. Byly také hlášeny jeho účinky na kognitivní funkce, zejména na výkonné funkce. Nedávné studie navíc uvedly, že jak aerobní, tak odporový trénink usnadňuje celkové elektrofyziologické účinky (např. zvýšené amplitudy ERP P300) a index chování (např. rychlejší RT) u zdravých starších lidí. Kromě toho bylo ve studiích u pacientů s chronickou mrtvicí také hlášeno, že aerobní cvičení zlepšuje kognitivní procesy v kortikální kognitivní kontrole (amplituda P300).

Cvičení (kombinace „cvičení“ a „hraní“) v poslední době přitahuje velkou pozornost jako nová cvičební metoda ke zlepšení kognitivních funkcí, protože využívá videohry, které vyžadují pohyby těla a zároveň uživateli představují kognitivně náročné prostředí. Spolu s jeho oblíbeným využitím pro volný čas a zábavu roste zájem o aplikaci exergamingu ke zlepšení klinických výsledků. Nedávné studie využívající exergaming prokázaly příznivé účinky na kognitivní a dvouúlohové funkce, které snížily pády u starších dospělých a také rizika kardiovaskulárních onemocnění, jako je tělesný tuk, hladiny adipokinu v séru a lipidové profily. Exergaming také podporoval výkonné funkce a rychlost kognitivního zpracování u starších lidí a dětí. Tyto narůstající důkazy naznačují, že exergaming má výhodu ve zlepšení kognitivních a fyzických funkcí.

Ačkoli mnoho předchozích studií uvádělo zlepšení kognitivních funkcí po hraní her, není jasné, zda je tento přínos způsoben efektem cvičení nebo efektem videohry. Všechny tyto studie navíc měřily RT namísto ERP pomocí EEG, což omezuje osvětlení mozkových aktivit. Vzhledem k tomu, že EEG může měřit elektrické aktivity v různých oblastech kůry v mozku, je nutné vyšetřit ERP pomocí EEG k vyhodnocení exekutivní funkce. Proto jsme zkoumali výhody exergamingu ve srovnání s normálním cvičením a zkoumali exekutivní funkce měřením RT a také N200 a P300 ve třech oblastech kůry během Stroopových úloh u pacientů s MetS.

Metody Účastníci Této studie se zúčastnilo celkem 22 pacientů s MetS ve věku 50-80 let. MetS byl definován podle modifikované definice NCEP Adult Treatment Panel III (NCEP-ATP III) pro Jihoasijce. Stručně řečeno, jedinci se třemi nebo více z následujících kritérií byli definováni jako MetS: centrální obezita (obvod pasu ≥ 90 cm u mužů; ≥ 85 cm u žen), plazmatická glukóza nalačno ≥ 100 mg/dl nebo současná léčba diabetes mellitus, systolický krevní tlak ≥130 mmHg nebo diastolický krevní tlak ≥85 mmHg nebo současná léčba hypertenze, sérové ​​triglyceridy ≥150 mg/dl, nízký HDL cholesterol (muži <40 mg/dl; ženy <50 mg/dl). Subjekty byly požádány, aby necvičily 24 hodin před experimentem. Byli také instruováni, aby jedli obvyklá jídla a dojedli 4 hodiny před experimentem, přičemž se 1 den před experimentem vyhýbali alkoholu a 4 hodiny před experimentem kofeinu. Všechny subjekty musely vyplnit písemný informovaný souhlas schválený Institutional Review Board of Kosin University College of Medicine.

Velikost vzorku byla vypočtena pomocí softwaru pro výpočet velikosti vzorku (G*Power verze 3.1.9.2 pro Windows; http://www.gpower.hhu.de), s velikostí účinku 0,484, statistickou silou 0,8 a statistickou hladinou významnosti 0,05. Tato velikost účinku byla vypočtena z předchozích studií. V důsledku toho se velikost vzorku pro každou skupinu stala 8 a rozhodli jsme se přijmout 11 pacientů pro každou skupinu s potenciální 30% mírou předčasného ukončení.

Cvičební tréninkové intervence Cvičební trénink byl veden v Kosin University Gospel Hospital U-healthcare Center. Každý účastník byl instruován, aby okamžitě informoval nadřízeného, ​​pokud během cvičení zaznamenal nějaké neobvyklé příznaky, a v případě potřeby konzultoval lékaře. Subjekty byly vyloučeny, pokud neprovedly více než 80 % cvičení.

Všechny subjekty byly náhodně rozděleny do dvou skupin: cvičení na cvičení a cvičení na běžícím pásu. Subjekty měly 2 týdny adaptace a poté prováděly 12 týdnů cvičebního tréninku: 60 min/den, 60-80 % rezervované srdeční frekvence (HRR), 3 dny/týden. Každé cvičení sestávalo z 10 minut zahřátí, 40 minut hlavního cvičení a 10 minut zahřátí.

Exergamingová skupina (EXG) prováděla cvičení pomocí zařízení Exerheart® (D&J Humancare, Busan, Jižní Korea) skládajících se z běžecké/skákací podložky [730(W) × 730(D) × 130(V)] a tabletu na stojan (lze nastavit na libovolnou výšku mezi 70 a 155 cm) (doplňkový obrázek 1A). Exerheart® je cvičební hra vyvinutá pro běh na místě spolu s videohrou nazvanou „Alchemist's Treasure“ (D&J Humancare, Busan, Jižní Korea). Chcete-li hrát tuto hru, musí subjekt běžet nebo skákat na místě na podložce, aby přesunul virtuálního avatara na obrazovce počítače Tablet PC dopředu, dozadu, doleva a doprava spolu s hudbou (Doplňkové video 1 pro online) . Subjekt může ovládat rychlost pohybu avatara rychlostí běhu nebo skákání na podložce. Cvičební skupina na běžícím pásu (TEG) prováděla cvičení na komerčních běžeckých pásech (MOTUS, Gyeonggi-do, Jižní Korea). Každý subjekt chodil nebo běžel na běžeckém pásu pohodlnou rychlostí.

U EXG i TEG byla srdeční frekvence (HR) všech subjektů během cvičení monitorována pomocí monitorů srdeční frekvence (polar RS400sd, Madison Height, Michigan, USA), aby se potvrdilo, že hodnota je v cílovém rozmezí srdeční frekvence. Karvonenův vzorec (1957) byl použit pro výpočet HR rezervy (HRR, odhadovaná maximální HR-klidová HR) a cílové HR během cvičení [(HRR × dané procento intenzity tréninku) + klidová HR)].

Stroopův test Pro posouzení výkonné funkce byla pomocí softwaru Telescan (LAXTHA, Daejeon, Jižní Korea) administrována počítačová verze úlohy Stroop. Během úkolu bylo subjektům předloženo barevné slovo, které se ve shodných pokusech objevilo ve stejné barvě (např. „modrá“ vytištěná modře) a v jiné barvě na nekongruentních pokusech (např. „modrá“ vytištěná zeleně). Pro poskytnutí podobného vizuálního obsahu byly jako podněty vybrány modrá, zelená a žlutá.

Subjekty provedly Stroopův úkol dvakrát, před a po cvičení. Subjekty seděly 1 metr od obrazovky, a když se na obrazovce objevila barevná slova, klikli na levou klávesnici pro test kongruence a pravou klávesnici pro test inkongruence. Subjekty byly instruovány, aby reagovaly co nejrychleji a nejpřesněji. Cílová míra měření je 50 %. Každé barevné slovo (vertikální úhel pohledu: 2°) bylo prezentováno po dobu 200 ms a odezva byla povolena do 1500 ms. Inter-stimulační interval se náhodně měnil mezi 1500 a 2500 ms.

Elektroencefalografická (EEG) měření EEG aktivita byla zaznamenávána během modifikované Stroopovy úlohy pomocí počítačového polygrafického systému - Typ A: Celkem 31-kanálový Poly G-A (LAXTHA, Daejeon, Jižní Korea). Ag-AgCl elektrody (LAXTHA, Daejeon, Jižní Korea) byly umístěny na frontální (Fz), centrální (Cz) a parietální (Pz) oblasti kortexu, podle systému International 10-20. Umístění střední čáry odkazované na elektrody ušního boltce. Horizontální a vertikální elektrookulogramy (EOG) byly monitorovány elektrodami umístěnými nad a pod levým okem a u vnějšího koutku obou očí, v daném pořadí. Impedance všech elektrod byla udržována pod 10 kΩ. Pásmová propust zesilovače byla 0,1-100 Hz, vzorkovací frekvence byla 1000 Hz a zádržný filtr byl na 60 Hz.

Složka N200 byla definována jako největší pozitivní pík vyskytující se mezi 200-350 ms po stimulu a složka P300 byla definována jako největší pozitivní pík vyskytující se mezi 300-600 ms po stimulu. Amplitudy N200 a P300 byly měřeny jako rozdíl mezi průměrnou výchozí hodnotou před stimulem a maximální amplitudou vrcholu. K filtrování byl použit vestavěný vysokopropustný IIR filtr Telescan. Křivky byly před analýzou digitálně vyhlazeny pomocí dolnopropustného filtru s použitím polovičního přerušení výkonu 10 Hz.

Statistická analýza Vzhledem k malé velikosti vzorku jsme pro analýzu dat použili neparametrické statistiky. Použili jsme Wilcoxonův test se znaménkem ke zkoumání změn každé závislé proměnné po intervenci v každé skupině. Mann-Whitney U test byl použit k porovnání hodnot delta mezi tréninkovými skupinami (Δ-EXG vs Δ-TEG). Velikost účinku částečného eta-kvadrátu (η2) byla uvedena pro významné účinky, kde hladina alfa pro všechny testy byla nastavena na 0,05. Data byla vyjádřena jako průměr ± standardní odchylka od průměru. Všechny statistické testy byly zpracovány pomocí softwaru SPSS 24 verze.