FES cykling og ernæringsrådgivning til bekæmpelse af fedme efter SCI

Fedmeprævalensen blandt personer med SCI er omkring 66 %. Men når BMI-formlen justeres for tab af muskler efter SCI, er den kombinerede overvægts- og fedmerate 70 til 75 %. Dette placerer SCI-befolkningen i hele USA øverst på listen med hensyn til fedme. Derudover, fordi større fedme er relateret til større handicap og kroniske sygdomme, er risikoen for kardiometaboliske sygdomme, herunder hjertesygdomme, slagtilfælde og type II diabetes, forhøjet til mere end det dobbelte af den raske befolkning. En årsag til høj fedme efter SCI er tabet af muskelmasse. Kort efter skaden oplever personer med SCI hurtig og signifikant skeletmuskelatrofi under skadesniveauet, hvilket resulterer i skeletmuskulaturens tværsnitsarealer på 45-80 % mindre end hos raske personer. Derfor, efter SCI, resulterer tabet af metabolisk aktiv muskelmasse i en 26% reduktion i basal stofskifte og hvileenergiforbrug. Dette er vigtigt, fordi basal metabolisk hastighed tegner sig for ~65% af det samlede daglige energiforbrug efter SCI. Ud over nedsat muskelmasse er personer med SCI typisk blandt de mest stillesiddende, hvilket sænker energiforbruget yderligere og skaber en usund energibalance.

Fordelene ved fysisk aktivitet for at reducere fedme og kardiometaboliske sygdomme er veldokumenterede. Især har højintensiv intervaltræning (HIIT) vist sig at reducere kardiovaskulær og metabolisk risiko blandt raske personer på kortere tid end standard ikke-interval træningsprogrammer. For eksempel en sammenligning af intervalgang med kontinuerlig gang hos raske voksne med type II diabetes over en 6-måneders periode. Den kontinuerlige gågruppe gik i 60 minutter 5 dage om ugen med moderat intensitet, mens intervaltræningsgruppen vekslede mellem 3 minutters gang med høj intensitet og 3 minutters gang med lav intensitet 5 dage om ugen. Gangintensiteterne blev bestemt ved iltoptagelse (VO2) toptest og energiforbrug, med moderat intensitet sat til 55% og høj intensitet ved 70% af VO2 top. Selvom kilometertallet var det samme for begge grupper, tabte intervaltræningsgruppen 4,3 ± 1,2 kg total kropsvægt og 3,1 ± 0,7 kg kropsfedtmasse, hvorimod der ikke blev fundet ændringer i kropssammensætningen i den kontinuerlige gående gruppe eller den ikke-gående. kontrolgruppe. I en lignende undersøgelse brugte en anden forsker bencykling 3 gange om ugen i 12 uger i både kontinuitets- og intervalgruppen og bestemte intensitetsniveauer baseret på hjertefrekvens. Intervaltræningsgruppen udførte 3 "all out" cykelsessioner på hver 20 sekunder adskilt af 2 minutters lavintensitetscykling, mens den kontinuerlige gruppe cyklede konstant ved 70 % af maksimal puls i 45 minutter. Begge grupper forbedredes tilsvarende i insulinfølsomhed, kardiorespiratorisk kondition og mitokondrieindhold i skeletmuskulaturen, men intervaltræningsgruppen opnåede disse fordele med en fem gange lavere træningsvolumen og træningstid.

En væsentlig konsekvens af SCI er, at lammelser umuliggør frivillig træning med benene. Derudover begrænser 60-90% forekomsten af ​​skuldersmerter hos personer med kronisk SCI ofte muligheden for regelmæssig armmotion. For at omgå disse problemer har FES vist sig at være en sikker og effektiv måde at træne lammede benmuskler i kliniske og hjemmemiljøer. Højkadence FES-cykling med moderat modstand kan øge muskelmassen og forbedre fastende blodsukkerværdier, og lavkadence FES-cykling med højere modstand kan føre til hypertrofi af de lammede benmuskler. Som et resultat af udviklingen af ​​vores nye protokol, som inkorporerer modstandsstyret højintensiv intervaltræning i FES-cykling (RG-HIIT-FES), postulerer vi, at det kan give lige store eller større fordele med mindre træningstid, analogt med høj -Intensitetsintervaltræningsprogrammer, der bruges af raske personer. Fordelen ved at bruge modstand som bestemmende for træningsintensitet er, at puls er en ineffektiv metode til at overvåge træningsintensitet efter SCI. I stedet bestemmer vi først den største modstand, som stimulerede muskler kan arbejde imod, mens vi cykler ved 35 o/min i 30 sekunder, bruger 80 % af den maksimale modstand til højintensive cyklingsintervaller (30 sekunder), og sænker den derefter til 0,5 Nm, hvilket er den laveste modstand, som FES-cyklen (RT300) yder for cyklingsintervallet med lav intensitet (30 sekunder). Disse intervaller skiftes derefter i 30 minutter. I et proof-of-principle case-seriestudie, der brugte denne RG-HIIT-FES cykelprotokol 3 gange om ugen i 8 uger, øgede 3 overvægtige personer med SCI bens mager masse (5-9%), forbedret vaskulær endothelial sundhed (gennemsnitlig stigning på 58 % i arteriel flow-medieret dilatation) og nedsatte HbA1c-blodniveauer (2-4 %). To af de tre deltagere faldt kropsvægt og BMI.

Det er vigtigt for en korrekt fortolkning af resultater ikke at overse betydningen af ​​ernæringsrådgivning vedrørende energiindtag, fordi madindtag kan have stor effekt på kropssammensætning og sundhed. Personer med SCI har især behov for ernæringsrådgivning på grund af nedsat energiforbrug fra nedsat metabolisk muskelmasse og nedsat aktivitetsniveau. Derfor er vores centrale hypotese, at et kombineret program af RG-HIIT-FES cykling og ernæringsrådgivning vil være effektivt til at bekæmpe fedme og forbedre kardiometabolisk sundhed for dem med SCI. Specifikt reducere total kropsvægt og procent kropsfedt, øg total og bens mager masse, forbedre blodlipidniveauer, sænk blodsukker og HbA1c niveauer og forbedre kardiovaskulære sundhedsmarkører (arteriel flow medieret dilatation) ud over det observeret i kontrolgruppen, der vil modtage alene ernæringsrådgivning. Interventionsgruppen vil modtage tre 30-minutters RG-HIIT-FES-cykelsessioner og en 30-minutters ernæringsrådgivningssession om ugen i 8 uger, hvorimod kontrolgruppen vil modtage en 30-minutters ernæringsrådgivningssession om ugen i 8 uger.

Innovation: Den foreslåede pilotundersøgelse giver mindst tre vigtige innovationer: 1) den første formelle implementering af en ny og lovende FES-cykelprotokol (RG-HIIT-FES); 2) den første test af potentielle fordele ved at kombinere FES-cykling med ernæringsrådgivning i enhver befolkning; 3) indskrivning af en medicinsk undertjent og dårligt stillet befolkning med begrænsede muligheder for at bekæmpe fedme og opretholde kardiovaskulær sundhed.

Planlagte eksperimentelle protokoller: Hypotesen for vores forskningsmål er, at en kombination af RG-HIIT-FES-cykling med ernæringsrådgivning vil være mere effektiv end ernæringsrådgivning alene til at reducere fedme og forbedre kardiometabolske sundhedsmarkører hos personer med kronisk SCI. Dette vil blive testet ved hjælp af et emne-matchet kontrolleret pre-post design. Før og efter de 8 ugers eksperimentel eller kontrolintervention vil hver deltager besøge SCI Research Laboratory i morgentimerne (mellem kl. 7.00 og 10.00), efter en faste natten over og efter at have afstået fra koffein- og alkoholindtagelse i henholdsvis 12 og 24 timer. Efter at have gennemgået og underskrevet det informerede samtykke og de medicinske historiedokumenter, vil deltagerne blive vejet ved hjælp af en Scale-Tronix kørestolsvægt (Welch Allyn, Skaneatelest Falls, NY). Kørestolens vægt alene trukket fra deltagerens og kørestolens samlede vægt vil give deltagerens vægt. En elektrisk drevet lift (Invacare, Reliant 450) vil blive brugt til at sørge for sikker transport for alle deltagere fra deltagerens kørestol til forskellige teststeder (f.eks. undersøgelsesbord og DXA-kropssammensætningsscanner). En gang på undersøgelsesbordet i liggende stilling, vil en antropometrisk målestang blive brugt til at måle højden. Venstre ben vil blive forlænget og ankel dorsalflekteret for at muliggøre en nøjagtig måling fra bunden af ​​foden til toppen af ​​hovedet. Efter 20 minutters stille hvile i et svagt oplyst og temperaturkontrolleret rum (21-23°C, 50 % luftfugtighed) vil 5 minutters hvilende hæmodynamiske data (hørefrekvens og blodtryk) blive registreret efterfulgt af Doppler ultralyd vaskulær endotelfunktionstest , efterfulgt kort efter af en fingerpind på venstre hånd til bestemmelse af blodlipid-, glucose- og HbA1c-niveauer. Deltagerne vil derefter blive flyttet tilbage til deres kørestol og ført til et tilstødende laboratorium i samme bygning til DXA-scanning. Efter DXA-scanningen vender deltagerne tilbage til SCI Research-laboratoriet og gennemfører en modstandsstyret FES-cyklus maksimal test fra deres egne kørestole for at få baseline-parametre for RG-HIIT-FES cykelprotokollen, og også for at bestemme hver deltagers evne til at tolerere og udfør cykelprogrammet sikkert. Deltagerne i forsøgs-/interventionsgruppen vil derefter gennemføre FES-cykling som beskrevet ovenfor i 30 minutter, 3 gange om ugen i 8 uger og vil modtage ernæringsrådgivning over telefonen i 30 minutter 1 gang om ugen i 8 uger. Derefter vil eftertestning foregå på samme måde som prætestningen.