Cambios neurales del ejercicio: un estudio de resonancia magnética funcional

Los trastornos mentales son una de las principales causas de discapacidad a largo plazo y son una causa directa de mortalidad, con aproximadamente 800 000 personas que mueren por suicidio cada año en todo el mundo; una alta proporción de ellas se debe al trastorno depresivo mayor (TDM). El conocimiento de MDD se ha ampliado en los últimos años al detectar que la neuroplasticidad puede desempeñar un papel central en la fisiopatología de la enfermedad. La neuroplasticidad en este contexto se refiere a la capacidad del cerebro para cambiar y, por lo tanto, podría ser el presupuesto para desarrollar estrategias contra los trastornos mentales.

Los ejemplos mejor caracterizados y más estudiados de neuroplasticidad son las adaptaciones moleculares y celulares que subyacen al aprendizaje y al ejercicio. El ejercicio mejora la cognición, tiene efectos antidepresivos y también se encontró que tiene efectos positivos en la estructura del cerebro según lo medido con imágenes de resonancia magnética (IRM). Además, la investigación en adultos mayores indica que una mayor aptitud aeróbica puede ser neuroprotectora y puede mejorar la estructura y función del cerebro. El aumento del volumen de la materia gris en las regiones parietales y frontales del cerebro y los correspondientes aumentos de la difusividad en las fibras de la materia blanca se observaron tan pronto como después de 2 semanas de entrenamiento en una tarea de equilibrio.

Por otro lado, estudios experimentales encontraron que el estrés y la exposición crónica a altos niveles de glucocorticoides conduce a estados depresivos. Estos estados estuvieron acompañados de atrofia y pérdida de neuronas en el hipocampo adulto, que es una región del cerebro del lóbulo temporal involucrada en el aprendizaje, la memoria y la regulación del estado de ánimo. El daño del hipocampo, resultante de la exposición excesiva del cerebro a los glucocorticoides, conduce a una inhibición de la retroalimentación alterada del eje hipotálamo-pituitario-suprarrenal (HPA) por parte de los glucocorticoides, lo que provoca la liberación desenfrenada del eje: la "hipótesis de la cascada de glucocorticoides". El estrés prolongado, o un exceso de carga alostática, es por tanto perjudicial y probablemente importante en los procesos que median en las demencias. Las respuestas de estrés eficientes son necesarias para hacer frente a los cambios en el medio ambiente y la capacidad de terminar la respuesta de estrés es de importancia central en el retorno a la homeostasis. Los individuos con depresión tienen un tono secretor de cortisol relativamente alto con patrones diurnos secretores de secreción de cortisol atenuados, lo que refleja una retroalimentación reguladora deficiente en el hipocampo. Respuestas de estrés al despertar (CAR) más altas de cortisol, por el contrario, se encuentran en aquellos que están crónicamente estresados, deprimidos o en remisión de la depresión o el trastorno bipolar, y en adolescentes que luego desarrollarán depresión.

Curiosamente, los investigadores encontraron que los cambios estructurales del hipocampo, una región del cerebro involucrada en la regulación de la memoria y las emociones, se vuelven más pronunciados cuando un paciente con depresión desarrolla un curso de enfermedad crónica. Recientemente, detectaron que los volúmenes del hipocampo de pacientes con MDD, que también portan un alelo de riesgo genético (SLC6A4, 5-HTTLPR), eran más pequeños cuando tenían antecedentes de negligencia emocional en comparación con los pacientes que solo tenían la negligencia genética o emocional. factor de riesgo por separado. En el contexto de la neuroimagen, la imagen con tensor de difusión (DTI), que es un importante paso adelante para caracterizar cambios o diferencias microestructurales, es muy interesante. Usando imágenes de difusión de alta resolución angular, los investigadores encontraron que los parientes de primer grado sanos no afectados de pacientes con MDD con conexiones de fibra más fuertes entre las regiones prefrontal y temporo-parietal del cerebro manejaron las incidencias de adversidad en la vida temprana sin desarrollar depresión más tarde, lo que sugiere que la resiliencia puede estar asociada con una mayor resistencia. conexiones Esta línea de investigación sugiere que los cambios cerebrales estructurales y funcionales ya están presentes antes de la manifestación de la enfermedad y que estos cambios parecen estar relacionados con la vulnerabilidad de los individuos.

Por lo tanto, la prevención de estos cambios cerebrales, la normalización de las funciones de estrés y el aumento de la resiliencia de las personas es un gran desafío para el futuro con el fin de prevenir los principales trastornos mentales relacionados con el estrés. La capacidad del cerebro para adaptarse sugiere que podría ser posible aumentar la resiliencia para proteger a una persona de la depresión. Además del ejercicio y el aprendizaje, se ha demostrado que la terapia cognitivo-conductual (TCC) y los programas de recuperación tienen efectos sobre la estructura y el funcionamiento del cerebro en pacientes con trastornos manifiestos como depresión o esquizofrenia y, especialmente, la combinación de la TCC con el ejercicio y el aprendizaje podría resultar en la mayoría de los casos. resultados destacados. Se han informado cambios cerebrales neuroplásticos con la TCC. Por ejemplo, la terapia de activación conductual para la depresión, una modalidad de psicoterapia diseñada para aumentar el compromiso con los estímulos positivos y reducir los comportamientos de evitación, resultó en una disminución de las activaciones en las estructuras prefrontales, incluida la circunvolución paracingulada, la corteza orbitofrontal derecha y el polo frontal derecho, mientras que los síntomas de la depresión mejoró. La actividad elevada de la amígdala-hipocampo disminuyó y la actividad ACC reducida aumentó durante 16 semanas de TCC en 16 pacientes con TDM. Una revisión reciente destaca los efectos del entrenamiento breve de la memoria de trabajo en diferentes estudios sobre la activación cerebral en múltiples regiones, incluida la corteza prefrontal dorsolateral, la corteza parietal y la corteza occipital. Curiosamente, se ha demostrado que el ciclismo aumenta el volumen del hipocampo tanto en pacientes con esquizofrenia como en sujetos sanos de comparación, sin cambios en el grupo de pacientes que no hacen ejercicio. Esto sugiere que la TCC y el ejercicio pueden tener un impacto en la recuperación del sistema cerebral de condiciones como la esquizofrenia y el TDM.

Los efectos de un programa de resiliencia nunca se han investigado con neuroimágenes, aunque sería posible obtener información sobre la estructura de los haces de fibras de materia blanca que conectan ciertas regiones del cerebro. Los constructos psicológicos que promueven la resiliencia -la capacidad de hacer frente a situaciones estresantes- incluyen el compromiso, la paciencia, el optimismo y la autoestima, además de la capacidad de modular las emociones y desarrollar un comportamiento social adaptativo. Estos rasgos implican la interacción cognitivo-emocional del cerebro, que parece ser un determinante crítico de la aparición de fenotipos patológicos en lugar de resistentes. La interacción cognitivo-emocional y su conectividad cerebral funcional se pueden estudiar mediante resonancia magnética funcional. Curiosamente, mediante la resonancia magnética funcional se ha demostrado que existe un sesgo entre el procesamiento emocional y cognitivo en pacientes con MDD.

Objetivos:

El objetivo de la propuesta actual es llevar a cabo un programa extensivo de resiliencia de 20 semanas de duración para estimular la resiliencia en una población sana no afectada que está expuesta al estrés laboral normal del día a día en el hospital. Los investigadores medirán la eficacia de este programa examinando los ritmos de secreción diurna de cortisol y las respuestas al estrés, así como los cambios neuronales microestructurales y funcionales.

Hipótesis:

El programa "Resiliencia" estimula la resiliencia indicada por

1. mayor estabilidad del estado de ánimo, mejor calidad del sueño y mayor calidad de vida
2. aumento de los volúmenes del hipocampo y de la corteza cingulada anterior
3. aumento de la conectividad funcional entre las regiones cerebrales frontal y límbica.
4. aumento de la anisotropía fraccional (FA), que es una medida del funcionamiento de las fibras de la materia blanca, entre las regiones cerebrales límbica y frontal.
5. aumento del gradiente de la secreción diurna de cortisol; y disminución de las respuestas al estrés medidas por la respuesta de cortisol al despertar

Métodos y materiales Participantes Cuarenta voluntarios sanos, p. Se contratará personal del Adelaide and Meath Hospital, Dublin (AMiNCH). No tendrán antecedentes de enfermedades neurológicas, mentales (eje I y eje II) o internas crónicas. Otro criterio de exclusión para todos los participantes será un traumatismo craneoencefálico previo con pérdida del conocimiento. Además, no serán miembros de clubes de fitness ni participarán en actividades intensivas del día a día. Los 40 voluntarios sanos serán asignados aleatoriamente a un programa de "resiliencia" de 20 semanas, 45 minutos de ejercicio dos veces por semana bajo la supervisión de un fisioterapeuta y 2 sesiones en casa; o a un grupo de control sin este programa, y ​​se completarán otras dos sesiones de ejercicio/trote de 45 minutos cada semana. Las evaluaciones clínicas se realizarán semanalmente. Se realizarán pruebas de neuroimagen y cortisol salival al inicio y después de 20 semanas tanto para el grupo del programa de resiliencia (N=20) como para el grupo de control (N=20).

Evaluaciones clínicas El cuestionario de personalidad NEO-FFI y la entrevista clínica estructurada para los trastornos del DSM (SCID)-I y II se llevarán a cabo inicialmente para excluir un trastorno psiquiátrico actual o con antecedentes. El estado de ánimo se evaluará utilizando la Escala de calificación de depresión de Hamilton (HDRS), la Escala de calificación de ansiedad de Hamilton (HAM-A) y el Inventario de depresión de Beck (BDI) al inicio y luego cada dos semanas. Además, los factores estresantes de la vida actual se evaluarán en una entrevista realizada según Keller et al. semanalmente; La calidad de vida (Study-Short Form 36-Item Health Survey (SF-36, QoL-Bref) y el índice de calidad del sueño de Pittsburgh (PSQI), también se llevarán a cabo quincenalmente. El estrés de la vida temprana se evaluará mediante el cuestionario de trauma infantil (CTQ). El cuestionario de personalidad NEO-FFI y SCID-I y II también se realizará en el momento de la inclusión una vez. La mano será determinada por el inventario de Edimburgo.

Técnicas de neuroimagen Las imágenes de resonancia magnética se obtendrán con una resonancia magnética de 3,0 Tesla (Phillips Achieva), ubicada en el Trinity College Institute of Neuroscience (TCIN). La resonancia magnética se llevará a cabo utilizando un protocolo de imágenes de 60 minutos.

Imágenes de tensor de difusión (DTI): la DTI in vivo se adquirirá mediante una secuencia de imágenes ecoplanares (EPI) de disparo único con el esquema de imágenes paralelas SENSE (codificación SENSivitiy). La ponderación de difusión se codificará en 61 direcciones independientes. Después del preprocesamiento en el programa ExploreDTI, tractografía con ExploreDTI y estadísticas espaciales basadas en tractos usando TBSS (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/tbss/index.html, FSL) se llevará a cabo. Tenemos experiencia en el uso de estas técnicas y en la realización de los análisis (25).

Resonancia magnética funcional: para identificar cambios funcionales en el sistema de regulación emocional, aplicaremos un paradigma de resonancia magnética funcional. Usaremos una imagen plana de eco (EPI), imágenes de eco de gradiente ponderadas en T2* para visualizar el contraste BOLD (TR 2000 ms, TE 30 ms, ángulo de giro de 90°, matriz 80 x 80, FOV 224 x 224 x 150 mm , resolución: 3,5 x 3,5 mm, espesor de corte: 3,5 mm). Se utilizará una tarea de inhibición cognitivo-emocional, que está bien establecida en nuestro laboratorio. Se pedirá a los participantes que procesen estímulos emocionales visuales de forma emocional o cognitiva. Esta tarea se elige específicamente porque se sabe que provoca actividad en la corteza prefrontal, la amígdala, la circunvolución del cíngulo, la corteza orbitofrontal, regiones implicadas en la fisiopatología del TDM. Se realizarán análisis estándar basados ​​en SPM8, análisis de conectividad funcional (33) y análisis de interacción psicofisiológica (PPI).

Técnicas estructurales: además, el objetivo es rastrear cualquier cambio estructural y confirmar y ampliar los hallazgos recientes en esta área. Por lo tanto, todos los sujetos serán escaneados con una secuencia 3D-MPRAGE potenciada en T1 (tiempo de repetición, 8,5 ms; tiempo de eco, 3,5 ms; tiempo total de adquisición, 7 min 30 s; número de adquisiciones, 1; campo de visión, 250 x 256 x 160 mm, resolución: 0,86x0,86x0,86 mm). El análisis de la región de interés (ROI) del hipocampo y la amígdala, así como la morfometría optimizada basada en vóxeles (VBM) se utilizarán para el análisis de datos como se hizo anteriormente en nuestro laboratorio.

Muestras de cortisol en saliva Serán recogidas por los sujetos participantes en dos días laborables sucesivos. Los sujetos escupieron en un pequeño tubo de plástico al despertar y 30, 45, 60 y 90 minutos después; y por la noche (12h después de despertar) y justo antes de acostarse. Los participantes pueden almacenar las muestras en un frigorífico doméstico y enviarlas por lotes en un sobre preparado al centro de investigación.

Cálculo del tamaño de la muestra Los investigadores han realizado previamente una serie de estudios de imágenes longitudinales. Con base en estas experiencias, 20 sujetos en cada grupo deberían ser más que suficientes para obtener efectos significativos, donde típicamente se encuentran cambios de señal del orden de 0.2% a 0.3% en tareas cognitivo-emocionales o al menos 5% de cambios microestructurales. en resonancia magnética estructural o DTI. Así, con 20 sujetos los efectos deberían ser detectables.