Plasticidad de los mecanismos de control motor inducida por el entrenamiento físico en pacientes con enfermedad de Parkinson

I. Objetivos del proyecto de investigación

Objetivo 1. Caracterizar la influencia del ciclo HIIT de 8 semanas en las funciones neurofisiológicas (NPF) de: (i) estructuras motoras corticales (que dependen críticamente de la disponibilidad de DA presináptica), utilizando EEG, y (ii) músculos esqueléticos involucrados en tareas motoras , utilizando EMG de superficie. Las siguientes funciones neurofisiológicas del SNC se evaluarán durante la realización de tareas motoras bimanuales autoiniciadas dependientes de la disponibilidad de DA: (i) un nivel de activación de las estructuras corticales y (ii) la fuerza del acoplamiento funcional entre las estructuras neurales. Para los NPF de los músculos esqueléticos, los investigadores estudiarán una estrategia de activación de las unidades motoras. Además, dado que los investigadores registrarán el EEG y el EMG simultáneamente, evaluarán la fuerza del acoplamiento corticomuscular.

Hipótesis 1. Los NPF mejorarán después del ciclo HIIT de 8 semanas en comparación con la línea de base en el grupo PD-TR y se mantendrán un mes después del HIIT. Es decir, los investigadores especulan que para el motor en la actividad del SNC, será: (1) corteza motora primaria (M1), área motora suplementaria (SMA); (2) disminución de la activación de la corteza premotora lateral (PMC) y el cerebelo; con (3) aumento simultáneo del acoplamiento funcional de: corteza prefrontal dorsolateral (DLPFC) con M1, PMC, SMA y cerebelo; (4) disminución del acoplamiento funcional entre M1, PMC, SMA, cerebelo y corteza parietal. Para la función del músculo esquelético será una mejora en la estrategia de reclutamiento de unidades motoras. Tomando en cuenta los datos del registro simultáneo de la actividad eléctrica de la corteza cerebral y los músculos esqueléticos involucrados en tareas motoras, los investigadores asumen el fortalecimiento del acoplamiento corticomuscular. En el grupo PD-NTR, los NPF no mejorarán o incluso empeorarán en el mismo intervalo de tiempo.

Objetivo 2. Caracterizar una influencia del ciclo HIIT de 8 semanas en los comportamientos psicomotores (PMB), dependientes críticamente de la disponibilidad de DA y los NPF del cerebro. Los siguientes PMB se probarán durante varios experimentos: (1) tareas de movimiento antifase bimanuales autoiniciadas durante los registros simultáneos de EEG, EMG y fuerza (2) evaluación de todos los síntomas de la EP motores y no motores, con base en la evaluación neurológica, (3 ) función cognitiva general y específicamente aspectos de la función ejecutiva utilizando pruebas psicológicas.

Hipótesis 2. Los PMB mejorarán después del ciclo HIIT de 8 semanas en comparación con la línea de base en el grupo PD-TR, y se mantendrán un mes después del HIIT, como consecuencia de las mejoras en la disponibilidad de DA estriatal presináptica y los NPF. La mejora de los PMB no estar presente en el grupo PD-NTR, o incluso los PMB empeorarán en el mismo intervalo de tiempo.

Objetivo 3. Evaluar: (i) el efecto del ciclo HIIT de 8 semanas sobre el nivel de secreción de BDNF, NGF, IGF-1 en sangre tratados como marcadores de la eficiencia de la neuroplasticidad (expresado en el aumento del nivel de DA presináptico inducido por el ejercicio y la mejora de NPF' y PMB).

Hipótesis 3. El nivel de secreción de BDNF, NGF e IGF-1 aumentará después del primer y segundo turno del ciclo HIIT en comparación con la línea base en el grupo PD-TR, y se mantendrá un mes después del HIIT. A diferencia del grupo PD-TR, la mejora en el nivel de secreción de BDNF, NGF e IGF-1 no estará presente en el grupo PD-NTR o incluso su nivel disminuirá.

II. Justificación del abordaje de problemas científicos específicos por parte del proyecto propuesto.

II.1. Aplicación de EEG y EMG para evaluar FNP de estructuras corticales cerebrales y músculos esqueléticos II.1.1. Se evaluará un nivel de activación de las estructuras corticales neurales con promedio de EEG y análisis de fuentes (circuitos de neuronas corticales).

II.1.2. La fuerza del acoplamiento funcional entre las estructuras corticales neurales se evaluará con el análisis de coherencia EEG-EEG:

II.1.3. La estrategia de activación de las unidades motoras del músculo esquelético involucrado durante la tarea motora se probará con análisis estándar de EMG de superficie y SSA.

II.1.4. La fuerza del acoplamiento corticomuscular funcional se evaluará con un análisis de coherencia entre las señales de EEG y EMG:

II.2. Los PMB se evaluarán en función del desempeño de tareas motoras y cognitivas, y pruebas/escalas neurológicas y psicológicas:

II.2.1. Los movimientos bimanuales antifase del dedo índice autoiniciados y las tareas de destreza bimanual se evaluarán durante registros simultáneos de EEG, EMG y fuerza basados ​​en el análisis del desarrollo de la fuerza, respectivamente.

II.2.2. Evaluación de los síntomas de la EP motora y no motora, basada en la evaluación neurológica utilizando la escala unificada de calificación de la enfermedad de Parkinson (UPDRS) y la escala de Hoehn y Yahr (H&Y). Asimismo, con el propósito de estimar la correlación entre la función de destreza bimanual descrita en los puntos II.2.1, los investigadores elegirán de la UPDRS los puntajes dedicados para la función manual y bimanual. Es decir, los investigadores analizarán las puntuaciones de bradicinesia parkinsoniana de la extremidad superior afectada/más afectada en función de los ítems 23-25 ​​de la UPDRS (golpes con los dedos, apertura y cierre de las manos, movimiento de pronación-supinación de las manos, respectivamente). Los investigadores también analizarán: (i) un desempeño de las funciones manuales de la vida diaria con base en los ítems 8-11 de la UPDRS (escritura, corte de alimentos y manejo de utensilios, vestirse, higiene; respectivamente). Además, los investigadores evaluarán la calidad de vida utilizando la Escala de actividad de la vida diaria de Schwab e Inglaterra (S&E DLA) (Fahn y Elton, 1987).

II.2.3. Evaluación psicológica de la función ejecutiva mediante dos tests: el Trail Making Test (TMT) y el Stroop Test (ST). Tanto en la prueba TMT como en la ST, el tiempo necesario para completar la prueba se utiliza como medida de rendimiento y un tiempo más corto como mejor rendimiento. Además, para excluir a los pacientes con demencia, los investigadores aplicarán la prueba Mini Examen del Estado Mental (MMSE) (Folstein et al., 1975).

II.3. Secreción de factores neurotróficos en la sangre Mediante el uso del ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (técnica ELISA), los investigadores evaluarán la secreción de suero BDNF, NGF, IGF-1 en la sangre, que son responsables de la neurogénesis, la sinaptogénesis y la angiogénesis.

tercero Plan de trabajo La realización del proyecto está prevista para 24 meses. El proyecto inscribirá a dos grupos de pacientes con EP: PD-TR - los pacientes con EP que realizarán el ciclo de entrenamiento físico; PD-NTR: pacientes con DP no entrenados y un H-CO: grupo de control sano que no realizará los ciclos de HIIT.

El proyecto comenzará con una sesión de prueba de referencia (PRE-HIT) en los dos grupos de DP. Luego, el grupo PD-TR realizará el ciclo HIIT de 8 semanas y el grupo PD-NTR no realizará el ciclo HIIT en este período de tiempo. Luego, 1 semana y un mes después del cese del ciclo HIIT, los investigadores realizarán sesiones de prueba en el grupo PD-TR y PD-NTR. El grupo de control sano se evaluará solo en un punto de tiempo, cuando el espacio del laboratorio no esté ocupado con pruebas de pacientes con EP.

IV. Metodología de investigación

IV.1. Diseño de la investigación Este proyecto será un estudio longitudinal, aleatorizado (aleatorización de sobres opacos) controlado con 3 brazos. Los investigadores reclutarán a 40 personas con PD, que se asignarán al azar en dos grupos iguales: PD-TR (N=20) y PD-NTR (N=20). Los investigadores compararán los resultados de estos dos grupos para explorar un efecto longitudinal de los ciclos de HIIT en los resultados de las mediciones. Además, los investigadores reclutarán un grupo de control sano (H-CO; N=20) que se evaluará solo una vez y constituirá una condición de "estado saludable" para las comparaciones con ambos grupos de pacientes con EP. La comparación de PD-NTR con H-CO nos mostrará los mecanismos de cambios patológicos en pacientes con EP y la comparación de PD-TR con H-CO nos dará la oportunidad de explorar el carácter de los mecanismos (restauración o compensación) del HIIT inducido. Cambios en los pacientes con EP.

Los 40 individuos con EP estarán calificados para nuestro estudio después de que se les haya diagnosticado una EP idiopática, según la evaluación neurológica. El diagnóstico de la enfermedad de Parkinson se basará en la historia clínica, los exámenes físicos y neurológicos y la respuesta a la L-dopa. IV.2.2. Reclutamiento de sujetos. Los sujetos con EP serán reclutados de la Clínica de Neurología de la Universidad Médica de Wroclaw (WMU) en Wroclaw, Polonia, donde la persona que realiza la evaluación neurológica de los pacientes con EP en nuestro proyecto (Budrewicz Slawomir, M.D, Ph.D.) trabaja como neurólogo de trastornos del movimiento. y consultar a los pacientes de EP allí. Teniendo en cuenta las capacidades y la posición superior de la WMU, los investigadores están seguros de que pueden reclutar y finalmente calificar a 40 pacientes con EP. El grupo de sujetos de control de ancianos sanos se reclutará sobre la base de: (i) anuncios públicos y (ii) contactos con las universidades de la tercera edad y los clubes de personas mayores de la ciudad de Varsovia.

IV.2. Procedimientos de entrenamiento Los pacientes del grupo PD-TR realizarán un ciclo HIIT de 8 semanas. El programa HIIT de 8 semanas constará de tres sesiones de entrenamiento semanales de 1 hora (cada una compuesta por 10 minutos de calentamiento, 40 minutos de ejercicio de intervalos de alta intensidad y una fase de enfriamiento de 10 minutos a una velocidad voluntaria lenta). ) realizado en un cicloergómetro estacionario (MONARK, Ergomedic 874E, Suecia) que medirá la cadencia (revoluciones por minuto; [rpm]) y la potencia [W]. Durante cada sesión de entrenamiento, el ejercicio de intervalo consistirá en 8 series de intervalos de 5 min, incluidos 3 min de ciclismo a ≥ 60 [rpm] pero preferiblemente a 80-90 [rpm] (fase rápida de intervalo) y 2 min de ciclismo a ≤ 60 [rpm] (fase lenta del intervalo). Los pacientes en el grupo PD-TR serán guiados rítmicamente por un metrónomo y un instructor los alentará verbalmente a pedalear con la velocidad establecida apropiada para las fases rápida y lenta. Los valores de cadencia se presentarán a cada sujeto en tiempo real en una pantalla como retroalimentación para controlar las rpm durante las diferentes fases del intervalo. La frecuencia cardíaca (FC; latidos por minuto [lpm]) medida con un sistema Polar (Polar, Finlandia), la cadencia [rpm] y la potencia [W] se controlarán y recopilarán durante cada sesión de entrenamiento. El supervisor de entrenamiento ajustará la resistencia de cada paciente para garantizar que el ciclismo alcance la frecuencia cardíaca objetivo (THR) de cada paciente y con la velocidad adecuada. Los pacientes con EP pedalearán al 60 %-75 % de su HRmax individualizada (frecuencia cardíaca máxima). Se animará a los pacientes con EP a pedalear más rápido (80-90 rpm o un 30 % más rápido que su ritmo de pedaleo voluntario) durante la fase rápida del intervalo y aumentar su THR cada 2 semanas en un 5 % (60 % del HRmax durante 1-2 semanas, 65% durante 3-4 semanas, 70% durante 5-6 semanas y 75% durante 7-8 semanas de entrenamiento). Además, las percepciones de los pacientes sobre la intensidad del ejercicio (para las fases rápida y lenta del intervalo) se evaluarán utilizando la Calificación de esfuerzo percibido (RPE) de Borg (Borg, 1982).

IV.3. Procedimientos de medición Todos los sujetos con EP serán examinados durante su medicación fuera de la fase, es decir, después de una abstinencia nocturna de 12 horas de medicamentos antiparkinsonianos (24 horas para medicamentos de liberación prolongada). La secuencia de las sesiones de prueba para métodos específicos es la siguiente: 1er día - (i) muestreo de sangre; (ii) pruebas psicológicas, neurológicas y funcionales -> 2º día - (i) EEG + EMG + fuerza.

IV.4. Análisis estadístico Los investigadores primero realizarán una comparación entre grupos para todas las características demográficas y clínicas para verificar las diferencias iniciales. Esto se hará utilizando la prueba t de Student de dos colas o las pruebas U de Mann-Whitney para datos con distribución normal y no normal o la prueba exacta de Fisher para datos de contingencia. Se usará el análisis de varianza de medidas repetidas para realizar una comparación entre grupos de cambios en los puntos de prueba. Los efectos principales significativos se someterán luego a una comparación por pares post-hoc principalmente entre PD-TR y PD-NTR, y PD-TR y H-CO. Se realizará un análisis de correlación (coeficiente de correlación de Pearson o Spearman) entre los resultados de EEG, EMG (que describe NPF), PMB y marcadores de neuroplasticidad. Para todos los análisis, se establecerá un nivel de significación de α=0,05 con ajustes de Bonferroni para comparaciones múltiples cuando sea necesario.