Fyysisen harjoittelun aiheuttama motoristen ohjausmekanismien plastisuus Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla

I. Tutkimusprojektin tavoitteet

Tavoite 1. Luonnehditaan 8 viikon HIIT-syklin vaikutusta neurofysiologisiin toimintoihin (NPF) seuraavissa: (i) motorisissa aivokuoren rakenteissa (jotka ovat kriittisesti riippuvaisia ​​presynaptisen DA:n saatavuudesta), EEG:n avulla ja (ii) motorisiin tehtäviin osallistuviin luustolihaksiin , käyttämällä pinta-EMG:tä. Seuraavia keskushermoston neurofysiologisia toimintoja testataan suoritettaessa DA:n saatavuudesta riippuvia itse aloitettavia bimanuaalisia motorisia tehtäviä: (i) aivokuoren rakenteiden aktivaatiotaso ja (ii) hermorakenteiden välisen toiminnallisen kytkennän vahvuus. Luustolihasten NPF:iden osalta tutkijat tutkivat motoristen yksiköiden aktivointistrategiaa. Lisäksi, koska tutkijat tallentavat EEG:n ja EMG:n samanaikaisesti, tutkijat arvioivat aivokuoren ja lihaksen kytkennän voimakkuutta.

Hypoteesi 1. NPF:t paranevat 8 viikon HIIT-syklin jälkeen PD-TR-ryhmän lähtötasoon verrattuna ja säilyvät kuukauden HIIT:n jälkeen. Nimittäin tutkijat spekuloivat, että keskushermoston toiminnan motorille se tulee olemaan: (1) primaarinen motorinen aivokuori (M1), täydentävä motorinen alue (SMA); (2) lateraalisen esimotorisen aivokuoren (PMC) ja pikkuaivojen aktivaation väheneminen; samanaikaisesti (3) toiminnallisen kytkennän lisääntymisen kanssa: dorsolateraalinen prefrontaalinen aivokuori (DLPFC) M1:n, PMC:n, SMA:n ja pikkuaivojen kanssa; (4) M1:n, PMC:n, SMA:n, pikkuaivojen ja parietaalikuoren välisen toiminnallisen kytkennän väheneminen. Luustolihasten toiminnan kannalta se on parannus motoristen yksiköiden rekrytointistrategiassa. Ottaen huomioon aivokuoren ja motorisia tehtäviä suorittavien luurankolihasten sähköisen toiminnan samanaikaisen tallennuksen tiedot, tutkijat olettavat aivokuoren kytkennän vahvistumista. PD-NTR-ryhmässä NPF:t eivät parane tai jopa pahenevat samalla aikavälillä.

Tavoite 2. Luonnehtia 8 viikon HIIT-syklin vaikutusta psykomotorisiin käyttäytymismalleihin (PMB), jotka ovat kriittisesti riippuvaisia ​​DA:n saatavuudesta ja aivojen NPF:istä. Seuraavia PMB:itä testataan useiden kokeiden aikana: (1) itse käynnistetyt bimanuaaliset vaiheen vastaiset liiketehtävät samanaikaisten EEG-, EMG- ja voimatallenteiden aikana (2) kaikkien motoristen ja ei-motoristen PD-oireiden arviointi neurologiseen arviointiin perustuen, (3) ) yleinen kognitiivinen toiminta ja erityisesti toimeenpanotoiminnan näkökohdat psykologisten testien avulla.

Hypoteesi 2. PMB:t paranevat 8 viikon HIIT-syklin jälkeen lähtötasoon verrattuna PD-TR-ryhmässä ja säilyvät kuukauden HIIT:n jälkeen presynaptisen striataalisen DA:n ja NPF:n parantumisen seurauksena. olla läsnä PD-NTR-ryhmässä, tai jopa PMB:t pahenevat samalla aikavälillä.

Tavoite 3. Arvioida: (i) 8 viikon HIIT-syklin vaikutus BDNF-, NGF-, IGF-1-eritystasoon veressä, jota on käsitelty neuroplastisuuden tehokkuuden markkereina (ilmaistuu rasituksen aiheuttamana presynaptisen DA-tason nousuna ja paranemisena NPF' ja PMB:t).

Hypoteesi 3. BDNF:n, NGF:n ja IGF-1:n eritystaso nousee ensimmäisen ja toisen HIIT-syklin jälkeen verrattuna lähtötasoon PD-TR-ryhmässä ja säilyy kuukauden kuluttua HIIT:stä. Toisin kuin PD-TR-ryhmässä, BDNF:n, NGF:n ja IGF-1:n eritystason paranemista ei esiinny PD-NTR-ryhmässä tai jopa niiden taso laskee.

II. Perustelut erityisten tieteellisten ongelmien ratkaisemiseksi ehdotetulla hankkeella.

II.1. EEG- ja EMG-sovellus aivokuoren rakenteiden ja luurankolihasten NPF:iden arvioimiseen II.1.1. Neuraalisten aivokuoren rakenteiden aktivaatiotaso arvioidaan EEG-keskiarvostamisella ja lähdeanalyysillä (kortikaalisten neuronien piirit).

II.1.2. Neuraalisten aivokuoren rakenteiden välisen toiminnallisen kytkennän vahvuus arvioidaan EEG-EEG-koherenssianalyysillä:

II.1.3. Motoristen yksiköiden aktivointistrategia motorisen tehtävän aikana aktivoituvien luustolihasten kanssa testataan pinta-EMG-standardianalyysillä ja SSA:lla.

II.1.4. Toiminnallisen aivokuoren ja lihaksen välisen kytkennän voimakkuus arvioidaan EEG- ja EMG-signaalien välisen koherenssin analyysillä:

II.2. PMB:t arvioidaan motoristen ja kognitiivisten tehtävien suorituskyvyn sekä neurologisten ja psykologisten testien/asteikkojen perusteella:

II.2.1. Itse aloitetut bimanuaaliset anti-vaiheiset etusormen liikkeet ja bimanuaaliset kätevyystehtävät arvioidaan samanaikaisten EEG-, EMG- ja voimatallenteiden aikana voimankehityksen analyysin perusteella.

II.2.2. Motoristen ja ei-motoristen PD-oireiden arviointi, joka perustuu neurologiseen arviointiin käyttäen koko Unified Parkinsonin taudin luokitusasteikkoa (UPDRS) ja Hoehnin ja Yahrin asteikkoa (H&Y). Lisäksi kohdassa II.2.1 kuvatun bimanuaalisen kätevyyden välisen korrelaation arvioimiseksi tutkijat valitsevat UPDRS:stä manuaaliselle ja bimanuaaliselle toiminnalle tarkoitetut pisteet. Nimittäin tutkijat analysoivat parkinsonin bradykinesian pisteytyksen sairastuneesta/sairaamasta yläraajosta UPDRS:n kohtien 23-25 ​​perusteella (sormen napautukset, käsien avaaminen ja sulkeminen, pronaatio-supinaatio käsien liike; vastaavasti). Tutkijat analysoivat myös: (i) päivittäisen elämän manuaalisten toimintojen suoritusta UPDRS:n kohtien 8-11 perusteella (käsikirjoitus, ruoan leikkaaminen ja käsittelyvälineet, pukeutuminen, hygienia). Lisäksi tutkijat arvioivat elämänlaatua Schwabin ja England Daily Living Activity Scalen (S&E DLA) avulla (Fahn ja Elton, 1987).

II.2.3. Toimeenpanotoiminnan psykologinen arviointi kahdella testillä: Trail Making Test (TMT) ja Stroop Test (ST). Sekä TMT- että ST-testeissä suorituskyvyn mittarina käytetään testin suorittamiseen käytettyä aikaa, ja lyhyempi aika on parempi suorituskyky. Myös dementiapotilaiden sulkemiseksi pois tutkijat soveltavat Mini Mental State Examination -testiä (MMSE) (Folstein et ai., 1975).

II.3. Neurotrofisten tekijöiden erittyminen veressä Käyttämällä entsyymi-immunosorbenttimääritystä (ELISA-tekniikka) tutkijat arvioivat seerumin BDNF:n, NGF:n, IGF-1:n erittymisen veressä, jotka ovat vastuussa neurogeneesistä, synaptogeneesistä ja angiogeneesistä.

III. Työsuunnitelma Hankkeen toteutus kestää 24 kuukautta. Projektiin otetaan mukaan kaksi PD-potilasryhmää: PD-TR - PD-potilaat, jotka suorittavat fyysisen harjoittelujakson; PD-NTR - kouluttamattomat PD-potilaat ja yksi H-CO - terve kontrolliryhmä, joka ei suorita HIIT-syklejä.

Projekti alkaa perustestauksella (PRE-HIT) molemmissa PD-ryhmissä. Sitten PD-TR-ryhmä suorittaa 8 viikon HIIT-syklin, ja PD-NTR-ryhmä ei suorita HIIT-sykliä tällä ajanjaksolla. Sitten, 1 viikko ja kuukausi HIIT-syklin lopettamisen jälkeen, tutkijat suorittavat testausistuntoja PD-TR- ja PD-NTR-ryhmissä. Terveet kontrolliryhmät testataan vain yhdessä ajankohdassa, jolloin laboratoriotilaa ei ole varattu PD-potilaiden testeillä.

IV. Tutkimusmenetelmät

IV.1. Tutkimussuunnittelu Tämä projekti on pitkittäinen, satunnaistettu (läpinäkymättömän kirjekuoren satunnaistaminen) kontrolloitu tutkimus, jossa on kolme haaraa. Tutkijat värväävät 40 PD-henkilöä, jotka jaetaan satunnaisesti kahteen yhtä suureen ryhmään: PD-TR (N=20) ja PD-NTR (N=20). Tutkijat vertaavat näiden kahden ryhmän tuloksia tutkiakseen HIIT-syklien pitkittäistä vaikutusta mittaustuloksiin. Lisäksi tutkijat rekrytoivat terveen kontrolliryhmän (H-CO; N = 20), joka testataan vain kerran, ja se muodostaa "terveen tilan" tilan vertailua varten molempiin PD-potilasryhmiin. PD-NTR:n vertailu H-CO:n kanssa näyttää meille patologisten muutosten mekanismit PD-potilailla ja PD-TR:n vertailu H-CO:n kanssa antaa meille mahdollisuuden tutkia HIIT-indusoitujen mekanismien luonnetta (restauraatio tai kompensointi). muutoksia PD-potilaissa.

40 PD-henkilöä hyväksytään tutkimukseemme sen jälkeen, kun heillä on diagnosoitu idiopaattinen PD neurologisen arvioinnin perusteella. Parkinsonin taudin diagnoosi perustuu sairaushistoriaan, fyysisiin ja neurologisiin tutkimuksiin sekä L-dopa-vasteeseen. IV.2.2. Aiheiden rekrytointi. PD-henkilöt rekrytoidaan Wroclawin lääketieteellisen yliopiston (WMU) neurologiaklinikalta Wroclawissa, Puolassa, jossa projektissamme neurologisen PD-potilaiden arvioinnin suorittava henkilö (Budrewicz Slawomir, lääketieteen tohtori) työskentelee liikehäiriön neurologeina. ja neuvotella siellä PD-potilaita. Ottaen huomioon WMU:n kyvyt ja huippuaseman, tutkijat ovat varmoja, että tutkijat pystyvät rekrytoimaan ja lopulta pätevöimään 40 PD-potilasta. Terveiden iäkkäiden koehenkilöiden vertailuryhmä rekrytoidaan seuraavien perusteella: (i) julkisen ilmoituksen ja (ii) yhteydenottojen perusteella Varsovan kaupungin kolmannen iän yliopistoihin ja senioriklubeihin.

IV.2. Harjoittelutoimenpiteet PD-TR-ryhmän potilaat suorittavat 8 viikon HIIT-syklin. 8 viikon HIIT-ohjelma koostuu kolmesta viikoittaisesta 1 tunnin harjoituksesta (joista kukin koostuu 10 minuutin lämmittelystä, 40 minuutin korkean intensiteetin intervalliharjoittelusta ja 10 minuutin jäähdytysvaiheesta hitaalla vapaaehtoisella nopeudella ) suoritetaan kiinteällä pyöräergometrillä (MONARK, Ergomedic 874E, Ruotsi), joka mittaa poljinnopeutta (kierrosta minuutissa; [rpm]) ja tehoa [W]. Jokaisen harjoituskerran aikana intervalliharjoitus koostuu kahdeksasta 5 minuutin intervallisarjasta, mukaan lukien 3 min pyöräilyä ≥ 60 [rpm], mutta mieluiten 80-90 [rpm] (nopea välivaihe) ja 2 min pyöräilyä. nopeudella ≤ 60 [rpm] (välin hidas vaihe). PD-TR-ryhmän potilaita ohjataan rytmisesti metronomilla ja ohjaaja rohkaisee niitä suullisesti polkemaan nopeille ja hitaille vaiheille sopivalla nopeudella. Poljinnopeusarvot esitetään kullekin kohteelle reaaliajassa näytöllä palautteena kierrosluvun ohjaamiseksi eri intervallivaiheiden aikana. Polar-järjestelmällä (Polar, Suomi), poljinnopeus [rpm] ja teho [W] mitataan sykettä (HR; lyöntiä minuutissa [bpm]) seurataan ja kerätään jokaisen harjoituskerran aikana. Harjoittelun valvoja säätää vastuksen jokaiselle potilaalle varmistaakseen pyöräilyn kunkin potilaan tavoitesykenopeudella (THR) ja sopivalla nopeudella. PD-potilaat pyöräilevät 60–75 %:lla yksilöllisestä HRmax-arvostaan ​​(maksimisyke). PD-potilaita rohkaistaan ​​pyöräilemään nopeammin (80-90 rpm tai 30 % nopeammin kuin heidän omaehtoista poljinnopeuttaan) nopean välivaiheen aikana ja nostamaan THR:ään 2 viikon välein 5 % (60 % HRmaxista 1-2 viikkoa, 65 % 3-4 viikon aikana, 70 % 5-6 viikon aikana ja 75 % 7-8 viikon harjoitusjakson aikana). Lisäksi potilaiden käsitystä harjoituksen intensiteetistä (välin nopealla ja hitaalla vaiheella) arvioidaan käyttämällä Borg Rating of Perceived Exertion (RPE) -luokitusta (Borg, 1982).

IV.3. Mittausmenettelyt Kaikki PD-potilaat tutkitaan heidän lääkityksensä ulkopuolella, eli sen jälkeen, kun Parkinsonin taudin vastaiset lääkkeet on otettu pois yön yli 12 tuntia (24 tuntia pitkitetysti vapauttavilla lääkkeillä). Testausjaksojen järjestys tietyille menetelmille on seuraava: 1. päivä - (i) verinäytteiden otto; (ii) psykologiset, neurologiset ja toiminnalliset testit -> 2. päivä - (i) EEG + EMG + voima.

IV.4. Tilastollinen analyysi Tutkijat suorittavat ensin ryhmien välisen vertailun kaikille demografisille ja kliinisille ominaisuuksille tarkistaakseen lähtötilanteen erot. Tämä tehdään käyttämällä kaksisuuntaista Studentin t-testiä tai Mann-Whitney U -testejä normaalisti ja ei-normaalisti jakautuneille tiedoille tai Fisherin tarkkaa testiä satunnaisuusdatalle. Toistuvien mittausten varianssianalyysiä käytetään testauspisteiden muutosten ryhmien väliseen vertailuun. Merkittävät päävaikutukset tehdään sitten post-hoc-parikohtaiseen vertailuun ensisijaisesti PD-TR:n ja PD-NTR:n sekä PD-TR:n ja H-CO:n välillä. Korrelaatioanalyysi (Pearsonin tai Spearmanin korrelaatiokerroin) suoritetaan EEG:n, EMG:n (kuvataan NPF:t), PMB:iden ja neuroplastisuusmarkkerien tulosten välillä. Kaikissa analyyseissä merkitsevyystasoksi asetetaan α=0,05 Bonferroni-säädöillä useiden vertailujen suorittamiseksi tarvittaessa.