Exergaming améliore les fonctions exécutives chez les patients atteints du syndrome métabolique

Introduction Ces dernières années, la relation entre la fonction cognitive et le syndrome métabolique a été largement étudiée. Il a été démontré que le syndrome métabolique (MetS) est associé à un déclin de la fonction exécutive en raison de multiples facteurs de risque, notamment l'hypertension, la dyslipidémie, une altération de l'homéostasie du glucose et l'obésité abdominale. Les fonctions exécutives comprennent les processus cognitifs de base tels que le contrôle attentionnel, l'inhibition cognitive, le contrôle inhibiteur, la mémoire de travail et la flexibilité cognitive.

Les neurosciences cognitives utilisent des tâches de Stroop pour mesurer la capacité et les compétences d'attention sélective, ainsi que la capacité de vitesse de traitement, indiquant les fonctions exécutives. L'activité électroencéphalographique (EEG) utilisant la technologie de positionnement liée aux événements P300 et N200 a été largement utilisée pour mesurer la capacité et les compétences d'attention sélective, et une performance comportementale telle que le temps de réaction (RT) est couramment utilisée pour mesurer la capacité de vitesse de traitement. La négativité N200 (200 ~ 350 ms post-stimulus) est un potentiel lié à l'événement (ERP), qui indique la capacité attentionnelle qui est généralement induite avant le contrôle de la réponse au mouvement et est liée aux processus cognitifs de reconnaissance et de différenciation des stimuli. La positivité P300 (300 ~ 600 ms post-stimulus) est un autre ERP, reflétant le traitement neuronal lié à la mémoire qui est impliqué dans la catégorisation des informations entrantes et la mise à jour du contexte de la mémoire de travail (par exemple, codage, répétition, reconnaissance et récupération).

Il est bien connu que l'entraînement à l'exercice aérobie offre divers résultats cliniques bénéfiques chez les patients atteints de maladies métaboliques. Ses effets sur la fonction cognitive, en particulier la fonction exécutive, ont également été signalés. De plus, des études récentes ont rapporté que les entraînements aérobies et en résistance facilitaient les effets électrophysiologiques globaux (par exemple, augmentation des amplitudes ERP P300) et l'indice de comportement (par exemple, RT plus rapide) chez les personnes âgées en bonne santé. En outre, il a également été rapporté que l'exercice aérobie améliore les processus cognitifs dans le contrôle cognitif cortical (amplitude P300) dans des études sur des patients victimes d'AVC chroniques.

Récemment, l'exergaming (une combinaison d'« exercice » et de « jeu ») a attiré beaucoup d'attention en tant que nouvelle méthode d'exercice pour améliorer la fonction cognitive, car il utilise des jeux vidéo qui nécessitent des mouvements corporels tout en présentant simultanément à l'utilisateur un environnement stimulant sur le plan cognitif. Parallèlement à son utilisation populaire pour les loisirs et le divertissement, il existe un intérêt croissant pour l'application de l'exercice physique pour améliorer les résultats cliniques. Des études récentes utilisant l'exergaming ont montré des effets bénéfiques sur les fonctions cognitives et à double tâche, ce qui réduit les chutes chez les personnes âgées ainsi que les risques de maladies cardiovasculaires tels que la graisse corporelle, les niveaux d'adipokines sériques et les profils lipidiques. Exergaming a également favorisé les fonctions exécutives et la vitesse de traitement cognitif chez les personnes âgées et les enfants. Ces preuves croissantes suggèrent que les jeux d'entraînement ont l'avantage d'améliorer les fonctions cognitives et physiques.

Bien que de nombreuses études antérieures aient rapporté des améliorations de la fonction cognitive après l'exercice, il n'est pas clair si cet avantage est dû à un effet d'exercice ou à un effet de jeu vidéo. De plus, toutes ces études ont mesuré la RT, au lieu de l'ERP en utilisant l'EEG, ce qui limite l'éclairage des activités cérébrales. Considérant que l'EEG peut mesurer les activités électriques dans diverses zones du cortex du cerveau, il est nécessaire d'étudier l'ERP en utilisant l'EEG pour évaluer la fonction exécutive. Par conséquent, nous avons examiné les avantages de l'exercice par rapport à l'exercice normal et étudié la fonction exécutive en mesurant la RT ainsi que N200 et P300 dans trois zones du cortex lors de tâches de Stroop chez des patients atteints de MetS.

Méthodes Participants Au total, 22 patients MetS hommes et femmes âgés de 50 à 80 ans ont participé à cette étude. Le MetS a été défini selon la définition modifiée du NCEP Adult Treatment Panel III (NCEP-ATP III) pour les Sud-Asiatiques. En bref, les personnes présentant au moins trois des critères suivants ont été définies comme MetS : obésité centrale (tour de taille ≥ 90 cm pour les hommes ; ≥ 85 cm pour les femmes), glycémie à jeun ≥ 100 mg/dL ou traitement actuel pour le diabète sucré, systolique tension artérielle ≥130 mmHg ou tension artérielle diastolique ≥85 mmHg ou traitement actuel de l'hypertension, triglycérides sériques ≥150 mg/dL, cholestérol HDL bas (hommes <40 mg/dL ; femmes <50 mg/dL). Les sujets ont été invités à ne pas faire d'exercice pendant 24 heures avant l'expérience. Il leur a également été demandé de manger les repas habituels et de terminer les repas 4 heures avant l'expérience, tout en évitant l'alcool 1 jour avant l'expérience et la caféine pendant les 4 heures précédant l'expérience. Tous les sujets devaient remplir un consentement éclairé écrit approuvé par le comité d'examen institutionnel du Kosin University College of Medicine.

La taille de l'échantillon a été calculée à l'aide d'un logiciel de calcul de taille d'échantillon (G*Power version 3.1.9.2 pour Windows ; http://www.gpower.hhu.de), avec une taille d'effet de 0,484, une puissance statistique de 0,8 et un niveau de signification statistique de 0,05. Cette taille d'effet a été calculée à partir des études précédentes. En conséquence, la taille de l'échantillon pour chaque groupe est devenue 8, et nous avons décidé de recruter 11 patients pour chaque groupe, avec un taux d'abandon potentiel de 30 %.

Interventions d'entraînement à l'exercice L'entraînement à l'exercice a été dispensé au centre de soins U-healthcare de l'hôpital Gospel de l'Université de Kosin. Chaque participant a été chargé d'informer immédiatement le superviseur s'il ressentait des symptômes inhabituels pendant l'entraînement physique et de consulter un médecin si nécessaire. Les sujets étaient exclus s'ils n'effectuaient pas plus de 80 % des séances d'exercices.

Tous les sujets ont été divisés au hasard en deux groupes : groupe d'exercices et groupe d'exercices sur tapis roulant. Les sujets ont eu 2 semaines d'adaptation puis ont effectué 12 semaines d'entraînement physique : 60 min/jour, 60-80 % de la fréquence cardiaque réservée (HRR), 3 jours/semaine. Chaque séance d'exercice consistait en 10 minutes d'échauffement, 40 minutes d'exercice principal et 10 minutes de récupération.

Le groupe exergaming (EXG) a effectué des exercices à l'aide d'appareils Exerheart® (D&J Humancare, Busan, Corée du Sud) composés d'un tapis de course/saut [730(L) × 730(P) × 130(H)] et d'une tablette PC sur un support (peut être ajusté à n'importe quelle hauteur entre 70 et 155 cm) (Figure supplémentaire 1A). Exerheart® est un exergaming développé pour la course in-situ avec le jeu vidéo appelé "Alchemist's Treasure" (D&J Humancare, Busan, Corée du Sud). Pour jouer à ce jeu, le sujet doit courir ou sauter sur un point du tapis pour déplacer un avatar virtuel sur l'écran de la tablette PC vers l'avant, l'arrière, la gauche et la droite avec de la musique (Vidéo supplémentaire 1 pour en ligne) . Le sujet peut contrôler la vitesse de déplacement de l'avatar en courant ou en sautant sur le tapis. Le groupe d'exercices sur tapis roulant (TEG) a effectué des exercices en utilisant des tapis roulants commerciaux (MOTUS, Gyeonggi-do, Corée du Sud). Chaque sujet a marché ou couru sur le tapis roulant à une vitesse confortable.

Pour EXG et TEG, les fréquences cardiaques (FC) de tous les sujets pendant l'exercice ont été surveillées à l'aide de moniteurs de FC (polar RS400sd, Madison Height, Michigan, USA) pour confirmer que la valeur se situait dans la plage de FC cible. La formule de Karvonen (1957) a été utilisée pour calculer la réserve de FC (RRC, FC maximale estimée - FC au repos) et la FC cible pendant l'exercice [(RRC × pourcentage donné d'intensité d'entraînement) + FC au repos)].

Test de Stroop Pour l'évaluation de la fonction exécutive, une version informatisée de la tâche de Stroop a été administrée avec le logiciel Telescan (LAXTHA, Daejeon, Corée du Sud). Au cours de la tâche, les sujets ont été présentés avec un mot de couleur apparaissant dans la même couleur sur des essais congruents (par ex. "bleu" imprimé en bleu) et dans une couleur différente sur les essais incongrus (par ex. "bleu" imprimé en vert). Pour fournir un contenu visuel similaire, le bleu, le vert et le jaune ont été choisis comme stimuli.

Les sujets ont exécuté la tâche de Stroop deux fois, avant et après l'entraînement. Les sujets étaient assis à 1 mètre de l'écran, et lorsque les mots de couleur apparaissaient à l'écran, ils cliquaient sur le clavier gauche pour le test congruent et sur le clavier droit pour le test incongru. Les sujets devaient répondre aussi rapidement et précisément que possible. Le taux de mesure visé est de 50 %. Chaque mot de couleur (angle de vue vertical : 2°) a été présenté pendant 200 ms, et la réponse a été autorisée dans les 1500 ms. L'intervalle inter-stimulus variait aléatoirement entre 1500 et 2500 ms.

Mesures électroencéphalographiques (EEG) L'activité EEG a été enregistrée au cours de la tâche Stroop modifiée à l'aide d'un système polygraphique informatisé - Type A : Un total de 31 canaux Poly G-A (LAXTHA, Daejeon, Corée du Sud). Des électrodes Ag-AgCl (LAXTHA, Daejeon, Corée du Sud) ont été placées sur les zones du cortex frontal (Fz), central (Cz) et pariétal (Pz), selon le système international 10-20. Emplacements de la ligne médiane référencés pour relier les électrodes du lobe de l'oreille. Les électrooculogrammes horizontaux et verticaux (EOG) ont été surveillés par des électrodes placées au-dessus et au-dessous de l'œil gauche et au canthus externe des deux yeux, respectivement. L'impédance de toutes les électrodes a été maintenue en dessous de 10 kΩ. Le filtre passe-bande de l'amplificateur était de 0,1 à 100 Hz, le taux d'échantillonnage était de 1000 Hz et un filtre coupe-bande était à 60 Hz.

La composante N200 a été définie comme le plus grand pic positif survenant entre 200 et 350 ms après le stimulus, et la composante P300 a été définie comme le plus grand pic positif survenant entre 300 et 600 ms après le stimulus. Les amplitudes N200 et P300 ont été mesurées comme la différence entre la ligne de base moyenne avant le stimulus et l'amplitude de crête maximale. Le filtre IIR passe-haut intégré de Telescan a été utilisé pour le filtrage. Les formes d'onde ont été lissées numériquement avec un filtre passe-bas en utilisant une coupure à mi-puissance de 10 Hz avant l'analyse.

Analyse statistique En raison de la petite taille de l'échantillon, nous avons utilisé des statistiques non paramétriques pour l'analyse des données. Nous avons utilisé le test des rangs signés de Wilcoxon pour examiner les changements de chaque variable dépendante après intervention au sein de chaque groupe. Le test U de Mann-Whitney a été utilisé pour comparer les valeurs delta entre les groupes d'entraînement (Δ-EXG vs Δ-TEG). La taille de l'effet de l'êta carré partiel (η2) a été rapportée pour les effets significatifs, où le niveau alpha pour tous les tests a été fixé à 0,05. Les données ont été exprimées en moyenne ± écart type de la moyenne. Tous les tests statistiques ont été traités à l'aide du logiciel SPSS version 24.