Effet de l'entraînement par intervalles à haute intensité sur les mécanismes de neuroplasticité chez les patients atteints de la maladie de Parkinson

I. Objectifs du projet de recherche

Objectif 1. Examiner l'effet de deux cycles HIIT sur la disponibilité présynaptique de la DA striatale (dans le putamen dorsal) chez les patients parkinsoniens testés en utilisant la méthode d'imagerie TEP avec l'absorption de 18F-dopa - [18F]fluorodopa, qui fournit dans ce cas un très bon indice de récupération fonction dopaminergique présynaptique striatale (Brooks et Pavese, 2011).

Hypothèse 1. La fonction dopaminergique striatale présynaptique s'améliorera (augmentation de l'absorption de 18F-dopa) après le premier et le deuxième épisode du cycle HIIT par rapport à la ligne de base dans le groupe PD-TR, et se maintiendra dans la période de suivi d'un an (3 mois après le deuxième cycle HIIT arrêt du cycle). Dans le groupe PD-NTR, la fonction dopaminergique striatale présynaptique ne s'améliorera pas voire s'aggravera (diminution de la captation de 18F-dopa) dans le même intervalle de temps. Fait important pour cette hypothèse, la diminution annuelle de 18F-dopa putaminal est d'environ 10 % au début de la MP (Morrish et al., 1995).

Objectif 2. Caractériser l'influence de deux cycles HIIT sur les fonctions neurophysiologiques (NPF) de : (i) les structures sous-corticales et corticales motrices et cognitives (qui dépendent de manière critique de la disponibilité de l'AD présynaptique), en utilisant l'IRMf et l'EEG, et (ii) ) muscles squelettiques engagés dans une tâche motrice, en utilisant l'EMG de surface. Les fonctions neurophysiologiques suivantes du système nerveux central (SNC) seront testées lors de l'exécution de la tâche motrice de l'index auto-initiée en fonction de la disponibilité de l'AD et lors de l'imagerie mentale de cette tâche motrice (tâche cognitive) : (i) un niveau d'activation des et les structures corticales, et (ii) la force du couplage fonctionnel (connectivité fonctionnelle) entre les structures neuronales. Pour les FNP des muscles squelettiques, les chercheurs étudieront une stratégie d'activation des unités motrices. De plus, étant donné que les enquêteurs enregistreront simultanément l'EEG et l'EMG, les enquêteurs évalueront la force du couplage cortico-musculaire.

Hypothèse 2. Les NPF s'amélioreront après le premier et le deuxième cycle du cycle HIIT par rapport à la ligne de base dans le groupe PD-TR, et se maintiendront dans la période de suivi d'un an. À savoir, les enquêteurs spéculent que pour la tâche motrice et la tâche d'imagerie mentale dans l'activité du SNC, ce sera : (1) une augmentation de l'activation de la substance noire (SN), du putamen (PUT), du cortex moteur primaire (M1), du moteur supplémentaire zone (SMA); (2) diminution de l'activation du cortex prémoteur latéral (PMC) et du cervelet ; avec augmentation simultanée (3) du couplage fonctionnel de : SN avec PUT ; PUT avec M1, PMC, SMA et cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC); et DLPFC avec M1, PMC, SMA et cervelet ; (4) diminution du couplage fonctionnel entre M1, PMC, SMA, cervelet et cortex pariétal ; et (5) pour la tâche d'imagerie mentale, les enquêteurs supposent en outre une augmentation de l'activation pariétale et une diminution de l'activation du cortex occipital. Pour la fonction musculaire squelettique, il s'agira d'une amélioration de la stratégie de recrutement des unités motrices. Prenant en compte les données de l'enregistrement simultané de l'activité électrique du cortex cérébral et des muscles squelettiques engagés dans des tâches motrices, les chercheurs supposent un renforcement du couplage corticomusculaire. Dans le groupe PD-NTR, les NPF ne s'amélioreront pas ou même s'aggraveront dans le même intervalle de temps et surtout après 1 an à partir de la ligne de base.

Objectif 3. Caractériser une influence de deux cycles HIIT sur les comportements psychomoteurs (PMB), dépendant de manière critique de la disponibilité de DA et des NPF du cerveau. Les PMB suivants seront testés au cours de plusieurs expériences : (1) tâche de mouvement de flexion/extension de l'index anti-phase bimanuelle auto-initiée et imagerie mentale de cette tâche pendant les scans IRMf, (2) abduction de l'index anti-phase bimanuelle auto-initiée/ tâche de mouvement d'adduction et imagerie mentale de cette tâche lors des enregistrements simultanés EEG, EMG et de force ; (3) test fonctionnel simple de dextérité bimanuelle (à l'aide d'un test de panneau perforé), (4) évaluation de tous les symptômes moteurs et non moteurs de la MP, basée sur une évaluation neurologique, (5) fonction cognitive globale et plus particulièrement des aspects de la fonction exécutive à l'aide de tests psychologiques.

Hypothèse 3. Les PMB s'amélioreront après le premier et le deuxième cycle du cycle HIIT par rapport à la ligne de base dans le groupe PD-TR, et se maintiendront dans la période de suivi d'un an, en raison de l'amélioration de la disponibilité de l'AD striatal présynaptique et des FNP, L'amélioration des PMB ne sera pas présente dans le groupe PD-NTR, ou même les PMB seront aggravés dans le même intervalle de temps et surtout après 1 an à partir de la ligne de base.

Objectif 4. Évaluer : (i) l'effet de deux cycles HIIT sur le niveau de sécrétion de BDNF (facteur neurotrophique dérivé du cerveau), NGF (facteur de croissance nerveuse), IGF-1 (facteur de croissance analogue à l'insuline de type 1) dans le sang traité comme marqueurs de l'efficacité de la neuroplasticité et (ii) une influence du polymorphisme du BDNF sur la réactivité neuroplastique des patients atteints de MP au HIIT (exprimée par l'augmentation induite par l'exercice du niveau de DA présynaptique et l'amélioration des NPF' et des PMB).

Hypothèse 4. Le niveau de sécrétion du BDNF, du NGF et de l'IGF-1 augmentera après le premier et le deuxième cycle du cycle HIIT par rapport au niveau de référence dans le groupe PD-TR, et se maintiendra dans la période de suivi d'un an. Contrairement au groupe PD-TR, l'amélioration du niveau de sécrétion de BDNF, NGF et IGF-1 ne sera pas présente dans le groupe PD-NTR ou même leur niveau diminuera après 1 an de suivi. La réactivité neuroplastique des patients atteints de MP au HIIT sera influencée par le type de polymorphisme BDNF, avec une réactivité potentiellement pire pour le polymorphisme Val66Met du BDNF (ce polymorphisme provoque un changement de valine en méthionine en position 66 de la protéine proBDNF).

Objectif 5. Étudier les relations entre la disponibilité de l'AD présynaptique avec les NPF, les PMB et le niveau de BDNF d'un type de polymorphisme spécifique.

Hypothèse 5. Les enquêteurs émettent l'hypothèse que l'augmentation de la disponibilité de DA présynaptique liée au HIIT sera significativement positivement corrélée avec : (i) une amélioration des NPF et des PMB, et avec une augmentation du niveau de sécrétion de BDNF dans le sang, et (ii) négativement avec le BDNF Val66Met type de polymorphisme dans le groupe PD-TR. Contrairement à ce qui précède, il y aura un manque ou des corrélations moins significatives de la disponibilité du DA striatal présynaptique avec les NPF, les PMB et le niveau de BDNF dans le groupe PD-NTR.

II. Conception de la recherche et plan de travail

Ce projet est une étude contrôlée randomisée longitudinale de suivi d'un an avec 3 bras. Le processus de randomisation de type bloc entier est effectué par les enquêteurs de cette étude à l'aide d'enveloppes scellées numérotées séquentiellement. Des enveloppes opaques sont utilisées pour dissimuler l'allocation. Le projet recrute deux groupes de patients PD : PD-TR - les patients PD qui effectueront un cycle d'entraînement physique ; PD-NTR - patients PD non formés et un H-CO - groupe témoin sain qui n'effectuera pas les cycles HIIT. Tous les sujets PD (PD-TR et PD-NTR) seront examinés pendant leur "phase OFF" de médication aux moments suivants : Pré HIIT 1, 1 semaine, 1,5 mois et 3 mois après HIIT 1 ; puis de la même manière 1 semaine, 1,5 mois et 3 mois après HIIT 2. Le sujet de H-CO ne sera testé qu'une seule fois.

III. Méthodologie de recherche

III.1.1. Caractéristiques des sujets Les 40 personnes atteintes de MP (âgées de 45 à 65 ans) sont qualifiées pour l'étude après avoir été diagnostiquées comme ayant une MP idiopathique, sur la base d'une évaluation neurologique. Le diagnostic de la maladie de Parkinson repose sur les antécédents médicaux, les examens physiques et neurologiques et la réponse à la L-dopa. Les patients sont évalués cliniquement avec l'échelle UPDRS et l'échelle H&Y par un neurologue expérimenté en troubles du mouvement. Pour obtenir le groupe le plus homogène de patients avec un type de médicament unifié (important pour les mesures TEP), qui sera en mesure d'effectuer le cycle HIIT et de participer pleinement aux sessions de test, les chercheurs limitent le recrutement des patients à la MP légère (1-2 points sur l'échelle H&Y) avec prévalence de bradykinésie et absence ou tremblement moins accentué. Le groupe témoin en bonne santé comprendra des individus en bonne santé d'âge, de sexe, de taille et de masse corporelle appariés.

III.1.2. Recrutement des sujets Les sujets de DP sont recrutés dans les cliniques de neurologie de Varsovie, en Pologne. Le groupe témoin de personnes âgées en bonne santé est recruté sur la base : (i) d'une annonce publique et (ii) de contacts avec les universités du troisième âge et les clubs de personnes âgées de la ville de Varsovie.

III.2. Procédures d'entraînement Les patients du groupe PD-TR effectueront deux cycles HIIT de 12 semaines divisés par 3 mois de pause. Ce cycle HIIT consistera en trois séances d'entraînement d'une heure par semaine. Chaque séance d'entraînement d'une heure comprendra 10 minutes d'échauffement (à vitesse lente volontaire), 40 minutes d'exercices fractionnés et 10 minutes de phase de récupération. Dans chaque séance d'entraînement, la partie d'exercice d'intervalle consistera en 10 séries de 4 minutes d'intervalle comprenant 2 minutes de vélo à ≥ 60 [rpm], mais de préférence à 80-90 [rpm] (phase rapide d'intervalle) et 2 minutes de vélo à ≤ 60 [tr/min] (phase lente de l'intervalle). L'entraînement sera effectué sur un vélo ergomètre stationnaire (MONARK, Ergomedic 874E, Suède), qui permet de mesurer la cadence [rpm]) et la puissance [W]. La fréquence cardiaque (FC, [bpm]) sera mesurée par le système Polar (Polar, Finlande). Le superviseur de la formation ajustera la résistance pour chaque patient afin d'assurer le cyclisme à la fréquence cardiaque cible (THR) de chaque patient et à une vitesse appropriée. Toutes les séances d'entraînement seront effectuées pendant la phase de médication des patients (effet bénéfique des médicaments anti-parkinsoniens). Les patients pédaleront sur le cycloergomètre à 60 %-80 % de leur FCmax individualisée et seront encouragés à pédaler plus vite (80-90 tr/min, soit 30 % plus vite que leur vitesse volontaire préférée) pendant la phase rapide de l'entraînement par intervalles. Chaque patient augmentera sa fréquence cardiaque cible toutes les 2 semaines de 5 %, de 60 % à 80 %, dans l'ordre suivant : 60 % de la FCmax pendant les deux premières semaines, 65 % pendant la 3-4 semaine, 70 % pendant 5-6 semaines, 75% pendant 7-9 semaines et 80% pendant 10-12 semaines de période d'entraînement. Au cours de chaque partie de ces 36 séances d'entraînement (échauffement ; phase rapide et lente de la partie d'entraînement par intervalles ; ralentissement), pour chaque sujet, les enquêteurs mesureront : (i) les valeurs du % de FCmax, (ii) la cadence et puissance, et (iii) la perception des patients de l'intensité de l'exercice en utilisant le Borg Rating of Perceived Exertion (RPE) (Borg, 1982). Pour améliorer l'engagement cognitif chez les patients parkinsoniens exercés, les données de cadence (vitesse de pédalage) seront présentées sur l'écran de chaque patient à l'aide d'un système de rétroaction personnalisé. Le patient verra deux barres verticales, sur lesquelles la première sera le niveau de vitesse cible défini (approprié pour la phase lente ou rapide de l'intervalle) et la seconde sera la vitesse réelle générée par l'exercice du patient. De plus, les patients PD seront avertis avec un métronome et des commentaires verbaux de l'instructeur pour pédaler avec un rythme approprié qui sera ajusté à la vitesse définie.

IV. analyses statistiques

Les enquêteurs effectueront d'abord une comparaison entre les groupes pour toutes les caractéristiques démographiques et cliniques afin de vérifier les différences de base (test t de Student ou tests U de Mann-Whitney pour les données distribuées normalement et non normalement ou test exact de Fisher pour les données de contingence). L'ANOVA à mesures répétées sera utilisée pour effectuer une comparaison entre les groupes des changements dans les points de test. Les effets principaux significatifs seront ensuite soumis à une comparaison post-hoc par paires principalement entre PD-TR et PD-NTR, et PD-TR et H-CO. Une analyse de corrélation (coefficient de corrélation de Pearson ou Spearman) sera effectuée entre les données TEP (montrant la disponibilité de l'AD) et les résultats de l'IRMf, de l'EEG, de l'EMG (décrivant les NPF), des PMB et des marqueurs de neuroplasticité. Pour toutes les analyses, un niveau de signification sera fixé à α = 0,05 avec des ajustements de Bonferroni pour les comparaisons multiples si nécessaire.