A motoros szabályozási mechanizmusok fizikai edzés által kiváltott plaszticitása Parkinson-kórban szenvedő betegeknél

I. A kutatási projekt célkitűzései

1. cél. A 8 hetes HIIT ciklus neurofiziológiai funkciókra (NPF) gyakorolt ​​hatásának jellemzése: (i) motoros kérgi struktúrák (amelyek kritikusan függenek a preszinaptikus DA elérhetőségétől), EEG segítségével és (ii) motoros feladatot végző vázizmok , felületi EMG segítségével. A központi idegrendszer alábbi neurofiziológiai funkcióit teszteljük a DA rendelkezésre állástól függő önállóan kezdeményezett bimanuális motoros feladatok végrehajtása során: (i) a kérgi struktúrák aktiválási szintje, és (ii) az idegi struktúrák közötti funkcionális kapcsolódás erőssége. A vázizmok NPF-ei esetében a kutatók a motoros egységek aktiválásának stratégiáját fogják tanulmányozni. Ezenkívül, mivel a vizsgálók egyidejűleg rögzítik az EEG-t és az EMG-t, a kutatók felmérik a cortico-muscularis kapcsolódás erősségét.

Hipotézis 1. Az NPF-ek a 8 hetes HIIT ciklus után javulni fognak a PD-TR csoport kiindulási értékéhez képest, és a HIIT után egy hónapig fennmaradnak. Nevezetesen a kutatók azt feltételezik, hogy a központi idegrendszeri aktivitásban a motor a következők lesznek: (1) elsődleges motoros kéreg (M1), kiegészítő motoros terület (SMA); (2) a laterális premotoros kéreg (PMC) és a kisagy aktivációjának csökkenése; a funkcionális kapcsolódás egyidejű (3) növekedésével: dorsolaterális prefrontális kéreg (DLPFC) M1-gyel, PMC-vel, SMA-val és kisagykal; (4) az M1, a PMC, az SMA, a kisagy és a parietális kéreg közötti funkcionális kapcsolódás csökkenése. A vázizomzat működése szempontjából ez a motoros egységek toborzási stratégiájának javulását jelenti. Az agykéreg és a motoros feladatokat ellátó vázizmok elektromos aktivitásának egyidejű rögzítésének adatait figyelembe véve a kutatók a corticomuscularis kapcsolódás erősödését feltételezik. A PD-NTR csoportban az NPF-ek nem javulnak, sőt rosszabbodnak ugyanabban az időintervallumban.

2. Cél. A 8 hetes HIIT ciklus pszichomotoros viselkedésre (PMB) gyakorolt ​​hatásának jellemzése, amely kritikusan függ a DA elérhetőségétől és az agy NPF-eitől. Számos kísérlet során a következő PMB-ket tesztelik: (1) önindítózott bimanuális antifázisú mozgásfeladatok az egyidejű EEG, EMG és erőfelvételek során (2) az összes motoros és nem motoros PD tünet értékelése, neurológiai értékelés alapján, (3) ) általános kognitív funkciója és konkrétan a végrehajtó funkció szempontjai pszichológiai tesztek segítségével.

2. hipotézis. A PMB-k a 8 hetes HIIT-ciklus után javulni fognak az alapvonalhoz képest a PD-TR csoportban, és a HIIT után egy hónapig fennmaradnak, a preszinaptikus striatális DA elérhetősége és az NPF-ek javulása következtében. jelen van a PD-NTR csoportban, vagy akár a PMB-k is rosszabbodnak ugyanabban az időintervallumban.

3. Cél: Értékelni: (i) a 8 hetes HIIT ciklus hatását a BDNF, NGF, IGF-1 szekréció szintjére a neuroplaszticitás hatékonyságának markereként kezelt vérben (a preszinaptikus DA szint edzés által kiváltott növekedésében és javulásban kifejezve) NPF' és PMB-k).

3. hipotézis. A BDNF, NGF és IGF-1 szekréciós szintje a HIIT ciklus első és második rohama után megnő a kiindulási értékhez képest a PD-TR csoportban, és egy hónapig fennmarad a HIIT után. A PD-TR csoporttal ellentétben a BDNF, NGF és IGF-1 szekréciós szint javulása a PD-NTR csoportban nem, vagy akár csökkenni fog.

II. Indoklás a javasolt projekt konkrét tudományos problémáinak kezeléséhez.

II.1. EEG és EMG alkalmazás agykérgi struktúrák és vázizmok NPF-einek értékelésére II.1.1. Az idegkérgi struktúrák aktiválási szintjét EEG átlagolással és forrásanalízissel (kérgi neuronáramkörök) értékelik.

II.1.2. Az idegkérgi struktúrák közötti funkcionális kapcsolódás erősségét EEG-EEG koherenciaanalízissel értékeljük:

II.1.3. A motoros feladat során érintett vázizomzat motoros egységek aktiválási stratégiáját felületi EMG standard elemzéssel és SSA-val teszteljük.

II.1.4. A funkcionális cortico-muszkuláris csatolás erősségét az EEG és az EMG jelek közötti koherencia elemzésével értékeljük:

II.2. A PMB-ket a motoros és kognitív feladatok teljesítménye, valamint a neurológiai és pszichológiai tesztek/skálák alapján értékelik:

II.2.1. Egyidejű EEG-, EMG- és erőfelvételek során értékelik az önindítványozott bimanuális antifázisú mutatóujjmozgásokat és a bimanuális ügyességi feladatokat az erőfejlődés elemzése alapján.

II.2.2. A motoros és nem motoros PD tünetek értékelése neurológiai értékelésen alapul, a teljes egységes Parkinson-kór értékelési skála (UPDRS) és a Hoehn és Yahr skála (H&Y) felhasználásával. A II.2.1. pontban leírt bimanuális kézügyességi függvény közötti korreláció becslése céljából a vizsgálók az UPDRS-ből választják ki a manuális és a bimanuális funkciókra szánt pontszámokat. Nevezetesen, a vizsgálók az UPDRS 23-25. pontjai (ujjütögések, nyitó és csukó kezek, pronáció-szupinációs kézmozgás) alapján elemzik az érintett/inkább érintett felső végtag parkinson bradykinesia pontszámait. A vizsgálók a következőket is elemzik: (i) a mindennapi életben végzett kézi funkciók teljesítménye az UPDRS 8-11. pontjai alapján (kézírás, élelmiszer-vágás és edénykezelés, öltözködés, higiénia). Ezenkívül a kutatók felmérik az életminőséget a Schwab and England Daily Living Activity Scale (S&E DLA) segítségével (Fahn és Elton, 1987).

II.2.3. A végrehajtó funkciók pszichológiai értékelése két teszt segítségével: a Trail Making Test (TMT) és a Stroop Test (ST). Mind a TMT, mind az ST tesztben a teszt befejezéséhez szükséges időt használják teljesítménymérőként, a rövidebb időt pedig jobb teljesítményként. A demenciában szenvedő betegek kizárására a vizsgálók Mini Mental State Examination tesztet (MMSE) is alkalmaznak (Folstein et al., 1975).

II.3. Neurotróf faktorok szekréciója a vérben Az enzim-linked immunoszorbens assay (ELISA technika) alkalmazásával a vizsgálók felmérik a szérum BDNF, NGF, IGF-1 szekrécióját a vérben, amelyek felelősek a neurogenezisért, szinaptogenezisért, angiogenezisért.

III. Munkaterv A projekt megvalósítása 24 hónapra tervezett. A projekt két PD betegcsoportot von be: PD-TR - a PD betegek, akik fizikai edzési ciklust végeznek; PD-NTR - nem képzett PD betegek és egy H-CO - egészséges kontrollcsoport, amely nem hajtja végre a HIIT ciklusokat.

A projekt alapszintű teszteléssel (PRE-HIT) indul mindkét PD csoportban. Ezután a PD-TR csoport végrehajtja a 8 hetes HIIT ciklust, és a PD-NTR csoport nem hajtja végre a HIIT ciklust ebben az időszakban. Ezután 1 héttel és egy hónappal a HIIT-ciklus leállása után a vizsgálók tesztelést végeznek a PD-TR és PD-NTR csoportban. Az egészséges kontrollcsoportot csak egy időpontban tesztelik, amikor a labortér nem lesz elfoglalva a PD betegek vizsgálatával.

IV. Kutatásmódszertan

IV.1. Kutatási terv Ez a projekt egy longitudinális, randomizált (átlátszatlan borítékok véletlenszerű besorolása) kontrollált vizsgálat lesz 3 karral. A nyomozók 40 PD személyt vesznek fel, akiket véletlenszerűen két egyenlő csoportba osztanak: PD-TR (N=20) és PD-NTR (N=20). A kutatók összehasonlítják e két csoport eredményeit, hogy feltárják a HIIT ciklusok longitudinális hatását a mérési eredményekre. Ezenkívül a vizsgálók egy egészséges kontrollcsoportot (H-CO; N=20) vesznek fel, amelyet csak egyszer tesztelnek, és amely „egészséges állapot” feltételt jelent a mindkét PD-betegcsoporttal való összehasonlításhoz. A PD-NTR és a H-CO összehasonlítása megmutatja nekünk a PD-betegek patológiás elváltozásainak mechanizmusait, a PD-TR és a H-CO összehasonlítása pedig lehetőséget ad arra, hogy feltárjuk a HIIT által kiváltott mechanizmusok (helyreállítás vagy kompenzáció) jellegét. változások a PD betegekben.

A 40 PD személyt azután minősítjük vizsgálatunkhoz, miután neurológiai értékelés alapján idiopátiás PD-ben szenvednek. A Parkinson-kór diagnózisa a kórtörténeten, a fizikális és neurológiai vizsgálatokon, valamint az L-dopa-ra adott válaszon alapul. IV.2.2. Alanyok toborzása. A PD alanyokat a Wroclawi Orvostudományi Egyetem (WMU) Neurology Clinicáról toborozzák, ahol a projektünkben a neurológiai PD betegek értékelését végző személy (Budrewicz Slawomir, M.D, Ph.D.) mozgászavar-neurológusként dolgozik. és ott konzultáljon PD betegekkel. Figyelembe véve a WMU képességeit és vezető pozícióját, a kutatók biztosak abban, hogy a kutatók képesek 40 PD-beteget toborozni és minősíteni. Az egészséges idősek kontrollcsoportját a következők alapján fogják felvenni: (i) nyilvános hirdetés és (ii) a Harmadik Kor Egyetemeivel és a Varsó város körüli idősek klubjaival való kapcsolattartás.

IV.2. Képzési eljárások A PD-TR csoportba tartozó betegek 8 hetes HIIT ciklust végeznek. A 8 hetes HIIT program három heti 1 órás edzésből áll (mindegyik 10 perces bemelegítésből, 40 perces nagy intenzitású intervallum edzésből és egy 10 perces lehűlési fázisból áll, lassú, önkéntes sebességgel. ) álló ciklusergométeren (MONARK, Ergomedic 874E, Svédország) végezték, amely méri a ritmust (percenkénti fordulatszám; [rpm]) és a teljesítményt [W]. Minden edzés során az intervallumgyakorlat 8 sorozatból áll, 5 perces intervallumokból, beleértve 3 perc kerékpározást ≥ 60 [rpm], de lehetőleg 80-90 [rpm] sebességgel (az intervallum gyors fázisa) és 2 perc kerékpározást. ≤ 60 [rpm] (az intervallum lassú fázisa). A PD-TR csoportba tartozó betegeket egy metronóm ritmikusan irányítja, és egy oktató verbálisan arra biztatja, hogy a gyors és lassú fázisnak megfelelő sebességgel pedálozzanak. A ritmusértékek minden egyes alany számára valós időben jelennek meg egy képernyőn visszacsatolásként a fordulatszám szabályozásához a különböző intervallumfázisok során. A Polar rendszerrel (Polar, Finnország) mért pulzusszámot (HR; percenkénti ütésszám [bpm]), a ritmust [rpm] és a teljesítményt [W] minden edzés során figyeljük és gyűjtjük. Az edzésfelügyelő minden egyes páciensnél beállítja az ellenállást, hogy biztosítsa a kerékpározást az egyes páciensek célpulzusával (THR) és megfelelő sebességgel. A PD betegek az egyéni HRmax (maximális szívfrekvencia) 60–75%-ával ciklusoznak. A PD betegeket arra ösztönzik, hogy gyorsabban biciklizzenek (80-90 ford./perc vagy 30%-kal gyorsabban, mint az önként vállalt pedálozás sebessége) az intervallum gyors szakaszában, és 2 hetente növeljék THR-jét 5%-kal (a HRmax 60%-a a periódus alatt). 1-2 hetes, 65% 3-4 hetes, 70% 5-6 hetes és 75% 7-8 hetes edzésidőszak alatt). Ezenkívül a betegeknek az edzés intenzitásával kapcsolatos észlelését (az intervallum gyors és lassú szakaszára vonatkozóan) a Borg Rating of Perceived Exertion (RPE) segítségével értékelik (Borg, 1982).

IV.3. Mérési eljárások Minden PD alanyt megvizsgálnak a gyógyszeres kezelési fázison kívül, azaz a Parkinson-kór elleni gyógyszerek egy éjszakán át tartó 12 órás megvonása után (24 óra elnyújtott felszabadulású gyógyszerek esetén). Az egyes módszerek vizsgálati szakaszai a következők: 1. nap – (i) vérmintavétel; (ii) pszichológiai, neurológiai és funkcionális vizsgálatok -> 2. nap - (i) EEG + EMG + erő.

IV.4. Statisztikai elemzés A vizsgálók először a csoportok közötti összehasonlítást végzik el az összes demográfiai és klinikai jellemző tekintetében, hogy ellenőrizzék az alapvonalbeli különbségeket. Ez a kétirányú Student-féle t-teszt vagy a Mann-Whitney U-teszt használatával történik normál és nem normális eloszlású adatokhoz, vagy Fisher-féle egzakt teszttel a kontingenciaadatokhoz. Ismételt mérési varianciaanalízist használnak a vizsgálati pontok változásainak csoportok közötti összehasonlítására. A jelentős fő hatásokat ezután utólagos páronkénti összehasonlításnak vetik alá, elsősorban a PD-TR és a PD-NTR, valamint a PD-TR és a H-CO között. Korrelációs elemzést (Pearson vagy Spearman korrelációs együttható) végeznek az EEG, az EMG (az NPF-eket leíró), a PMB-k és a neuroplaszticitás markerek eredményei között. Minden elemzésnél a szignifikanciaszintet α=0,05-re állítják be Bonferroni-korrekciókkal a többszöri összehasonlításhoz, ha szükséges.