Esercizio e apprendimento e memoria nella sclerosi multipla

Lo studio proposto prevede uno studio controllato randomizzato (RCT) di fase I in singolo cieco sugli effetti dell'allenamento supervisionato con esercizi di camminata su tapis roulant su apprendimento e memoria, struttura/funzione dell'ippocampo e risultati di fitness cardiorespiratorio in condizioni di deambulazione completa (ovvero, EDSS ≤ 4,0 ) persone con sclerosi multipla (SM) che hanno problemi nell'apprendere nuove informazioni. Questo studio confronterà gli effetti di 3 mesi di esercizio di camminata cronica su tapis roulant progressivo (sia di intensità che di durata) supervisionato (progettato sulla base di un lavoro pilota [Sandroff et al., 2015; 2016a; 2016b] e dell'American College of Sports Medicine (ACSM) linee guida) con quelle di una condizione di controllo attivo (ad es. attività di stretching e tonificazione) su apprendimento e memoria, volume dell'ippocampo e connettività funzionale a riposo e fitness cardiorespiratorio. L'apprendimento e la memoria rappresentano l'esito primario, mentre il volume dell'ippocampo e la connettività funzionale allo stato di riposo e l'idoneità cardiorespiratoria rappresentano gli esiti secondari. Tale indagine fornirà la prima prova di classe I per gli effetti dell'allenamento con esercizi di camminata su tapis roulant su questi risultati nella SM.

Durante la linea di base, i partecipanti completeranno prima una batteria di test neuropsicologici, seguiti da un test di esercizio incrementale fino all'esaurimento su un tapis roulant motorizzato per misurare l'idoneità cardiorespiratoria e saranno sottoposti a una scansione MRI. Tali risultati saranno misurati da valutatori che sono ciechi alla condizione. I partecipanti effettueranno diversi test neuropsicologici che affrontano vari aspetti dell'apprendimento e della memoria. Questi test includono il California Verbal Learning Test-2 [Delis et al., 2000] e il Selective Reminding Task [Buschke & Fuld, 1974] come misure dell'apprendimento verbale e della memoria, e il Brief Visuospatial Memory Test-Revised [Benedict, 1997] e 10/36 Spatial Recall Test [Rao et al., 1984] come misure dell'apprendimento visuospaziale e della memoria. La velocità di elaborazione cognitiva sarà misurata usando il Symbol Digit Modalities Test [Smith, 1982], la fluidità verbale sarà misurata usando il Controlled Oral Word Association Test [Benton, 1994], e il controllo esecutivo (cioè il controllo inibitorio) sarà misurato usando un compito di flanker modificato [Eriksen & Eriksen, 1974]. L'idoneità cardiorespiratoria sarà misurata come picco di consumo di ossigeno (VO2peak), utilizzando un test da sforzo incrementale fino all'esaurimento su un tapis roulant motorizzato e un sistema di spirometria a circuito aperto (ParvoMedics True One 2400, Sandy, UT) per l'analisi dei gas espirati utilizzando un sistema modificato Protocollo Balke. Questo protocollo è comunemente utilizzato per misurare l'idoneità cardiorespiratoria negli anziani [ad es. Colcombe et al., 2004] e persone con ictus cronico [ad esempio, Macko et al., 1997] e inoltre è coerente con le linee guida ACSM per il test da sforzo dei pazienti con SM [ACSM, 2013]. Infine, i partecipanti saranno sottoposti a immagini di risonanza magnetica della connettività funzionale strutturale e allo stato di riposo dell'ippocampo. Lo strumento RM che verrà utilizzato è un imaging clinico Siemens 3 T approvato dalla FDA. Dopo il test di base, i partecipanti verranno assegnati in modo casuale all'esercizio fisico o alla condizione di controllo attivo utilizzando l'occultamento. I partecipanti saranno inoltre accecati dalla condizione (ovvero, ignari del fatto che la condizione di allenamento per l'esercizio di camminata su tapis roulant rappresenta la condizione sperimentale e la condizione di stretching e tonificazione rappresenta la condizione di controllo attivo).

L'allenamento fisico includerà 3 mesi di esercizio di camminata su tapis roulant supervisionato, progressivo di intensità leggera, moderata e vigorosa e si baserà sulle linee guida ACSM per la prescrizione degli esercizi [ACSM, 2013]. Abbiamo selezionato l'esercizio di camminata su tapis roulant come modalità di esercizio aerobico sulla base di un lavoro pilota che suggerisce che la camminata su tapis roulant potrebbe esercitare maggiori effetti benefici sulla cognizione rispetto al ciclismo stazionario [Sandroff et al., 2015] e che tali benefici si verificano per leggeri, moderati e esercizio di camminata su tapis roulant di intensità vigorosa [Sandroff et al., 2016]. L'esercizio fisico si svolgerà 3 volte a settimana per 3 mesi, guidato da istruttori addestrati, e consisterà inizialmente in 15 minuti di esercizio di camminata su tapis roulant di intensità da leggera a moderata e alla fine progredirà fino a 40 minuti di esercizio di intensità vigorosa al mese 3. Le attività di stretching e tonificazione saranno incluse come esercizio minimo, condizione di controllo attivo. La condizione di controllo verrà erogata utilizzando la stessa frequenza e durata della condizione di esercizio di camminata su tapis roulant. Le attività di stretching e tonificazione si baseranno su un manuale fornito dalla National Multiple Sclerosis Society e le attività di stretching e tonificazione saranno progressivamente incluse nel corso del periodo di studio di 3 mesi. Ai partecipanti verrà inoltre chiesto di non intraprendere ulteriori esercizi (ad esempio, non iscriversi a una palestra e iniziare a fare esercizio) per tutta la durata dello studio. I risultati cognitivi, cardiorespiratori e della risonanza magnetica saranno valutati nuovamente dopo il periodo di studio di 3 mesi da valutatori che sono ciechi rispetto alla condizione.

I dati saranno analizzati utilizzando l'ANOVA a fattori misti con il tempo (pre- e post-) come fattore all'interno dei soggetti e condizione (esercizio o controllo) come fattore tra soggetti sull'apprendimento e la memoria, i risultati di fitness ippocampale e cardiorespiratorio ( vedere Obiettivi/Ipotesi specifici 1 e 2 nelle sezioni Obiettivi primari dello studio e Ipotesi dello studio). Le dimensioni dell'effetto saranno espresse come eta-quadrato parziale (ηp2) e d di Cohen [Cohen, 1988]. Le correlazioni rho rank-order di Spearman (ρ) saranno eseguite per le associazioni tra i cambiamenti nel fitness cardiorespiratorio, nella struttura/funzione dell'ippocampo e nell'apprendimento e nella memoria per coloro che sono stati sottoposti alla condizione di allenamento dell'esercizio di camminata su tapis roulant (Vedi Obiettivi specifici/Ipotesi 3 e 4 in le sezioni Obiettivi di studio secondari e Ipotesi di studio). Le dimensioni degli effetti dai termini di interazione degli ANOVA e delle correlazioni serviranno come dimensioni degli effetti per le successive analisi di potenza richieste per un successivo RCT di Fase II.