L'allenamento fisico ha indotto la plasticità dei meccanismi di controllo motorio nei pazienti con malattia di Parkinson

I. Obiettivi del progetto di ricerca

Obiettivo 1. Per caratterizzare un'influenza del ciclo HIIT di 8 settimane sulle funzioni neurofisiologiche (NPF) di: (i) strutture corticali motorie, (che dipendono in modo critico dalla disponibilità DA presinaptica), utilizzando l'EEG, e (ii) muscoli scheletrici impegnati in compiti motori , utilizzando l'EMG di superficie. Le seguenti funzioni neurofisiologiche del SNC saranno testate durante l'esecuzione dei compiti motori bimanuali autoiniziati dipendenti dalla disponibilità DA: (i) un livello di attivazione delle strutture corticali, e (ii) la forza dell'accoppiamento funzionale tra le strutture neurali. Per i muscoli scheletrici NPF, i ricercatori studieranno una strategia di attivazione delle unità motorie. Inoltre, poiché gli investigatori registreranno simultaneamente EEG ed EMG, gli investigatori valuteranno la forza dell'accoppiamento cortico-muscolare.

Ipotesi 1. L'NPF migliorerà dopo il ciclo HIIT di 8 settimane rispetto al basale nel gruppo PD-TR e si manterrà un mese dopo l'HIIT. Vale a dire, i ricercatori ipotizzano che per il motore nell'attività del SNC, sarà: (1) corteccia motoria primaria (M1), area motoria supplementare (SMA); (2) diminuzione dell'attivazione della corteccia premotoria laterale (PMC) e del cervelletto; con (3) aumento simultaneo dell'accoppiamento funzionale di: corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC) con M1, PMC, SMA e cervelletto; (4) diminuzione dell'accoppiamento funzionale tra M1, PMC, SMA, cervelletto e corteccia parietale. Per la funzione muscolo scheletrica sarà un miglioramento della strategia di reclutamento delle unità motorie. Prendendo in considerazione i dati della registrazione simultanea dell'attività elettrica della corteccia cerebrale e dei muscoli scheletrici impegnati in attività motorie, i ricercatori ipotizzano il rafforzamento dell'accoppiamento corticomuscolare. Nel gruppo PD-NTR i NPF non miglioreranno o addirittura peggioreranno nello stesso intervallo di tempo.

Obiettivo 2. Caratterizzare l'influenza del ciclo HIIT di 8 settimane sui comportamenti psicomotori (PMB), criticamente dipendenti dalla disponibilità di DA e dagli NPF del cervello. I seguenti PMB saranno testati durante diversi esperimenti: (1) compiti di movimento anti-fase bimanuali autoiniziati durante le registrazioni simultanee di EEG, EMG e forza (2) valutazione di tutti i sintomi di PD motori e non motori, basati sulla valutazione neurologica, (3 ) funzione cognitiva complessiva e in particolare aspetti della funzione esecutiva utilizzando test psicologici.

Ipotesi 2. I PMB miglioreranno dopo il ciclo HIIT di 8 settimane rispetto al basale nel gruppo PD-TR e sosterranno un mese dopo l'HIIT, come conseguenza dei miglioramenti della disponibilità di DA striatale presinaptico e NPF, Il miglioramento dei PMB non essere presente nel gruppo PD-NTR, o anche i PMB saranno peggiorati nello stesso intervallo di tempo.

Obiettivo 3. Valutare: (i) l'effetto del ciclo HIIT di 8 settimane sul livello di secrezione di BDNF, NGF, IGF-1 nel sangue trattato come marcatori dell'efficienza della neuroplasticità (espressa nell'aumento indotto dall'esercizio del livello di DA presinaptico e nel miglioramento di NPF' e PMB).

Ipotesi 3. Il livello di secrezione di BDNF, NGF e IGF-1 aumenterà dopo il primo e il secondo periodo del ciclo HIIT rispetto al basale nel gruppo PD-TR e si manterrà per un mese dopo l'HIIT. Contrariamente al gruppo PD-TR, il miglioramento del livello di secrezione di BDNF, NGF e IGF-1 non sarà presente nel gruppo PD-NTR o addirittura il loro livello diminuirà.

II. Giustificazione per affrontare problemi scientifici specifici da parte del progetto proposto.

II.1. Applicazione EEG ed EMG per valutare i NPF delle strutture corticali cerebrali e dei muscoli scheletrici II.1.1. Il livello di attivazione delle strutture neurali corticali sarà valutato mediante media EEG e analisi della sorgente (circuiti di neuroni corticali).

II.1.2. La forza dell'accoppiamento funzionale tra le strutture corticali neurali sarà valutata con l'analisi di coerenza EEG-EEG:

II.1.3. La strategia di attivazione delle unità motorie del muscolo scheletrico impegnato durante il compito motorio sarà testata con analisi standard EMG di superficie e SSA.

II.1.4. La forza dell'accoppiamento funzionale cortico-muscolare sarà valutata con l'analisi della coerenza tra segnali EEG ed EMG:

II.2. I PMB saranno valutati sulla base delle prestazioni dei compiti motori e cognitivi e dei test/scale neurologici e psicologici:

II.2.1. I movimenti del dito indice anti-fase bimanuali autoiniziati e le attività di destrezza bimanuale saranno valutate durante le registrazioni simultanee di EEG, EMG e forza sulla base dell'analisi dello sviluppo della forza, rispettivamente.

II.2.2. Valutazione dei sintomi di PD motori e non motori, basata sulla valutazione neurologica utilizzando l'intera Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) e la scala Hoehn e Yahr (H&Y). Inoltre, ai fini della stima della correlazione tra la funzione di destrezza bimanuale descritta nei punti II.2.1, i ricercatori sceglieranno dall'UPDRS i punteggi dedicati alla funzione manuale e bimanuale. Vale a dire, gli investigatori analizzeranno i punteggi della bradicinesia parkinsoniana dell'estremità superiore colpita / più colpita sulla base degli elementi 23-25 ​​dell'UPDRS (tocchi delle dita, apertura e chiusura delle mani, movimento delle mani in pronazione-supinazione; rispettivamente). Gli investigatori analizzeranno anche: (i) un'esecuzione delle funzioni manuali della vita quotidiana basate sugli elementi 8-11 dell'UPDRS (scrittura a mano, taglio del cibo e manipolazione degli utensili, vestirsi, igiene; rispettivamente). Inoltre, i ricercatori valuteranno la qualità della vita utilizzando Schwab e l'Inghilterra Daily Living Activity Scale (S&E DLA) (Fahn ed Elton, 1987).

II.2.3. Valutazione psicologica della funzione esecutiva mediante due test: il Trail Making Test (TMT) e lo Stroop Test (ST). In entrambi i test TMT e ST il tempo impiegato per completare il test viene utilizzato come misura delle prestazioni con tempi più brevi come prestazioni migliori. Inoltre, per escludere i pazienti con demenza, i ricercatori applicheranno il test Mini Mental State Examination (MMSE) (Folstein et al., 1975).

II.3. Secrezione di fattori neurotrofici nel sangue Utilizzando il test dell'immunosorbente legato all'enzima (tecnica ELISA), i ricercatori valuteranno la secrezione di BDNF, NGF, IGF-1 nel sangue, che sono responsabili della neurogenesi, sinaptogenesi, angiogenesi.

III. Piano di lavoro La realizzazione del progetto è prevista in 24 mesi. Il progetto prevede l'arruolamento di due gruppi di pazienti PD: PD-TR - i pazienti PD che eseguiranno il ciclo di allenamento fisico; PD-NTR - pazienti PD non allenati e un H-CO - gruppo di controllo sano che non eseguirà i cicli HIIT.

Il progetto inizierà con la sessione di test di base (PRE-HIT) in entrambi i gruppi PD. Quindi il gruppo PD-TR eseguirà il ciclo HIIT di 8 settimane e il gruppo PD-NTR non eseguirà il ciclo HIIT in questo periodo di tempo. Quindi, 1 settimana e un mese dopo la cessazione del ciclo HIIT, gli investigatori eseguiranno sessioni di test nel gruppo PD-TR e PD-NTR. Il gruppo di controllo sano verrà testato solo in un momento, quando lo spazio del laboratorio non sarà occupato dai test dei pazienti PD.

IV. Metodologia di ricerca

IV.1. Disegno della ricerca Questo progetto sarà uno studio controllato longitudinale, randomizzato (randomizzazione con buste opache) a 3 bracci. Gli investigatori recluteranno 40 individui PD, che verranno assegnati in modo casuale in due gruppi uguali: PD-TR (N = 20) e PD-NTR (N = 20). I ricercatori confronteranno i risultati di questi due gruppi per esplorare un effetto longitudinale dei cicli HIIT sui risultati della misurazione. Inoltre, gli investigatori recluteranno un gruppo di controllo sano (H-CO; N=20) che verrà testato una sola volta e costituirà una condizione di "stato di salute" per il confronto con entrambi i gruppi di pazienti con PD. Il confronto di PD-NTR con H-CO ci mostrerà i meccanismi dei cambiamenti patologici nei pazienti PD e il confronto di PD-TR con H-CO ci darà l'opportunità di esplorare il carattere dei meccanismi (ripristino o compensazione) dell'HIIT indotto cambiamenti nei pazienti con PD.

I 40 individui con PD saranno qualificati per il nostro studio dopo che gli è stata diagnosticata una PD idiopatica, basata sulla valutazione neurologica. La diagnosi della malattia di Parkinson si baserà sull'anamnesi, sugli esami fisici e neurologici e sulla risposta alla L-dopa. IV.2.2. Reclutamento soggetti. I soggetti con PD saranno reclutati dalla Neurology Clinic, Wroclaw Medical University (WMU) a Wroclaw, Polonia, dove la persona che esegue la valutazione neurologica dei pazienti con PD nel nostro progetto (Budrewicz Slawomir, M.D, Ph.D.) è impiegata come neurologo dei disturbi del movimento e consultare i pazienti PD lì. Tenendo conto delle capacità e della posizione di vertice della WMU, gli investigatori sono sicuri che gli investigatori siano in grado di reclutare e infine qualificare 40 pazienti PD. Il gruppo di controllo di soggetti anziani sani sarà reclutato sulla base di: (i) pubblicità pubblica e (ii) contatti con le Università della Terza Età e i Club per anziani della città di Varsavia.

IV.2. Procedure di allenamento I pazienti del gruppo PD-TR eseguiranno un ciclo HIIT di 8 settimane. Il programma HIIT di 8 settimane consisterà in tre sessioni di allenamento settimanali di 1 ora (ciascuna composta da 10 minuti di riscaldamento, 40 minuti di esercizio a intervalli ad alta intensità e una fase di defaticamento di 10 minuti a bassa velocità volontaria) ) eseguita su un cicloergometro fisso (MONARK, Ergomedic 874E, Sweden) che misurerà la cadenza (giri al minuto; [rpm]) e la potenza [W]. Durante ogni sessione di allenamento, l'esercizio a intervalli consisterà in 8 serie di intervalli di 5 minuti, inclusi 3 minuti di pedalata a ≥ 60 [rpm] ma preferibilmente a 80-90 [rpm] (fase veloce dell'intervallo) e 2 min di pedalata a ≤ 60 [rpm] (fase lenta dell'intervallo). I pazienti nel gruppo PD-TR saranno ritmicamente sollecitati da un metronomo e verbalmente incoraggiati da un istruttore a pedalare con la velocità impostata appropriata per le fasi veloce e lenta. I valori di cadenza saranno presentati a ciascun soggetto in tempo reale su uno schermo come feedback per controllare i giri durante le diverse fasi di intervallo. La frequenza cardiaca (FC; battiti al minuto [bpm]) misurata utilizzando un sistema Polar (Polar, Finlandia), la cadenza [rpm] e la potenza [W] verranno monitorate e raccolte durante ogni sessione di allenamento. Il supervisore dell'allenamento regolerà la resistenza per ciascun paziente per garantire il ciclismo alla frequenza cardiaca target (THR) di ciascun paziente e con una velocità appropriata. I pazienti con PD andranno in bicicletta al 60% -75% della loro FCmax (frequenza cardiaca massima) individualizzata. I pazienti con PD saranno incoraggiati a pedalare più velocemente (80-90 rpm o 30% più veloce della loro frequenza di pedalata volontaria) durante la fase veloce dell'intervallo e ad aumentare la loro THR ogni 2 settimane del 5% (60% della FCmax durante 1-2 settimane, 65% durante 3-4 settimane, 70% durante 5-6 settimane e 75% durante 7-8 settimane del periodo di allenamento). Inoltre, la percezione dei pazienti dell'intensità dell'esercizio (per le fasi veloce e lenta dell'intervallo) sarà valutata utilizzando il Borg Rating of Perceived Exertion (RPE) (Borg, 1982).

IV.3. Procedure di misurazione Tutti i soggetti con PD saranno esaminati durante la loro fase off-farmaci, cioè dopo un'interruzione notturna di 12 ore di farmaci anti-parkinsoniani (24 ore per farmaci a rilascio prolungato). La sequenza delle sessioni di test per metodi specifici è la seguente: 1° giorno - (i) prelievo di sangue; (ii) test psicologici, neurologici e funzionali -> 2° giorno - (i) EEG + EMG + forza.

IV.4. Analisi statistica Gli investigatori eseguiranno prima un confronto tra i gruppi per tutti i dati demografici e le caratteristiche cliniche per verificare le differenze di base. Questo verrà fatto utilizzando il test t di Student a due code o il test U di Mann-Whitney per dati distribuiti normalmente e non o il test esatto di Fisher per dati di contingenza. L'analisi della varianza a misure ripetute verrà utilizzata per eseguire un confronto tra i gruppi dei cambiamenti nei punti di test. Gli effetti principali significativi saranno quindi sottoposti a un confronto a coppie post-hoc principalmente tra PD-TR e PD-NTR e PD-TR e H-CO. L'analisi di correlazione (coefficiente di correlazione di Pearson o Spearman) sarà eseguita tra i risultati di EEG, EMG (che descrive NPF), PMB e marcatori di neuroplasticità. Per tutte le analisi, un livello di significatività sarà impostato su α=0,05 con aggiustamenti di Bonferroni per confronti multipli quando necessario.