Effetto dell'allenamento multimodale sull'economia della camminata negli individui con malattia di Parkinson

Panoramica del protocollo: i soggetti verranno reclutati dalla grande area metropolitana di Washington DC. Le persone interessate a partecipare come soggetti completeranno lo screening verbale iniziale per determinare l'idoneità all'inclusione. Quei soggetti che si offriranno volontari per partecipare saranno quindi acconsentiti e iscritti per la partecipazione se i criteri di esclusione e inclusione sono soddisfatti.

Visita 1: (~ 120 minuti) I soggetti compileranno un modulo di anamnesi. Verranno quindi rilevate le misure di altezza e peso. Verranno quindi somministrati Hoehn e Yahr, Mini-Mental State Exam, Fatigue Severity Scale (FSS), Physical Activity Readiness Questionnaire (PAR-Q) e Physical Activity Scale in the Elderly (PASE). I soggetti eseguiranno prima il test del cammino di 10 metri. Ai soggetti verrà chiesto dai ricercatori di camminare per 10 metri attraverso una passerella sensibile alla pressione, 5 volte sia a velocità confortevole che ad alta velocità. Dopo il test del cammino di 10 metri, ai soggetti verrà concesso un periodo di riposo di 10-20 minuti prima del secondo test. I soggetti che eseguono il test del cammino di 10 minuti saranno dotati di un'unità metabolica portatile costituita da una maschera facciale e un apparato per il busto. I sensori indossabili saranno fissati a braccia, tronco e gambe. Prima del test, i soggetti rimarranno in posizione di riposo per almeno 3 minuti per ottenere dati metabolici a riposo. Ai soggetti verrà quindi chiesto di camminare il più lontano possibile (i soggetti) in 10 minuti. Dopo il periodo di deambulazione di 10 minuti, i soggetti staranno nuovamente in posizione di riposo per ottenere i dati di recupero. Ai soggetti verrà quindi concesso un periodo di riposo di 10-20 minuti durante il passaggio al terzo test. Per il terzo test, i soggetti saranno dotati di marcatori riflettenti in punti di riferimento anatomici pre-specificati utilizzati in un set di marcatori di andatura standardizzato, ad esempio articolazioni mediali e laterali del ginocchio e della caviglia. I sensori dell'elettromiografia (EMG) saranno posizionati sui muscoli degli arti inferiori. Ai soggetti verrà quindi chiesto di camminare alla loro velocità preferita e veloce su una piattaforma di 6 metri con piastre di forza incorporate. Ai soggetti verrà chiesto di eseguire tutte le prove necessarie per raccogliere dati sufficienti sulla piastra di forza. Dopo questo test, ai soggetti verrà data l'opportunità di un periodo di riposo, se necessario, prima di terminare la giornata di test. Per quei soggetti che iniziano con il test di propulsione del passo, l'ordine del test includerà le stesse procedure ma in ordine inverso.

Visita 2: (~90 minuti) I ricercatori misureranno lo spessore del tessuto adiposo sopra il muscolo del polpaccio sulla gamba più colpita (come indicato dal soggetto) utilizzando calibri standard. I soggetti verranno quindi sottoposti a un test di occlusione vascolare mentre riposano in posizione semi-sdraiata. Per eseguire questo test, gli investigatori posizioneranno un grande bracciale per la pressione sanguigna sulla coscia e posizioneranno un optode NIRS sul muscolo del polpaccio. Gli investigatori gonfieranno quindi il bracciale a 220 mmHg per occludere il flusso sanguigno alla parte inferiore della gamba. Dopo un periodo di occlusione di 5 minuti, la pressione della cuffia verrà rilasciata e verranno ottenuti i dati NIRS di recupero. I soggetti eseguiranno quindi il CWRT I soggetti saranno dotati di sensori ECG e ICG a 12 derivazioni, indosseranno una maschera facciale per raccogliere dati metabolici e verrà chiesto di eseguire il CWRT. Prima del CWRT, i soggetti riposeranno per un minimo di 2 minuti in posizione eretta su un tapis roulant. Durante il CWRT ai soggetti verrà chiesto di camminare a velocità costante per 6 minuti e 30 minuti con un periodo di riposo di 8 minuti tra gli attacchi. Dopo il CWRT ai soggetti verrà chiesto di riposare in posizione eretta per ottenere i dati di recupero. Dopo questo test, ai soggetti verrà data l'opportunità di riposare per un periodo, se necessario, prima di terminare la giornata di test.

Visite 3-26: (~ 1 ora ciascuna) Per queste visite, i soggetti eseguiranno un protocollo di addestramento locomotore multimodale in superficie. I soggetti si alleneranno individualmente con 1-2 istruttori qualificati. I soggetti indosseranno una fascia toracica Polar e un contapassi di livello di ricerca durante ogni sessione per consentire agli istruttori di modificare l'allenamento all'interno della sessione per mantenere una zona di intensità target. Il protocollo di allenamento copre 12 settimane con due sessioni a settimana per un totale di 24 sessioni.

Visita 27 (~90 minuti): i soggetti ripeteranno le stesse procedure di test della visita 1 nello stesso ordine in cui lo hanno fatto, determinato dal processo di randomizzazione iniziale.

Visita 28 (~90 minuti): i soggetti ripeteranno le stesse procedure di test della visita 2.

Procedure di studio:

Test del cammino sui 10 metri: lo scopo di questo test è misurare le variabili spaziotemporali relative al camminare a diverse velocità. I soggetti completeranno 10 ripetizioni di un test di camminata di 10 metri fuori terra su una passerella sensibile alla pressione strumentata. Verranno eseguite 5 ripetizioni sia a velocità di camminata confortevole che veloce.

10-Minute Walk Test (10MWT): Lo scopo di questo test è quello di fornire un metodo di perturbazione per misurare sia le prestazioni che l'affaticamento percepito. I soggetti indosseranno una maschera facciale aderente e un'unità torso come parte di un'unità metabolica portatile. I sensori indossabili saranno fissati sul busto, sugli arti superiori e inferiori per misurare le caratteristiche dell'andatura. I soggetti riposeranno in posizione eretta per almeno 3 minuti prima di iniziare questo test per raccogliere i dati di riferimento. I soggetti cammineranno quindi il più lontano possibile in un intervallo di 10 minuti o fino a quando non dovranno smettere di camminare. La distanza percorsa sarà registrata a intervalli di 2,5 minuti per tutta la durata del test e alla fine del tempo percorso se non per tutti i 10 minuti. La velocità sarà calcolata dalle distanze percorse negli intervalli di tempo (metri/sec). Il test del cammino di 10 minuti verrà eseguito durante la visita di test pre-intervento e la visita di test post-intervento. Dopo il periodo di camminata di 10 minuti (o il tempo totale se terminato in anticipo) i soggetti riposeranno in posizione eretta per ottenere i dati di recupero per almeno 6 minuti.

Test di propulsione all'andatura: i soggetti saranno dotati di marcatori riflettenti costituiti da un set di marcatori standardizzati per tutto il corpo per l'analisi della cattura del movimento. I sensori EMG saranno posizionati sui ventri muscolari dei muscoli degli arti inferiori. Per stabilire la massima contrazione volontaria, ai soggetti verrà chiesto di contrarre i muscoli contro resistenza. Ai soggetti verrà chiesto di stare in piedi per la calibrazione del sistema per meno di un minuto e potrebbe essere chiesto di muovere vari arti attraverso una gamma di movimenti per garantire la precisione del sistema prima di iniziare il test. Ai soggetti verrà quindi chiesto di camminare su una piattaforma di 6 metri con piastre di forza incorporate racchiuse da binari di sicurezza alla loro velocità di camminata preferita e veloce. I soggetti eseguiranno circa 20-30 passaggi per garantire una raccolta di dati sufficiente da parte delle piastre di forza poiché è necessario stabilire un contatto appropriato con la piastra di forza per una misurazione valida. Una volta raccolti dati sufficienti, marcatori e sensori verranno rimossi e al soggetto verrà offerto un periodo di riposo seduto, se necessario.

Test di occlusione vascolare: durante il test di occlusione i soggetti saranno seduti in posizione semi-sdraiata su un piedistallo. Un grande bracciale per la misurazione della pressione sanguigna sarà montato intorno alla parte superiore della coscia con cinturini in velcro per fissarlo in posizione. Il bracciale verrà gonfiato rapidamente in meno di 5 secondi a oltre 220 mmHg per limitare il flusso sanguigno arterioso e venoso. La gamba sarà occlusa per 5 minuti. La pressione del bracciale verrà quindi rilasciata in meno di 5 secondi e le variabili di recupero verranno registrate per un minimo aggiuntivo di 3 minuti.

Constant Work Rate Treadmill Test (CWRT): durante il CWRT i soggetti saranno dotati di NIRS, Physioflow e dispositivi di scambio di gas cardiopolmonari per acquisire le misure cardiorespiratorie. Innanzitutto, i soggetti riposeranno in posizione eretta per un minimo di 2 minuti. In secondo luogo, il tapis roulant passerà alla velocità di camminata confortevole dei soggetti (velocità media dal test di camminata di 10 metri a velocità confortevole). Terzo, dopo 6 minuti di continuo il tapis roulant si fermerà e i soggetti riposeranno per 8 minuti in posizione eretta. In quarto luogo, dopo 8 minuti di riposo, il tapis roulant passerà alla velocità di camminata confortevole dei soggetti e i soggetti cammineranno per un massimo di 30 minuti o fino all'esaurimento volontario. Infine, i soggetti recupereranno per 10 minuti in posizione eretta. La velocità utilizzata nel pre-test sarà la stessa durante il post-test

Intervento di esercizio multimodale: l'intento dell'intervento di allenamento multimodale è quello di comprendere adattamenti cardiovascolari e miglioramenti locomotori. Per promuovere l'adattamento cardiovascolare, le sessioni di allenamento saranno regolate in tempo reale per raggiungere una zona di frequenza cardiaca (FC) target predeterminata per ciascun soggetto. Le risorse umane saranno monitorate continuamente durante ogni sessione di allenamento. L'intensità della FC target durante le sessioni di allenamento sarà il 60% della FC massima prevista dai soggetti. La zona FC target sarà il 60% della FC massima prevista +/- 5%. La FC massima prevista per i soggetti sarà calcolata utilizzando la formula: 220-età. Le procedure di allenamento includeranno esercitazioni basate sull'inizio e la fine dell'andatura, sull'agilità, sulla potenza muscolare e sulle azioni allo stato stazionario. Le esercitazioni saranno condotte ponendo l'accento sul cambio di direzione oltre la normale progressione in avanti. Man mano che i soggetti acquisiscono familiarità con i vari esercizi, gli istruttori aumenteranno gradualmente la complessità, la velocità e il volume.

Misure di propulsione: per questo studio, la propulsione sarà definita dalla forza di reazione al suolo positiva di picco anteriore (GRF) durante la deambulazione in superficie. Le piastre di forza misurano il GRF in risposta alla forza esercitata su di esso dal soggetto. Insieme all'analisi del motion capture, è possibile determinare la fase propulsiva dell'andatura e all'interno di tale fase verrà calcolato il vettore del picco anteriore. La forza propulsiva di picco sarà determinata come i massimi (un punto) del GRF anteriore.

Punteggio del test di affaticabilità delle prestazioni: l'affaticabilità delle prestazioni è la velocità o la misura in cui il tessuto, l'organo, il sistema o la funzione totale del corpo (affaticamento) declina in risposta a un determinato compito. Dopo un periodo di riposo di 10 minuti in posizione seduta, i soggetti completeranno il test del cammino di 10 minuti. La distanza percorsa sarà registrata all'intervallo di 2,5 minuti del test e per il test totale. Verranno calcolate le velocità per l'intero test (distanza totale percorsa / minuti totali di test) e i primi 2,5 minuti del test (distanza percorsa nei primi 2,5 minuti / 2,5 minuti). La variazione frazionaria della velocità verrà quindi calcolata come quoziente della velocità totale del test/velocità di 2,5 minuti. Ad esempio, se la velocità totale di prova e la velocità di 2,5 minuti fossero entrambe di 82 metri/minuto, la velocità totale di prova sarebbe il 100% della velocità a 2,5 minuti. Tuttavia, se la velocità totale del test fosse di 80 metri/minuto e la velocità a 2,5 minuti fosse di 82 metri/minuto, allora la velocità totale del test sarebbe solo 0,98 della velocità di 2,5 minuti. Per calcolare il punteggio di affaticabilità delle prestazioni, la variazione frazionaria della velocità sarà divisa per la distanza percorsa. Pertanto, 2 soggetti qualsiasi potrebbero avere variazioni simili nei punteggi di velocità (ad esempio 0,5) ma distanze totali diverse (100 contro 200 metri). In questo caso il punteggio di affaticabilità della prestazione per il primo soggetto sarebbe 0,5/100 = 0,005 contro 0,5/200 = 0,0025. I punteggi vengono moltiplicati per 1000 per facilitare la segnalazione. Un piccolo punteggio indica minore affaticabilità. Pertanto, anche se la variazione frazionaria della velocità era simile per i 2 soggetti ipotetici di cui sopra, l'affaticabilità era inferiore nel secondo soggetto, come dimostrato da un punteggio di affaticabilità delle prestazioni inferiore.

Punteggio del test di affaticabilità percepita: l'affaticabilità percepita è il tasso o l'entità del cambiamento nei sentimenti di stanchezza o affaticamento (sintomi di affaticamento o affaticamento percepito) in risposta a un determinato compito. Dopo il periodo di riposo iniziale di 10 minuti, i soggetti valuteranno la loro percezione di affaticamento o vigore utilizzando il lato sinistro della scala di affaticamento e affaticamento. Dopo il test del cammino di 10 minuti, ai soggetti verrà chiesto "rispetto a quando tu (il soggetto) hai iniziato, come valuteresti (il soggetto) il tuo (del soggetto) livello di stanchezza ora" utilizzando il lato destro della scala. Il lato sinistro è considerato una misura della fatica perché non è stata valutata una variazione della fatica. Il lato destro è considerato un indice di affaticabilità perché valuta il cambiamento della stanchezza. Il punteggio per la variazione della stanchezza viene quindi normalizzato alla distanza totale percorsa per calcolare il punteggio di affaticabilità percepita: affaticabilità percepita = (variazione della stanchezza/distanza totale percorsa) x 100 (moltiplicato per 100 per facilitare la segnalazione e il confronto).

Analisi dello scambio di gas cardiopolmonare: lo scambio di gas durante il 10MWT sarà raccolto utilizzando un'unità metabolica indossabile. L'unità viene calibrata prima di ogni test.

Risposta cardiorespiratoria alla deambulazione su tapis roulant: la risposta cardiorespiratoria durante la deambulazione su tapis roulant sarà misurata utilizzando NIRS, ICG, ECG e dispositivi per lo scambio di gas polmonari. Tutte le misure sono calibrate prima di ogni test.

Sforzo autodichiarato durante la deambulazione sul tapis roulant: durante il CWRT ai soggetti verrà chiesto di valutare il proprio livello di sforzo utilizzando una scala di Borg.

Ossigenazione ed emodinamica del muscolo scheletrico a riposo: le misurazioni NIRS dell'ossigenazione e dell'emodinamica del muscolo scheletrico saranno registrate durante il test di occlusione vascolare.

Sistema di acquisizione del movimento: le telecamere a infrarossi cattureranno i movimenti degli indicatori riflettenti indossati dai soggetti all'interno del volume. Marcatori riflettenti saranno posizionati intorno al soggetto secondo un modello di marcatore di andatura per tutto il corpo predeterminato.

Sensori EMG per la misurazione dell'attività muscolare: gli elettrodi EMG sono fissati alla pelle del soggetto sopra il ventre muscolare di interesse. Il sensore e l'elettrodo sono coperti con nastro adesivo per ridurre al minimo gli artefatti da movimento.

Piastre di forza per la misurazione GRF: 4 piastre di forza sono incorporate in una passerella di 6 metri. Le piastre di forza misurano gli assi x, y e z delle componenti di forza e momento, con il segnale di uscita immesso in un amplificatore.

Sensori indossabili per la misurazione delle caratteristiche dell'andatura: i sensori indossabili contengono accelerometri, giroscopi e magnetometri. Le misurazioni vengono raccolte sugli assi x, y e z a una frequenza di campionamento di 128 Hz. Questi sensori sono attaccati alle posizioni preselezionate sul corpo del soggetto. Questi dati vengono trasmessi in modalità wireless tramite un punto di accesso e/o registrati e archiviati nel sensore. I partecipanti indosseranno anche un contapassi durante ogni sessione di allenamento per registrare il numero totale di passi effettuati

Questionario:

Modulo di anamnesi: i soggetti compileranno il modulo di anamnesi durante la visita 1.

Test/Moduli:

Hoehn e Yahr: la scala Hoehn e Yahr (HY) è una scala di valutazione clinica ampiamente utilizzata, che definisce ampie categorie di funzione motoria nella malattia di Parkinson. Questo test sarà somministrato dai ricercatori durante la visita 1.

Esame di stato mini-mentale standardizzato: questo test sarà somministrato dai ricercatori durante la visita 1 ed è un questionario di 12 punti che affronta la funzione cognitiva.

Fatigue Severity Scale (FSS): questo test sarà somministrato dai ricercatori durante la visita 1 ed è una scala di 9 elementi che misura l'impatto della fatica sulle attività e sullo stile di vita di una persona.

Physical Activity Readiness Questionnaire (PAR-Q): questo test sarà somministrato dai ricercatori durante la visita 1 ed è un breve sondaggio progettato per esaminare le persone per potenziali controindicazioni per la partecipazione all'esercizio.

Physical Activity Scale in the Elderly (PASE): questo test sarà somministrato dai ricercatori durante la visita 1 ed è un breve sondaggio progettato per valutare l'attività fisica negli individui più anziani.