パーキンソン病患者における運動制御機構の身体的トレーニングによる可塑性

I. 研究プロジェクトの目的

目的 1. 神経生理学的機能 (NPF) に対する 8 週間の HIIT サイクルの影響を特徴付けるには: (i) 運動皮質構造 (シナプス前 DA の利用可能性に大きく依存)、EEG を使用、および (ii) 運動課題に従事する骨格筋、表面EMGを使用。 CNS の次の神経生理学的機能は、DA の可用性に依存する自己開始双手運動課題の実行中にテストされます: (i) 皮質構造の活性化のレベル、および (ii) 神経構造間の機能的結合の強度。 骨格筋 NPF については、研究者は運動単位活性化の戦略を研究します。 また、研究者は脳波と筋電図を同時に記録するため、研究者は皮質筋結合の強度を評価します。

仮説 1. PD-TR グループでは、ベースラインと比較して 8 週間の HIIT サイクル後に NPF が改善され、HIIT 後 1 か月間維持されます。 すなわち、研究者は、CNS 活動における運動について、(1) 一次運動皮質 (M1)、補足運動野 (SMA) であると推測しています。 (2) 外側前運動皮質 (PMC) および小脳の活性化の減少。 M1、PMC、SMA、および小脳との背外側前頭前皮質（DLPFC）の機能的結合の同時（3）増加。 (4) M1、PMC、SMA、小脳および頭頂皮質の間の機能的結合の減少。 骨格筋機能については、運動単位の動員戦略の改善になります。 大脳皮質と運動課題に従事する骨格筋の電気的活動の同時記録からのデータを考慮して、研究者は皮質筋結合の強化を想定しています。 PD-NTR グループでは、NPF は改善されないか、同じ時間間隔で悪化することさえあります。

目的 2. 8 週間の HIIT サイクルが精神運動行動 (PMB) に及ぼす影響を特徴付けるには、DA の可用性と脳の NPF に大きく依存します。 次の PMB は、いくつかの実験中にテストされます。 ) 全体的な認知機能、特に心理テストを使用した実行機能の側面。

仮説 2. PMB は、PD-TR グループのベースラインと比較して 8 週間の HIIT サイクル後に改善され、シナプス前線条体 DA の利用可能性と NPF の改善の結果として、HIIT 後 1 か月持続します。 PD-NTRグループに存在しないと、PMBでさえ同じ時間間隔で悪化します.

目的 3. 評価: (i) BDNF、NGF、神経可塑性効率のマーカーとして処理された血液中の IGF-1 分泌レベルに対する 8 週間の HIIT サイクルの効果 (運動によるシナプス前 DA レベルの増加、および改善で表される) NPF' および PMB の)。

仮説 3. BDNF、NGF、および IGF-1 の分泌レベルは、PD-TR グループのベースラインと比較して、HIIT サイクルの 1 回目および 2 回目の発作後に増加し、HIIT 後 1 か月間持続します。 PD-TR グループとは対照的に、BDNF、NGF、および IGF-1 分泌レベルの改善は、PD-NTR グループには存在しないか、さらにはレベルが低下します。

Ⅱ．提案されたプロジェクトによって特定の科学的問題に取り組むことの正当性。

II.1. 脳皮質構造および骨格筋の NPF を評価するための EEG および EMG の適用 II.1.1. 神経皮質構造の活性化のレベルは、EEG 平均化とソース分析 (皮質ニューロン回路) で評価されます。

II.1.2. 神経皮質構造間の機能的結合の強度は、EEG-EEG コヒーレンス分析で評価されます。

II.1.3. 運動課題中に関与する骨格筋の運動単位活性化戦略は、表面EMG標準分析とSSAでテストされます。

II.1.4. 機能的な皮質筋結合の強度は、EEG 信号と EMG 信号間のコヒーレンスの分析によって評価されます。

Ⅱ.2. PMBは、運動および認知タスクのパフォーマンス、および神経学的および心理学的テスト/スケールに基づいて評価されます。

II.2.1. 力の発達の分析に基づいて、EEG、EMG、および力の同時記録中に、自己開始の両手逆相人差し指の動きと両手の器用さのタスクがそれぞれ評価されます。

II.2.2. パーキンソン病総合評価尺度 (UPDRS) および Hoehn and Yahr スケール (H&Y) 全体を使用した神経学的評価に基づく、運動および非運動 PD 症状の評価。 また、ポイント II.2.1 で説明した両手の器用さの機能間の相関推定の目的で、研究者は UPDRS から手と両手の機能専用のスコアを選択します。 つまり、調査員は、UPDRS の項目 23 ～ 25 (指のタップ、手の開閉、回内回外の手の動き) に基づいて、影響を受ける/より影響を受ける上肢のパーキンソン運動緩慢スコアを分析します。 調査員は以下も分析します: (i) UPDRS の項目 8 ～ 11 に基づく日常生活のマニュアル機能のパフォーマンス (それぞれ、手書き、食品の切断と調理器具の取り扱い、着替え、衛生;)。 さらに、研究者は、Schwab and England Daily Living Activity Scale (S&E DLA) (Fahn and Elton, 1987) を使用して生活の質を評価します。

II.2.3. Trail Making Test (TMT) と Stroop Test (ST) の 2 つのテストを使用した実行機能の心理的評価。 TMT テストと ST テストの両方で、テストを完了するのにかかった時間がパフォーマンスの尺度として使用され、短い時間がより良いパフォーマンスとして使用されます。 また、認知症患者を除外するために、研究者はミニ精神状態検査 (MMSE) を適用します (Folstein et al., 1975)。

II.3. 血液中の神経栄養因子の分泌 酵素免疫測定法 (ELISA 法) を使用して、神経新生、シナプス形成、血管新生に関与する血液中の血清 BDNF、NGF、IGF-1 の分泌を評価します。

III.作業計画 プロジェクトの実現は 24 か月間予定されています。 このプロジェクトでは、2 つの PD 患者グループを登録します。PD-TR - 身体トレーニング サイクルを行う PD 患者。 PD-NTR - トレーニングを受けていない PD 患者と 1 つの H-CO - HIIT サイクルを実行しない健康なコントロール グループ。

プロジェクトは、両方の PD グループでベースライン テスト セッション (PRE-HIT) から開始されます。 その後、PD-TR グループは 8 週間の HIIT サイクルを実行し、PD-NTR グループはこの期間に HIIT サイクルを実行しません。 次に、HIIT サイクル停止の 1 週間後と 1 か月後に、調査員は PD-TR および PD-NTR グループでテスト セッションを実行します。 健常対照群は、ラボ スペースが PD 患者の検査で占有されていない 1 つの時点でのみ検査されます。

IV.研究方法

IV.1. 研究デザイン このプロジェクトは、3 つのアームによる縦断的無作為化 (不透明エンベロープ無作為化) 制御研究です。 調査員は、PD-TR (N=20) と PD-NTR (N=20) の 2 つの等しいグループにランダムに割り当てられる 40 人の PD 個人を募集します。 研究者は、これら 2 つのグループの結果を比較して、測定結果に対する HIIT サイクルの縦方向の影響を調査します。 さらに、調査員は健康なコントロール グループ (H-CO; N = 20) を募集します。これは一度だけテストされ、両方の PD 患者グループと比較するための「健康な状態」の状態を構成します。 PD-NTR と H-CO の比較は、PD 患者の病理学的変化のメカニズムを示し、PD-TR と H-CO の比較は、HIIT 誘発のメカニズム (回復または代償) の特徴を探る機会を与えてくれます。 PD患者の変化。

神経学的評価に基づいて、特発性PDを有すると診断された後、40人のPD個人が本研究に適格となる。 パーキンソン病の診断は、病歴、身体検査および神経学的検査、L-ドーパへの反応に基づいて行われます。 IV.2.2. 科目募集。 PD 被験者は、ポーランドのヴロツワフにあるヴロツワフ医科大学 (WMU) の神経科クリニックから募集されます。そこでは、私たちのプロジェクトで神経学的 PD 患者の評価を行っている人物 (Budrewicz Slawomir、M.D、Ph.D.) が運動障害の神経科医として採用されています。そこでPD患者に相談します。 WMU の能力とトップの地位を考慮して、調査員は、調査員が 40 人の PD 患者を募集し、最終的に資格を得ることができると確信しています。 被験者の健康な高齢者対照グループは、(i) 公募、および (ii) ワルシャワ市周辺のサード エイジ大学および高齢者クラブとの連絡に基づいて募集されます。

IV.2. トレーニング手順 PD-TR グループの患者は、8 週間の HIIT サイクルを実行します。 8 週間の HIIT プログラムは、週 3 回の 1 時間のトレーニング セッションで構成されます (各セッションは、10 分間のウォームアップ、40 分間の高強度インターバル エクササイズ、ゆっくりとした随意速度での 10 分間のクールダウン フェーズで構成されます)。 ) ケイデンス (1 分間の回転数 [rpm]) とパワー [W] を測定する固定サイクル エルゴメーター (MONARK、Ergomedic 874E、スウェーデン) で実行されます。 各トレーニング セッション中、インターバル エクササイズは 5 分間のインターバルを 8 セット行います。これには、60 [rpm] 以上、できれば 80 ～ 90 [rpm] での 3 分間のサイクリング (インターバルの速い段階) と 2 分間のサイクリングが含まれます。 ≤ 60 [rpm] (間隔の遅い段階)。 PD-TR グループの患者は、メトロノームによってリズミカルに合図され、速い段階と遅い段階に適した設定速度でペダルをこぐようにインストラクターによって口頭で奨励されます。 ケイデンス値は、さまざまなインターバル フェーズで rpm を制御するためのフィードバックとして、画面上にリアルタイムで各被験者に表示されます。 Polar システム (Polar、フィンランド) を使用して測定された心拍数 (HR; 1 分あたりの拍数 [bpm])、ケイデンス [rpm]、およびパワー [W] は、各トレーニング セッション中に監視および収集されます。 トレーニング担当者は、各患者の負荷を調整して、各患者の目標心拍数 (THR) と適切な速度でサイクリングできるようにします。 PD 患者は、個別の HRmax (最大心拍数) の 60% ～ 75% でサイクリングします。 PD 患者は、インターバルの速い段階でより速くサイクリングし (80-90 rpm または自発的なペダリング速度よりも 30% 速い)、2 週間ごとに THR を 5% ずつ増加させるように奨励されます (その間の HRmax の 60%)。トレーニング期間の 1 ～ 2 週間、3 ～ 4 週間で 65%、5 ～ 6 週間で 70%、7 ～ 8 週間で 75%）。 さらに、患者の運動強度に対する認識 (間隔の速い段階と遅い段階) は、知覚される運動強度 (RPE) の Borg 評価 (Borg、1982) を使用して評価されます。

IV.3. 測定手順 すべての PD 対象者は、薬物療法のオフ フェーズ中に検査されます。 特定のメソッドのテスト セッションの順序は次のとおりです。1 日目 - (i) 採血。 (ii) 心理学的、神経学的および機能的検査 -> 2 日目 - (i) EEG + EMG + 力。

IV.4. 統計分析 治験責任医師は、最初にすべての人口統計および臨床的特徴について群間比較を行い、ベースラインの違いを確認します。 これは、正規分布データと非正規分布データの両側スチューデント t 検定またはマンホイットニー U 検定、または偶発データのフィッシャーの正確確率検定を使用して行われます。 反復測定分散分析を使用して、テスト ポイントの変化のグループ間比較を実行します。 次に、重要な主効果は、主に PD-TR と PD-NTR、および PD-TR と H-CO の間の事後ペアワイズ比較の対象となります。 相関分析（ピアソンまたはスピアマンの相関係数）は、EEG、EMG（NPFを記述する）、PMB、および神経可塑性マーカーの結果の間で実行されます。 すべての分析について、必要に応じて多重比較のためにボンフェローニ調整を行い、有意水準を α=0.05 に設定します。