고강도 인터벌 트레이닝이 파킨슨병 환자의 신경가소성 기전에 미치는 영향

I. 연구 프로젝트 목표

목표 1. 18F-도파 - [18F]플루오르도파 흡수와 함께 PET 이미징 방법을 사용하여 테스트된 PD 환자에서 시냅스 전 선조체 DA 가용성(등쪽 조가비에서)에 대한 2개의 HIIT 주기의 효과를 조사하기 위해, 이 경우 매우 좋은 회복 지수를 제공합니다 선조체 시냅스전 도파민 기능(Brooks and Pavese, 2011).

가설 1. 시냅스 선조체 도파민 기능은 PD-TR 그룹의 기준선과 비교하여 HIIT 주기의 첫 번째 및 두 번째 시합 후에 개선(18F-도파 흡수 증가)할 것이며, 1년 추적 기간(두 번째 HIIT 후 3개월) 동안 유지됩니다. 사이클 중단). PD-NTR 그룹에서 시냅스 전 선조체 도파민 기능은 같은 시간 간격으로 개선되지 않거나 심지어 악화될 것입니다(18F-도파 흡수 감소). 이 가설에서 중요하게는 putaminal 18F-dopa의 연간 감소는 초기 PD에서 약 10%입니다(Morrish et al., 1995).

목표 2. 다음의 신경생리학적 기능(NPF)에 대한 두 HIIT 주기의 영향을 특성화합니다. ) 표면 EMG를 사용하여 운동 과제에 종사하는 골격근. 중추신경계(CNS)의 다음 신경생리학적 기능은 DA 가용성 의존 자가 개시 검지 운동 작업의 수행 동안 및 이 운동 작업(인지 작업)의 정신적 이미지 동안 테스트될 것입니다: (i) 피질 하부의 활성화 수준 및 피질 구조, 및 (ii) 신경 구조 사이의 기능적 커플링(기능적 연결성)의 강도. 골격근 NPF의 경우 조사관은 운동 단위 활성화 전략을 연구할 것입니다. 또한 조사관이 EEG와 EMG를 동시에 기록하기 때문에 조사관은 피질-근육 결합의 강도를 평가합니다.

가설 2. NPF는 PD-TR 그룹의 기준선과 비교하여 HIIT 주기의 첫 번째 및 두 번째 시합 후에 개선될 것이며 1년 후속 기간 동안 유지될 것입니다. 즉, 연구자들은 CNS 활동에서 운동 과제 및 심상 과제에 대해 다음과 같이 추측합니다: (1) 흑색질(SN), 조가비(PUT), 일차 운동 피질(M1), 보조 운동 지역(SMA); (2) 측면 전운동 피질(PMC) 및 소뇌의 활성화 감소; SN과 PUT의 기능적 커플링의 동시(3) 증가; M1, PMC, SMA 및 DLPFC(dorsolateral prefrontal cortex)가 있는 PUT; M1, PMC, SMA 및 소뇌가 있는 DLPFC; (4) M1, PMC, SMA, 소뇌 및 정수리 피질 사이의 기능적 결합 감소; 그리고 (5) 정신적 이미지 작업을 위해 연구자는 추가로 정수리의 증가와 후두 피질 활성화의 감소를 가정합니다. 골격근 기능의 경우 운동 단위 모집 전략의 개선이 될 것입니다. 연구자들은 뇌 피질과 골격근의 운동 활동에 대한 동시 기록 데이터를 통해 대뇌 피질 근육 결합의 강화를 가정합니다. PD-NTR 그룹에서 NPF는 개선되지 않거나 동일한 시간 간격, 특히 기준선으로부터 1년 후에 악화될 것입니다.

목표 3. DA 가용성 및 뇌의 NPF에 결정적으로 의존하는 정신 운동 행동(PMB)에 대한 두 HIIT 주기의 영향을 특성화합니다. 다음 PMB는 여러 실험 중에 테스트됩니다: (1) fMRI 스캔 동안 자체 시작 양손 역상 검지 손가락 굴곡/확장 운동 작업 및 이 작업의 정신적 이미지, (2) 자체 시작 양손 역상 검지 손가락 외전/ 동시 EEG, EMG 및 힘 기록 동안 이 작업의 내전 운동 작업 및 정신적 이미지; (3) 양손 손재주에 대한 간단한 기능 테스트(페그 보드 테스트 사용), (4) 신경학적 평가에 기반한 모든 운동 및 비운동 PD 증상 평가, (5) 전반적인 인지 기능 및 특히 심리 테스트를 사용한 실행 기능의 측면.

가설 3. PMB는 PD-TR 그룹의 기준선과 비교하여 HIIT 주기의 첫 번째 및 두 번째 시합 후에 개선될 것이며 시냅스 전 선조체 DA 가용성 및 NPF의 개선의 결과로 1년 후속 기간 동안 유지될 것입니다. PD-NTR 그룹에서는 PMB 개선이 나타나지 않거나 동일한 시간 간격으로, 특히 기준선으로부터 1년 후에 PMB가 악화될 것입니다.

목표 4. 평가: (i) 마커로 처리된 혈액에서 BDNF(뇌 유도 신경 영양 인자), NGF(신경 성장 인자), IGF-1(인슐린 유사 성장 인자 유형 1) 분비 수준에 대한 두 HIIT 주기의 효과 신경가소성 효율 및 (ii) PD 환자의 HIIT에 대한 신경가소성 반응성에 대한 BDNF 다형성의 영향(운동으로 유발된 시냅스전 DA 수준의 증가 및 NPF' 및 PMB의 개선으로 표현됨).

가설 4. BDNF, NGF 및 IGF-1의 분비 수준은 PD-TR 그룹의 기준선과 비교하여 HIIT 주기의 첫 번째 및 두 번째 시합 후에 증가할 것이며 1년 추적 기간 동안 유지될 것입니다. PD-TR 그룹과 달리 BDNF, NGF 및 IGF-1 분비 수준의 개선은 PD-NTR 그룹에서 나타나지 않거나 1년 추적 후 감소할 것입니다. HIIT에 대한 PD 환자의 신경가소성 반응성은 BDNF 다형성 유형에 의해 영향을 받을 것이며, BDNF의 Val66Met 다형성에 대한 잠재적으로 더 나쁜 반응성(이 다형성은 proBDNF 단백질의 위치 66에서 발린에서 메티오닌으로의 변화를 일으킴)입니다.

목표 5. 특정 다형성 유형의 NPF, PMB 및 BDNF 수준과 시냅스 전 DA 가용성의 관계를 조사합니다.

가설 5. 연구자들은 시냅스 전 DA 가용성의 HIIT 관련 증가가 (i) NPF 및 PMB의 개선, 혈액 내 BDNF 분비 수준 증가, (ii) BDNF Val66Met와 음의 상관관계가 있다는 가설을 세웁니다. PD-TR 그룹의 다형성 유형. 위와는 반대로 PD-NTR 그룹에서 시냅스 선조체 DA 가용성과 NPF, PMB 및 BDNF 수준의 상관 관계가 부족하거나 덜 중요합니다.

II. 연구 설계 및 작업 계획

이 프로젝트는 3개 부문을 대상으로 한 1년 추적 무작위 통제 연구입니다. 전체 블록 유형 무작위화 프로세스는 순차적으로 번호가 매겨진 봉인된 봉투를 사용하여 본 연구의 조사자에 의해 수행됩니다. 불투명 봉투는 할당을 숨기는 데 사용됩니다. 이 프로젝트는 2개의 PD 환자 그룹을 등록합니다: PD-TR - 신체 훈련 주기를 수행할 PD 환자; PD-NTR - 교육을 받지 않은 PD 환자 및 1명의 H-CO - HIIT 주기를 수행하지 않는 건강한 대조군. 모든 PD 피험자(PD-TR 및 PD-NTR)는 다음 시점에서 약물 "오프 단계" 동안 검사됩니다: HIIT 전 1, 1주, 1.5개월 및 3개월 - HIIT 1 후; 그런 다음 유사하게 1주, 1.5개월 및 3개월 후 HIIT 2. H-CO의 주제는 한 번만 테스트됩니다.

III. 연구 방법론

III.1.1. 피험자 특성 40명의 PD 개인(45-65세)은 신경학적 평가를 기반으로 특발성 PD가 있는 것으로 진단된 후 연구에 자격이 있습니다. 파킨슨병의 진단은 병력, 신체 및 신경학적 검사 및 L-도파에 대한 반응을 기반으로 합니다. 환자는 경험이 풍부한 운동 장애 신경과 전문의가 UPDRS 및 H&Y 척도를 사용하여 임상적으로 평가합니다. HIIT 주기를 수행하고 테스트 세션에 완전히 참여할 수 있는 통합된 유형의 약물(PET 측정에 중요)을 사용하는 가장 동질적인 환자 그룹을 확보하기 위해 조사관은 환자 모집을 경미한 PD(1-2점)로 제한합니다. H&Y 척도에서) 운동완만증의 유병률 및 떨림이 없거나 덜 강조됨. 건강한 대조군은 연령, 성별, 키 및 체질량이 일치하는 건강한 개인으로 구성됩니다.

III.1.2. 피험자 모집 폴란드 바르샤바의 신경과 클리닉에서 PD 피험자를 모집합니다. 피험자의 건강한 노인 통제 그룹은 (i) 공공 광고 및 (ii) 제3시대 대학 및 바르샤바 시 주변의 시니어 클럽과의 접촉을 기반으로 모집됩니다.

III.2. 훈련 절차 PD-TR 그룹의 환자는 3개월의 휴식으로 나누어 2회의 12주 HIIT 주기를 수행합니다. 이 HIIT 주기는 매주 세 번의 1시간 교육 세션으로 구성됩니다. 각 1시간 교육 세션은 10분 워밍업(느린 자발적 속도로), 40분 인터벌 운동 및 10분 쿨다운 단계로 구성됩니다. 각 트레이닝 세션에서 인터벌 운동 부분은 ≥ 60[rpm]에서 2분 사이클링, 바람직하게는 80-90[rpm](인터벌의 빠른 단계) 및 2분 사이클링을 포함하여 4분 인터벌의 10세트로 구성됩니다. ≤ 60 [rpm]에서(간격의 느린 단계). 교육은 케이던스[rpm]) 및 파워[W]를 측정할 수 있는 고정식 사이클 에르고미터(MONARK, Ergomedic 874E, 스웨덴)에서 수행됩니다. 심박수(HR, [bpm])는 Polar 시스템(Polar, 핀란드)으로 측정됩니다. 교육 감독자는 각 환자의 목표 심박수(THR)와 적절한 속도로 순환하도록 각 환자의 저항을 조정합니다. 모든 교육 세션은 환자의 약물 치료가 진행되는 동안 수행됩니다(항파킨슨병 약물의 유익한 효과). 환자는 사이클로에르고미터에서 개별화된 HRmax의 60%-80%로 페달을 밟고 인터벌 트레이닝의 빠른 단계 동안 더 빠르게(80-90rpm 또는 선호하는 자발적 속도보다 30% 더 빠르게) 순환하도록 권장됩니다. 각 환자는 다음 순서로 2주마다 목표 심박수를 60%에서 최대 80%까지 5%씩 증가시킵니다: 처음 2주 동안 HRmax의 60%, 3-4주 동안 65%, 70% 훈련 기간 5-6주 동안, 7-9주 동안 75%, 10-12주 동안 80%. 이 36개 훈련 세션의 각 부분(워밍업, 인터벌 훈련 부분의 빠르고 느린 단계, 천천히) 동안 조사관은 각 대상에 대해 다음을 측정합니다. (i) HRmax의 % 값, (ii) 케이던스 및 (iii) Borg Rating of Perceived Exertion(RPE)을 사용한 운동 강도에 대한 환자의 인식(Borg, 1982). 운동한 PD 환자의 인지 참여를 향상시키기 위해 맞춤형 피드백 시스템을 사용하여 케이던스(순환 속도) 데이터가 각 환자의 화면에 표시됩니다. 환자는 두 개의 수직 막대를 보게 될 것입니다. 첫 번째 막대는 설정된 목표 속도 수준(간격의 느리거나 빠른 단계에 적합)이 되고 두 번째 막대는 운동 환자에 의해 생성된 실제 속도가 됩니다. 또한 PD 환자는 설정된 속도로 조정될 적절한 리듬으로 페달을 밟도록 메트로놈과 강사의 구두 설명을 듣게 됩니다.

IV. 통계 분석

조사관은 먼저 기준선 차이를 확인하기 위해 모든 인구 통계 및 임상 특성에 대해 그룹 간 비교를 수행합니다(정규 및 비정규 분포 데이터에 대한 학생의 t 테스트 또는 Mann-Whitney U 테스트 또는 비상 데이터에 대한 피셔의 정확한 테스트). 반복 측정 ANOVA는 테스트 포인트의 변화에 ​​대한 그룹 간 비교를 수행하는 데 사용됩니다. 중요한 주요 효과는 주로 PD-TR과 PD-NTR, PD-TR과 H-CO 사이의 사후 쌍 비교를 받게 됩니다. 상관 분석(Pearson 또는 Spearman 상관 계수)은 PET 데이터(DA 가용성 표시)와 fMRI, EEG, EMG(NPF 설명), PMB 및 신경가소성 마커 결과 간에 수행됩니다. 모든 분석에 대해 유의 수준은 필요한 경우 다중 비교를 위해 Bonferroni 조정과 함께 α=0.05로 설정됩니다.