FES Fiets- en voedingsadvies voor het bestrijden van obesitas na dwarslaesie

De prevalentie van obesitas bij personen met een dwarslaesie is ongeveer 66%. Wanneer de BMI-formule echter wordt aangepast voor het spierverlies na een dwarslaesie, is het gecombineerde percentage overgewicht en obesitas 70 tot 75%. Dit plaatst de SCI-populatie in de VS bovenaan de lijst wat betreft obesitas. Bovendien, omdat grotere zwaarlijvigheid verband houdt met grotere handicaps en chronische ziekten, is het risico op cardiometabole ziekten, waaronder hartaandoeningen, beroertes en diabetes type II, verhoogd tot meer dan twee keer dat van de valide bevolking. Een reden voor hoge obesitas na een dwarslaesie is het verlies van spiermassa. Kort na het letsel ervaren mensen met een dwarslaesie een snelle en significante skeletspieratrofie onder het niveau van het letsel, wat resulteert in skeletspierdwarsdoorsneden van 45-80% minder dan die van valide personen. Daarom resulteert het verlies van metabolisch actieve spiermassa na een dwarslaesie in een vermindering van 26% van het basaal metabolisme en het energieverbruik in rust. Dit is belangrijk omdat het basale metabolisme goed is voor ~ 65% van het totale dagelijkse energieverbruik na een dwarslaesie. Naast verminderde spiermassa behoren personen met een dwarslaesie doorgaans tot de meest sedentaire personen, waardoor het energieverbruik verder wordt verlaagd en een ongezonde energiebalans ontstaat.

De voordelen van fysieke activiteit voor het verminderen van obesitas en cardiometabole ziekten zijn goed gedocumenteerd. In het bijzonder is aangetoond dat intervaltraining met hoge intensiteit (HIIT) het cardiovasculaire en metabolische risico bij valide individuen in een kortere tijd vermindert dan standaard niet-interval trainingsprogramma's. Bijvoorbeeld een vergelijking van intervallopen met continu wandelen bij valide volwassenen met diabetes type II gedurende een periode van 6 maanden. De continue wandelgroep liep 5 dagen per week 60 minuten met een matige intensiteit, terwijl de intervaltrainingsgroep afwisselde tussen 3 minuten wandelen met hoge intensiteit en 3 minuten wandelen met lage intensiteit 5 dagen per week. De loopintensiteiten werden bepaald door zuurstofopname (VO2)-piektesten en energieverbruik, waarbij matige intensiteit werd vastgesteld op 55% en hoge intensiteit op 70% van de VO2-piek. Hoewel het aantal kilometers voor beide groepen hetzelfde was, verloor de intervaltrainingsgroep 4,3 ± 1,2 kg totaal lichaamsgewicht en 3,1 ± 0,7 kg lichaamsvetmassa, terwijl er geen veranderingen in lichaamssamenstelling werden gevonden in de continu lopende groep of de niet-lopende groep. controlegroep. In een vergelijkbaar onderzoek gebruikte een andere onderzoeker gedurende 12 weken 3 keer per week beenfietsen in zowel de continue als de intervalgroep en bepaalde de intensiteitsniveaus op basis van de hartslag. De intervaltrainingsgroep deed 3 "all-out" fietssessies van elk 20 seconden, gescheiden door 2 minuten lage intensiteit fietsen, terwijl de continue groep gedurende 45 minuten constant op 70% van de maximale hartslag fietste. Beide groepen verbeterden op vergelijkbare wijze in insulinegevoeligheid, cardiorespiratoire fitheid en mitochondriale inhoud van de skeletspieren, maar de intervaltrainingsgroep behaalde deze voordelen met een vijfvoudig lager trainingsvolume en minder trainingstijd.

Een belangrijk gevolg van dwarslaesie is dat verlamming vrijwillige inspanning met de benen onmogelijk maakt. Bovendien beperkt de 60-90% prevalentie van schouderpijn bij personen met chronische dwarslaesie vaak de mogelijkheid van regelmatige armoefeningen. Om deze problemen te omzeilen, is aangetoond dat FES een veilige en effectieve manier is om verlamde beenspieren te oefenen in klinische en thuissituaties. FES-fietsen met hoge cadans en matige weerstand kan de spiermassa vergroten en de nuchtere bloedglucosewaarden verbeteren, en FES-fietsen met lage cadans en hogere weerstand kan leiden tot hypertrofie van de verlamde beenspieren. Als resultaat van de ontwikkeling van ons nieuwe protocol, dat door weerstand geleide intervaltraining met hoge intensiteit in FES-fietsen (RG-HIIT-FES) integreert, veronderstellen we dat het gelijke of grotere voordelen kan bieden met minder inspanningstijd, naar analogie met hoge -intensiteitsintervaltrainingsprogramma's die worden gebruikt door valide personen. Het voordeel van het gebruik van weerstand als bepalende factor voor de trainingsintensiteit is het feit dat de hartslag een ineffectieve methode is om de trainingsintensiteit na een dwarslaesie te volgen. In plaats daarvan bepalen we eerst de grootste weerstand waartegen gestimuleerde spieren kunnen werken tijdens het fietsen op 35 rpm gedurende 30 seconden, gebruiken we 80% van die maximale weerstand voor het hoge intensiteit fietsinterval (30 seconden) en verlagen we het vervolgens naar 0,5 Nm, wat de laagste weerstand is die de FES-fiets (RT300) biedt voor het fietsinterval met lage intensiteit (30 seconden). Deze intervallen worden vervolgens gedurende 30 minuten afgewisseld. In een proof-of-principle case-seriestudie waarbij dit RG-HIIT-FES-fietsprotocol 3 keer per week gedurende 8 weken werd gebruikt, verhoogden 3 zwaarlijvige personen met SCI de magere massa van de benen (5-9%), verbeterde vasculaire endotheliale gezondheid (gemiddelde toename van 58% bij arteriële stromingsgemedieerde dilatatie), en verlaagde HbA1c-bloedspiegels (2-4%). Twee van de drie deelnemers verminderden het lichaamsgewicht en de BMI.

Voor een juiste interpretatie van de resultaten is het belangrijk om het belang van voedingsadvisering met betrekking tot energie-inname niet over het hoofd te zien, omdat voedselinname een grote invloed kan hebben op de lichaamssamenstelling en gezondheid. Personen met een dwarslaesie hebben vooral behoefte aan voedingsadvies vanwege het verminderde energieverbruik door verminderde metabole spieren en verminderde activiteitsniveaus. Bijgevolg is onze centrale hypothese dat een gecombineerd programma van RG-HIIT-FES-fietsen en voedingsadvies effectief zal zijn in het bestrijden van obesitas en het verbeteren van de cardiometabolische gezondheid van mensen met een dwarslaesie. Concreet: het totale lichaamsgewicht en het percentage lichaamsvet verlagen, de totale magere massa en de magere massa in de benen verhogen, de bloedlipideniveaus verbeteren, de bloedglucose- en HbA1c-niveaus verlagen en cardiovasculaire gezondheidsmarkers verbeteren (door arteriële stroming gemedieerde dilatatie) die verder gaan dan waargenomen in de controlegroep die zal ontvangen alleen voedingsadvies. De interventiegroep krijgt gedurende 8 weken drie RG-HIIT-FES-fietssessies van 30 minuten en één voedingsadvies van 30 minuten per week, terwijl de controlegroep gedurende 8 weken één voedingsadvies van 30 minuten per week krijgt.

Innovatie: De voorgestelde pilootstudie biedt ten minste drie belangrijke innovaties: 1) de eerste formele implementatie van een nieuw en veelbelovend FES-fietsprotocol (RG-HIIT-FES); 2) het eerste testen van mogelijke voordelen van het combineren van FES-fietsen met voedingsadvies in elke populatie; 3) inschrijving van een medisch achtergestelde en kansarme bevolking met beperkte mogelijkheden om obesitas te bestrijden en de cardiovasculaire gezondheid te behouden.

Geplande experimentele protocollen: De hypothese voor ons onderzoeksdoel is dat het combineren van RG-HIIT-FES-fietsen met voedingsadvies effectiever zal zijn dan alleen voedingsadvies voor het verminderen van obesitas en het verbeteren van cardiometabolische gezondheidsmarkers bij personen met chronische dwarslaesie. Dit zal worden getest met behulp van een op het onderwerp afgestemd gecontroleerd pre-post-ontwerp. Voorafgaand aan en na de 8 weken van experimentele of controle-interventie, zal elke deelnemer het SCI Research Laboratory bezoeken tijdens de ochtenduren (tussen 7:00 en 10:00 uur), na een nacht vasten en afgezien hebben van cafeïne en alcoholinname voor respectievelijk 12 en 24 uur. Na het bekijken en ondertekenen van de geïnformeerde toestemming en documenten met medische geschiedenis, worden de deelnemers gewogen met behulp van een Scale-Tronix rolstoelweegschaal (Welch Allyn, Skaneatelest Falls, NY). Alleen het gewicht van de rolstoel, afgetrokken van het gecombineerde gewicht van de deelnemer en de rolstoel, levert het gewicht van de deelnemer op. Er wordt een elektrisch aangedreven lift (Invacare, Reliant 450) gebruikt om alle deelnemers veilig van de rolstoel van de deelnemer naar verschillende testlocaties te brengen (bijv. onderzoekstafel en DXA-lichaamssamenstellingsscanner). Eenmaal op de onderzoekstafel in rugligging wordt een antropometrische meetlat gebruikt om de hoogte te meten. Het linkerbeen wordt gestrekt en de enkel in dorsaalflexie gebracht om een ​​nauwkeurige meting van de onderkant van de voet tot de bovenkant van het hoofd mogelijk te maken. Na 20 minuten stille rust in een slecht verlichte en op temperatuur (21-23°C, 50% luchtvochtigheid) gecontroleerde kamer, worden 5 minuten rust hemodynamische gegevens (hartslag en bloeddruk) geregistreerd, gevolgd door Doppler-echografie vasculaire endotheliale functietesten , kort daarna gevolgd door een vingerprik aan de linkerhand voor bepaling van de bloedlipiden-, glucose- en HbA1c-waarden. De deelnemers worden vervolgens teruggebracht naar hun rolstoel en naar een aangrenzend laboratorium in hetzelfde gebouw gebracht voor DXA-scanning. Na de DXA-scan keren de deelnemers terug naar het SCI Research-laboratorium en voltooien ze een weerstandsgeleide FES-cyclusmaximale test vanuit hun eigen rolstoelen om basisparameters te verkrijgen voor het RG-HIIT-FES-fietsprotocol, en ook om het tolereervermogen van elke deelnemer te bepalen en het fietsprogramma veilig uitvoeren. Deelnemers aan de experimentele/interventiegroep zullen vervolgens FES fietsen zoals hierboven beschreven gedurende 30 minuten, 3 keer per week gedurende 8 weken, en krijgen voedingsadvies via de telefoon gedurende 30 minuten 1 keer per week gedurende 8 weken. De post-testing vindt dan op dezelfde manier plaats als de pre-testing.