Exergaming verbetert uitvoerende functies bij patiënten met het metabool syndroom

Inleiding De afgelopen jaren is de relatie tussen cognitief functioneren en metabool syndroom uitgebreid bestudeerd. Er is aangetoond dat het metabool syndroom (MetS) geassocieerd is met een achteruitgang van de executieve functie als gevolg van meerdere risicofactoren, waaronder hypertensie, dyslipidemie, verminderde glucosehomeostase en abdominale obesitas. Uitvoerende functies omvatten basale cognitieve processen zoals aandachtscontrole, cognitieve remming, remmende controle, werkgeheugen en cognitieve flexibiliteit.

Cognitieve neurowetenschap gebruikt Stroop-taken om selectieve aandachtscapaciteit en -vaardigheden te meten, evenals verwerkingssnelheid, wat executieve functies aangeeft. Elektro-encefalografische (EEG) activiteit met behulp van gebeurtenisgerelateerde positioneringstechnologie P300 en N200 wordt veel gebruikt om selectieve aandachtscapaciteit en -vaardigheden te meten, en gedragsprestaties zoals reactietijd (RT) worden vaak gebruikt om de verwerkingssnelheid te meten. N200-negativiteit (200 ~ 350 ms post-stimulus) is een gebeurtenisgerelateerd potentieel (ERP), dat de aandachtscapaciteit aangeeft die gewoonlijk wordt geïnduceerd vóór bewegingsresponscontrole en die verband houdt met de cognitieve processen van stimulusherkenning en -differentiatie. P300-positiviteit (300 ~ 600 ms post-stimulus) is een andere ERP, die geheugengerelateerde neurale verwerking weerspiegelt die betrokken is bij het categoriseren van inkomende informatie en het bijwerken van de context van het werkgeheugen (bijv. Coderen, oefenen, herkennen en ophalen).

Het is algemeen bekend dat aërobe oefentraining verschillende gunstige klinische resultaten oplevert bij patiënten met een stofwisselingsziekte. De effecten op de cognitieve functie, met name de uitvoerende functie, zijn ook gemeld. Bovendien hebben recente studies gemeld dat zowel aerobe training als krachttraining algemene elektrofysiologische effecten (bijv. Verhoogde ERP P300-amplitudes) en gedragsindex (bijv. Snellere RT) bij gezonde ouderen vergemakkelijken. Bovendien is gemeld dat aërobe oefening de cognitieve processen in corticale cognitieve controle (P300-amplitude) verbetert in onderzoeken bij patiënten met een chronische beroerte.

Onlangs heeft exergaming (een combinatie van "oefening" en "gaming") veel aandacht getrokken als een nieuwe oefenmethode om de cognitieve functie te verbeteren, omdat het videogames gebruikt die lichaamsbewegingen vereisen en tegelijkertijd de gebruiker een cognitief uitdagende omgeving biedt. Naast het populaire gebruik voor vrije tijd en amusement, is er een groeiende belangstelling voor de toepassing van exergaming om klinische resultaten te verbeteren. Recente onderzoeken waarbij exergaming werd gebruikt, toonden gunstige effecten op cognitieve en dual-task-functies, waardoor vallen bij oudere volwassenen en risico's op hart- en vaatziekten, zoals lichaamsvet, serum-adipokineniveaus en lipidenprofielen, werden verminderd. Exergaming bevorderde ook executieve functies en cognitieve verwerkingssnelheid bij ouderen en kinderen. Dit groeiende bewijs suggereert dat exergaming het voordeel heeft dat het cognitieve en fysieke functies verbetert.

Hoewel veel eerdere onderzoeken verbeteringen in de cognitieve functie na exergaming hebben gemeld, is het niet duidelijk of dit voordeel te danken is aan een oefeningseffect of aan een videogame-effect. Bovendien maten al deze onderzoeken RT, in plaats van ERP met behulp van EEG, wat beperkt is om hersenactiviteiten te verlichten. Gezien het feit dat EEG elektrische activiteiten in verschillende cortexgebieden in de hersenen kan meten, is het noodzakelijk om ERP te onderzoeken met behulp van EEG om de executieve functie te evalueren. Daarom onderzochten we de voordelen van exergaming in vergelijking met normale lichaamsbeweging en onderzochten we de executieve functie door zowel RT als N200 en P300 te meten in drie cortexgebieden tijdens Stroop-taken bij patiënten met MetS.

Methoden Deelnemers Aan dit onderzoek namen in totaal 22 mannelijke en vrouwelijke MetS-patiënten in de leeftijd van 50-80 jaar deel. MetS werd gedefinieerd volgens de gewijzigde NCEP Adult Treatment Panel III (NCEP-ATP III) definitie voor Zuid-Aziaten. In het kort werden personen met drie of meer van de volgende criteria gedefinieerd als MetS: centrale obesitas (tailleomtrek ≥ 90 cm voor mannen; ≥ 85 cm voor vrouwen), nuchtere plasmaglucose ≥ 100 mg/dL of huidige behandeling voor diabetes mellitus, systolische bloeddruk ≥130 mmHg of diastolische bloeddruk ≥85 mmHg of huidige behandeling voor hypertensie, serumtriglyceride ≥150 mg/dL, laag HDL-cholesterol (mannen <40 mg/dL; vrouwen <50 mg/dL). De proefpersonen werd gevraagd om 24 uur voor het experiment niet te sporten. Ze kregen ook de instructie om de gebruikelijke maaltijden te eten en de maaltijden 4 uur voor het experiment op te eten, terwijl ze 1 dag voor het experiment alcohol en cafeïne gedurende de 4 uur voorafgaand aan het experiment vermeden. Alle proefpersonen moesten een schriftelijke geïnformeerde toestemming invullen die was goedgekeurd door de Institutional Review Board van Kosin University College of Medicine.

De steekproefomvang werd berekend met behulp van software voor het berekenen van de steekproefomvang (G*Power versie 3.1.9.2 voor Windows; http://www.gpower.hhu.de), met effectgrootte 0,484, statistisch vermogen 0,8 en statistisch significantieniveau 0,05. Deze effectgrootte is berekend op basis van de eerdere onderzoeken. Als gevolg hiervan werd de steekproefomvang voor elke groep 8 en besloten we om 11 patiënten voor elke groep te rekruteren, met een potentieel uitvalpercentage van 30%.

Oefentraining Interventies Oefentraining werd uitgevoerd in het Kosin University Gospel Hospital U-healthcare Center. Elke deelnemer kreeg de instructie om de supervisor onmiddellijk te informeren als hij of zij ongebruikelijke symptomen had tijdens de training en om indien nodig een arts te raadplegen. Proefpersonen werden uitgesloten als ze niet meer dan 80% van de oefensessies deden.

Alle proefpersonen werden willekeurig verdeeld in twee groepen: exergaming en loopbandtrainingsgroep. De proefpersonen hadden 2 weken aanpassing en voerden daarna 12 weken oefentraining uit: 60 min/dag, 60-80% van de hartslag gereserveerd (HRR), 3 dagen/week. Elke trainingssessie bestond uit 10 minuten warming-up, 40 minuten hoofdoefening en 10 minuten warming-down.

De exergaming-groep (EXG) voerde oefeningen uit met behulp van Exerheart®-apparaten (D&J Humancare, Busan, Zuid-Korea) bestaande uit een hardloop-/springmat [730(B) × 730(D) × 130(H)] en een tablet-pc op een standaard (kan worden aangepast aan elke hoogte tussen 70 en 155 cm) (aanvullende figuur 1A). Exerheart® is een exergaming ontwikkeld voor in-situ running samen met de videogame genaamd "Alchemist's Treasure" (D&J Humancare, Busan, Zuid-Korea). Om dit spel te spelen, moet de proefpersoon rennen of springen op een plek op de mat om een ​​virtuele avatar op het scherm van de tablet-pc naar voren, achteren, links en rechts te verplaatsen, samen met muziek (aanvullende video 1 voor online) . Het onderwerp kan de snelheid van de beweging van de avatar regelen door op de mat te rennen of te springen. De loopbandoefeningsgroep (TEG) oefende oefeningen uit met behulp van commerciële loopbanden (MOTUS, Gyeonggi-do, Zuid-Korea). Elke proefpersoon liep of rende met een comfortabele snelheid op de loopband.

Voor zowel EXG als TEG werden de hartslagen (HR) van alle proefpersonen tijdens inspanning gevolgd met behulp van HR-monitoren (polaire RS400sd, Madison Height, Michigan, VS) om te bevestigen dat de waarde binnen het beoogde HR-bereik lag. De formule van Karvonen (1957) werd gebruikt om de HR-reserve (HRR, geschatte maximale HR-HR in rust) en de beoogde HR tijdens inspanning te berekenen [(HRR × gegeven percentage van trainingsintensiteit) + HR in rust)].

Stroop-test Voor beoordeling van de executieve functie werd een computergebaseerde versie van de Stroop-taak afgenomen met Telescan-software (LAXTHA, Daejeon, Zuid-Korea). Tijdens de taak kregen proefpersonen een kleurwoord te zien dat in dezelfde kleur verscheen op congruente proeven (bijv. "blauw" gedrukt in blauw) en in een andere kleur op incongruente proeven (bijv. "blauw" gedrukt in groen). Om vergelijkbare visuele inhoud te bieden, werden blauw, groen en geel gekozen als stimuli.

De proefpersonen voerden de Stroop-taak twee keer uit, pre- en post-training. De proefpersonen zaten op 1 meter van het scherm en toen de kleurenwoorden op het scherm verschenen, klikten ze op het linkertoetsenbord voor de congruente test en op het rechtertoetsenbord voor de incongruente test. De proefpersonen werden geïnstrueerd om zo snel en nauwkeurig mogelijk te reageren. Het meetpercentage was gericht op 50%. Elk kleurwoord (verticale kijkhoek: 2 °) werd gedurende 200 ms gepresenteerd en de respons was toegestaan ​​binnen 1500 ms. Het interstimulusinterval varieerde willekeurig tussen 1500 en 2500 ms.

Elektro-encefalografische (EEG) metingen Tijdens de gewijzigde Stroop-taak werd EEG-activiteit geregistreerd met behulp van een computergestuurd polygraafsysteem. Type A: een totaal van 31-kanaals Poly G-A (LAXTHA, Daejeon, Zuid-Korea). Ag-AgCl-elektroden (LAXTHA, Daejeon, Zuid-Korea) werden volgens het International 10-20-systeem op frontale (Fz), centrale (Cz) en pariëtale (Pz) cortexgebieden geplaatst. Middellijnlocaties waarnaar wordt verwezen om oorlelelektroden te koppelen. Horizontale en verticale elektro-oculogrammen (EOG's) werden gevolgd door elektroden die respectievelijk boven en onder het linkeroog en aan de buitenste ooghoek van beide ogen waren geplaatst. De impedantie van alle elektroden werd onder de 10 kΩ gehouden. Het banddoorlaatfilter van de versterker was 0,1-100 Hz, de bemonsteringsfrequentie was 1000 Hz en een notch-filter was 60 Hz.

De N200-component werd gedefinieerd als de grootste positieve piek die optrad tussen 200-350 ms na de stimulus, en de P300-component werd gedefinieerd als de grootste positieve piek die optrad tussen 300-600 ms na de stimulus. N200- en P300-amplitudes werden gemeten als het verschil tussen de gemiddelde pre-stimulusbasislijn en de maximale piekamplitude. Het ingebouwde hoogdoorlaat IIR-filter van Telescan werd gebruikt voor het filteren. Golfvormen werden voorafgaand aan de analyse digitaal afgevlakt met een laagdoorlaatfilter met behulp van een halfvermogensuitschakeling van 10 Hz.

Statistische analyse Vanwege de kleine steekproefomvang hebben we niet-parametrische statistieken gebruikt voor gegevensanalyse. We gebruikten de Wilcoxon-toets met ondertekende rangorde om de veranderingen van elke afhankelijke variabele na interventie binnen elke groep te onderzoeken. De Mann-Whitney U-test werd gebruikt om vergelijkingen te maken van de deltawaarden tussen trainingsgroepen (Δ-EXG versus Δ-TEG). De effectgrootte van gedeeltelijke eta-kwadraat (η2) werd gerapporteerd voor significante effecten, waarbij het alfaniveau voor alle tests werd vastgesteld op 0,05. Gegevens werden uitgedrukt als gemiddelde ± standaarddeviatie van het gemiddelde. Alle statistische tests zijn verwerkt met behulp van de softwareversie SPSS 24.