FES sykling og ernæringsrådgivning for kamp mot fedme etter SCI

Fedmeprevalensen blant personer med SCI er omtrent 66 %. Men når BMI-formelen justeres for tap av muskel etter SCI, er den kombinerte overvekts- og fedmefrekvensen 70 til 75 %. Dette plasserer SCI-befolkningen over hele USA på toppen av listen når det gjelder fedme. I tillegg, fordi større fedme er relatert til større funksjonshemming og kroniske sykdommer, er risikoen for kardiometabolske sykdommer, inkludert hjertesykdom, slag og type II diabetes, forhøyet til mer enn det dobbelte av den funksjonsfriske befolkningen. En årsak til høy fedme etter SCI er tap av muskelmasse. Kort tid etter skade opplever de med SCI rask og betydelig skjelettmuskelatrofi under skadenivået, noe som resulterer i skjelettmuskulaturens tverrsnittsarealer på 45-80 % mindre enn for funksjonsfriske individer. Derfor, etter SCI, resulterer tapet av metabolsk aktiv muskelmasse i en 26% reduksjon i basal metabolsk hastighet og hvileenergiforbruk. Dette er viktig fordi basal metabolsk rate utgjør ~65% av det totale daglige energiforbruket etter SCI. I tillegg til redusert muskelmasse er individer med SCI vanligvis blant de mest stillesittende, og reduserer dermed energiforbruket ytterligere og skaper en usunn energibalanse.

Fordelene med fysisk aktivitet for å redusere fedme og kardiometabolsk sykdom er godt dokumentert. Spesielt har høyintensiv intervalltrening (HIIT) vist seg å redusere kardiovaskulær og metabolsk risiko blant funksjonsfriske personer på kortere tid enn standard treningsprogrammer uten intervall. For eksempel en sammenligning av intervallgang med kontinuerlig gange hos funksjonsfriske voksne med type II diabetes over en 6-måneders periode. Den kontinuerlige gågruppen gikk i 60 minutter 5 dager per uke med moderat intensitet, mens intervalltreningsgruppen vekslet mellom 3 minutter med høy intensitet gange og 3 minutter med lav intensitet gange 5 dager per uke. Gangintensiteten ble bestemt ved topptesting av oksygenopptak (VO2) og energiforbruk, med moderat intensitet satt til 55 % og høy intensitet ved 70 % av VO2-toppen. Selv om kjørelengden var den samme for begge gruppene, mistet intervalltreningsgruppen 4,3 ± 1,2 kg total kroppsvekt og 3,1 ± 0,7 kg kroppsfettmasse, mens ingen endringer i kroppssammensetning ble funnet i gruppen som gikk kontinuerlig eller ikke-gående. kontrollgruppe. I en lignende studie brukte en annen forsker bensykling 3 ganger per uke i 12 uker i både kontinuerlig- og intervallgruppen og bestemte intensitetsnivåer basert på hjertefrekvens. Intervalltreningsgruppen gjennomførte 3 «all out»-syklingsøkter på 20 sekunder hver atskilt med 2 minutters lavintensitetssykling, mens den kontinuerlige gruppen syklet jevnt med 70 % av maksimal hjertefrekvens i 45 minutter. Begge gruppene forbedret seg tilsvarende i insulinfølsomhet, kardiorespiratorisk kondisjon og mitokondrieinnhold i skjelettmuskulaturen, men intervalltreningsgruppen oppnådde disse fordelene med fem ganger lavere treningsvolum og treningstid.

En stor konsekvens av SCI er at lammelser gjør frivillig trening med bena umulig. I tillegg begrenser 60-90 % prevalensen av skuldersmerter hos personer med kronisk SCI ofte muligheten for regelmessig armtrening. For å omgå disse problemene har FES vist seg å være en trygg og effektiv måte å trene lammede benmuskler i kliniske og hjemmemiljøer. Høy-kadens FES-sykling med moderat motstand kan øke muskelmassen og forbedre fastende blodsukkerverdier og lav-kadens FES-sykling med høyere motstand kan føre til hypertrofi av de lammede leggmusklene. Som et resultat av utviklingen av vår nye protokoll, som inkluderer motstandsveiledet intervalltrening med høy intensitet i FES-sykling (RG-HIIT-FES), postulerer vi at det kan gi like eller større fordeler med mindre treningstid, analogt med høy -Intensitetsintervalltreningsprogrammer brukt av funksjonsfriske personer. Fordelen med å bruke motstand som bestemmende faktor for treningsintensitet er det faktum at hjertefrekvens er en ineffektiv metode for å overvåke treningsintensitet etter SCI. I stedet bestemmer vi først den største motstanden som stimulerte muskler kan jobbe mot mens du sykler ved 35 rpm i 30 sekunder, bruker 80 % av den maksimale motstanden for høyintensitetssykkelintervallet (30 sekunder), og reduserer den til 0,5 Nm, som er den laveste motstanden som FES-sykkelen (RT300) gir for syklingintervallet med lav intensitet (30 sekunder). Disse intervallene veksles deretter i 30 minutter. I en proof-of-princip case-seriestudie med denne RG-HIIT-FES-sykkelprotokollen 3 ganger per uke i 8 uker, økte 3 overvektige individer med SCI benmasse (5-9%), forbedret vaskulær endotelhelse (gjennomsnittlig økning på 58 % i arteriell strømningsmediert dilatasjon), og reduserte HbA1c-nivåer i blodet (2-4 %). To av de tre deltakerne reduserte kroppsvekt og BMI.

Det er viktig for riktig tolkning av resultater å ikke overse betydningen av ernæringsrådgivning angående energiinntak fordi matinntak kan ha stor effekt på kroppssammensetning og helse. Personer med SCI har spesielt behov for ernæringsrådgivning på grunn av redusert energiforbruk fra redusert metabolsk muskel og redusert aktivitetsnivå. Følgelig er vår sentrale hypotese at et kombinert program med RG-HIIT-FES-sykling og ernæringsrådgivning vil være effektivt for å bekjempe fedme og forbedre kardiometabolsk helse for de med SCI. Spesifikt, reduser total kroppsvekt og prosent kroppsfett, øk total og bens mager masse, forbedre blodlipidnivåer, reduser blodsukker og HbA1c nivåer og forbedre kardiovaskulære helsemarkører (arteriell strømningsmediert dilatasjon) utover det som er observert i kontrollgruppen som vil motta ernæringsrådgivning alene. Intervensjonsgruppen vil motta tre 30-minutters RG-HIIT-FES-syklingsøkter og en 30-minutters ernæringsveiledningsøkt per uke i 8 uker, mens kontrollgruppen vil motta en 30-minutters ernæringsveiledningsøkt per uke i 8 uker.

Innovasjon: Den foreslåtte pilotstudien gir minst tre viktige innovasjoner: 1) den første formelle implementeringen av en ny og lovende FES-sykkelprotokoll (RG-HIIT-FES); 2) den første testingen av potensielle fordeler ved å kombinere FES-sykling med ernæringsrådgivning i enhver populasjon; 3) registrering av en medisinsk undertjent og vanskeligstilt befolkning med begrensede muligheter for å kjempe mot fedme og opprettholde kardiovaskulær helse.

Planlagte eksperimentelle protokoller: Hypotesen for vårt forskningsmål er at å kombinere RG-HIIT-FES-sykling med ernæringsrådgivning vil være mer effektivt enn ernæringsrådgivning alene for å redusere fedme og forbedre kardiometabolske helsemarkører hos personer med kronisk SCI. Dette vil bli testet ved hjelp av et emnetilpasset kontrollert pre-post design. Før og etter de 8 ukene med eksperimentell eller kontrollintervensjon, vil hver deltaker besøke SCI Research Laboratory i løpet av morgentimene (mellom kl. 07.00 og 10.00), etter en faste over natten og etter å ha avstått fra koffein- og alkoholinntak i henholdsvis 12 og 24 timer. Etter å ha gjennomgått og signert det informerte samtykket og medisinske historiedokumentene, vil deltakerne bli veid med en Scale-Tronix rullestolvekt (Welch Allyn, Skaneatelest Falls, NY). Vekten til rullestolen alene trukket fra den samlede vekten til deltakeren og rullestolen vil gi vekten til deltakeren. En elektrisk drevet heis (Invacare, Reliant 450) vil bli brukt for å sørge for trygge overføringer for alle deltakere fra deltakerens rullestol til ulike teststeder (f.eks. eksamenstabell og DXA kroppssammensetningsskanner). En gang på undersøkelsesbordet i liggende stilling, vil en antropometrisk målestav brukes til å måle høyden. Venstre ben vil bli forlenget og ankel dorsalfleksert for å muliggjøre en nøyaktig måling fra bunnen av foten til toppen av hodet. Etter 20 minutter med stille hvile i et rom med svakt opplyst og temperaturkontrollert (21-23°C, 50 % fuktighet), vil 5 minutter med hvilende hemodynamiske data (hørefrekvens og blodtrykk) bli registrert etterfulgt av Doppler ultralyd vaskulær endotelfunksjonstesting , etterfulgt kort tid etter av en fingerpinne på venstre hånd for å bestemme blodlipid-, glukose- og HbA1c-nivåer. Deltakerne vil deretter bli flyttet tilbake til rullestolen og tatt til et tilstøtende laboratorium i samme bygning for DXA-skanning. Etter DXA-skanningen går deltakerne tilbake til SCI Research lab og fullfører en motstandsveiledet FES syklus maksimal test fra deres egne rullestoler for å få baseline parametere for RG-HIIT-FES sykkelprotokollen, og også for å bestemme hver deltakers evne til å tolerere og utfør sykkelprogrammet trygt. Deltakere i forsøks-/intervensjonsgruppen vil deretter gjennomføre FES-sykling som beskrevet ovenfor i 30 minutter, 3 ganger per uke i 8 uker og vil motta ernæringsrådgivning over telefon i 30 minutter 1 gang per uke i 8 uker. Deretter vil ettertesting skje på samme måte som pre-testingen.