FES Poradnictwo rowerowe i żywieniowe w walce z otyłością po SCI

Częstość występowania otyłości wśród osób z SCI wynosi około 66%. Jednakże, gdy formuła BMI jest dostosowana do utraty mięśni po SCI, łączny wskaźnik nadwagi i otyłości wynosi od 70 do 75%. To stawia populację SCI w całych Stanach Zjednoczonych na szczycie listy pod względem otyłości. Ponadto, ponieważ większa otyłość wiąże się z większą niepełnosprawnością i chorobami przewlekłymi, ryzyko chorób kardiometabolicznych, w tym chorób serca, udaru mózgu i cukrzycy typu II, jest ponad dwukrotnie wyższe niż w populacji sprawnej fizycznie. Jednym z powodów wysokiej otyłości po SCI jest utrata masy mięśniowej. Krótko po urazie osoby z SCI doświadczają szybkiego i znacznego zaniku mięśni szkieletowych poniżej poziomu urazu, co skutkuje zmniejszeniem powierzchni przekroju poprzecznego mięśni szkieletowych o 45-80% w porównaniu z osobami sprawnymi fizycznie. Dlatego po SCI utrata aktywnej metabolicznie masy mięśniowej powoduje 26% redukcję podstawowej przemiany materii i spoczynkowego wydatku energetycznego. Jest to ważne, ponieważ podstawowa przemiana materii stanowi ~65% całkowitego dziennego wydatku energetycznego po SCI. Oprócz zmniejszonej masy mięśniowej, osoby z SCI są zazwyczaj jednymi z najbardziej siedzących, co dodatkowo obniża wydatek energetyczny, tworząc niezdrowy bilans energetyczny.

Korzyści płynące z aktywności fizycznej w zmniejszaniu otyłości i chorób kardiometabolicznych zostały dobrze udokumentowane. W szczególności wykazano, że trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT) zmniejsza ryzyko sercowo-naczyniowe i metaboliczne wśród osób sprawnych fizycznie w krótszym czasie niż standardowe programy ćwiczeń bez interwałów. Na przykład jedno porównanie chodu interwałowego z marszem ciągłym u sprawnych osób dorosłych z cukrzycą typu II w okresie 6 miesięcy. Grupa chodu ciągłego chodziła przez 60 minut 5 dni w tygodniu z umiarkowaną intensywnością, podczas gdy grupa trenująca interwały naprzemiennie 3 minuty marszu o wysokiej intensywności i 3 minuty marszu o niskiej intensywności 5 dni w tygodniu. Intensywność marszu określono na podstawie szczytowego poboru tlenu (VO2) i wydatku energetycznego, przy czym umiarkowaną intensywność ustalono na 55%, a wysoką na 70% szczytowego VO2. Chociaż przebieg był taki sam dla obu grup, grupa trenująca interwałowo straciła 4,3 ± 1,2 kg całkowitej masy ciała i 3,1 ± 0,7 kg masy tkanki tłuszczowej, podczas gdy nie stwierdzono zmian w składzie ciała w grupie chodzącej w sposób ciągły lub nie chodzącej Grupa kontrolna. W podobnym badaniu inny naukowiec stosował jazdę na nogach 3 razy w tygodniu przez 12 tygodni zarówno w grupach ciągłych, jak i interwałowych i określał poziomy intensywności na podstawie tętna. Grupa trenująca interwałowo wykonała 3 „całkowite” sesje rowerowe po 20 sekund każda, oddzielone 2 minutami jazdy na rowerze o niskiej intensywności, podczas gdy grupa trenująca w sposób ciągły jeździła na stałym poziomie 70% maksymalnego tętna przez 45 minut. Obie grupy poprawiły się podobnie pod względem wrażliwości na insulinę, wydolności krążeniowo-oddechowej i zawartości mitochondriów w mięśniach szkieletowych, jednak grupa trenująca interwałowo osiągnęła te korzyści dzięki pięciokrotnie mniejszej objętości ćwiczeń i zaangażowaniu w czas treningu.

Główną konsekwencją SCI jest to, że paraliż uniemożliwia dobrowolne ćwiczenia nogami. Ponadto 60-90% występowanie bólu barku u osób z przewlekłym SCI często ogranicza możliwość regularnych ćwiczeń ramion. Aby obejść te problemy, wykazano, że FES jest bezpiecznym i skutecznym sposobem ćwiczenia sparaliżowanych mięśni nóg w warunkach klinicznych i domowych. Jazda na rowerze FES z wysoką kadencją i umiarkowanym oporem może zwiększyć masę mięśniową i poprawić wartości glukozy we krwi na czczo, a jazda na rowerze FES z niską kadencją i wyższym oporem może prowadzić do przerostu sparaliżowanych mięśni nóg. W wyniku opracowania naszego nowego protokołu, który włącza trening interwałowy o wysokiej intensywności z ukierunkowaniem na opór do kolarstwa FES (RG-HIIT-FES), postulujemy, że może on zapewnić takie same lub większe korzyści przy mniejszym zaangażowaniu czasowym na ćwiczenia, analogicznie do wysokich -intensywne programy treningu interwałowego stosowane przez osoby sprawne fizycznie. Zaletą stosowania oporu jako wyznacznika intensywności wysiłku jest fakt, że częstość akcji serca jest nieskuteczną metodą monitorowania intensywności wysiłku po urazie rdzenia kręgowego. Zamiast tego najpierw określamy największy opór, z jakim stymulowane mięśnie mogą pracować podczas jazdy na rowerze z prędkością 35 obr./min przez 30 sekund, wykorzystujemy 80% tego maksymalnego oporu w interwale jazdy na rowerze o wysokiej intensywności (30 sekund), a następnie zmniejszamy go do 0,5 Nm, czyli najniższy opór zapewniany przez rower FES (RT300) dla interwału jazdy na rowerze o niskiej intensywności (30 sekund). Odstępy te są następnie zmieniane przez 30 minut. W badaniu serii przypadków potwierdzającym zasadę, stosującym ten protokół jazdy na rowerze RG-HIIT-FES 3 razy w tygodniu przez 8 tygodni, 3 otyłe osoby z SCI zwiększyły beztłuszczową masę nóg (5-9%), poprawiły stan śródbłonka naczyń (średni wzrost 58% w rozszerzeniu zależnym od przepływu tętniczego) i obniżonym poziomem HbA1c we krwi (2-4%). Dwóch z trzech uczestników zmniejszyło masę ciała i BMI.

Dla prawidłowej interpretacji wyników ważne jest, aby nie przeoczyć znaczenia poradnictwa żywieniowego dotyczącego spożycia energii, ponieważ spożycie pokarmu może mieć istotny wpływ na skład ciała i stan zdrowia. Osoby z SCI szczególnie potrzebują poradnictwa żywieniowego ze względu na zmniejszony wydatek energetyczny z powodu zmniejszonego metabolizmu mięśni i zmniejszonego poziomu aktywności. W związku z tym naszą główną hipotezą jest to, że połączony program poradnictwa rowerowego i żywieniowego RG-HIIT-FES będzie skuteczny w zwalczaniu otyłości i poprawie zdrowia kardiometabolicznego osób z SCI. W szczególności zmniejszenie całkowitej masy ciała i procentowej zawartości tkanki tłuszczowej, zwiększenie całkowitej i beztłuszczowej masy mięśni nóg, poprawa poziomu lipidów we krwi, obniżenie poziomu glukozy i HbA1c we krwi oraz poprawa wskaźników zdrowia układu sercowo-naczyniowego (rozszerzenie zależne od przepływu tętniczego) w stopniu większym niż obserwowany w grupie kontrolnej, która otrzyma samo poradnictwo żywieniowe. Grupa interwencyjna otrzyma trzy 30-minutowe sesje rowerowe RG-HIIT-FES i jedną 30-minutową sesję poradnictwa żywieniowego tygodniowo przez 8 tygodni, podczas gdy grupa kontrolna otrzyma jedną 30-minutową sesję poradnictwa żywieniowego tygodniowo przez 8 tygodni.

Innowacje: Proponowane badanie pilotażowe zapewnia co najmniej trzy ważne innowacje: 1) pierwsze formalne wdrożenie nowatorskiego i obiecującego protokołu rowerowego FES (RG-HIIT-FES); 2) pierwsze badanie potencjalnych korzyści z połączenia jazdy na rowerze FES z poradnictwem żywieniowym w dowolnej populacji; 3) rekrutacja populacji niedostatecznie obsługiwanej i znajdującej się w niekorzystnej sytuacji z ograniczonymi możliwościami walki z otyłością i utrzymania zdrowia układu krążenia.

Planowane protokoły eksperymentalne: Hipotezą naszego celu badawczego jest to, że połączenie jazdy na rowerze RG-HIIT-FES z poradnictwem żywieniowym będzie skuteczniejsze niż samo poradnictwo żywieniowe w zmniejszaniu otyłości i poprawie wskaźników zdrowia kardiometabolicznego u osób z przewlekłym SCI. Zostanie to przetestowane przy użyciu dopasowanego do tematu, kontrolowanego projektu przed postem. Przed i po 8 tygodniach eksperymentalnej lub kontrolnej interwencji każdy uczestnik odwiedzi Laboratorium Badawcze SCI w godzinach porannych (między 7:00 a 10:00), po całonocnym poście i powstrzymaniu się od spożycia kofeiny i alkoholu przez odpowiednio 12 i 24 godziny. Po przejrzeniu i podpisaniu dokumentów dotyczących świadomej zgody i historii medycznej uczestnicy zostaną zważeni przy użyciu wagi dla wózków inwalidzkich Scale-Tronix (Welch Allyn, Skaneatelest Falls, NY). Waga samego wózka inwalidzkiego odjęta od łącznej wagi uczestnika i wózka daje wagę uczestnika. Elektryczna winda (Invacare, Reliant 450) zostanie wykorzystana do bezpiecznego przeniesienia wszystkich uczestników z wózka inwalidzkiego uczestnika do różnych miejsc przeprowadzania badań (np. stół egzaminacyjny i skaner składu ciała DXA). Po położeniu na stole do badań w pozycji leżącej, do pomiaru wzrostu zostanie użyty antropometryczny pręt pomiarowy. Lewa noga zostanie wyprostowana, a kostka zgięta grzbietowo, aby umożliwić dokładny pomiar od spodu stopy do czubka głowy. Po 20 minutach spokojnego odpoczynku w słabo oświetlonym pomieszczeniu o kontrolowanej temperaturze (21–23°C, 50% wilgotności), przez 5 minut spoczynkowe dane hemodynamiczne (tętno i ciśnienie krwi) zostaną zarejestrowane, a następnie wykonane zostanie badanie funkcji śródbłonka naczyń za pomocą ultrasonografii dopplerowskiej , a wkrótce potem nakłucie palca lewej ręki w celu określenia poziomu lipidów, glukozy i HbA1c we krwi. Następnie uczestnicy zostaną przeniesieni z powrotem na wózek inwalidzki i zabrani do sąsiedniego laboratorium w tym samym budynku w celu wykonania skanowania DXA. Po skanowaniu DXA uczestnicy wracają do laboratorium badawczego SCI i wykonują test maksymalnego cyklu FES z ukierunkowaniem na opór z własnych wózków inwalidzkich, aby uzyskać podstawowe parametry protokołu rowerowego RG-HIIT-FES, a także określić zdolność każdego uczestnika do tolerowania i bezpiecznie wykonać program rowerowy. Uczestnicy z grupy eksperymentalnej/interwencyjnej będą następnie ukończyć jazdę na rowerze FES, jak opisano powyżej, przez 30 minut, 3 razy w tygodniu przez 8 tygodni i otrzymają poradę żywieniową przez telefon przez 30 minut 1 raz w tygodniu przez 8 tygodni. Następnie testowanie końcowe odbędzie się w taki sam sposób, jak testowanie wstępne.