Treningi aerobowe pacjentów po udarze mózgu

Projekt Instytucjonalna komisja rewizyjna szpitala trzeciego stopnia zatwierdziła badanie (nr IRB 201600576A3). Randomizowane, kontrolowane badanie zostało przeprowadzone na pacjentach z udarem mózgu z różnymi schematami ćwiczeń i było ślepe dla oceniających. Badanie prowadzono od sierpnia 2016 do czerwca 2018 roku. Uczestnicy zostali losowo przydzieleni do grup MICT lub HIIT przy użyciu wygenerowanego komputerowo, ukrytego harmonogramu przydziału. Wszyscy włączeni pacjenci po udarze mózgu otrzymali tradycyjne programy rehabilitacyjne, w tym równowagę, zakres ruchu lub ćwiczenia terapeutyczne, a także dodatkowe 30-minutowe MICT lub HIIT nadzorowane w szpitalu przez 36 razy. Dane zostały zebrane przez zaślepioną osobę oceniającą przed randomizacją po ukończeniu ćwiczeń fizycznych.

Uczestnicy Badani byli pacjenci po udarze mózgu, zdiagnozowani przez neurologa. Kryteria włączenia zostały wymienione w następujący sposób: (I) ≥ 20 lat; (II) udary o stabilnym stanie klinicznym ≥ 3 miesiące; (III) mini-ocena stanu psychicznego (MMSE) > 24; (IV) brak ostrego zespołu wieńcowego. Osoby z niestabilną dusznicą bolesną, ciśnieniem skurczowym > 200 mmHg lub rozkurczowym > 110 mm Hg, objawową hipotonią ortostatyczną, ciężkim zwężeniem zastawki aortalnej (szczytowy gradient ciśnienia skurczowego > 50 mm Hg lub pole otwarcia zastawki aortalnej < 0,75 cm2), chorobą zapalną w ciągu ostatnich 3 miesięcy, niekontrolowane zaburzenia rytmu serca, niewyrównana HF, blok przedsionkowo-komorowy III stopnia, zapalenie osierdzia lub mięśnia sercowego w ciągu ostatnich 3 miesięcy, choroba zatorowa w ciągu ostatnich 3 miesięcy, przemieszczenie odcinka ST ≥ 2 mm w spoczynku i niewyrównana cukrzyca (stężenie glukozy we krwi ≥ 300 mg /dl lub ≥ 250 mg/dl z ciałami ketonowymi) nie kwalifikowały się do badania.

Pacjenci po udarze mózgu mieli bezwzględne przeciwwskazania do wykonania testu wysiłkowego (CPET), a ćwiczenia aerobowe sugerowane przez American College of Sports Medicine (ACSM) również zostały wykluczone z badania. Następnie kwalifikujący się uczestnicy zostali losowo przydzieleni do grup MICT i HIIT. Zarejestrowano również wyjściową charakterystykę demograficzną. Wszyscy badani wyrazili świadomą zgodę po wyjaśnieniu procedur eksperymentalnych.

Test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy (CPET) Uczestnicy przeszli przyrostowy test wysiłkowy na ergometrze rowerowym (Ergoselect 150P, ergoline GmbH, Bitz, Niemcy) i badanie przeprowadzono przy szybkości pracy 10 W/min przy ciągłym monitorowaniu tętna, krwi ramiennej ciśnienie i nasycenie krwi tętniczej tlenem, aż do opisanych wcześniej warunków zatrzymania. Zużycie tlenu (VO2) mierzono za pomocą krążeniowo-oddechowego urządzenia pomiarowego (MasterScreen CPX, CareFusion Corp., Hoechberg, Niemcy). VO2peak, minutowa wentylacja (VE) i produkcja dwutlenku węgla (VCO2) zostały zdefiniowane jako wytyczne dla testów wysiłkowych sugerowanych przez ACSM. Odpowiedzi VE i VCO2, uzyskane od rozpoczęcia ćwiczeń do wartości szczytowych, wykorzystano do obliczenia nachylenia VE-VCO2 przy użyciu regresji liniowej metodą najmniejszych kwadratów. Nachylenie wydajności wychwytu O2 (OUES), oszacowanie wydajności zużycia O2 podczas ćwiczeń, wyprowadzono z nachylenia wykresu logarytmu naturalnego VE vs. VO2.

Pomiary hemodynamiczne serca Nieinwazyjny system ciągłego monitorowania rzutu serca (NICOM, Cheetah Medical, Wilmington, Delaware) został wykorzystany do oceny odpowiedzi hemodynamicznej serca na wysiłek, który analizuje przesunięcie fazowe (ΔΦ) wytworzone przez przemienny prąd elektryczny w klatce piersiowej pacjenta, jak opisano w naszym poprzednim badaniu.

Pomiary hemodynamiczne mózgu Dwie pary sond do spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS) (Oxymon, Artinis, Holandia) zostały przymocowane do obustronnych obszarów czołowych każdego badanego podczas CPET. Prawo Beera-Lamberta zastosowano do pomiaru absorpcji światła w każdej parze detektorów NIRS odzwierciedlających zmiany oksyhemoglobiny ([O2Hb]) i deoksyhemoglobiny ([HHb]) w korze czołowej podczas ćwiczeń. Całkowitą ilość Hb ([THb]) obliczono jako sumę [O2Hb] i [HHb] i wykorzystano jako wskaźnik zmiany objętości krwi w korze czołowej. Różnice w utlenowaniu tkanek (Δ[O2Hb] i Δ[HHb]) oraz regionalnym przepływie krwi (Δ[THb]) między korą czołową zaangażowaną i niezaangażowaną (zaangażowaną-niezaangażowaną) wykorzystano do oszacowania wpływu różnych schematów ćwiczeń na dotlenienie tkanki mózgowej i regionalny przepływ krwi.

QoL związana ze zdrowiem QoL mierzono za pomocą kwestionariusza Short Form-36 Health Survey (SF-36), a do oceny QoL i funkcji poznawczych uczestników wykorzystano mini-badanie stanu psychicznego (MMSE).

Protokoły treningu fizycznego Osoby objęte badaniem przeszły 36 razy nadzorowany trening szpitalny (2-3 sesje tygodniowo) na ergometrze rowerowym (Ergoselect 150P, Niemcy), zgodnie z naszym poprzednim protokołem.15 Trening obejmował rozgrzewkę przy 30% VO2peak przez 3 minuty, a następnie MICT (60% VO2peak) lub HIIT (pięć 3-minutowych interwałów przy 80% VO2peak i każdy interwał oddzielony 3-minutowym ćwiczeniem przy 40 % VO2peak) przez 30 min, a następnie ochłodzenie przy 30% VO2peak przez 3 min. Trening zakończono, gdy podmiot miał objawy/oznaki sugerowane przez wytyczne ACSM.

Przygotowanie surowicy Od wszystkich badanych przed i po treningu wysiłkowym pobrano 20 ml świeżej krwi. Próbki wirowano przy 2500 obrotach na minutę przez 5 minut w temperaturze pokojowej, a górną surowicę zachowano do hodowli komórkowej i pomiaru poziomów BDNF w surowicy.

Pomiar poziomu BDNF w surowicy Poziom BDNF oceniano przed i po treningu aerobowym. Przygotowaną surowicę o objętości 100 µl dodano do każdej studzienki opłaszczonej ludzkim przeciwciałem wychwytującym BDNF w kanapce z fazą stałą, zestawem do dwumiejscowego testu immunologicznego (ELISA) (BioVision Inc., Milpitas, CA). Następnie określono poziom BDNF za pomocą czytnika mikropłytek (SpectraMax M3, Molecular Devices LLC, San Jose, CA).

Hodowla komórkowa i test wzrostu neurytów Komórki neuroblastyczne szczura (linia komórkowa PC-12) hodowano w zmodyfikowanej przez Dulbecco pożywce Eagle'a (DMEM) uzupełnionej 7,5% surowicą pacjenta (przed i po treningu wysiłkowym), 7,5% surowicą końską (HS), 100 jednostek /ml penicyliny i 100 mg/l streptomycyny.

W sumie 100000 komórek wysiano przez noc na 35-mm szalkach pokrytych poli-DL-lizyną. Po głodzeniu surowicy w DMEM zawierającej 2% HS przez 12-18 godzin, komórki traktowano 50 ng/ml NGF przez wskazany czas. Zmiany morfologiczne obserwowano przy użyciu mikroskopii konfokalnej Leica TCS SP8 7 dni po hodowli z surowicami pacjentów przed i po treningu wysiłkowym. Procent komórek z neurytami o długości co najmniej jednej średnicy ciała komórkowego określono w pięciu niezależnych polach każdej płytki.

Plamy fluorescencyjne Komórki (100000) inokulowano do każdej studzienki ośmiokomorowego szkiełka (Millicell EZ slide, Millipore Corp., Billerica, MA) i inkubowano z surowicami przed i po MICT lub HIIT przez 12 godzin. Żywe barwienie Mitotracker (Invitrogen corp., Carlsbad, CA) zastosowano do obserwacji mitochondriów w komórkach neuroblastycznych traktowanych surowicami z powyższego innego statusu. Komórki barwiono pierwszorzędowymi króliczymi przeciwciałami monoklonalnymi anty-⍺-tubuliny (Cell Signaling Technology Inc., Boston, MA). Jako drugorzędowe przeciwciało zastosowano sprzężoną z izotiocyjanianem fluoresceiny kozią anty-króliczą IgG AffiniPure (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Jądra barwiono kontrastowo pożywką do zamykania (Vector Laboratories Inc., Burlingame, CA) zawierającą 40,6-diamidyno-2-fenyloindol. Wybarwione komórki badano za pomocą mikroskopu konfokalnego (Leica TCS SP8, Leica Microsystems Inc., Buffalo Grove, IL).

Analiza statystyczna Test chi-kwadrat przeprowadzono w celu porównania różnic parametrów nieparametrycznych między dwiema grupami. Test U Manna-Whitneya wykorzystano do oceny różnic wieku, czasu trwania udaru, wskaźnika masy ciała (BMI), zmian wydolności wysiłkowej, zmian utlenowania mózgu oraz regionalnej objętości krwi, zmian poziomu BDNF oraz zmian zachowania komórek pomiędzy dwie grupy. Różnice wewnątrzgrupowych zmian w danych liczbowych oceniono za pomocą testu Wilcoxona dopasowanej pary ze znakiem rangi. Zależności między zmianami mierzonych parametrów klinicznych po treningu wysiłkowym a informacjami klinicznymi analizowano za pomocą korelacji Pearsona. Wartość p < 0,05 uznano za istotność statystyczną.