Biomarkery reakcji na ćwiczenia HIIT (BReaTHE)

Większość osób, które przebyły przewlekły udar podkorowy, ma trudności z chodzeniem, ale niewiele czynników prognostycznych może pomóc w określeniu, czy pacjent zareaguje na program ćwiczeń i poprawi swoje funkcjonowanie. Aby usprawnić precyzyjną rehabilitację pacjentów z przewlekłym udarem podkorowym, kluczowe znaczenie mają spersonalizowane ćwiczenia aerobowe. Wymaga to opracowania innowacyjnych technologii, które będą w stanie zidentyfikować podstawowe czynniki neurobiologiczne w celu przewidzenia reakcji na interwencję i umożliwienia klinicystom określenia zindywidualizowanych celów rehabilitacji. Mleczan to nowy, ekscytujący cel, który działa jako molekularny przekaźnik między peryferiami a mózgiem. Aby mleczan miał wpływ na inne narządy, w tym na mózg, musi nastąpić znaczny wzrost jego poziomu w krwiobiegu w stosunku do wartości wyjściowych. Kiedy podczas wysiłku fizycznego zostanie przekroczony próg mleczanowy we krwi, mleczan oddziałuje na mózg metabolicznie poprzez cykl TCA. W cyklu TCA wbudowane są środki zwiększające lub zmniejszające stężenie neuroprzekaźników, takich jak GABA i glutaminian. Kwas gamma-aminomasłowy (GABA), główny neuroprzekaźnik hamujący w mózgu, jest nowym celem leczenia, który promuje plastyczność nerwową podczas rehabilitacji po udarze. Opierając się na spersonalizowanych podejściach rehabilitacyjnych i naszych wstępnych danych, badacze proponują zbudowanie modelu predykcyjnego, który może określić, czy pacjent z przewlekłym udarem podkorowym zareaguje na trening fizyczny. Model ten ma na celu przewidywanie poprawy szybkości chodu poprzez uwzględnienie mleczanu we krwi jako wczesnego predyktora reakcji na wysiłek oraz GABA i mózgowego przepływu krwi (CBF) jako predyktorów potencjału mózgu do reakcji, oprócz innych czynników wpływających, takich jak choroby współistniejące, demografia, i poziom sprawności. Nadrzędna hipoteza głosi, że solidne czynniki neurofizjologiczne zależne od mleczanu mogą odróżnić osoby reagujące od opornych i że czynniki te można zastosować klinicznie jako biomarkery do przewidywania wyników funkcjonalnych po 12-tygodniowej interwencji HIIT. Badacze ocenią poprawę szybkości chodu u 48 weteranów z niepełnosprawnością kończyn dolnych spowodowaną przewlekłym udarem podkorowym w odpowiedzi na interwencję HIIT obejmującą 36 sesji (12 tygodni). Po interwencji każdy uczestnik, który zastosuje się do terapii, który poprawi prędkość chodzenia do wartości większej niż 0,6 m/s, zostanie zaklasyfikowany jako odpowiadający, natomiast każdy uczestnik, który nie poprawi swojej prędkości chodzenia, zostanie zaklasyfikowany jako opornik. Na początku i po 12 tygodniach HIIT badacze ocenią prędkość chodu, równowagę, siłę nóg i wytrzymałość, aby zidentyfikować oporników i osoby reagujące na HIIT oraz zebrać a) GABA z głównego obszaru czuciowo-ruchowego nogi za pomocą spektroskopii rezonansu magnetycznego pojedynczego woksela, b) CBF z całego mózgu przy użyciu pseudociągłego znakowania wirowania tętniczego MRI oraz c) VO2 max do oceny zmian w CRF. Podczas interwencji badacze będą pobierać mleczan z krwi poprzez nakłucie palca podczas sesji 1, 4, 7, 10 i 28, aby ocenić jego potencjał jako wczesnego prognostyka reakcji na wysiłek. W celu 1 badacze ustalają, czy przekroczenie progu mleczanowego w ciągu pierwszych 4 tygodni HIIT przewiduje zmianę prędkości chodu do ≥ 0,6 m/s od okresu przed HIIT do po nim. Jeśli mleczan okaże się solidnym wczesnym markerem funkcjonalnej odpowiedzi na ćwiczenia, badacze będą mieli łatwy do zastosowania predykator tego, kto odniesie największe korzyści z HIIT. W celu 2 badacze ustalą, czy (a) wyjściowe GABA i/lub CBF przewidują poprawę prędkości chodu od wartości wyjściowej do po HIIT oraz (b) czy zmiana GABA i/lub CBF wiąże się ze zmianą prędkości chodu. Celem badaczy jest ustalenie neurofizjologicznych korelatów poprawy funkcji za pomocą HIIT, aby lepiej zrozumieć mechanizmy. Na koniec, w celu 3, badacze opracują algorytm predykcyjnego uczenia maszynowego określający, kto poprawi prędkość chodu dzięki HIIT, wykorzystując takie czynniki jak mleczan we krwi, wyjściowe GABA i CBF, wyjściowe osłabienie nóg i VO2-max, sprawność przed udarem, wiek, płeć, i choroby współistniejące. Nadrzędnym celem jest opracowanie modelu przewidywania, który weteran z przewlekłym udarem zareaguje na 12-tygodniowy program ćwiczeń.