Wpływ ćwiczeń fizycznych na neuroplastyczność i sieci sensomotoryczne u osób starszych (EXOPLASTIC)

Starzenie się wiąże się ze strukturalnymi i funkcjonalnymi zmianami w ośrodkowym układzie nerwowym, które mogą negatywnie wpływać na kontrolę motoryczną, stabilność postawy, koordynację kończyn górnych oraz adaptacyjne zachowania motoryczne. Zmiany te częściowo przypisuje się modyfikacjom pobudliwości korowej oraz zmniejszonej efektywności wewnątrzkorowych obwodów hamujących i sensoryczno-motorycznych w obrębie pierwotnej kory ruchowej (M1). Takie modyfikacje mogą przyczyniać się do spadku neuroplastyczności, definiowanej jako zdolność mózgu do reorganizacji w odpowiedzi na bodźce wewnętrzne lub zewnętrzne.

Neuroplastyczność odgrywa kluczową rolę w uczeniu się motorycznym i adaptacji, dlatego jest niezbędna dla utrzymania funkcjonalnej autonomii u osób starszych. Identyfikacja interwencji zdolnych do wzmacniania lub zachowania neuroplastyczności wraz z wiekiem stanowi ważne wyzwanie kliniczne i społeczne. Ćwiczenia aerobowe wyłoniły się jako obiecująca niefarmakologiczna strategia modulowania pobudliwości korowej i promowania neuroplastyczności.

Głównym celem tego badania jest ocena wpływu pojedynczej sesji umiarkowanych ćwiczeń aerobowych na neuroplastyczność indukowaną przez przezczaszkową stymulację prądem stałym (tDCS) u osób starszych, w porównaniu z osobami młodymi. Celem drugorzędnym jest zbadanie wpływu ćwiczeń na wewnętrzne obwody wewnątrzkorowe oraz mechanizmy integracji sensoryczno-motorycznej w obrębie M1.

Projekt badania:

Jest to monocentryczne badanie eksploracyjne, w którym każdy uczestnik wykona trzy sesje eksperymentalne oddzielone co najmniej tygodniową przerwą:

Sesja 1 i Sesja 2 (randomizowany układ krzyżowy):

• Warunek A: 20 minut umiarkowanych ćwiczeń aerobowych, po których następuje tDCS.
• Warunek B: 20 minut siedzącego odpoczynku, po którym następuje tDCS. Kolejność tych dwóch warunków będzie randomizowana. Każdy uczestnik służy jako własna kontrola.

Sesja 3:

• Ocena skutków samych ćwiczeń aerobowych (bez tDCS).

Procedury eksperymentalne:

Po udzieleniu pisemnej świadomej zgody uczestnicy przechodzą wstępne oceny, w tym kwestionariusze dokumentujące poziom aktywności fizycznej, lateralizację oraz poziom bólu.

Uczestnicy są wygodnie usadzani, a elektrody powierzchniowej elektromiografii (EMG) umieszcza się nad mięśniem odwodzicielem krótkim kciuka (APB) ręki dominującej. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest aplikowana nad M1 odpowiadającym reprezentacji ręki dominującej. Określa się optymalne miejsce stymulacji (hotspot) oraz progowy próg spoczynkowy (RMT).

Pobudliwość korowo-rdzeniowa jest oceniana przy użyciu pojedynczego impulsu TMS o rosnących natężeniach w celu skonstruowania krzywych rekrutacji wejście-wyjście (I/O). Potencjały wywołane ruchowo (MEP) są rejestrowane z mięśnia APB. Funkcja sigmoidalna Boltzmanna jest używana do modelowania krzywych I/O i ekstrakcji parametrów, w tym nachylenia, plateau oraz S50. Podstawowym miernikiem wyniku jest nachylenie krzywej I/O, odzwierciedlające wzmocnienie rekrutacji korowo-rdzeniowej.

Neuroplastyczność jest oceniana poprzez porównanie pobudliwości korowo-rdzeniowej przed i po 20-minutowej sesji anodalnej tDCS aplikowanej nad dominującym M1 (2 mA). Zmiany w parametrach krzywej I/O po tDCS, z poprzedzającymi ćwiczeniami fizycznymi lub bez, służą jako wskaźniki indukowanej plastyczności.

Wewnątrzkorowe mechanizmy hamujące i ułatwiające są oceniane przy użyciu protokołów TMS z podwójnym impulsem:

• Krótkoprzerwowe hamowanie wewnątrzkorowe (SICI)
• Wewnątrzkorowe ułatwienie (ICF)
• Długoprzerwowe hamowanie wewnątrzkorowe (LICI)

Integracja sensoryczno-motoryczna jest oceniana przy użyciu sparowanej stymulacji nerwu obwodowego (nerw pośrodkowy na nadgarstku) w połączeniu z TMS w celu pomiaru:

• Krótkoczasowego hamowania aferentnego (SAI)
• Długoczasowego hamowania aferentnego (LAI)
• Ułatwienia indukowanego aferentnie (AIF) Mierniki wyników są wyrażane jako stosunki amplitud MEP warunkowanych do niewarunkowanych.

Interwencja ćwiczeniami aerobowymi:

Umiarkowane ćwiczenia aerobowe polegają na 20 minutach jazdy na rowerze ergometrycznym z prędkością 60 do 70 obrotów na minutę. Intensywność ćwiczeń jest indywidualizowana, aby odpowiadała około 50% rezerwy tętna (intensywność umiarkowana), monitorowanej przez całą sesję.

Szacowany czas trwania każdej sesji eksperymentalnej przedstawia się następująco:

• Sesja 1 (2h05): Informacje, zgoda i kwestionariusze (10 minut), umieszczenie elektrod (5 minut), rejestracje wyjściowe (35 minut), 20 minut ćwiczeń aerobowych lub siedzącego odpoczynku (randomizowane), 20 minut tDCS oraz 35 minut rejestracji po interwencji.
• Sesja 2 (1h05): Ta sama procedura co w Sesji 1, bez informacji, zgody lub kwestionariuszy. Uczestnicy wykonują alternatywny warunek (ćwiczenia lub odpoczynek), po którym następuje tDCS i rejestracje po interwencji.
• Sesja 3 (1h35): Przygotowanie (5 minut), rejestracje wyjściowe (35 minut), 20 minut ćwiczeń aerobowych oraz 35 minut rejestracji po ćwiczeniach.