Plasticidade Induzida por Treinamento Físico de Mecanismos de Controle Motor em Pacientes com Doença de Parkinson

I. Objetivos do Projeto de Pesquisa

Objetivo 1. Caracterizar a influência do ciclo HIIT de 8 semanas nas funções neurofisiológicas (NPFs) de: (i) estruturas corticais motoras (que são criticamente dependentes da disponibilidade pré-sináptica de DA), usando EEG, e (ii) músculos esqueléticos envolvidos em tarefas motoras , usando EMG de superfície. As seguintes funções neurofisiológicas do SNC serão testadas durante o desempenho das tarefas motoras bimanuais auto-iniciadas dependentes da disponibilidade de DA: (i) um nível de ativação de estruturas corticais e (ii) força de acoplamento funcional entre estruturas neurais. Para os NPFs dos músculos esqueléticos, os investigadores estudarão uma estratégia de ativação das unidades motoras. Além disso, uma vez que os investigadores irão registrar EEG e EMG simultaneamente, os investigadores irão avaliar a força do acoplamento cortico-muscular.

Hipótese 1. Os NPFs melhorarão após o ciclo de HIIT de 8 semanas em comparação com a linha de base no grupo PD-TR e se sustentarão um mês após o HIIT. Nomeadamente, os investigadores especulam que para o motor na atividade do SNC, será: (1) córtex motor primário (M1), área motora suplementar (SMA); (2) diminuição da ativação do córtex pré-motor lateral (PMC) e cerebelo; com (3) aumento simultâneo do acoplamento funcional de: córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) com M1, PMC, SMA e cerebelo; (4) diminuição do acoplamento funcional entre M1, PMC, SMA, cerebelo e córtex parietal. Para a função do músculo esquelético haverá uma melhora na estratégia de recrutamento das unidades motoras. Levando em consideração os dados do registro simultâneo da atividade elétrica do córtex cerebral e dos músculos esqueléticos envolvidos em tarefas motoras, os pesquisadores assumem o fortalecimento do acoplamento corticomuscular. No grupo PD-NTR os NPFs não melhorarão ou até piorarão no mesmo intervalo de tempo.

Objetivo 2. Caracterizar a influência do ciclo HIIT de 8 semanas nos comportamentos psicomotores (PMBs), criticamente dependentes da disponibilidade de DA e NPFs cerebrais. Os seguintes PMBs serão testados durante vários experimentos: (1) tarefas de movimento antifase bimanuais autoiniciadas durante os registros simultâneos de EEG, EMG e força (2) avaliação de todos os sintomas motores e não motores da DP, com base na avaliação neurológica, (3 ) função cognitiva geral e especificamente aspectos da função executiva usando testes psicológicos.

Hipótese 2. Os PMBs melhorarão após o ciclo de HIIT de 8 semanas em comparação com a linha de base no grupo PD-TR e se manterão um mês após o HIIT, como consequência das melhorias na disponibilidade de DA estriatal pré-sináptica e NPFs. estar presente no grupo PD-NTR, ou mesmo os PMBs serão agravados no mesmo intervalo de tempo.

Objetivo 3. Avaliar: (i) o efeito do ciclo HIIT de 8 semanas no nível de secreção de BDNF, NGF, IGF-1 no sangue tratado como marcadores da eficiência da neuroplasticidade (expresso no aumento induzido pelo exercício do nível de DA pré-sináptico e melhora de NPF' e PMBs).

Hipótese 3. O nível de secreção de BDNF, NGF e IGF-1 aumentará após a primeira e segunda sessão do ciclo HIIT em comparação com a linha de base no grupo PD-TR e se manterá um mês após o HIIT. Ao contrário do grupo PD-TR, a melhora no nível de secreção de BDNF, NGF e IGF-1 não estará presente no grupo PD-NTR ou até mesmo seu nível diminuirá.

II. Justificativa para abordar problemas científicos específicos pelo projeto proposto.

II.1. Aplicação de EEG e EMG para avaliar NPFs de estruturas corticais cerebrais e músculos esqueléticos II.1.1. Um nível de ativação de estruturas corticais neurais será avaliado com média de EEG e análise de fonte (circuitos de neurônios corticais).

II.1.2. A força do acoplamento funcional entre as estruturas corticais neurais será avaliada com análise de coerência EEG-EEG:

II.1.3. A estratégia de ativação das unidades motoras do músculo esquelético engajado durante a tarefa motora será testada com análise padrão de EMG de superfície e SSA.

II.1.4. A força do acoplamento cortico-muscular funcional será avaliada com análise de coerência entre os sinais de EEG e EMG:

II.2. Os PMBs serão avaliados com base no desempenho de tarefas motoras e cognitivas e testes/escalas neurológicos e psicológicos:

II.2.1. Os movimentos do dedo indicador bimanual antifase autoiniciados e as tarefas de destreza bimanual serão avaliados durante EEG, EMG e registros de força simultâneos com base na análise do desenvolvimento de força, respectivamente.

II.2.2. Avaliação dos sintomas motores e não motores da DP, com base na avaliação neurológica usando toda a Escala Unificada de Avaliação da Doença de Parkinson (UPDRS) e a escala de Hoehn e Yahr (H&Y). Ainda, para efeitos de estimativa de correlação entre a função de destreza bimanual descrita nos pontos II.2.1, os investigadores escolherão na UPDRS as pontuações dedicadas à função manual e bimanual. Ou seja, os investigadores analisarão os escores de bradicinesia parkinsoniana da extremidade superior afetada/mais afetada com base nos itens 23-25 ​​da UPDRS (toques dos dedos, abertura e fechamento das mãos, movimento das mãos em pronação-supinação; respectivamente). Os investigadores também analisarão: (i) um desempenho de funções manuais da vida diária com base nos itens 8-11 da UPDRS (escrita, cortar alimentos e manusear utensílios, vestir, higiene; respectivamente). Além disso, os investigadores avaliarão a qualidade de vida usando Schwab e a Escala de Atividade de Vida Diária da Inglaterra (S&E DLA) (Fahn e Elton, 1987).

II.2.3. Avaliação psicológica da função executiva por meio de dois testes: o Trail Making Test (TMT) e o Stroop Test (ST). Tanto no teste TMT quanto no ST, o tempo gasto para concluir o teste é usado como medida de desempenho com menor tempo como melhor desempenho. Além disso, para excluir os pacientes com demência, os investigadores aplicarão o teste Mini Mental State Examination (MMSE) (Folstein et al., 1975).

II.3. Secreção de fatores neurotróficos no sangue Usando o ensaio de imunoabsorção enzimática (técnica ELISA), os pesquisadores avaliarão a secreção de BDNF, NGF, IGF-1 séricos no sangue, que são responsáveis ​​pela neurogênese, sinaptogênese, angiogênese.

III. Plano de trabalho A realização do projeto está prevista para 24 meses. O projeto incluirá dois grupos de pacientes com DP: PD-TR - os pacientes com DP que realizarão o ciclo de treinamento físico; PD-NTR - pacientes com DP não treinados e um H-CO - grupo controle saudável que não realizará os ciclos de HIIT.

O projeto começará com uma sessão de teste de linha de base (PRE-HIT) nos dois grupos de PD. Em seguida, o grupo PD-TR executará o ciclo HIIT de 8 semanas e o grupo PD-NTR não executará o ciclo HIIT neste período de tempo. Então, 1 semana e um mês após a cessação do ciclo HIIT, os investigadores realizarão sessões de teste no grupo PD-TR e PD-NTR. O grupo de controle saudável será testado apenas em um momento, quando o espaço do laboratório não for ocupado com testes de pacientes com DP.

4. Metodologia de Pesquisa

IV.1. Projeto de pesquisa Este projeto será um estudo controlado longitudinal, randomizado (randomização de envelopes opacos) com 3 braços. Os investigadores recrutarão 40 indivíduos com DP, que serão alocados aleatoriamente em dois grupos iguais: PD-TR (N=20) e PD-NTR (N=20). Os investigadores irão comparar os resultados desses dois grupos para explorar um efeito longitudinal dos ciclos HIIT nos resultados da medição. Além disso, os investigadores recrutarão um grupo de controle saudável (H-CO; N=20) que será testado apenas uma vez e constituirá uma condição de "estado saudável" para comparações com os dois grupos de pacientes com DP. A comparação de PD-NTR com H-CO nos mostrará os mecanismos de alterações patológicas em pacientes com DP e a comparação de PD-TR com H-CO nos dará a oportunidade de explorar o caráter dos mecanismos (restauração ou compensação) do HIIT induzido alterações em pacientes com DP.

Os 40 indivíduos com DP serão qualificados para o nosso estudo após serem diagnosticados como portadores de DP idiopática, com base na avaliação neurológica. O diagnóstico da doença de Parkinson será baseado no histórico médico, exames físicos e neurológicos e na resposta à L-dopa. IV.2.2. Recrutamento de sujeitos. Os indivíduos com DP serão recrutados na Clínica de Neurologia, Wroclaw Medical University (WMU) em Wroclaw, Polônia, onde a pessoa que realiza a avaliação neurológica dos pacientes com DP em nosso projeto (Budrewicz Slawomir, M.D, Ph.D.) trabalha como neurologistas de distúrbios do movimento e consultar pacientes com DP lá. Tendo em conta as capacidades e a posição de topo da WMU, os investigadores têm a certeza de que os investigadores são capazes de recrutar e finalmente qualificar 40 pacientes com DP. O grupo de controle de idosos saudáveis ​​será recrutado com base em: (i) anúncio público e (ii) contatos com as Universidades da Terceira Idade e os Clubes de Idosos da cidade de Varsóvia.

IV.2. Procedimentos de treinamento Os pacientes do grupo PD-TR realizarão um ciclo HIIT de 8 semanas. O programa HIIT de 8 semanas consistirá em três sessões semanais de treinamento de 1 hora (cada uma consistindo em 10 minutos de aquecimento, 40 minutos de exercício intervalado de alta intensidade e 10 minutos de fase de relaxamento em uma velocidade voluntária lenta ) realizado em um cicloergômetro estacionário (MONARK, Ergomedic 874E, Suécia) que medirá cadência (rotações por minuto; [rpm]) e potência [W]. Durante cada sessão de treinamento, o exercício intervalado consistirá em 8 séries de 5 min de intervalo, incluindo 3 min de ciclismo a ≥ 60 [rpm], mas preferencialmente a 80-90 [rpm] (fase rápida do intervalo) e 2 min de ciclismo a ≤ 60 [rpm] (fase lenta do intervalo). Os pacientes do grupo PD-TR serão orientados ritmicamente por um metrônomo e encorajados verbalmente por um instrutor a pedalar com a velocidade definida apropriada para as fases rápida e lenta. Os valores da cadência serão apresentados a cada sujeito em tempo real em uma tela como feedback para controlar o rpm durante as diferentes fases do intervalo. A frequência cardíaca (FC; batimentos por minuto [bpm]) medida usando um sistema Polar (Polar, Finlândia), cadência [rpm] e potência [W] serão monitoradas e coletadas durante cada sessão de treinamento. O supervisor de treinamento ajustará a resistência para cada paciente para garantir o ciclismo na frequência cardíaca alvo (THR) de cada paciente e com a velocidade apropriada. Os pacientes com DP pedalarão a 60%-75% de sua FCmax individualizada (frequência cardíaca máxima). Os pacientes com DP serão encorajados a pedalar mais rápido (80-90 rpm ou 30% mais rápido que sua taxa de pedalada voluntária) durante a fase rápida do intervalo e aumentar sua THR a cada 2 semanas em 5% (60% da FCmax durante 1-2 semanas, 65% durante 3-4 semanas, 70% durante 5-6 semanas e 75% durante 7-8 semanas de período de treinamento). Além disso, as percepções dos pacientes sobre a intensidade do exercício (para as fases rápida e lenta do intervalo) serão avaliadas usando a Classificação de Percepção de Esforço de Borg (RPE) (Borg, 1982).

IV.3. Procedimentos de medição Todos os indivíduos com DP serão examinados durante a fase de medicação, ou seja, após uma suspensão noturna de 12 horas de drogas antiparkinsonianas (24 horas para medicamentos de liberação prolongada). A sequência das sessões de testes para métodos específicos é a seguinte: 1º dia - (i) coleta de sangue; (ii) testes psicológicos, neurológicos e funcionais -> 2º dia - (i) EEG + EMG + força.

IV.4. Análise estatística Os investigadores primeiro realizarão uma comparação entre os grupos para todas as características demográficas e clínicas para verificar as diferenças basais. Isso será feito usando o teste t de Student bicaudal ou os testes Mann-Whitney U para dados normalmente e não normalmente distribuídos ou o teste exato de Fisher para dados de contingência. A análise de medidas repetidas de variância será usada para realizar uma comparação entre grupos de mudanças nos pontos de teste. Efeitos principais significativos serão então submetidos a uma comparação par a par post-hoc principalmente entre PD-TR e PD-NTR, e PD-TR e H-CO. A análise de correlação (coeficiente de correlação de Pearson ou Spearman) será realizada entre os resultados de EEG, EMG (descrevendo NPFs), PMBs e marcadores de neuroplasticidade. Para todas as análises, um nível de significância será definido como α=0,05 com ajustes de Bonferroni para comparações múltiplas quando necessário.