Йогическое дыхание изменяет компоненты слюны

А. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ

SA1: Получите предварительную оценку степени, в которой упражнение по структурированному пению стимулирует секрецию слюны, содержащую поддающиеся количественному определению количества NGF, у здоровых субъектов.

SA2: Получите предварительную оценку степени, в которой структурированное дыхательное упражнение стимулирует секрецию слюны, содержащую поддающиеся количественному определению количества NGF, у здоровых субъектов.

B. ПРЕДПОСЫЛКИ И ЗНАЧЕНИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ Нейродегенеративные заболевания Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, являются серьезной проблемой здравоохранения во всем мире. В США БА занимает 6-е место среди причин смерти. Как генетические, так и негенетические факторы способствуют развитию БА. Людям, страдающим атопическим дерматитом, требуется поддержка, начиная от лекарств, вспомогательных устройств и личной гигиены, что создает огромное эмоциональное и финансовое бремя. АтД связан со значительными изменениями на молекулярном уровне, которые в конечном итоге приводят к клеточной, тканевой, органной и системной дисфункции. Таким образом, молекулярная терапия, которая изменяет функции клеток, была основным клиническим вариантом лечения БА. Например, NGF, трофический фактор, участвующий в развитии, поддержании и выживании периферической нервной системы и холинергических нейронов центральной нервной системы, демонстрирует значительное снижение у субъектов с БА. Снижение NGF вызывает значительное снижение когнитивных функций. Следовательно, введение NGF рассматривается как жизнеспособный клинический вариант для пациентов с БА. В дополнение к этим терапевтическим вариантам немедикаментозные способы лечения, такие как медитация и йога, рассматривались как альтернативные подходы к лечению БА. Такие обычаи и образ жизни глубоко укоренились в нескольких древних культурах. Этот проект основан на двух оздоровительных практиках образа жизни из древней тамильской культуры.

NGF Фактор роста нервов (NGF) представляет собой нейротрофический белок (ММ=13 кДа). NGF продуцируется каждой тканью/органом, который иннервируется сенсорными афферентами и/или симпатическими эфферентами, а также центральной (ЦНС) и периферической (ПНС) нервной системой и иммунными клетками. NGF важен для функциональной целостности холинергических нейронов в ЦНС и для развития и функциональной целостности нейронов в ПНС. NGF является фактором выживания, дифференцировки и трофики клеток иммунной системы и эпителиального происхождения. Слюнные железы (поднижнечелюстные/подчелюстные) продуцируют большое количество NGF у людей и мышей. NGF, полученный из подчелюстных желез мыши, используется в нескольких клинических испытаниях. В ЦНС NGF продуцируется в коре головного мозга, гиппокампе и гипофизе; а также в других областях, включая базальные ганглии, таламус, спинной мозг и сетчатку. NGF связывается со своим рецептором TrkA и активирует митогенные пути MAPK, PI3K/Akt и PLC-gamma, опосредуя рост, дифференцировку и выживание клеток. Опосредованное NGF выживание важно для холинергических нейронов базального комплекса переднего мозга (BFC). Эти нейроны способствуют сознанию, памяти, вниманию и возбуждению. Нейроны BFC сильно поражаются при нейродегенеративных заболеваниях, таких как AD. NGF защищает нейроны BFC в экспериментальных моделях травм и при возрастном снижении холинергической активности. Из-за положительных эффектов NGF во многих системах активно ведется разработка NGF в качестве лекарственного средства для лечения нейродегенерации, иммунной дисрегуляции, хронического воспаления и аутоиммунных заболеваний. Однако до недавнего времени клинические испытания NGF не имели особого успеха из-за гипералгезии. Недавние исследования показывают, что генная терапия, назальный и глазной пути введения NGF эффективны с гораздо меньшим ноцицептивным побочным эффектом. Более того, недавнее открытие того, что химическая модификация NGF уменьшает боль, рассматривается как новое направление в терапии NGF. Клинические испытания фазы II, оценивающие благотворное влияние экспрессии NGF, опосредованной аденоассоциированным вирусом, в холинергических нейронах головного мозга, проводятся в MUSC с участием соисследователя этого проекта доктора Якобо Минцера.

NGF захватывается из органов-мишеней иннервирующими нейронами и транспортируется к телу аксона ретроградным аксональным транспортом. Исследователи использовали меченый квантовыми точками NGF, чтобы показать, что каждый димер NGF упаковывается в отдельные эндосомы во время ретроградного транспорта. Ретроградный аксональный транспорт сигналов NGF для выживания, дифференцировки и поддержания периферических симпатических и сенсорных нейронов, а также базальных холинергических нейронов переднего мозга. Ботулинический токсин движется ретроградным путем, достигая центральных нейронов. Кроме того, недавно было подтверждено, что ботулинические нейротоксины А и Е достигают дистальных отделов нервной системы посредством ретроградного транспорта на большие расстояния через двигательные нейроны, и было высказано предположение, что этот механизм может быть общим и для распространения других нейротрофических факторов. Это может объяснить, почему интраназальное применение ФРН считается эффективным для терапии ФРН. Кроме того, сублингвальный путь всасывания в обход желудочно-кишечного тракта используется для применения нитроглицерина и других психоактивных веществ. Таким образом, наше объяснение заключается в том, что NGF, продуцируемый слюнными железами, поглощается 1) иннервирующими сенсорными и двигательными нейронами для ретроградного аксонального транспорта к телу клетки и трансцитоза для достижения центральных нейронов и 2) путем подъязычного всасывания в кровоток для достигать других дистальных органов-мишеней, находится в пределах теоретических рамок механизмов продукции и транспорта, установленных для нейромодуляторов. Здесь следует подчеркнуть, что это предложение является первой попыткой стимулировать NGF неинвазивными методами.

Пение Пение и пение — две древние культурные практики в истории человечества. Недавние данные свидетельствуют о том, что эти две практики могут регулировать дыхание. Звуковой символ Ом (рис. 2) называют однобуквенным ключом к счастливой жизни. Ом — известная приставка в нескольких восточных религиях. Считается, что повторение Ом связано с физическим и эмоциональным благополучием. Повторение Ом увеличивает кожное периферическое сосудистое сопротивление, что является признаком повышенной умственной активности даже при физиологическом расслаблении. Примерно у 40% пациентов с болезнью Альцгеймера среднелатентный слуховой вызванный потенциал (MLAEP) отсутствует. Показано, что повторение Ом улучшает MLAEP у нормальных субъектов после повторения повторения, что позволяет предположить, что аналогичный эффект может наблюдаться у субъектов с БА. Стимуляция блуждающего нерва (ВНС) оказалась полезной у пациентов с болезнью Альцгеймера, поскольку она улучшает когнитивные функции. Электрические импульсы для VNS показали дезактивацию лимбических областей мозга. Повторение Ом также вызывало аналогичную дезактивацию лимбических областей мозга, миндалевидного тела, гиппокампа, парагиппокампальной извилины, островка, орбитофронтальной и передней поясной коры и таламуса. Нейрофизиологические эффекты пения Ом могут быть опосредованы ушными ветвями блуждающих нервов. Однако неясно, происходят ли определенные молекулярные изменения с точки зрения нейротрофических факторов, таких как NGF, после пения Ом.

Дыхательные упражнения Дыхательные упражнения — это активный способ регулирования дыхания. Общая частота дыхания у нормального взрослого человека составляет 15 раз в минуту. Эта частота меняется с возрастом и физиологическим состоянием. Бернарди и др. показали, что у пациентов с сердечной недостаточностью замедление дыхания полезно. Упражнения, такие как йога, пение и дыхательные упражнения, регулируют дыхание и когнитивные функции. Одним из древних текстов, в которых говорится о пользе дыхательных упражнений, является Тирумантирам, написанный тамильским мудрецом Тирумуларом, чьи тексты известны своими практиками здоровья и долголетия. Считается, что дыхательные упражнения вызывают циклы состояний оксигенации и неоксигенации в качестве средства ишемического прекондиционирования. Дистанционное ишемическое прекондиционирование, то есть индуцирование коротких периодов ишемии в удаленном органе, обеспечивает защиту от последующего ишемического инсульта. Задержка дыхания повышает тонус блуждающего нерва, увеличивает доминантность парасимпатической нервной системы и уменьшает симпатическую активность. Регулируемое дыхание приводит к преобладанию брюшно-диафрагмального дыхания. Таким образом, дыхательные упражнения могут быть потенциальным способом вызвать ишемическое прекондиционирования нейронов. Известно, что в головном мозге и сердце ишемическое прекондиционирование полезно для предотвращения будущих крупных ишемических событий за счет передачи сигналов выживания клеток. Интересно, что NGF представляет собой сигнальную молекулу выживания клеток. Следовательно, возможно, что дыхательные упражнения индуцируют выживание клеток центральной и периферической нервной системы посредством действия NGF.

Слюна как биомаркер В норме у человека вырабатывается от 0,75 до 1,5 л слюны в день. Слюна содержит многочисленные биологически активные молекулы, включая белки, пептиды, мРНК, ДНК и микроРНК как человеческого, так и орального микробного происхождения. Слюнная секреция регулирует пищеварительную, нервную, иммунную и дыхательную системы. Например, 1) фактор роста нервов (NGF), субстанция P и пептид, родственный гену кальцитонина (CGRP), секретируются в слюне в ответ на хроническую мигрень, и 2) опиорфин, мощный антиноцицептивный агент, экспрессируется в слюне. Протеомный анализ слюны и профилирование мРНК выявили значительные различия между контрольной группой и субъектами, страдающими раком. Эти исследования показывают, что слюна служит источником биомаркеров в диагностике и прогнозе ряда патологических состояний, включая БА.

ЗНАЧЕНИЕ Нейродегенеративные заболевания, такие как БА, представляют собой серьезную глобальную проблему здравоохранения. Нефармакологические и неинвазивные методы могут изменить неврологические функции в нормальных и патологических условиях. Секреция нейротрофических факторов слюной указывает на то, что слюна может быть потенциальным источником и биомаркером нейротрофических факторов. Таким образом, оценка NGF слюны может быть инструментом для диагностики и прогнозирования БА. Древняя тамильская культура сохранила практики поддержания здорового психологического и физиологического состояния. Известно, что пение и дыхательные упражнения способствуют секреции слюны. Однако не совсем понятно, вызывают ли такие практики экспрессию неврологических факторов в слюне. Мы стремимся количественно определить NGF слюны в ответ на пение и дыхательные упражнения у нормальных людей. Это позволит установить до сих пор не зарегистрированную взаимосвязь между тактильными и дыхательными сигналами языка для слюнной секреции NGF и его влиянием на нервную систему. Наш проект будет количественно определять потенциальный нейротрофический фактор NGF в слюне в начале, во время и после тренировки. В будущих исследованиях мы будем использовать протеомный, пептидный и геномный подходы для выявления других нейротрофических факторов, регулируемых этими упражнениями в слюне. Наши результаты представят новую парадигму в лечении и уходе за людьми с/предрасположенными к БА и другим нейродегенеративным заболеваниям.

Клиническое и трансляционное влияние: учитывая тот факт, что болезнь Альцгеймера, старение и другие нейродегенеративные расстройства связаны со снижением продукции нейротрофических факторов (например, NGF), и что NGF активно исследуется в качестве лекарственного средства в клинических испытаниях, наши выводы о том, что NGF можно стимулировать in situ с помощью простых, неинвазивных этнических практик, будут иметь серьезное клиническое применение. Будущие исследования с использованием геномных и протеомных подходов выявят дополнительные нейротрофические факторы в слюне, которые потенциально могут быть мишенями для лекарств для лечения БА и других нейродегенеративных заболеваний.

C. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Нет. D. ДИЗАЙН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Люди.

Всего в исследовании примут участие 20 добровольцев (мужчины или женщины) в возрасте от 18 лет и старше. Ниже приведен список условий для исключения:

• проблемы с дыханием (неспособность дышать через ноздри, хронический бронхит, эмфизема и астма)
• проблемы с речью, которые мешают петь
• неспособность слушать и следовать инструкциям по упражнениям
• заложенность носовых пазух
• синдром Шегрена
• хроническая сухость во рту из-за приема лекарств или других состояний
• использование антихолинергических препаратов Информированное согласие будет получено от каждого субъекта после полного описания исследования.

Набор людей. Как только мы получим одобрение IRB, мы наберем 20 субъектов, необходимых для этого исследования, разместив рекламу в лифтах MUSC и в близлежащих центрах йоги. Заинтересованные участники свяжутся с ИП по указанному номеру телефона. Приемлемость субъектов будет оцениваться PI на основе вопросов, заданных в Анкете. PI и участник договариваются о времени встречи. Участник придет в лабораторию PI в Strom Thurmond Building (STB, комната 222). Этот конференц-зал находится на том же этаже, что и исследовательская лаборатория PI. Мы выбрали эту комнату из-за ее тихой атмосферы без какого-либо вмешательства со стороны других сотрудников лаборатории во время протокола. Эта палата зарезервирована через руководителя лаборатории Кардиологического исследовательского института Gazes и находится в свободном доступе для PI. По прибытии PI объяснит субъекту суть исследования и получит согласие, используя форму согласия. PI также подпишет и поставит дату на Форме согласия и передаст копию участнику. Затем субъект заполнит Анкету, чтобы подтвердить право на участие.

Зарегистрированные и давшие согласие субъекты будут случайным образом распределены по одному из двух условий (группа «Пение/Дыхание» (CB) по сравнению с группой «Контроль». Рандомизация будет проводиться в сотрудничестве со специалистом по биостатистике и будет осуществляться стратифицированным образом (т. е. по полу), чтобы обеспечить равное распределение по полу в 2 экспериментальных группах (CB против контроля). Специалист по биостатистике предоставит PI конверты, содержащие идентификационный номер исследования и случайную групповую принадлежность (т. CB против контроля). Каждый конверт будет открыт только после того, как будет установлено право на участие в исследовании и получено согласие.

Перед выполнением упражнений и сбором образцов PI научит каждого субъекта выполнять пение и дыхательные упражнения. Каждый субъект будет тестироваться индивидуально из-за простоты сбора образцов и во избежание любой изменчивости, которая может возникнуть при стимуляции нейронов у субъектов в присутствии других лиц, кроме исследователей.

Пение, дыхательные упражнения и сбор образцов Испытуемые познакомятся с пением и дыхательными упражнениями. Как специалист по пению/йоге/дыхательным упражнениям, ИП проведет это обучение, которое не должно занимать более 5 минут. План сбора цельных образцов слюны изображен на рисунке 3. Образцы слюны будут собираться один раз в начале протокола (время 0), пока субъекты сидят. Слюне будет позволено естественным образом скапливаться в ротовой полости, и участник выпустит ее в пробирку для образца (вместимость 5 мл) с крышкой.

Повторение Ом (С):

Затем испытуемые будут повторять Ом следующим образом:

1. Резкий глубокий вдох через ноздри
2. Медленный выдох через рот во время пения Ом. На этом этапе испытуемые сделают медленный и полный выдох.

Эти два шага повторяются непрерывно в течение 10 мин с закрытыми глазами.

Дыхательное упражнение (ДВ):

После пения испытуемые будут выполнять дыхательные упражнения следующим образом, как указано PI на основе Тирумантирама:

1. Проверьте, через какую из двух ноздрей проходит свободный поток воздуха. Для пояснения ноздря со свободным потоком воздуха рассматривается как ноздря 1, а другая — как ноздря 2.
2. Закройте ноздрю 2 и сделайте резкий глубокий вдох через ноздрю 1, а затем закройте обе ноздри, чтобы вдыхаемый воздух не выходил наружу. Воздух также не должен выходить через рот. Этот шаг вдоха должен длиться около 4 секунд.
3. Задержите дыхание в этом положении примерно на 16 секунд.
4. Откройте ноздрю 2 и выдохните в течение примерно 8 секунд. Необходим полный выдох. Живот будет медленно выгибаться по мере того, как субъект выдыхает. Это нормально и поощряется. Воздух не должен просачиваться через ноздрю 1 или рот.
5. Перейти к шагу а). Если во время упражнения в ротовой полости скапливается слюна, испытуемый может проглотить ее в конце шага выдоха (шаг d). Испытуемые будут выполнять дыхательные упражнения в течение 10 мин. Образцы слюны будут собираться через 5 и 10 минут дыхательной гимнастики в пробирки с маркировкой ВЕ-1, ВЕ-2. Таким образом, каждый человек предоставит следующие пять образцов слюны: + (время 0), пение Ом (C-1 и C2) и дыхательное упражнение (BE-1 и BE-2).

Контрольная группа В случае контрольной группы испытуемые будут сидеть спокойно в течение того же времени, что и группа CB. Образцы слюны будут собираться в те же моменты времени (с 5-минутными интервалами в течение 20 минут), что и группа CB.

Примерное общее время для всего протокола будет следующим:

Введение и анкета – 10 минут. Инструктаж по пению, дыхательному упражнению (группа CB) или спокойному сидению (контрольная группа) и сбору образца слюны – 10 минут (группа CB) или 5 минут (контрольная группа). Сбор базального образца – 1 минута. Пение Ом – 10 минут Дыхательное упражнение - 10 минут Любой другой вопрос субъекта - 2-3 минуты Общее время встречи для субъекта = примерно 45 минут (группа CB) 40 минут (контрольная группа) За время участников исследования и любые неудобства денежная компенсация будут предоставлены.

Обработка образцов Поместите собранные образцы слюны на лед. Используя стерильные методы, перенесите слюну в центрифужные пробирки, измеряя количество каждого образца. Количество образцов, отобранных из каждого образца на каждом этапе эксперимента, могло варьироваться. Образцы из отдельных пробирок обрабатывайте отдельно, не объединяя образцы. Рассчитайте общий объем слюны во время обычной фазы отдыха, во время пения и во время дыхательных упражнений. Храните образцы при температуре -80 градусов по Цельсию до проведения анализа. Образцы будут утилизированы после анализа данных.

Иммуноферментный анализ Количественно определяют уровни ФРН в каждом образце с помощью иммуноферментного анализа с использованием коммерческих наборов в соответствии с инструкциями производителя (Promega). Все реагенты, необходимые для проведения эксперимента ELISA, входят в комплект. Дополнительные реагенты, если таковые имеются, и устройство для считывания ELISA доступны для PI в STB Room 511.

Управление данными Все данные исследования, полученные от участников PI, будут введены в базу данных REDCap, разработанную при содействии биостатистика проекта. REDCap (Research Electronic Data Capture) — это набор программных инструментов и методология рабочего процесса для электронного сбора и управления данными исследований и клинических испытаний, доступными исследователям MUSC. Итеративный процесс разработки и тестирования приводит к хорошо спланированной стратегии сбора данных для отдельных исследований, которая облегчает ввод данных, проверку редактирования и возможный статистический анализ. Базовая база данных размещена в центре обработки данных MUSC, а система защищена логином и шифрованием Secure Sockets Layer (SSL).

Статистический анализ Статистический анализ будет проводиться под руководством специалиста по биостатистике, который сотрудничал с PI в разработке этого исследования. Первоначально описательная статистика будет использоваться для характеристики участников исследования в отношении демографических, любых соответствующих клинических характеристик и измерений NGF на исходном уровне и с течением времени. Групповые различия в демографических данных и других исходных переменных будут изучаться с помощью t-критерия, критерия хи-квадрат и точного критерия Фишера, в зависимости от ситуации. Это исследование предназначено для получения предварительных доказательств эффективности этих упражнений (пение и/или дыхание по сравнению с контролем покоя) для стимуляции NGF слюны; как таковая, формальная проверка гипотезы проводиться не будет. Вместо этого будут использоваться общие линейные смешанные модели (GLMM) для получения оценок (и их соответствующих 95% доверительных интервалов) групповых различий во времени в отношении уровней NGF. GLMM идеально подходят для анализа межсубъектной и внутрисубъектной изменчивости и особенно полезны для планов исследований с повторными измерениями, таких как тот, который используется для этого предлагаемого исследования. Поскольку считается, что возраст влияет на NGF, возраст будет включен в качестве ковариации во все модели. Будут рассмотрены линейные, квадратичные и кубические эффекты времени. Будут изучены различные типы структур ковариации ошибок, и значения информационного критерия Акаике будут использоваться для выбора наиболее подходящей GLMM. Использование GLMM позволит нам охарактеризовать типичную траекторию измерений NGF с течением времени в обоих экспериментальных условиях, а также даст нам возможность сравнить пение и дыхательные упражнения в группе CB. Результаты этого типа статистического моделирования будут полезны для планирования (финансируемых извне) будущих, более крупных и более точных исследований.

Обоснование размера выборки Поскольку формальная проверка гипотезы проводиться не будет, статистическая мощность не имеет отношения к этому предложению; таким образом, обоснование размера выборки основано на точности наших процессов оценки и на опыте обучения, связанном с регистрацией, наблюдением и измерением субъектов в этом исследовании, а также на максимально эффективном проведении лабораторных тестов. Наличие n = 10 субъектов в каждой экспериментальной группе (всего n = 20 субъектов) позволит нам сделать предварительные оценки измерений NGF с течением времени в каждой группе. При n = 10 субъектов в группе 95% доверительные интервалы вокруг оценок средних групп будут расширяться на ~ 0,6 стандартных отклонения в любом направлении, а 95% доверительные интервалы вокруг оценок средних различий групп будут расширяться на ~ 0,9 стандартных отклонений в любом направлении. С n = 10 в группе мы также получим более полное представление о готовности субъектов быть рандомизированными в этом типе исследования дополнительной и альтернативной медицины и о лучших методах, связанных с проведением интервенций пения и дыхательных упражнений.

E. ЗАЩИТА ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ СУБЪЕКТОВ

1. Риски для участников В этом исследовании примут участие 20 мужчин и женщин в возрасте от 18 лет и старше. Этот протокол будет состоять из одного посещения, сеансов один на один для отдельного участника. Эти упражнения не представляют физического, психологического, социального риска для участников. Нарушение конфиденциальности может быть одним из потенциальных рисков, поскольку Анкета собирает информацию о состоянии здоровья испытуемых. Участникам может быть немного неудобно плеваться или пускать слюни в присутствии другого человека. У участника может возникнуть ощущение, что он не знает упражнений заранее или может почувствовать, что он не в полной мере способен следовать инструкциям по упражнению.

   Защита от рисков Инструктор постарается сделать так, чтобы испытуемые чувствовали себя непринужденно и комфортно. Вся информация, собранная в ходе исследования, будет обрабатываться с соблюдением конфиденциальности и храниться на защищенных серверах, как описано выше. Бумажные работы, созданные в ходе настоящего исследования, содержат потенциальную личную информацию. Эти документы будут храниться в запираемом шкафу, принадлежащем PI, расположенному в комнате 625 STB в MUSC. Участники будут идентифицированы идентификационным номером во всех документах, данных и образцах слюны. Информированное согласие — это связь между идентификационным номером участника и его именем. Собранные образцы слюны будут храниться в морозильной камере при температуре -80 градусов с замком в комнате STB 213 и утилизируются сразу после анализа данных. Дыхательные упражнения и пение являются легкими формами упражнений и не представляют опасности для здоровья участников. С участниками исследования не будут связываться для другого исследования.

2. Потенциальная польза для здоровья испытуемых Йогическое дыхание в частности и йога в целом являются хорошими упражнениями для здорового образа жизни. Несколько исследований показывают, что йогическое дыхание снижает стресс и улучшает качество жизни у нескольких групп пациентов и у здоровых людей. В конце исследования испытуемые в группе пения/дыхательных упражнений могли чувствовать себя физически и психологически лучше из-за нейротрофических эффектов. Эти субъекты в конечном итоге изучают новые техники из другой культуры (межкультурный опыт) для регулирования дыхания, которые они могут практиковать ежедневно по своему желанию, поскольку непрерывная практика может принести им пользу в долгосрочной перспективе.