Индуцируемая физической культурой пластичность механизмов моторного контроля у больных болезнью Паркинсона

I. Цели исследовательского проекта

Цель 1. Охарактеризовать влияние 8-недельного цикла ВИИТ на нейрофизиологические функции (НПФ): (i) двигательных корковых структур (критически зависящих от наличия пресинаптических DA) с использованием ЭЭГ и (ii) скелетных мышц, участвующих в двигательной задаче. , используя поверхностную ЭМГ. Следующие нейрофизиологические функции ЦНС будут проверены во время выполнения самостоятельных бимануальных двигательных задач, зависящих от доступности DA: (i) уровень активации корковых структур и (ii) сила функциональной связи между нейронными структурами. Для НПФ скелетных мышц исследователи изучат стратегию активации двигательных единиц. Кроме того, поскольку исследователи будут одновременно записывать ЭЭГ и ЭМГ, исследователи будут оценивать силу корково-мышечной связи.

Гипотеза 1. NPF улучшится после 8-недельного цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и сохранится в течение одного месяца после HIIT. А именно, исследователи предполагают, что для двигательной активности ЦНС это будут: (1) первичная моторная кора (M1), дополнительная моторная область (SMA); (2) снижение активации латеральной премоторной коры (БМК) и мозжечка; с одновременным (3) усилением функциональной связи: дорсолатеральной префронтальной коры (ДЛПФК) с M1, PMC, SMA и мозжечком; (4) снижение функциональной связи между M1, PMC, SMA, мозжечком и теменной корой. Для функции скелетных мышц это будет улучшением стратегии рекрутирования двигательных единиц. На основании данных одновременной регистрации электрической активности коры головного мозга и скелетных мышц, занятых двигательными задачами, исследователи предполагают усиление корково-мышечной связи. В группе PD-NTR НПФ не улучшится или даже ухудшится в тот же временной интервал.

Цель 2. Охарактеризовать влияние 8-недельного цикла HIIT на психомоторное поведение (ПМП), критически зависящее от доступности DA и НПФ мозга. В ходе нескольких экспериментов будут протестированы следующие ПМБ: (1) самостоятельные бимануальные задачи движения в противофазе во время одновременной записи ЭЭГ, ЭМГ и силы (2) оценка всех моторных и немоторных симптомов БП на основе неврологической оценки, (3 ) общая когнитивная функция и, в частности, аспекты исполнительной функции с использованием психологических тестов.

Гипотеза 2. ПМК улучшится после 8-недельного цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и сохранится в течение одного месяца после HIIT в результате улучшения доступности пресинаптических полосатых DA и NPF. Улучшение PMB не будет присутствовать в группе PD-NTR, или даже PMB будут ухудшаться в том же временном интервале.

Цель 3. Оценить: (i) влияние 8-недельного цикла HIIT на уровень секреции BDNF, NGF, IGF-1 в крови, рассматриваемых как маркеры эффективности нейропластичности (выражающееся в индуцированном физической нагрузкой повышении уровня пресинаптической дофаминовой кислоты и улучшении НПФ и ПМБ).

Гипотеза 3. Уровень секреции BDNF, NGF и IGF-1 будет увеличиваться после первого и второго цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и будет сохраняться в течение одного месяца после HIIT. В отличие от группы PD-TR, в группе PD-NTR улучшения уровня секреции BDNF, NGF и IGF-1 не будет, или даже их уровень снизится.

II. Обоснование решения конкретных научных задач предлагаемым проектом.

II.1. Применение ЭЭГ и ЭМГ для оценки НПФ структур коры головного мозга и скелетных мышц II.1.1. Уровень активации нейронных корковых структур будет оцениваться с помощью усреднения ЭЭГ и анализа источников (цепей корковых нейронов).

II.1.2. Сила функциональной связи между структурами нервной коры будет оцениваться с помощью анализа когерентности ЭЭГ-ЭЭГ:

II.1.3. Стратегия активации двигательных единиц скелетных мышц, задействованных во время двигательной задачи, будет проверена с помощью стандартного анализа поверхностной ЭМГ и SSA.

II.1.4. Сила функциональной корково-мышечной связи будет оцениваться с анализом когерентности между сигналами ЭЭГ и ЭМГ:

II.2. PMB будут оцениваться на основе выполнения двигательных и когнитивных задач, а также неврологических и психологических тестов/шкал:

II.2.1. Самостоятельно инициированные бимануальные движения указательного пальца в противофазе и бимануальные задачи на ловкость будут оцениваться во время одновременной записи ЭЭГ, ЭМГ и силы на основе анализа развития силы соответственно.

II.2.2. Оценка моторных и немоторных симптомов БП на основе неврологической оценки с использованием полной унифицированной шкалы оценки болезни Паркинсона (UPDRS) и шкалы Хоэна и Яра (H&Y). Кроме того, с целью оценки корреляции между бимануальной функцией ловкости, описанной в пунктах II.2.1, исследователи выбирают из UPDRS баллы, предназначенные для ручной и бимануальной функции. А именно, исследователи будут анализировать показатели паркинсонической брадикинезии пораженной/более пораженной верхней конечности на основе пунктов 23-25 ​​UPDRS (постукивание пальцами, открывание и закрывание рук, пронационно-супинационное движение рук соответственно). Исследователи также проанализируют: (i) выполнение повседневных ручных функций на основе пунктов 8-11 из UPDRS (почерк, нарезка продуктов и обращение с посудой, одевание, гигиена; соответственно). Кроме того, исследователи будут оценивать качество жизни с использованием шкалы повседневной активности Шваба и Англии (S&E DLA) (Fahn and Elton, 1987).

II.2.3. Психологическая оценка исполнительной функции с использованием двух тестов: теста следования (ТМТ) и теста Струпа (СТ). Как в тестах TMT, так и в тестах ST время, необходимое для завершения теста, используется в качестве меры производительности, а более короткое время - как лучшая производительность. Кроме того, для исключения пациентов с деменцией исследователи будут применять мини-тест исследования психического состояния (MMSE) (Folstein et al., 1975).

II.3. Секреция нейротрофических факторов в кровь С помощью иммуноферментного анализа (метод ИФА) оценивают секрецию сывороточных BDNF, NGF, IGF-1 в крови, ответственных за нейрогенез, синаптогенез, ангиогенез.

III. План работы Реализация проекта рассчитана на 24 месяца. В проекте будут задействованы две группы пациентов с БП: ПД-ТР - пациенты с БП, которые будут выполнять цикл физической подготовки; PD-NTR — нетренированные пациенты с БП и один H-CO — здоровая контрольная группа, которая не будет выполнять циклы HIIT.

Проект начнется с сеанса базового тестирования (PRE-HIT) в обеих группах PD. Затем группа PD-TR будет выполнять 8-недельный цикл HIIT, а группа PD-NTR не будет выполнять цикл HIIT в этот период времени. Затем, через 1 неделю и один месяц после прекращения цикла HIIT, исследователи проведут сеансы тестирования в группах PD-TR и PD-NTR. Здоровая контрольная группа будет протестирована только в один момент времени, когда пространство лаборатории не будет занято тестами пациентов с БП.

IV. Методология исследования

IV.1. Дизайн исследования Этот проект будет продольным, рандомизированным (рандомизация непрозрачных конвертов) контролируемым исследованием с 3 группами. Исследователи наберут 40 человек PD, которые будут случайным образом распределены на две равные группы: PD-TR (N = 20) и PD-NTR (N = 20). Исследователи будут сравнивать результаты этих двух групп, чтобы изучить продольное влияние циклов HIIT на результаты измерений. Кроме того, исследователи наберут здоровую контрольную группу (H-CO; N = 20), которая будет протестирована только один раз и будет представлять собой состояние «здорового состояния» для сравнения с обеими группами пациентов с БП. Сравнение PD-NTR с H-CO покажет нам механизмы патологических изменений у больных БП, а сравнение PD-TR с H-CO даст нам возможность исследовать характер механизмов (восстановление или компенсация) индуцированных ВИИТ. изменения у больных БП.

40 человек с болезнью Паркинсона будут допущены к участию в нашем исследовании после того, как на основании неврологической оценки у них будет диагностирована идиопатическая болезнь Паркинсона. Диагноз болезни Паркинсона будет основываться на истории болезни, физическом и неврологическом обследовании и ответе на леводопу. IV.2.2. Вербовка субъектов. Субъекты БП будут набраны из неврологической клиники Вроцлавского медицинского университета (WMU) во Вроцлаве, Польша, где человек, выполняющий неврологическую оценку пациентов с БП в нашем проекте (Будревич Славомир, доктор медицины, доктор философии), работает неврологом по двигательным расстройствам. и консультируйте пациентов с ПД там. Принимая во внимание возможности и высокое положение WMU, исследователи уверены, что исследователи смогут набрать и, наконец, квалифицировать 40 пациентов с БП. Контрольная группа здоровых пожилых людей будет набрана на основе: (i) публичной рекламы и (ii) контактов с университетами третьего возраста и клубами пожилых людей в Варшаве.

IV.2. Процедуры обучения Пациенты из группы PD-TR будут выполнять 8-недельный цикл HIIT. 8-недельная программа HIIT будет состоять из трех еженедельных часовых тренировок (каждая из которых состоит из 10-минутной разминки, 40-минутных высокоинтенсивных интервальных упражнений и 10-минутной фазы заминки с медленной произвольной скоростью). ) выполняется на стационарном велоэргометре (MONARK, Ergomedic 874E, Швеция), который измеряет частоту вращения педалей (оборотов в минуту; [об/мин]) и мощность [Вт]. Во время каждой тренировки интервальное упражнение будет состоять из 8 подходов с 5-минутными интервалами, включая 3 минуты езды на велосипеде со скоростью ≥ 60 [об/мин], но предпочтительно со скоростью 80-90 [об/мин] (быстрая фаза интервала) и 2 минуты езды на велосипеде. при ≤ 60 [об/мин] (медленная фаза интервала). Пациентам в группе PD-TR будет ритмично подсказывать метроном, а инструктор устно побуждает их крутить педали с заданной скоростью, соответствующей быстрой и медленной фазам. Значения каденса будут представлены каждому субъекту в режиме реального времени на экране в качестве обратной связи для управления частотой вращения в течение различных интервальных фаз. Частота сердечных сокращений (ЧСС; ударов в минуту [уд/мин]), измеренная с помощью системы Polar (Polar, Финляндия), частота вращения педалей [об/мин] и мощность [Вт], будут отслеживаться и собираться во время каждой тренировки. Супервайзер по обучению регулирует сопротивление для каждого пациента, чтобы обеспечить езду на велосипеде с целевой частотой сердечных сокращений (THR) каждого пациента и с соответствующей скоростью. Пациенты с БП будут работать на велосипеде с частотой 60-75% от их индивидуальной ЧССмакс (максимальная частота сердечных сокращений). Пациентов с БП будут поощрять к более быстрой езде на велосипеде (80–90 об/мин или на 30 % быстрее, чем скорость их произвольного вращения педалей) во время быстрой фазы интервала и увеличивать его/ее ЧСС каждые 2 недели на 5 % (60 % максимальной ЧСС во время 1-2 недели, 65% в течение 3-4 недель, 70% в течение 5-6 недель и 75% в течение 7-8 недель тренировочного периода). Кроме того, восприятие пациентами интенсивности упражнений (для быстрой и медленной фаз интервала) будет оцениваться с использованием рейтинга воспринимаемой нагрузки Борга (RPE) (Borg, 1982).

IV.3. Процедуры измерения Все субъекты с БП будут обследованы во время внефазового приема лекарств, т. е. после 12-часовой отмены противопаркинсонических препаратов в течение ночи (24 часа для препаратов с пролонгированным высвобождением). Последовательность сеансов тестирования для конкретных методов следующая: 1-й день - (i) забор крови; (ii) психологические, неврологические и функциональные тесты -> 2-й день - (i) ЭЭГ + ЭМГ + сила.

IV.4. Статистический анализ Исследователи сначала проведут межгрупповое сравнение всех демографических и клинических характеристик, чтобы проверить исходные различия. Это будет сделано с использованием двустороннего критерия Стьюдента или U-критерия Манна-Уитни для данных с нормальным и ненормальным распределением или точного критерия Фишера для данных о непредвиденных обстоятельствах. Дисперсионный анализ с повторными измерениями будет использоваться для проведения межгруппового сравнения изменений в точках тестирования. Значимые основные эффекты затем будут подвергаться постфактумному попарному сравнению, прежде всего, между PD-TR и PD-NTR, а также PD-TR и H-CO. Корреляционный анализ (коэффициент корреляции Пирсона или Спирмена) будет проводиться между результатами ЭЭГ, ЭМГ (с описанием NPF), PMB и маркерами нейропластичности. Для всех анализов уровень значимости будет установлен на α=0,05 с поправками Бонферрони для множественных сравнений, когда это необходимо.