Влияние высокоинтенсивных интервальных тренировок на механизмы нейропластичности у пациентов с болезнью Паркинсона

I. Цели исследовательского проекта

Цель 1. Изучить влияние двух циклов ВИИТ на пресинаптическое наличие DA в стриарном теле (в дорсальной скорлупе) у тестируемых пациентов с БП методом ПЭТ с захватом 18F-дофа - [18F]фтордопа, который обеспечивает в данном случае очень хороший показатель восстановленного стриарная пресинаптическая дофаминергическая функция (Brooks and Pavese, 2011).

Гипотеза 1. Пресинаптическая дофаминергическая функция полосатого тела улучшится (увеличение поглощения 18F-дофа) после первого и второго цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и сохранится в течение 1 года наблюдения (через 3 месяца после второго HIIT). прекращение цикла). В группе PD-NTR пресинаптическая дофаминергическая функция полосатого тела не улучшится или даже ухудшится (снижение захвата 18F-дофа) в тот же временной интервал. Важным для этой гипотезы является ежегодное снижение уровня 18F-дофа в скорлупе примерно на 10% на ранних стадиях болезни Паркинсона (Morrish et al., 1995).

Цель 2. Охарактеризовать влияние двух циклов ВИИТ на нейрофизиологические функции (НПФ): (i) двигательных и когнитивных подкорковых и корковых структур, (критически зависящих от наличия пресинаптических DA), используя фМРТ и ЭЭГ, и (ii ) скелетные мышцы, задействованные в двигательной задаче, с использованием поверхностной ЭМГ. Следующие нейрофизиологические функции центральной нервной системы (ЦНС) будут тестироваться во время выполнения двигательной задачи указательного пальца, зависящей от наличия ДА, и во время мысленного воображения этой двигательной задачи (когнитивной задачи): (i) уровень активации подкорковых и корковые структуры, и (ii) силу функциональной связи (функциональной связи) между нервными 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 2. NPF улучшится после первого и второго цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и сохранится в течение 1 года наблюдения. А именно, исследователи предполагают, что для двигательной задачи и задачи ментального воображения в деятельности ЦНС это будет: (1) усиление активации в черной субстанции (SN), скорлупе (PUT), первичной моторной коре (M1), дополнительной моторной коре. площадь (СМА); (2) снижение активации латеральной премоторной коры (БМК) и мозжечка; с одновременным (3) усилением функциональной связи: SN с PUT; PUT с M1, PMC, SMA и дорсолатеральной префронтальной корой (DLPFC); и ДЛПФК с M1, PMC, SMA и мозжечком; (4) снижение функциональной связи между M1, PMC, SMA, мозжечком и теменной корой; и (5) для задачи на мысленные образы исследователи дополнительно предполагают усиление теменной и снижение активации затылочной коры. 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 том же временном интервале и особенно через 1 год от исходного уровня.

Цель 3. Охарактеризовать влияние двух циклов ВИИТ на психомоторное поведение (ПМП), критически зависящее от наличия ДА и НПФ мозга. В ходе нескольких экспериментов будут протестированы следующие ПМБ: (1) самоинициируемое бимануальное движение сгибания/разгибания указательного пальца в противофазе и мысленное представление этой задачи во время фМРТ-сканирования, (2) самоинициируемое бимануальное противофазное отведение указательного пальца/ аддукционная двигательная задача и мысленное представление этой задачи при одновременной записи ЭЭГ, ЭМГ и силы; (3) простой функциональный тест бимануальной ловкости (с использованием теста с прищепкой), (4) оценка всех моторных и немоторных симптомов БП, основанная на неврологической оценке, (5) общая когнитивная функция и, в частности, аспекты исполнительной функции с использованием психологических тестов.

Гипотеза 3. PMB улучшится после первого и второго цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и сохранится в течение 1 года наблюдения вследствие улучшения доступности пресинаптических стриарных DA и NPF, Улучшения PMB не будет в группе PD-NTR, или даже PMB будут ухудшаться в том же временном интервале и особенно через 1 год от исходного уровня.

Цель 4. Оценить: (i) влияние двух циклов ВИИТ на уровень секреции BDNF (нейротрофический фактор головного мозга), NGF (фактор роста нервов), IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста типа 1) в крови, рассматриваемых как маркеры эффективности нейропластичности и (ii) влияние полиморфизма BDNF на нейропластическую реактивность пациентов с БП на HIIT (выражающееся в индуцированном физической нагрузкой повышении уровня пресинаптического DA и улучшении NPF' и PMBs).

Гипотеза 4. Уровень секреции BDNF, NGF и IGF-1 будет повышаться после первого и второго цикла HIIT по сравнению с исходным уровнем в группе PD-TR и будет сохраняться в течение 1 года наблюдения. В отличие от группы PD-TR, улучшение уровня секреции BDNF, NGF и IGF-1 не будет наблюдаться в группе PD-NTR или даже их уровень снизится через 1 год наблюдения. Нейропластическая чувствительность пациентов с БП к HIIT будет зависеть от типа полиморфизма BDNF с потенциально худшей чувствительностью к полиморфизму Val66Met BDNF (этот полиморфизм вызывает замену валина на метионин в положении 66 белка proBDNF).

Цель 5. Исследовать взаимосвязь пресинаптической доступности DA с уровнями NPF, PMB и BDNF конкретного типа полиморфизма.

Гипотеза 5. Исследователи предполагают, что связанное с HIIT повышение доступности пресинаптического DA будет значительно положительно коррелировать с: (i) улучшением NPF и PMB, а также с повышенным уровнем секреции BDNF в крови, и (ii) отрицательно с BDNF Val66Met. тип полиморфизма в группе PD-TR. Вопреки вышесказанному, в группе PD-NTR будут отсутствовать или менее значимые корреляции доступности пресинаптического стриарного DA с уровнями NPF, PMB и BDNF.

II. Дизайн исследования и план работы

Этот проект представляет собой продольное рандомизированное контролируемое исследование в течение 1 года с последующим наблюдением в 3 группах. Весь процесс рандомизации блочного типа осуществляется исследователями этого исследования с использованием последовательно пронумерованных запечатанных конвертов. Непрозрачные конверты используются для сокрытия распределения. В проекте участвуют 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. Все субъекты PD (PD-TR и PD-NTR) будут обследованы во время «фазы выключения» лекарства в следующие моменты времени: до HIIT 1, 1 неделя, 1,5 месяца и 3 месяца после HIIT 1; а затем аналогично через 1 неделю, 1,5 месяца и 3 месяца после HIIT 2. Субъект из H-CO будет протестирован только один раз.

III. Методология исследования

III.1.1. Характеристики субъектов. 40 человек с БП (в возрасте 45-65 лет) были допущены к участию в исследовании после того, как на основании неврологической оценки у них был диагностирован идиопатический БП. Диагноз болезни Паркинсона основывается на истории болезни, физикальном и неврологическом обследовании и реакции на леводопу. Пациенты проходят клиническую оценку с помощью UPDRS и шкалы H&Y опытным неврологом, специализирующимся на двигательных расстройствах. Чтобы получить наиболее однородную группу пациентов с унифицированным типом лечения (важным для измерений ПЭТ), которые смогут выполнять цикл HIIT и полноценно участвовать в сеансах тестирования, исследователи ограничивают набор пациентов легкой формой БП (1-2 балла). по шкале H&Y) с преобладанием брадикинезии и отсутствием или менее выраженным тремором. Здоровая контрольная группа будет состоять из здоровых людей соответствующего возраста, пола, роста и массы тела.

III.1.2. Набор субъектов Субъекты ПД набираются из неврологических клиник в Варшаве, Польша. Контрольная группа здоровых пожилых людей набирается на основе: (i) публичной рекламы и (ii) контактов с университетами третьего возраста и клубами пожилых людей в Варшаве.

III.2. Процедуры обучения. Пациенты группы PD-TR выполнят два 12-недельных цикла HIIT, разделенных на 3 месяца перерыва. Этот цикл HIIT будет состоять из трех часовых тренировок еженедельно. Каждое 1-часовое тренировочное занятие будет состоять из 10-минутной разминки (с медленной произвольной скоростью), 40-минутных интервальных упражнений и 10-минутной фазы заминки. На каждой тренировке часть интервальных упражнений будет состоять из 10 подходов с интервалом в 4 минуты, включая 2-минутную езду на велосипеде со скоростью ≥ 60 [об/мин], но предпочтительно со скоростью 80-90 [об/мин] (быстрая фаза интервала) и 2-минутную езду на велосипеде. при ≤ 60 [об/мин] (медленная фаза интервала). Тренировка будет проводиться на стационарном велоэргометре (MONARK, Ergomedic 874E, Швеция), который позволяет измерять частоту вращения педалей [об/мин]) и мощность [Вт]. Частота сердечных сокращений (ЧСС, [уд/мин]) будет измеряться системой Polar (Polar, Финляндия). 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. Все тренировочные занятия будут проводиться во время приема лекарств пациентами (благотворное действие противопаркинсонических препаратов). Пациенты будут крутить педали на циклоэргометре с частотой 60–80 % от их индивидуальной ЧССmax, и им будет предложено двигаться быстрее (80–90 об/мин, или на 30 % быстрее, чем их предпочтительная произвольная скорость) во время быстрой фазы интервальной тренировки. У каждого пациента будет увеличиваться целевая частота сердечных сокращений каждые 2 недели на 5% с 60% до 80% в следующем порядке: 60% от максимальной ЧСС в течение первых двух недель, 65% в течение 3-4 недель, 70%. в течение 5-6 недель, 75% в течение 7-9 недель и 80% в течение 10-12 недель тренировочного периода. Во время каждой части этих 36 тренировочных занятий (разминка, быстрая и медленная фаза интервальной тренировочной части, замедление) для каждого субъекта исследователи будут измерять: (i) значения % максимальной ЧСС, (ii) частоту вращения педалей и мощность и (iii) восприятие пациентами интенсивности упражнений с использованием рейтинга воспринимаемой нагрузки Борга (RPE) (Borg, 1982). Для повышения когнитивной активности у пациентов с БП, выполняющих физические упражнения, данные о частоте вращения педалей (циклической скорости) будут представлены на экране каждого пациента с использованием индивидуальной системы обратной связи. Пациент увидит две вертикальные полосы, первая из которых будет заданным целевым уровнем скорости (соответствующим медленной или быстрой фазе интервала), а вторая будет фактической скоростью, генерируемой во время тренировки пациента. Кроме того, пациенты с БП будут получать подсказки с помощью метронома и словесных комментариев инструктора, чтобы они крутили педали в соответствующем ритме, который будет настроен на заданную скорость.

IV. статистический анализ

Исследователи сначала проведут межгрупповое сравнение всех демографических и клинических характеристик, чтобы проверить исходные различия (критерий Стьюдента или U-критерий Манна-Уитни для данных с нормальным и ненормальным распределением или точный критерий Фишера для данных непредвиденных обстоятельств). Повторные измерения ANOVA будут использоваться для выполнения 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 данными ПЭТ (показывающими доступность DA) и фМРТ, ЭЭГ, ЭМГ (описывающими NPF), PMB и результатами маркеров нейропластичности. Для всех анализов уровень значимости будет установлен на α=0,05 с поправками Бонферрони для множественных сравнений, когда это необходимо.