Влияние физических упражнений на нейропластичность и сенсомоторные сети у пожилых людей (EXOPLASTIC)

Старение связано со структурными и функциональными изменениями в центральной нервной системе, которые могут негативно влиять на моторный контроль, постуральную устойчивость, координацию верхних конечностей и адаптивное моторное поведение. Эти функциональные изменения частично объясняются изменениями кортикальной возбудимости и снижением эффективности интракортикальных тормозных и сенсомоторных цепей в пределах первичной моторной коры (M1). Такие изменения могут способствовать снижению нейропластичности, определяемой как способность мозга реорганизовываться в ответ на внутренние или внешние стимулы.

Нейропластичность играет критическую роль в моторном обучении и адаптации и, следовательно, необходима для поддержания функциональной автономии у пожилых людей. Выявление вмешательств, способных усиливать или сохранять нейропластичность с возрастом, представляет собой важную клиническую и социальную задачу. Аэробная физическая нагрузка стала перспективной нефармакологической стратегией для модуляции кортикальной возбудимости и стимулирования нейропластичности.

Основная цель данного исследования — оценить влияние одной сессии умеренной аэробной нагрузки на нейропластичность, индуцированную транскраниальной стимуляцией постоянным током (tDCS), у пожилых людей по сравнению с молодыми взрослыми. Вторичная цель — исследовать влияние физической нагрузки на внутренние интракортикальные цепи и механизмы сенсомоторной интеграции в пределах M1.

Дизайн исследования:

Это моноцентровое исследовательское исследование, в котором каждый участник выполнит три экспериментальные сессии, разделенные как минимум одной неделей:

Сессия 1 и Сессия 2 (рандомизированный перекрестный дизайн):

• Условие A: 20 минут умеренной аэробной нагрузки с последующей tDCS.
• Условие B: 20 минут сидячего отдыха с последующей tDCS. Порядок этих двух условий будет рандомизирован. Каждый участник служит собственным контролем.

Сессия 3:

• Оценка эффектов только аэробной нагрузки (без tDCS).

Экспериментальные процедуры:

После предоставления письменного информированного согласия участники проходят базовые оценки, включая анкеты, документирующие уровень физической активности, ведущую руку и уровень боли.

Участники удобно располагаются сидя, и поверхностные электроды электромиографии (ЭМГ) размещаются над мышцей короткого отводящего большого пальца (КОВБ) доминирующей руки. Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) проводится над M1, соответствующей репрезентации доминирующей руки. Определяются оптимальное место стимуляции (горячая точка) и порог моторного покоя (ПМП).

Кортикоспинальная возбудимость оценивается с помощью однократной ТМС с возрастающими интенсивностями для построения кривых вовлечения вход-выход (В/В). Моторные вызванные потенциалы (МВП) регистрируются с мышцы КОВБ. Для моделирования кривых В/В и извлечения параметров, включая наклон, плато и S50, используется сигмоидальная функция Больцмана. Основным показателем результата является наклон кривой В/В, отражающий коэффициент усиления вовлечения кортикоспинальных путей.

Нейропластичность оценивается путем сравнения кортикоспинальной возбудимости до и после 20-минутной сессии анодной tDCS, примененной над доминирующей M1 (2 мА). Изменения параметров кривых В/В после tDCS, с предшествующей физической нагрузкой или без нее, служат индикаторами индуцированной пластичности.

Интракортикальные тормозные и облегчающие механизмы оцениваются с использованием протоколов парной ТМС:

• Короткоинтервальное интракортикальное торможение (КИТ)
• Интракортикальное облегчение (ИКО)
• Длительноинтервальное интракортикальное торможение (ДИТ)

Сенсомоторная интеграция оценивается с использованием парной периферической стимуляции нерва (срединный нерв на запястье) в комбинации с ТМС для измерения:

• Коротколатентное афферентное торможение (КАТ)
• Длиннолатентное афферентное торможение (ДАТ)
• Афферентно-индуцированное облегчение (АИО) Показатели результатов выражаются как отношения амплитуд обусловленных к необусловленным МВП.

Вмешательство аэробной нагрузки:

Умеренная аэробная нагрузка состоит из 20 минут езды на велоэргометре со скоростью 60–70 оборотов в минуту. Интенсивность нагрузки индивидуализирована, чтобы соответствовать примерно 50% резерва частоты сердечных сокращений (умеренная интенсивность), и контролируется на протяжении всей сессии.

Расчетная продолжительность каждой экспериментальной сессии следующая:

• Сессия 1 (2ч05): Информирование, согласие и анкеты (10 минут), размещение электродов (5 минут), базовые записи (35 минут), 20 минут аэробной нагрузки или сидячего отдыха (рандомизировано), 20 минут tDCS и 35 минут записей после вмешательства.
• Сессия 2 (1ч05): Та же процедура, что и в Сессии 1, без информирования, согласия или анкет. Участники выполняют альтернативное условие (нагрузка или отдых), затем tDCS и записи после вмешательства.
• Сессия 3 (1ч35): Подготовка (5 минут), базовые записи (35 минут), 20 минут аэробной нагрузки и 35 минут записей после нагрузки.