Exergaming förbättrar verkställande funktioner hos patienter med metabolt syndrom

Inledning Under senare år har sambandet mellan kognitiv funktion och metabolt syndrom studerats flitigt. Metaboliskt syndrom (MetS) har visat sig vara associerat med en försämring av den verkställande funktionen på grund av flera riskfaktorer, inklusive högt blodtryck, dyslipidemi, försämrad glukoshomeostas och bukfetma. Exekutiva funktioner inkluderar grundläggande kognitiva processer som uppmärksamhetskontroll, kognitiv hämning, hämmande kontroll, arbetsminne och kognitiv flexibilitet.

Kognitiv neurovetenskap använder Stroop-uppgifter för att mäta selektiv uppmärksamhetskapacitet och färdigheter, såväl som bearbetningshastighetsförmåga, vilket indikerar exekutiva funktioner. Elektroencefalografisk (EEG) aktivitet med hjälp av händelserelaterad positioneringsteknik P300 och N200 har använts i stor utsträckning för att mäta selektiv uppmärksamhetskapacitet och färdigheter, och beteendeprestanda som reaktionstid (RT) används ofta för att mäta bearbetningshastighetsförmåga. N200-negativitet (200~350 ms post-stimulus) är en händelserelaterad potential (ERP), som indikerar uppmärksamhetskapacitet som vanligtvis induceras före rörelseresponskontroll och är relaterad till de kognitiva processerna för stimulisigenkänning och -differentiering. P300-positivitet (300~600 ms post-stimulus) är en annan ERP, som återspeglar minnesrelaterad neural bearbetning som är involverad i kategorisering av inkommande information och uppdatering av arbetsminnets sammanhang (t.ex. kodning, repetition, igenkänning och hämtning).

Det är välkänt att aerob träning ger olika fördelaktiga kliniska resultat hos patienter med metabola sjukdomar. Dess effekter på kognitiv funktion, särskilt verkställande funktion, har också rapporterats. Dessutom rapporterade nyare studier att både aerob träning och motståndsträning underlättar övergripande elektrofysiologiska effekter (t.ex. ökade ERP P300-amplituder) och beteendeindex (t.ex. snabbare RT) hos friska äldre människor. Dessutom har aerob träning också rapporterats förbättra kognitiva processer i kortikal kognitiv kontroll (P300 amplitud) i studier av patienter med kronisk stroke.

På senare tid har träning (en kombination av "träning" och "spel") väckt stor uppmärksamhet som en ny träningsmetod för att förbättra kognitiv funktion eftersom den använder videospel som kräver kroppsrörelser samtidigt som användaren får en kognitivt utmanande miljö. Tillsammans med dess populära användning för fritid och underhållning, finns det ett växande intresse för tillämpningen av exergaming för att förbättra kliniska resultat. Nyligen genomförda studier med exergaming visade gynnsamma effekter på kognitiva funktioner och funktioner med dubbla uppgifter, vilket minskade fall hos äldre vuxna såväl som risker för hjärt-kärlsjukdomar såsom kroppsfett, serumadipokinnivåer och lipidprofiler. Exergaming främjade också exekutiva funktioner och kognitiv bearbetningshastighet hos äldre och barn. Dessa växande bevis tyder på att träning har fördelen av att förbättra kognitiva och fysiska funktioner.

Även om många tidigare studier har rapporterat förbättringar i kognitiv funktion efter träning, är det inte klart om denna fördel beror på en träningseffekt eller videospelseffekt. Dessutom mätte alla dessa studier RT, istället för ERP med EEG, vilket begränsar för att belysa hjärnaktiviteter. Med tanke på att EEG kan mäta elektriska aktiviteter i olika cortexområden i hjärnan är det nödvändigt att undersöka ERP med hjälp av EEG för att utvärdera exekutiva funktioner. Därför undersökte vi fördelarna med exergaming jämfört med normal träning och undersökte exekutiv funktion genom att mäta RT samt N200 och P300 i tre cortexområden under Stroop-uppgifter hos patienter med MetS.

Metoder Deltagare Totalt 22 MetS manliga och kvinnliga patienter i åldern 50-80 år deltog i denna studie. MetS definierades enligt den modifierade NCEP Adult Treatment Panel III (NCEP-ATP III) definition för sydasiater. Kortfattat definierades individer med tre eller fler av följande kriterier som MetS: central fetma (midjemått ≥90 cm för män; ≥ 85 cm för kvinnor), fasteplasmaglukos ≥100 mg/dL eller aktuell behandling för diabetes mellitus, systolisk blodtryck ≥130 mmHg eller diastoliskt blodtryck ≥85 mmHg eller aktuell behandling för högt blodtryck, serumtriglycerider ≥150 mg/dL, lågt HDL-kolesterol (män<40 mg/dL; kvinnor <50 mg/dL). Försökspersonerna ombads att inte träna på 24 timmar före experimentet. De instruerades också att äta vanliga måltider och att avsluta måltiderna 4 timmar före experimentet, samtidigt som de undviker alkohol 1 dag före experimentet och koffein under de 4 timmarna före experimentet. Alla försökspersoner var tvungna att fylla i ett skriftligt informerat samtycke som godkänts av Institutional Review Board vid Kosin University College of Medicine.

Provstorleken beräknades med hjälp av programvara för beräkning av provstorlek (G*Power version 3.1.9.2 för Windows; http://www.gpower.hhu.de), med effektstorlek 0,484, statistisk effekt 0,8 och statistisk signifikansnivå 0,05. Denna effektstorlek beräknades från de tidigare studierna. Som ett resultat blev urvalsstorleken för varje grupp 8, och vi beslutade att rekrytera 11 patienter för varje grupp, med en potentiell avhoppsfrekvens på 30 %.

Träningsinsatser Träningsträning genomfördes på Kosin University Gospel Hospital U-healthcare Center. Varje deltagare instruerades att omedelbart informera handledaren om han eller hon upplevde några ovanliga symtom under träningsträningen och att konsultera en läkare vid behov. Försökspersoner exkluderades om de inte utförde mer än 80 % av träningspassen.

Alla försökspersoner delades slumpmässigt in i två grupper: träningsgrupp och träningsgrupp för löpband. Försökspersonerna hade 2 veckors anpassning och genomförde sedan 12 veckors träningsträning: 60 min/dag, 60-80 % av hjärtfrekvensen reserverad (HRR), 3 dagar/vecka. Varje träningspass bestod av 10 minuters uppvärmning, 40 minuters huvudövning och 10 minuters uppvärmning.

Exergaming-gruppen (EXG) tränade med hjälp av Exerheart®-enheter (D&J Humancare, Busan, Sydkorea) bestående av en löp-/hoppmatta [730(W) × 730(D) × 130(H)] och en surfplatta på en stativ (kan justeras till valfri höjd mellan 70 och 155 cm) (tilläggsbild 1A). Exerheart® är ett träningsspel utvecklat för att köra på plats tillsammans med videospelet "Alchemist's Treasure" (D&J Humancare, Busan, Sydkorea). För att spela det här spelet måste motivet springa eller hoppa på en plats på mattan för att flytta en virtuell avatar på skärmen på surfplattan fram, bak, vänster och höger tillsammans med musik (tilläggsvideo 1 för online) . Motivet kan kontrollera hastigheten på avatarrörelsen genom att springa eller hoppa hastighet på mattan. Träningsgruppen för löpband (TEG) utförde träning med kommersiella löpband (MOTUS, Gyeonggi-do, Sydkorea). Varje försöksperson gick eller sprang på löpbandet i en bekväm hastighet.

För både EXG och TEG övervakades alla försökspersoners hjärtfrekvenser (HR) under träning med hjälp av HR-monitorer (polar RS400sd, Madison Height, Michigan, USA) för att bekräfta att värdet låg inom målintervallet för HR. Karvonens formel (1957) användes för att beräkna HR-reserv (HRR, uppskattad maximal HR-vilande HR) och målpuls under träning [(HRR × given procentandel av träningsintensitet) + vilopuls)].

Stroop-test För bedömning av den verkställande funktionen administrerades en datorbaserad version av Stroop-uppgiften med Telescan-mjukvaran (LAXTHA, Daejeon, Sydkorea). Under uppgiften fick försökspersonerna ett färgord som förekom i samma färg på kongruenta försök (t. "blå" tryckt i blått) och i en annan färg vid inkongruenta försök (t.ex. "blå" tryckt i grönt). För att ge liknande visuellt innehåll valdes blått, grönt och gult som stimuli.

Försökspersoner utförde Stroop-uppgift två gånger, träning före och efter träning. Försökspersonerna satt 1 meter från skärmen och när färgorden dök upp på skärmen klickade de på vänster tangentbord för det kongruenta testet och det högra tangentbordet för det inkongruenta testet. Försökspersonerna instruerades att svara så snabbt och korrekt som möjligt. Mäthastigheten siktade på 50 %. Varje färgord (vertikal betraktningsvinkel: 2°) presenterades under 200 ms, och svaret tilläts inom 1500 ms. Interstimulusintervallet varierade slumpmässigt mellan 1500 och 2500 ms.

Elektroencefalografiska (EEG) mätningar EEG-aktivitet registrerades under den modifierade Stroop-uppgiften med hjälp av ett datoriserat polygrafsystem- Typ A: Totalt 31-kanals Poly G-A (LAXTHA, Daejeon, Sydkorea). Ag-AgCl-elektroder (LAXTHA, Daejeon, Sydkorea) placerades på frontala (Fz), centrala (Cz) och parietala (Pz) cortexområden, enligt det internationella 10-20-systemet. Mittlinjeplatser hänvisade till länksnibbelektroder. Horisontella och vertikala elektrookulogram (EOGs) övervakades av elektroder placerade ovanför och under vänster öga respektive vid den yttre kantusen av båda ögonen. Impedansen för alla elektroder hölls under 10 kΩ. Förstärkarens bandpassfilter var 0,1-100 Hz, samplingshastigheten var 1000 Hz och ett notchfilter var vid 60 Hz.

N200-komponenten definierades som den största positiva toppen som inträffade mellan 200-350 ms efter stimulans, och P300-komponenten definierades som den största positiva toppen som inträffade mellan 300-600 ms efter stimulans. N200- och P300-amplituderna mättes som skillnaden mellan den genomsnittliga pre-stimulusbaslinjen och maximal toppamplitud. Telescans inbyggda högpass IIR-filter användes för filtrering. Vågformer utjämnades digitalt med ett lågpassfilter med användning av en halveffektsbrytning på 10 Hz före analys.

Statistisk analys På grund av den lilla urvalsstorleken använde vi icke-parametrisk statistik för dataanalys. Vi använde Wilcoxon signed-rank test för att undersöka förändringarna av varje beroende variabel efter intervention inom varje grupp. Mann-Whitney U-testet användes för att göra jämförelser av deltavärdena mellan träningsgrupper (Δ-EXG vs Δ-TEG). Effektstorleken för partiell eta-kvadrat (η2) rapporterades för signifikanta effekter, där alfanivån för alla testerna sattes till 0,05. Data uttrycktes som medelvärde ± standardavvikelse av medelvärde. Alla statistiska tester bearbetades med programvaran SPSS 24 version.