体育锻炼诱导帕金森病患者运动控制机制的可塑性

一、研究项目目标

目标 1。 表征 8 周 HIIT 周期对以下神经生理功能 (NPF) 的影响：(i) 运动皮层结构（严重依赖于突触前 DA 可用性），使用 EEG，以及 (ii) 参与运动任务的骨骼肌，使用表面肌电图。 CNS 的以下神经生理学功能将在执行 DA 可用性相关的自启动双手运动任务期间进行测试：(i) 皮质结构的激活水平，以及 (ii) 神经结构之间的功能耦合强度。 对于骨骼肌 NPF，研究人员将研究运动单位激活策略。 此外，由于研究人员将同时记录 EEG 和 EMG，因此研究人员将评估皮质肌肉耦合的强度。

假设 1. 与 PD-TR 组的基线相比，NPF 在 8 周 HIIT 周期后将有所改善，并将在 HIIT 后维持一个月。 即，研究人员推测，对于 CNS 活动中的运动，它将是：(1) 初级运动皮层 (M1)、辅助运动区 (SMA)； (2) 外侧前运动皮层 (PMC) 和小脑激活减少；同时 (3) 功能耦合增加：背外侧前额叶皮层 (DLPFC) 与 M1、PMC、SMA 和小脑； (4)M1、PMC、SMA、小脑和顶叶皮层之间的功能耦合减少。 对于骨骼肌功能，这将是运动单位募集策略的改进。 考虑到同时记录参与运动任务的大脑皮层和骨骼肌电活动的数据，研究人员假设皮质肌肉耦合得到加强。 在 PD-NTR 组中，NPF 不会在同一时间间隔内改善甚至恶化。

目标 2。描述 8 周 HIIT 周期对精神运动行为 (PMB) 的影响，主要取决于 DA 可用性和大脑的 NPF。 以下 PMB 将在多个实验中进行测试：(1) 在同步脑电图、肌电图和力记录期间自启动双手反相运动任务 (2) 所有运动和非运动 PD 症状评估，基于神经学评估，(3 ) 整体认知功能，特别是使用心理测试的执行功能方面。

假设 2. 与 PD-TR 组的基线相比，在 8 周的 HIIT 周期后，PMB 将有所改善，并将在 HIIT 后维持一个月，这是由于突触前纹状体 DA 可用性和 NPF 的改善，PMB 的改善不会出现在PD-NTR组中，甚至PMB会在同一时间间隔内恶化。

目标 3. 评估：(i) 8 周 HIIT 周期对血液中 BDNF、NGF、IGF-1 分泌水平的影响，这些水平被视为神经可塑性效率的标志（表现为运动诱导的突触前 DA 水平增加，以及改善NPF' 和 PMB）。

假设 3. 与 PD-TR 组的基线相比，在第一次和第二次 HIIT 周期后，BDNF、NGF 和 IGF-1 的分泌水平将增加，并将在 HIIT 后维持一个月。 与PD-TR组相反，PD-NTR组BDNF、NGF、IGF-1分泌水平没有改善甚至下降。

二。拟议项目解决特定科学问题的理由。

二.1. 脑电图和肌电图应用评估大脑皮层结构和骨骼肌的 NPFs II.1.1。 神经皮层结构的激活水平将通过 EEG 平均和源分析（皮层神经元电路）进行评估。

II.1.2. 神经皮层结构之间功能耦合的强度将通过 EEG-EEG 一致性分析进行评估：

II.1.3. 将使用表面 EMG 标准分析和 SSA 测试在运动任务期间参与的骨骼肌的运动单位激活策略。

II.1.4. 将通过分析 EEG 和 EMG 信号之间的一致性来评估功能性皮质肌肉耦合的强度：

二.2. PMB 将根据运动和认知任务表现以及神经和心理测试/量表进行评估：

II.2.1. 自我发起的双手反相食指运动和双手灵巧任务将在同步脑电图、肌电图和力记录期间分别根据力发展分析进行评估。

II.2.2. 运动和非运动 PD 症状评估，基于使用整个统一帕金森病评定量表 (UPDRS) 和 Hoehn 和 Yahr 量表 (H&Y) 的神经学评估。 此外，为了估计 II.2.1 点中描述的双手灵巧功能之间的相关性，研究人员将从 UPDRS 中选择专用于手动和双手功能的分数。 也就是说，研究人员将根据 UPDRS 中的第 23-25 项（分别是手指敲击、开合手、旋前-旋后手运动）分析受影响/受影响较大的上肢的帕金森运动迟缓评分。 研究人员还将分析：(i) 根据 UPDRS 的第 8-11 项（分别为手写、切割食物和处理器具、穿衣、卫生），日常生活手册功能的表现。 此外，研究人员将使用 Schwab 和英格兰日常生活活动量表 (S&E DLA)（Fahn 和 Elton，1987）评估生活质量。

II.2.3. 使用两项测试对执行功能进行心理评估：Trail Making 测试 (TMT) 和 Stroop 测试 (ST)。 在 TMT 和 ST 测试中，完成测试所花费的时间被用作性能度量，时间越短性能越好。 此外，为了排除患有痴呆症的患者，研究人员将应用简易精神状态检查测试 (MMSE)（Folstein 等人，1975 年）。

二.3. 血液中神经营养因子的分泌 通过使用酶联免疫吸附测定（ELISA 技术），研究人员将评估血液中血清 BDNF、NGF、IGF-1 的分泌，它们负责神经发生、突触发生、血管发生。

三、工作计划 项目实现时间为 24 个月。 该项目将招募两个PD患者组：PD-TR——将进行体能训练周期的PD患者； PD-NTR - 未经训练的 PD 患者和一名 H-CO - 不会执行 HIIT 循环的健康对照组。

该项目将从两个 PD 组的基线测试会话 (PRE-HIT) 开始。 然后PD-TR组会进行8周的HIIT循环，PD-NTR组在这个时间段内不会进行HIIT循环。 然后，在 HIIT 周期停止后 1 周和一个月，研究人员将在 PD-TR 和 PD-NTR 组中进行测试。 健康对照组仅在一个时间点进行测试，此时实验室空间不会被 PD 患者测试占用。

四、研究方法论

四.1. 研究设计 该项目将是一项纵向、随机（不透明信封随机化）对照研究，有 3 个组。 调查人员将招募 40 名 PD 个体，他们将被随机分配到两个相等的组中：PD-TR (N=20) 和 PD-NTR (N=20)。 研究人员将比较这两组的结果，以探索 HIIT 循环对测量结果的纵向影响。 此外，研究人员将招募健康对照组（H-CO；N=20），仅进行一次测试，并将构成“健康状态”条件，用于与两个 PD 患者组进行比较。 PD-NTR 与 H-CO 的比较将向我们展示 PD 患者病理变化的机制，PD-TR 与 H-CO 的比较将使我们有机会探索 HIIT 诱导的机制（恢复或补偿）的特征PD 患者的变化

40 名 PD 个体在根据神经学评估被诊断为特发性 PD 后将有资格参与我们的研究。 帕金森病的诊断将基于病史、身体和神经系统检查以及对左旋多巴的反应。 四.2.2。 受试者招募。 PD 受试者将从波兰弗罗茨瓦夫弗罗茨瓦夫医科大学 (WMU) 的神经病学诊所招募，在我们的项目中执行神经 PD 患者评估的人员（Budrewicz Slawomir，医学博士，博士）被聘为运动障碍神经学家并在那里咨询 PD 患者。 考虑到 WMU 的能力和最高地位，调查人员确信调查人员能够招募并最终确定 40 名 PD 患者的资格。 将根据以下条件招募健康的老年人对照组受试者：(i) 公共广告和 (ii) 与第三年龄大学和华沙市周围老年俱乐部的联系。

四.2. 训练程序 来自PD-TR组的患者将进行8周的HIIT周期。 为期 8 周的 HIIT 计划将包括三个每周 1 小时的训练课程（每个课程包括 10 分钟的热身、40 分钟的高强度间歇运动和 10 分钟的缓慢自愿速度的放松阶段) 在固定式自行车测力计 (MONARK, Ergomedic 874E, Sweden) 上进行，该测力计将测量节奏（每分钟转数；[rpm]）和功率 [W]。 在每次训练期间，间歇运动将包括 8 组 5 分钟的间歇训练，包括 3 分钟以 ≥ 60 [rpm] 但最好是 80-90 [rpm]（间歇的快速阶段）骑自行车和 2 分钟骑自行车≤ 60 [rpm]（间隔的慢相）。 PD-TR 组中的患者将由节拍器有节奏地提示，并由教练口头鼓励以适合快速和慢速阶段的设定速度踩踏板。 节奏值将在屏幕上实时呈现给每个受试者，作为在不同间隔阶段控制 rpm 的反馈。 在每次训练期间，将监测和收集使用 Polar 系统（芬兰 Polar）测量的心率（HR；每分钟心跳次数 [bpm]）、节奏 [rpm] 和功率 [W]。 培训主管将调整每位患者的阻力，以确保以每位患者的目标心率 (THR) 和适当的速度骑行。 PD 患者将以其个性化 HRmax（最大心率）的 60%-75% 循环。 将鼓励 PD 患者在间歇的快速阶段骑得更快（80-90 rpm 或比他们的自愿踩踏速度快 30%），并每 2 周将他/她的 THR 增加 5%（期间最大 HR 的 60%） 1-2周，3-4周65%，5-6周70%，7-8周75%）。 此外，患者对运动强度的感知（对于间隔的快速和慢速阶段）将使用 Borg 感知运动等级 (RPE)（Borg，1982）进行评估。

四.3. 测量程序 所有 PD 受试者都将在他们的药物治疗阶段进行检查，即在抗帕金森病药物停用过夜 12 小时后（延长释放药物为 24 小时）。 具体方法的检测顺序如下： 第1天——（i）采血； (ii) 心理、神经和功能测试 -> 第 2 天 - (i) EEG + EMG + 力量。

四.4. 统计分析 研究人员将首先对所有人口统计学和临床​​特征进行组间比较，以检查基线差异。 这将通过对正态和非正态分布数据使用双尾学生 t 检验或 Mann-Whitney U 检验或对偶然数据使用 Fisher 精确检验来完成。 将使用重复测量方差分析对测试点的变化进行组间比较。 然后将主要在 PD-TR 和 PD-NTR 以及 PD-TR 和 H-CO 之间对重要的主要影响进行事后成对比较。 将在 EEG、EMG（描述 NPF）、PMB 和神经可塑性标记结果之间进行相关分析（Pearson 或 Spearman 相关系数）。 对于所有分析，显着性水平将设置为 α=0.05，并在必要时对多重比较进行 Bonferroni 调整。