脊髓损伤后对抗肥胖的 FES 自行车和营养咨询

SCI 患者的肥胖患病率约为 66%。 然而，当 BMI 公式针对脊髓损伤后的肌肉损失进行调整时，超重和肥胖的总和为 70% 至 75%。 这使美国各地的 SCI 人口在肥胖方面名列前茅。 此外，由于更严重的肥胖与更严重的残疾和慢性疾病相关，包括心脏病、中风和 II 型糖尿病在内的心脏代谢疾病的风险升高到健全人群的两倍以上。 脊髓损伤后高肥胖的原因之一是肌肉量减少。 受伤后不久，SCI 患者会在受伤水平以下发生快速而显着的骨骼肌萎缩，导致骨骼肌横截面积比健全人少 45-80%。 因此，脊髓损伤后，代谢活跃的肌肉量减少导致基础代谢率和静息能量消耗降低 26%。 这很重要，因为基础代谢率占 SCI 后每日总能量消耗的 65%。 除了肌肉量减少外，SCI 患者通常是久坐不动的人群，因此进一步降低了能量消耗，造成了不健康的能量平衡。

体育活动对减少肥胖和心脏代谢疾病的益处已得到充分证明。 特别是，与标准的非间歇锻炼计划相比，高强度间歇训练 (HIIT) 已被证明可以在更短的时间内降低健全个体的心血管和代谢风险。 例如，在 6 个月的时间内对患有 II 型糖尿病的身体健全的成年人进行间歇步行与连续步行的比较。 连续步行组每周 5 天以中等强度步行 60 分钟，而间歇训练组每周 5 天交替进行 3 分钟高强度步行和 3 分钟低强度步行。 步行强度由摄氧量 (VO2) 峰值测试和能量消耗确定，中等强度设置为 VO2 峰值的 55%，高强度设置为 VO2 峰值的 70%。 尽管两组的里程数相同，但间歇训练组体重减轻了 4.3 ± 1.2 公斤，体脂量减少了 3.1 ± 0.7 公斤，而连续步行组或非步行组的身体成分没有变化控制组。 在一项类似的研究中，另一位研究人员在连续组和间歇组中每周进行 3 次腿部骑行，持续 12 周，并根据心率确定强度水平。 间歇训练组进行了 3 次“全力以赴”的 20 秒循环训练，每次间隔 2 分钟低强度循环，而连续训练组以最大心率的 70% 稳定循环 45 分钟。 两组在胰岛素敏感性、心肺健康和骨骼肌线粒体含量方面都有相似的改善，然而，间歇训练组通过降低五倍的运动量和训练时间承诺实现了这些好处。

SCI 的一个主要后果是瘫痪使腿部无法自主运动。 此外，慢性 SCI 患者 60-90% 的肩痛患病率通常限制了定期进行手臂锻炼的可能性。 为了避免这些问题，FES 已被证明是在临床和家庭环境中锻炼瘫痪腿部肌肉的一种安全有效的方法。 高节奏中等阻力 FES 自行车运动可以增加肌肉质量并改善空腹血糖值，而低节奏高阻力 FES 自行车运动可导致瘫痪的腿部肌肉肥大。 作为开发我们新协议的结果，该协议将阻力引导的高强度间歇训练纳入 FES 循环 (RG-HIIT-FES)，我们假设它可以提供相同或更大的好处，而更少的运动时间承诺，类比高- 身体健全的人使用的强度间歇训练计划。 使用阻力作为运动强度的决定因素的优点是心率是监测 SCI 后运动强度的无效方法。 相反，我们首先确定受刺激的肌肉在以 35 rpm 的速度骑行 30 秒时可以抵抗的最大阻力，在高强度骑行间隔（30 秒）内使用该最大阻力的 80%，然后将其降低到 0.5 Nm，这是 FES 自行车 (RT300) 在低强度骑行间隔（30 秒）内提供的最低阻力。 然后这些间隔交替进行 30 分钟。 在一项使用这种 RG-HIIT-FES 循环方案每周 3 次，持续 8 周的原理验证案例系列研究中，3 名患有 SCI 的肥胖个体增加了腿部瘦体重 (5-9%)，改善了血管内皮健康（平均增加58% 的动脉血流介导的扩张），并降低 HbA1c 血液水平 (2-4%)。 三名参与者中有两人减轻了体重和 BMI。

重要的是要正确解释结果，不要忽视有关能量摄入的营养咨询的重要性，因为食物摄入会对身体成分和健康产生重大影响。 由于肌肉代谢减少和活动水平降低导致能量消耗减少，脊髓损伤患者尤其需要营养咨询。 因此，我们的中心假设是 RG-HIIT-FES 循环和营养咨询的联合项目将有效对抗肥胖并增强 SCI 患者的心脏代谢健康。 具体而言，降低总体重和体脂百分比，增加总瘦体重和腿部瘦体重，改善血脂水平，降低血糖和 HbA1c 水平，并改善心血管健康指标（动脉血流介导的扩张），超过将接受治疗的对照组中观察到的水平单独营养咨询。 干预组将每周接受 3 次 30 分钟的 RG-HIIT-FES 自行车训练和 1 次 30 分钟的营养咨询，持续 8 周，而对照组将每周接受 1 次 30 分钟的营养咨询，持续 8 周。

创新：拟议的试点研究至少提供了三个重要的创新：1）首次正式实施新颖且有前途的 FES 循环协议（RG-HIIT-FES）； 2) 在任何人群中首次测试将 FES 循环与营养咨询相结合的潜在益处； 3) 招募医疗服务不足和弱势群体，他们在对抗肥胖和维持心血管健康方面的选择有限。

计划的实验方案：我们研究目标的假设是，将 RG-HIIT-FES 循环与营养咨询相结合将比单独的营养咨询更有效地减少慢性 SCI 患者的肥胖和增强心脏代谢健康指标。 这将使用主题匹配的受控前后设计进行测试。 在为期 8 周的实验或对照干预之前和之后，每位参与者将在清晨（早上 7:00 到 10:00 之间）访问 SCI 研究实验室，然后禁食一整夜，并避免摄入咖啡因和酒精分别为 12 小时和 24 小时。 在审查并签署知情同意书和病史文件后，将使用 Scale-Tronix 轮椅秤（Welch Allyn，Skaneatelest Falls，NY）对参与者进行称重。 从参与者和轮椅的总重量中减去轮椅的重量将得出参与者的体重。 电动升降机（Invacare，Reliant 450）将用于为所有参与者从参与者的轮椅安全转移到各种测试位置（例如检查台和 DXA 身体成分扫描仪）。 仰卧在检查台上后，将使用人体测量杆测量身高。 左腿将伸展并脚踝背屈，以实现从脚底到头顶的精确测量。 在光线昏暗且温度（21-23°C，50% 湿度）受控的房间内安静休息 20 分钟后，将记录 5 分钟的静息血流动力学数据（心率和血压），然后进行多普勒超声血管内皮功能测试，紧随其后的是左手的指尖，用于测定血脂、葡萄糖和 HbA1c 水平。 然后参与者将被转移回他们的轮椅上，并被带到同一建筑物中的相邻实验室进行 DXA 扫描。 在 DXA 扫描之后，参与者返回 SCI 研究实验室并在自己的轮椅上完成阻力引导的 FES 循环最大测试，以获得 RG-HIIT-FES 循环协议的基线参数，并确定每个参与者的耐受能力并安全地执行骑行计划。 然后，实验/干预组的参与者将完成上述 FES 循环 30 分钟，每周 3 次，持续 8 周，并将通过电话接受营养咨询，每周 1 次，每次 30 分钟，持续 8 周。 然后后测试将以与前测试相同的方式进行。