Wpływ ćwiczeń aerobowych na jakość połączeń neuronalnych w korze czołowej i ciemieniowej oraz ich związek z obserwowanym poziomem sprawności ruchowej.

Spadek sprawności ruchowej jest nieuchronną konsekwencją starzenia się. Jednocześnie to ograniczenie oznacza szereg trudnych do zaakceptowania zmian w dotychczasowym życiu zarówno dla dotkniętych nim osób starszych, jak i dla ich opiekunów. Postępująca wraz z wiekiem utrata sprawności ruchowej wiąże się z rozwojem niepełnosprawności oraz nierzadko umieszczaniem osób starszych w placówkach opiekuńczych. Niejednokrotnie upadki, będące konsekwencją tego stanu, prowadzą do trwałego uszczerbku na zdrowiu, a czasami do śmierci. Szacuje się, że 14% populacji osób po 75 roku życia zmaga się ze znacznym ograniczeniem sprawności ruchowej, dotyczy ona ponad połowy osób powyżej 84 lat. Zgodnie z szeroko promowaną ideą systematyczny trening fizyczny opóźnia pojawienie się konsekwencji procesu starzenia, pozwalając na dłużej cieszyć się sprawnością ruchową. Metaanaliza dostępnych wyników badań wskazuje, iż systematyczna aktywność fizyczna, podejmowana nawet w warunkach domowych, pozwala zredukować liczbę upadków wśród osób starszych o mniej więcej połowę (nawet wtedy, gdy nie prowadzi do istotnego wzrostu siły, rozbudowy tkanki mięśniowej). Co ważne, zgodnie z doniesieniami z prowadzonych badań, trening fizyczny może mieć również dobroczynny wpływ na mózg i procesy poznawcze. Na podstawie dostępnej wiedzy można wnioskować, że trening fizyczny wzmacnia m.in. funkcje wykonawcze, związane z kontrolą i koordynacją intencjonalnego działania. Główne założenia mające odzwierciedlenie w wielu aktualnie planowanych badaniach nad zależnością pomiędzy sprawnością ruchową i poznawczą brzmią następująco:

• zaburzenie funkcji poznawczych koreluje z utratą sprawności ruchowej,
• osłabienie sprawności funkcji wykonawczych wiąże się z utratą sprawności ruchowej i zwiększonym ryzykiem doświadczania upadków,
• anormalna aktywność neuronalna towarzyszy utracie sprawności fizycznej,
• trening fizyczny, szczególnie trening areobowy, zwiększa neuroplastyczność oraz elastyczność poznawczą (m.in. zwiększa sprawność w zakresie funkcji wykonawczych).

W celu poznania mechanizmów leżących u podstaw zaobserwowanej zależności zaprojektowano badanie, w wyniku którego, zgodnie z założeniem trwający 6 miesięcy trening fizyczny powinien zmienić jakość połączeń neuronalnych pomiędzy płatem czołowym i ciemieniowym, obserwowanych (przez zastosowanie funkcjonalnego MRI) w czasie wykonywania zadań ruchowych u osób z rozpoznaniem łagodnych zaburzeń poznawczych o etiologii naczyniowej (SIVCI, tj. subcortical ischemic vascular cognitive impairment). Dodatkowo założono, że wzbudzone za sprawą treningu fizycznego zmiany w sieci połączeń neuronalnych w korze czołowo-ciemieniowej będą korelować z poprawą sprawności ruchowej. Uznano,  że obszar czołowo-ciemieniowy kory mózgowej jest szczególnie istotny, ze względu na lokalizację ośrodków związanych z percepcją ruchu, jak również kontrolą poznawczą, związaną m.in. z planowaniem intencjonalnego działania. Wybór grupy badawczej był podyktowany tym, że łagodne zaburzenia poznawcze o etiologii naczyniowej (SIVCI) są bardzo często formą uszkodzeń naczyniowych w obrębie układu nerwowego i korelują zarówno z wysokim ryzykiem utraty sprawności ruchowej, postępującą utratą zdrowia (pozostającą w związku z zaburzeniami ze strony układu krążenia), jak i rozwojem demencji. Obszarami szczególnie zagrożonymi niedokrwieniem w przebiegu chorób układu krążenia są m.in. jądro ogoniaste, gałka blada, wzgórze, obszary czołowe i przedczołowe istoty białej. Uszkodzenie to może zaburzać integralność sieci neuronalnych i wywoływać negatywne skutki zarówno w zakresie procesów poznawczych (głównie pozostających w związku z funkcjami wykonawczymi), jak i sprawności ruchowej.

PROCEDURA BADAWCZA:

Grupa badawcza:

U osób objętych procedurą badawczą zdiagnozowano łagodne zaburzenia poznawcze  o etiologii naczyniowej (SIVCI) oraz umiarkowaną formę zaburzeń krążenia. Uczestników poddano diagnozie w celu zmierzenia zmiennych obserwowanych w badaniu. W tym celu oszacowano:

• zmiany o charakterze strukturalnym i funkcjonalnym w mózgu w wyniku badania z zastosowaniem MRI,
• sprawność ruchową ocenianą przez fizjoterapeutów w wyniku zastosowania określonej procedury diagnostycznej,
• sprawność poznawczą, szacowaną na podstawie wykonania testu MoCA (w którym badani zakwalifikowani do eksperymentu uzyskali mniej niż 26 na 30 możliwych do zdobycia punktów).

Procedurę diagnostyczną dodatkowo poszerzono o wywiad z rodzinami uczestników, w którym starano się potwierdzić obserwowaną utratę sprawności poznawczej.

W konsekwencji zastosowanej procedury i kryteriów kwalifikujących w ponownej analizie uwzględniono rezultaty otrzymane w grupie 21 uczestników. Uśredniony wiek uczestników wynosił 71,1 lat. Badani spełniali podobne kryteria metrykalne. Wszyscy byli praworęczni.

Procedura eksperymentalna:

Zmienna związana ze sprawnością ruchową:

Wśród uczestników wyszczególniono dwie grupy:

• grupę badawczą, której uczestnicy brali udział w przeprowadzanym regularnie, 3 razy w tygodniu, treningu fizycznym
• grupę kontrolną, której uczestnicy otrzymali jedynie wparcie psychoedukacyjne w zakresie wpływu aktywności fizycznej i zdrowej diety na sprawność poznawczą i procesy starzenia się.

Uczestnicy z grupy badawczej brali udział w zajęciach pod okiem instruktora, składających się z 10-minutowej rozgrzewki, 40-minutowego marszu i 10-minutowej sesji ćwiczeń rozciągających i relaksacyjnych. Uczestnicy zostali zaopatrzeni w pulsometry, w celu śledzenia pracy serca oraz ilości pokonywanych kroków. Wdrożona aktywność fizyczna miała na celu poprawę dotychczasowej sprawności fizycznej przez stopniowe zwiększenie intensywności stosowanego treningu (dążono do sytuacji, w której wzrost tętna związany z wysiłkiem nie przeszkadzałby znacząco w prowadzeniu rozmowy w czasie intensywnego marszu). Uczestników poproszono, aby zgłaszali wszystkie spostrzegane subiektywnie negatywne konsekwencje wysiłku fizycznego, takie jak: bóle mięśniowo-szkieletowe utrzymujące się dłużej niż 48 godzin lub upadki.

Zmienna związana z aktywnością sieci neuronalnej:

Uczestników poddano badaniu z użyciem funkcjonalnego MRI w czasie wykonywania przez nich prób angażujących motorykę oraz funkcje wykonawcze. Badani mieli zastosować się do instrukcji testu, którego celem było stukanie palcami rąk w odpowiedniej kolejności.  Badani rozpoczynali od palca wskazującego, kończąc na małym palcu prawej ręki. Następnie instruktorzy wprowadzali przerwę, w której czasie uczestnicy nie wykonywali żadnych celowych ruchów i kolejno powtarzali procedurę przy użyciu palców lewej dłoni.

Wyniki i wnioski zgromadzone na podstawie przeprowadzonego badania:

Po zakończeniu 6-miesięcznej procedury eksperymentalnej ponownie zmierzono wszystkie obserwowane uprzednio zmienne i porównano rezultaty otrzymane w grupie badawczej i grupie kontrolnej.  Ustalono, że:

1. Wydolność krążeniowo-oddechowa znacząco poprawiła się w monitorowanym czasie 6 miesięcy w grupie badawczej. Podobnej zmiany nie zaobserwowano w grupie kontrolnej.
2. W grupie badawczej w badaniu fMRI odnotowano większą liczbę sprzężeń w obrębie sieci neuronalnej pomiędzy płatem czołowym i ciemieniowym w czasie wykonywania zadania polegającego na stukaniu palcami prawej ręki w sposób określony w instrukcji. Podobnej wzmożonej aktywności sieci neuronalnej nie zaobserwowano w odniesieniu do prób z użyciem lewej ręki oraz pomiaru wykonanego w zaplanowanym czasie przerwy. Podobnej tendencji nie stwierdzono wśród uczestników z grupy kontrolnej.

Wśród pacjentów z diagnozą łagodnych zaburzeń funkcji poznawczych o etiologii naczyniowej obserwuje się mniejszą liczbę połączeń funkcjonalnych w korze przedczołowej i zakręcie skroniowym środkowym w porównaniu do osób zdrowych w podobnym wieku. Jednocześnie osoby z rozpoznaniem SIVCI cechuje wzrost ilości połączeń funkcjonalnych w lewym środkowym płacie skroniowym, w prawym dolnym płacie skroniowym i zakręcie czołowym górnym.

Otrzymane wyniki wydają się zaskakujące w świetle poprzednich badań, zgodnie z którymi ogólna mniejsza ilość połączeń funkcjonalnych może być pożądana, szczególnie w kontekście stanowienia o sprawności ruchowej. W wyniku wcześniejszych badań ustalono, m.in. że wśród pacjentów z rozpoznaniem choroby Parkinsona, u których występują poważne zaburzenia motoryki i upadki, w porównaniu do chorujących na Parkinsona bez znacznych zaburzeń motorycznych, obserwuje się większą aktywności sieci neuronalnej pomiędzy płacikiem ciemieniowym dolnym i tylnym. Ustalenie to skłoniło do wysunięcia hipotezy, zgodnie z którą mniejsza ilość połączeń funkcjonalnych sprzyja procesowi selekcji konkurencyjnych impulsów.  Skutkuje to pobudzaniem struktur wyspecjalizowanych w odbiorze określonych bodźców bez wzbudzania innych przypadkowym obszarów sieci neuronalnej.

Różnice uzyskane w przytoczonych badaniach mogą wynikać z wielu przyczyn, m.in.

• różnic w zakresie grup badawczych (osoby zdrowe lub z rozpoznaniem odmiennych chorób neurologicznych)
• różnic związanych z wyznaczonymi zmiennymi poddawanymi obserwacji (np. ogólny poziom aktywności mózgowej lub pobudzenia w określonych obszarach)
• różnic w zakresie bodźców stosowanych w procedurze badawczej (np. bodźce odnoszące się do różnych modalności zmysłowych).

Ponadto wydaje się, że mała liczebność grupy poddanej procedurze eksperymentu nie daje wystarczających podstaw do wyciągnięcia wniosków dotyczących całej populacji.

Niemniej jednak obserwacja dotycząca istnienia korelacji pomiędzy treningiem fizycznym a zwiększeniem sprawności krążeniowo-oddechowej i jego wpływem na zmianę w zakresie aktywności sieci neuronalnej stanowi wartościowy punkt wyjścia dla dalszych badań.

Bibliografia:

‘The Impact of Aerobic Exercise on Fronto-Parietal Network Connectivity and Its Relation to Mobility: An Exploratory Analysis of a 6-Month Randomized Controlled Trial’  (Frontiers in Human Neuroscience  (2017) vol.11, art. 344

Ch.L. Hsu, J.R. Best, S.Wang, M.W. Voss, Robin G, Y.Hsiung, M. Munkacsy, W.Cheung, T. Handy and T. Liu-Ambrose.