行走的有氧运动对经济复苏的影响能力和神经可塑性在多发性硬化症患者:一项系统回顾动物和临床研究

文摘

介绍。散步是高优先级的多发性硬化症患者(pwm)。目前尚不清楚是否有氧运动可以提高行走能力和神经营养因子上调。本文旨在巩固证据发展最佳的有氧训练参数提高行走在pwm结果和神经可塑性。方法。临床研究≥3周的有氧运动,在有或没有神经营养标记走,结果被包括在内。研究利用动物模型包括女士如果他们雇佣与结果有氧运动神经复苏和神经营养因子。共1783篇文章,包括12 5临床和动物实验。结果。11个临床研究报道提高行走能力。只有两个临床研究评估行走和神经营养因子,也发现神经营养因子的增加,尽管改善步行。重要的行走障碍患者是弱势。长期随访显示不同的结果。两个动物研究报道积极的改变在这两个神经系统恢复和神经营养因子。结论。在pwm有氧运动可以提高行走能力。收益并不是一直保持在2 -九个月随访。研究水平的神经营养因子是不确定的,需要进一步的研究。有氧运动可以提高神经复苏和神经营养因子在动物研究开始前2周女士的感应。

1。介绍

多发性硬化(MS)是一种脱髓鞘自身免疫性疾病影响全世界约230万人(1]。改进的医疗保健使得人们活得更长女士和疾病修饰药物帮助更多的病人保持稳定的疾病(2- - - - - -5]。然而,复发和函数仍然出现缓慢下降随着时间的推移,大多数人(pwm)将开发永久性残疾女士1- - - - - -5]。女士的康复方法主要集中在教学补偿物理障碍而不是促进神经可塑性和恢复功能(6,7]。最近的研究表明,神经可塑性发生在pwm (8),可能会有更多的机会比此前认为[复苏后复发9]。

散步是高优先级的pwm (10),有一个需要开发有效治疗,减轻进步行走困难经历了由pwm (11,12]。理想情况下,康复干预措施应该最大化行走能力,同时促进可塑性的神经通路执行走培养长期恢复功能(13- - - - - -15]。虽然确切的潜在细胞级联神经可塑性走仍有待探讨,有一种普遍的共识表明,这种可塑性可能发生涉及神经可塑性标记现场受伤的和/或病变(16,17]。

有氧运动是一个有潜力的干预影响神经可塑性的多个潜在的目标,如提高标记,衰减神经炎症,和提高对体育活动,因为互惠的肢体运动,它还可以帮助恢复行走能力(14,15]。证据表明有氧运动促进移植神经可塑性的神经营养因子,如脑衍生神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(神经生长因子),neurotrophin-3 (NT3)和neurotrophin-4 (NT4) [18- - - - - -20.]。其中,脑源性神经营养因子被认为有巨大的潜力作为治疗剂由于其能够穿过血脑屏障(BBB) (21]。然而,一份报告,即使在存在明显的BBB破坏,没有显著增加血浆BDNF水平(22]。然而,BDNF建议发挥核心作用神经可塑性以及运动性增强学习和记忆(23,24]。

神经营养因子的规定已经与脱髓鞘神经结构的修复受损的过程,导致在pwm功能恢复25]。当前文献表明,单个运动布特和/或长期的训练可能是暂时性的增加BDNF合成和诱发一连串的神经营养和神经保护作用[19]。最近的研究报道,急性发作的运动可能会改变BBB通透性(26),这反过来又可能导致更大的BDNF发布几周的训练后(可能通过重复法术BBB通透性改变)。按照这种观点,荟萃分析的Dinoff et al。27)得出的结论是,有规律的有氧训练≥2周休息BDNF水平升高。因此,一个熟悉的功能任务如散步可以合并作为一种有氧运动,提高BDNF水平和促进长期行走性能的改进pwm。文斯et al。28]探索这个想法通过研究24周训练计划相结合的影响,包括心血管跑步机训练和报道显著增加循环脑源性神经营养因子和运动耐量坐在自行车测试人员与复发缓和,然而,目前尚不清楚这种有氧类训练可以提高BDNF水平和神经可塑性要求走在pwm (28),形成本文的基础。此外,精确的运动参数来唤起行走能力的变化(同时移植神经营养因子)的FITT(频率、强度、时间和类型)尚未讨论原则(14,20.]。描述有氧运动是必不可少的治疗师的FITT原则以滴定适当的剂量(29日]。

本文的主要目的是系统地评估临床(人类)研究有氧运动的影响在第二个女士步行能力的目的是确定有氧运动训练参数(FITT),提高步行能力和proneuroplastic生物标志物在pwm(神经营养因子)。第三个目标是分析有氧运动协议评估的程度在动物研究可以转化为临床实践。

2。方法

2.1。合格标准

随机临床研究评估的影响有氧/ endurance-type健身项目(游泳、散步、慢跑、骑自行车、跑步机等)在pwm的持续时间至少3周都有资格审查。研究结果走的能力(主要研究结果)评估时空参数和/或耐力有或没有血清水平的神经营养因子(脑源性神经营养因子、神经生长因子、NT3和NT4)被包括在内。

我们还包括随机对照研究在动物模型的实验性自身免疫性脑脊髓炎()(实验性自身免疫性脑脊髓炎或cuprizone)。动物研究中有氧类运动(自愿/强迫跑步机、轮跑步,游泳,等等)是评价其影响步态和血液中的神经营养因子/肌肉/大脑和脊髓,执行之前和之后都疾病感应,都包括在内。

研究评估较低的速度缓慢的运动或组合训练有氧工作负载(瑜伽、太极、记忆任务,阻力训练,等等)被排除在外。只包含英语文章。

2.2。搜索策略

进行系统的文献检索在PubMed、EMBASE,科克伦,斯高帕斯,和理疗证据数据库(佩德罗),使用关键字的组合(多发性硬化症、有氧运动、神经生长因子、神经营养因子,和步行)和网状/ EMTREE条款在各自的数据库(网上在线补充,补充材料https://doi.org/10.1155/2017/4815958)。两位作者分别筛选和评估每篇文章的资格。评论文章和合格的文章被hand-searched相关的引用。提出了图搜索策略1按照修改首选项报告系统评价和荟萃分析(棱镜)从Cochrane综述更新指南30.]。

2.3。方法学质量评价

临床研究( )包含在系统回顾评估方法学质量使用物理疗法的证据数据库(佩德罗)规模标准31日,32]。临床研究的质量是佩德罗列为好分数≥6,公平4 - 5,差≤3 (31日,32]。这些类别选择基于之前的研究,进行了敏感性分析比较结果与否决定在佩德罗得分4 - 6 (31日,32]。动物实验( )评估使用系统评价方法学质量实验室动物实验中心(SYRCLE)偏差的风险的工具,一种改造过的偏见的Cochrane风险工具开发的临床研究[33]。

2.4。数据提取和分析

研究结果相比行走能力(有氧类间的时空参数和/或耐力)运动和non-aerobic-type锻炼或a -控制包括荟萃分析。可用的数据,从长时间行走耐力测试,评估(两分钟和6分钟步行试验)和短步行测试(10米测试(mWT),行走功能移动概要(FAP)从GAITrite人行道),评估行走受到荟萃分析的时空参数如前所由米勒et al。34]。强大的两分钟和6分钟步行试验结果之间的联系为我们提供了理由结合这两个长期行走测试的数据(35]。虽然10 mWT和FAP GAITrite软件计算的短步行测试自我选择的步行速度,后者是总分的积分值更喜欢走路速度和生物相关的时空走参数。这为我们提供了基本原理结合这两个短步行测试的结果。能源成本的数据研究报告(毫升/公斤/分钟耗氧量)步行也被包括在一个单独的组进行分析。

平均分数测量实验和对照组干预后时期被用来计算尺度效应()。的符号的意思是分数逆转,在需要的地方,以确保所有成绩都对齐,正值森林情节垂直线(右)有利于改善步行能力由于有氧类干预措施和负森林情节垂直线(左)青睐的a -对照组或non-aerobic-type干预。标准化意味着差异计算,结果汇集在一群有不同的计量单位。科恩提出的基准是用来描述小( )、中度( ),大( )有氧运动对步行能力的影响36]。卡方()值和指数计算测量非均质性和不一致性,分别研究包括荟萃分析。

3所示。结果

总共5 12个临床研究和动物实验都包含在本文中。

3.1。方法学质量结果

选定的临床研究的方法论和报告质量总结表1。只有5个中的12个临床研究提到意向处理分析。所有的临床研究报道致盲的主题/治疗师。佩德罗的平均分数为5.5 (SD: 0.9,范围:4 - 7)12临床研究。临床研究的质量根据总佩德罗成绩很好7 5研究研究和公平。所有的临床研究的质量差按佩德罗分数。

动物研究的方法学质量包括综述总结了表2。没有隐藏的分配研究动物,随机安置动物,被调查人员和结果评估,或选择了动物随机结果评估(表2)。平均SYRCLE得分是4 (SD: 0.7,范围:3 - 5)5动物研究。我们不注意,它仍然是标准做法随机分配治疗或盲目的调查和结果评估者在动物研究。我们计算SYRCLE得分为每个动物研究强调整体方法论的差距和报告质量差。然而,不推荐等级这些研究的质量(好、公平和贫困)使用总结分数为每个研究这将需要分配“权重”具体领域的工具,进而将很难证明(33]。

3.2。总结临床研究

我们确定了十二个临床研究,评价有氧训练走路的影响结果(行走耐力和步态的时空参数)。FITT数据参数和行走能力的临床研究结果展示在表3。5研究检查treadmill-training协议(37,42,46- - - - - -48];三项研究测试腿骑自行车协议(40,43,44];一项研究相比,划船和手臂和腿骑自行车训练(45];两项研究评估有氧的结合和加强锻炼39,41];和一项研究评估一个健美操协议(38]。

这些十二研究,(图11出现显著改善步行能力2)。其中11个研究报告恢复行走,八项研究报告改进行走耐力(距离覆盖在一个固定的时间,时间覆盖固定distance-variables代表变化对一个人的有氧步行能力)和八项研究报告改进的时空参数走(生物力学效率,即步长、步长,节奏,单腿支撑,和速度)(表3)。总的来说,我们确定了五种有氧运动干预,提高步行能力:跑步机训练,符合跑步机,自行车、健美操和进步的重复耐力/加强活动(图2)。只有三个研究调查一个有氧类干预的有效性pwm走(图有严重的困难2)[46- - - - - -48]。

3.3。有氧运动训练对步行能力的影响

研究的数据测量的影响有氧类运动对时空的行走参数(10次参与者和FAP分数)显示显著提高步行能力(SMD = 0.83(可信区间(CI): 0.16, 1.50), ,= 28%)有利于有氧运动。汇集在一起的两项研究,测量的影响有氧类运动对行走耐力(两分钟和6分钟步行测试分数)显示趋势有利于有氧运动(SMD = 0.59 (CI:−0.14, 1.32), ,= 0%)。行走的能源成本的结果也显示这一趋势有利于有氧运动(SMD = 0.65 (CI:−0.03, 1.32), ,= 0%)。研究的参与者包括荟萃分析(37,42,44)有轻度至中度步行障碍(eds: 1 - 6)。总而言之,有一个大有氧类运动对提高步行能力的影响(时空参数)的人有轻中度行走障碍。请参阅在线补充b森林情节走结果包括临床研究的荟萃分析。所有其他结果走和神经营养因子在临床和动物实验都不包括荟萃分析由于缺少比较对照组干预有较低的运动工作负载或不同的响应结果措施具有类似结构(56]。

3.4。有氧运动干预结束后保留收益

总共只有四个十二后保留的培训效果评估研究有氧运动干预(图的结论3)[43,46- - - - - -48]。其中,两项研究没有发现差异行走能力从基线46,48)和两个研究报告不同的结果(43,47)(图3)。在那些与混合的结果,研究腿循环结束的报告收益留存干预两分钟走测试但报道下火车时间,(拉)在后续评估结果43符合跑步机训练,研究报告改进拖船的结果但没有区别从基线6分钟和10米走测试(47)(图3)。

3.5。锻炼提高步行能力的方法

我们的结果表明,大多数有氧发明利用的相互运动,走路(特定于任务的培训;(37,42,46- - - - - -48])以及那些不38- - - - - -41,43- - - - - -45提高步行能力。两项研究调查跑步机(gait-specific)培训报告改善步行域(耐力和时空参数)37,42)(表3)。研究机器人协助跑步机训练( 报道不同的结果,一项研究没有改善行走在两个域相比,为了这座新奇步行训练(46)和另外两个研究报告改进拖船和6分钟行走耐力,分别比传统疗法(表走3)[47,48]。

有冲突的研究中发现,提供有氧运动没有步态训练如腿/手臂自行车、健美操、耐力和阻力训练相结合。一项研究评估腿骑自行车报告改善6分钟行走耐力而不是步行(mL O的成本₂/公斤/米)44]。评估三种不同的自行车协议的另一项研究报告改善拖轮干预的前6周,但显示逆转3个月随访期间的培训效果评估(43腿骑自行车),最后,一个研究报告的改善figure-of-8步行而不是3米走协调(40)(表3)。

我们总结了结果表3确定的参数分别锻炼提高行走耐力和时空参数。图4介绍了时间、频率和强度的有氧类运动项目(实验组)评估的研究包括在本文中。的运动参数提高步行能力如下:频率:每周至少6 - 8周的三倍强度:40 - 75%年龄预测最大心率或30 - 60%的工作效率与水平低到中度残疾(eds < 6);最大行走速度为人们容忍水平较高的残疾(eds≥6)时间:每次至少30分钟类型:在跑步机上有氧类培训(eds < 6) /腿骑自行车(eds≤6) /游戏的基础或结合有氧和加强锻炼(eds < 6)符合跑步机/健美操(eds < 4.5) / 5 - 7 (eds)

3.6。锻炼方法,提高步行能力和神经可塑性的结果

我们确定了11个临床研究报道重大改善结果,走的两个测量步行和血清水平的神经营养因子(40,45]。

在舒尔茨等人的研究。408周),有氧类腿骑自行车(30分钟/会议,每周两次,最多75%。瓦强度)提高步行能力来衡量使用figure-of-8行走测试。乳酸水平明显降低(前:2.5±1.8;后:2.1±2.3更易/ l) 30分钟后被指出疲劳试验后干预;然而,没有统计上显著的pre-to-post静息脑源性神经营养因子的变化,神经生长因子,il - 6, sIL-6R, ACTH、血液中皮质醇、肾上腺素、去甲肾上腺素水平。这表明,增加有氧运动(提高乳酸反应)通过腿骑自行车没有休息pwm中神经营养因子水平的影响。然而,增加培训组BDNF(叙述地),而对照组水平下降。这是休息两个层面指出,急性反应30分钟耐力测试。

在这项研究中,Briken et al。45),行走耐力评估之前和之后的22个交易日interval-type有氧划船/胳膊/腿骑自行车(2 - 3疗程/周,9周;逐步发展的强度)。之间没有联系的变化分数6分钟步行距离和脑源性神经营养因子被发现考虑一起3干预组(45]。然而,他们发现干预后6分钟步行距离的增加(手臂、腿骑自行车组)在他们的试点工作54]。作者指出无意义的增加22训练后休息BDNF水平nonsignificance的原因归结于小样本大小(45]。

没有足够的数据来推断我们的发现和建议最佳的运动参数,可以改善步行和移植神经营养因子。然而,基于两个临床研究(40,45,54),FITT参数,提高步行能力和神经营养因子的增加的趋势如下:频率:每周2到3次至少8 - 9周强度:光(图5),interval-type培训和逐步发展的强度与类似的总工作量时间:每次至少30分钟类型:有氧类腿骑自行车(eds < 6)

3.7。动物研究的结果总结在步态和神经营养因子

我们确认5研究调查了有氧运动对神经系统的影响地位和神经营养因子在动物模型(在线补充c)。女士只有两个研究显示显著改善神经状态和制定了锻炼2周或更多之前运算单元感应(49,51)(图5)。4的5项研究报告的重大变化运动对神经营养因子的水平(脑源性神经营养因子、神经生长因子)在大脑中( ),脊髓( )、血清( ),和肌肉( )(在线补充c)。所有这些研究也开始运动之前运算单元的感应。在一项研究[41],虽然没有差别在海马BDNF久坐和锻炼之间(迫使跑步机,自愿轮运行)小鼠,大量的运动与更高的浓度呈正相关,海马脑源性神经营养因子(52)(图5)。

女士在动物模型中,FITT参数最稳定改善神经营养因子和神经结果如下:频率:每天锻炼至少14天前。诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎强度:至少60%最大工作负载或最大耗氧量的55%每会话时间:至少30到60分钟/天类型:迫使有氧类跑步机跑步或游泳

4所示。讨论

美国运动医学学院(ACSM) [55)建议60分钟的进步有氧运动的强度约40% -70%的氧气消耗储备或心率储备11和14水平不等的感知运动的速度(RPE)得分每周3 - 5天,为了最大化为pwm健康和健身效益。然而,这些锻炼建议旨在解决心肺健康,而不是步行障碍和神经可塑性。

在本文中,我们试图确定最优类型的有氧运动和训练参数,可能会导致在pwm提高步行能力,促进大脑通过神经营养因子的upregulation修复。我们报告五个重要发现:(1)公平的临床研究质量好,一直显示有氧运动干预(从轻微到有力的强度)改善患者的步态行走耐力和时空参数eds分数小于6(可以独立行走);干预不雇用的相互运动(即走。,which were not task-specific) improved walking endurance more consistently than they did for the spatiotemporal parameters; (2) very few studies examined whether effects were sustained after cessation of the intervention, and those that did showed that most outcomes return to baseline within a few months; (3) people with severe MS-related walking impairments (EDSS 6 and above) were relatively underrepresented in the studies; (4) in clinical studies, neurotrophins were not reliably changed with aerobic exercise; (5) in animal studies, both neurotrophins and neurological status were improved when aerobic exercise began more than 2 weeks之前在动物诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎。

4.1。有氧运动有或没有Gait-Specific培训

我们的发现来自12个临床研究表明,有氧运动目标的相互运动步态本身不需要为了提高女士走在参与者也提高行走耐力和步行质量与nongait活动如腿/手臂骑自行车,游泳,健美操。因此,物理治疗师可以使用多个有氧运动形式影响步态。家庭和社区来说,这是特别重要的锻炼可能利用手臂骑车或游泳。我们的发现类似慢性神经系统疾病如中风、脑瘫、帕金森病(57- - - - - -60)显示,可以使用多个方法走相似的好处。例如,Nadeau et al。57,58)从他们的跳跃试验报道,特定于任务的运动训练和impairment-based家里演习都同样有效改善舒适/步行速度快以及6分钟步行距离的中风。Kumar和弥补59]相比面向任务的训练和本体感受的神经肌肉促进演习的效果在脑瘫患儿难以行走和报告改善步态速度与两组之间没有差别。同样,舒尔曼et al。60)发现,跑步机和阻力训练没有差别在改善步态在帕金森病患者。

4.2。可持续性的有氧训练的好处

只有四个12的研究停止后检查是否持续改进培训计划和大多数显示结果在几个月内回到基线(图3)。目前尚不清楚是否参与者停止锻炼后停止学习或是否存在恶化的疾病随访期间。我们锻炼的建议可能不会导致神经可塑性的行走,因为我们没有观察到长期恢复功能临床研究包括综述。在某些情况下,特别是在更进步的疾病,维护基线被认为是一个积极的结果。例如,慢性不完全脊髓损伤患者中(一个更稳定的神经病学方面的疾病),三次每周体重支持跑步机训练一年导致保留收益多达8个月结束后的干预61年]。未来的研究,除了在后续的测量结果,还应记录身体活动水平(个加速器),以确定新获得的技能被纳入日常活动。干预措施也应该设计这样的,他们可以继续在家里或在社区和好处是持续的62年]。

4.3。代表名额不足的人步态障碍

重要的是,研究改善步态包括人与女士有问题走。八12的研究包括参与者eds分数低于3甚至eds 1,表明非常小的损伤水平(图2)。显然,需要更多的研究来确定是否走结果可以改变pwm已经获得行走困难。干预的结果符合跑步机使用是有前途的47,48]。尽管Vaney et al。46]指出临床益处在地面机器人援助相比,跑步机练习走路,大量的训练和高行走障碍(行走速度慢)可以使用机器人帮助跑步机成功的决定因素。为了裁缝有氧运动干预度较高的步行障碍,是谨慎的让病人作为合作伙伴和顾问参与到研究过程以满足他们的需求63年]。

4.4。新颖的运动策略的必要性

人们通常有医学相关残疾报告较高的运动性疲劳(64年]。未来的研究应该关注调查策略来提高耐剧烈的有氧训练负荷强度没有增加训练疲劳等副作用。这种策略的一个例子将使用基本功能进行高强度间歇训练任务(从床上起身,坐站,步行)对于那些高医学相关残疾,因为它可能比执行更有效的优化恢复连续训练类似的总工作量。

4.5。翻译研究动物模型的临床状况

我们旨在研究发现在动物实验来确定女士临床研究的适用性。的五个研究有氧运动在MS)(实验性自身免疫性脑脊髓炎动物模型,运动中受益增加步行和神经营养因子只有当感应制定了前两周或更多的实验性自身免疫性脑脊髓炎。这表明有氧运动可能是神经,但使用时提供小的好处后女士是诱导的动物。运动的神经保护效应已报告在缺血性中风动物模型(65年)的锻炼增强神经、血管再生和突触发生(66年)可能为后续损伤提供冗余和宽容。研究结果报道综述可能支持这个概念,运动可以减少复发女士而不是改变的影响结果后复发。翻译结果有一个重要的警告是有氧运动的动物研究报告神经保护效应,而临床研究发现积极的有氧运动的好处后女士显然,更多的研究需要解决的时机、时间和强度的锻炼前后女士复发。

4.6。BDNF Upregulation和神经可塑性的散步

我们还表明,只有两个临床研究和四个动物研究BDNF作为潜在生物标志物的可塑性,结果是不确定的血清BDNF水平显示状况是否修复中枢神经系统。然而,最近的一项荟萃分析的13个研究混合人口(80 MS患者共有703名患者)显示增加脑源性神经营养因子的大小反应性和更高的休息的BDNF水平运动训练后(67年]。进一步的研究分析都需要休息和运动水平的BDNF阐明另外女士的可塑性和神经营养因子之间的关系,重要的是要考虑的影响因素,如性别、遗传、营养、吸烟和其他混杂因素的影响在检查运动对脑源性神经营养因子(68年]。

5。结论

整合证据表明有氧运动训练可以提高步行能力(时空步行参数)在人在,没有严重的障碍。在本文中,我们概述了最佳有氧训练参数(30分钟3 x周6 - 8周温和有力的强度),改善走在eds分数小于6.0的人(可以独立行走)。尽管个人的研究报道,gait-specific和non-gait-specific类型的有氧运动耐力和行走的时空参数,改善有氧运动的影响并没有持续超过6个月结束后的干预。有必要建立运动项目MS患者有更高的残疾,尤其是eds 6.0或以上,恢复他们失去了行走能力。

在pwm,血清水平的神经营养因子测量静止没有显著改变在完成一个疗程的有氧训练。相比之下,动物研究表明显著改变神经复苏和神经营养因子血液、肌肉、神经组织,尤其是有氧运动开始前2周运算单元归纳。

附加分

限制。本文有一定的局限性。首先,尽管仔细搜索策略进行的,我们无法确定,所有的研究都是确定的。第二,我们不包括文章发表在除英语之外的其他语言。第三,由于干预措施和结果的多样性,我们无法从所有选定的研究在我们的荟萃分析包括数据。随着越来越多的研究出现,影响大小的计算使用实际意味着差异将临床有用的。第四,临床和动物实验包括综述了方法论的差异(表1和2)。例如,没有临床研究蒙蔽治疗师和所有的动物研究确保隐瞒或随机分配住房的动物。显然,需要高质量的研究领域的有氧运动干预改善走在女士。

的利益冲突

作者声明没有关于这篇文章的出版的利益冲突。

确认

这项研究得到了平移和个性化医疗计划(TPMI) /本地语言支持教育资金,这个项目的实验医学在纽芬兰纪念大学的医学院,加拿大社会女士(endMS夏季奖学金),研发公司和加拿大首席研究员计划。

补充材料

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