Abstract
Drogenabhängigkeit ist ein weltweites Problem der öffentlichen Gesundheit, das sich aus einer Vielzahl von Phänomenen ergibt, darunter sowohl soziale als auch biologische. Es wurde gezeigt, dass der chronische Konsum psychoaktiver Substanzen strukturelle und funktionelle Veränderungen im Gehirn hervorruft, die die kognitive Kontrolle beeinträchtigen und zwanghaftes Suchverhalten begünstigen. Es wurde nachgewiesen, dass körperliche Betätigung die Gehirnfunktion und -kognition sowohl in gesunden als auch in klinischen Populationen verbessert. Während einige Studien den potenziellen Nutzen von körperlicher Bewegung bei der Behandlung und Vorbeugung von Suchtverhalten aufgezeigt haben, haben nur wenige Studien ihre kognitiven und neurobiologischen Beiträge zu drogenabhängigen Gehirnen untersucht. Hier überprüfen wir Studien am Menschen unter Verwendung von kognitiven Verhaltensreaktionen und bildgebenden Verfahren, die zeigen, dass Bewegung eine wirksame Hilfsbehandlung für Drogenabhängigkeitsstörungen sein kann. Darüber hinaus beschreiben wir die neurobiologischen Mechanismen, durch die durch körperliche Betätigung verursachte Neuroplastizität im präfrontalen Kortex die exekutiven Funktionen verbessert und das zwanghafte Verhalten von Personen, die zu Störungen des Substanzkonsums neigen, verringern kann. Schließlich schlagen wir ein integratives kognitiv-psychobiologisches Übungsmodell vor, das für zukünftige Forschungen zur Drogensucht und zur praktischen Anleitung in klinischen Situationen verwendet werden kann.
Einführung
Die Abhängigkeit von psychoaktiven Substanzen (z. B. Nikotin, Kokain, Marihuana, Alkohol, Heroin, Inhalationsmitteln, LSD und Ecstasy) ist ein Problem der öffentlichen Gesundheit der modernen Welt (1). Das Diagnostische und Statistische Handbuch für psychische Störungen der American Psychiatric Association (DSM-V 2013) klassifiziert Drogenabhängigkeit als Substanzkonsumstörung (SUD), wenn eine Person zwei oder mehr der folgenden Kriterien hinsichtlich des Konsums psychoaktiver Substanzen erfüllt: Toleranz, Verlangen, wiederholte Versuche, den Konsum einzustellen, oder soziale, persönliche, physische oder psychische Probleme im Zusammenhang mit dem Drogenkonsum (2). Zusätzlich zu den Einflüssen biologischer, kultureller, sozialer, wirtschaftlicher und psychologischer Faktoren auf Menschen mit SUD (3), Studien an Tiermodellen und Menschen haben gezeigt, dass der Konsum psychoaktiver Substanzen epigenetische, molekulare, strukturelle und funktionelle Veränderungen im Gehirn hervorruft (4). Das neurobiologische Modell der Drogenabhängigkeit hat daher eine komplexe Wechselwirkung zwischen biologischen und Umweltfaktoren vorgeschlagen und neue integrative Perspektiven für Prävention, Behandlung und pharmakologische Ziele geschaffen (5).
SUD ist traditionell mit einer abnormalen Dopaminfreisetzung und -empfindlichkeit im Belohnungssystem des Gehirns verbunden. Dieses neuronale Netzwerk besteht aus mehreren miteinander verbundenen Gehirnbereichen, einschließlich des ventralen Tegmentbereichs, des Nucleus accumbens, der Amygdala, des Striatum, des Hippocampus und des präfrontalen Kortex (PFC) (6). Die PFC ist ein integriertes neuronales System beim Menschen, das für eine normale Funktionsweise der Exekutive, einschließlich Entscheidungsfindung und Hemmung, sowie für eine vorteilhafte sozio-emotionale Funktionsweise erforderlich ist (7). Studien mit Positronenemissionstomographie (PET) und funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) haben gezeigt, dass Personen mit SUD eine verminderte Aktivität in der PFC aufweisen (8). Dieser Zustand scheint mit einer verringerten Anzahl von Dopaminrezeptoren und einer abnormalen Feuerungsrate von dopaminergen Neuronen verbunden zu sein (9). Diese Veränderungen des Dopaminsystems und der PFC-Aktivität können die zwanghafte Aufnahme von Substanzen und das Suchverhalten sowie den Verlust der Kontrolle über den Drogenkonsum begünstigen (8). In ähnlicher Weise wurde eine unvollständige präfrontale Kortexentwicklung und die daraus resultierende Einschränkung der Fähigkeit zur Kontrolle impulsiver Entscheidungen als Erklärung für die besondere Anfälligkeit von Jugendlichen für Drogenmissbrauch vorgeschlagen (10), wobei hervorgehoben wird, wie wichtig es ist, den Konsum von süchtig machenden Psychopharmaka in dieser Phase der Gehirnentwicklung zu verhindern. Aktuelle Rehabilitationsprogramme haben daher die Bedeutung interdisziplinärer Behandlungsansätze unterstrichen, die auf die Wiederherstellung einer normalen PFC-Funktion abzielen und gleichzeitig den Einsatz von Medikamenten, Sozialfürsorge und Verhaltenstherapie, die von Psychiatern, Psychologen, Sozialarbeitern und Familienangehörigen unterstützt werden, kombinieren (5).
Als ergänzende Therapie für Personen mit SUD, die sich in verschiedenen Stadien der Suchtrehabilitation einer Behandlung unterziehen, wurde körperliche Bewegung vorgeschlagen (11-13). Präklinische Tierversuche haben Hinweise auf neurobiologische Mechanismen gezeigt, die durch körperliche Betätigung hervorgerufen werden und deren potenzielle Verwendung als therapeutische Strategie zur Behandlung von Drogenabhängigkeit belegen. Beispiele sind die folgenden: Normalisierung der dopaminergen und glutaminergen Übertragung, Förderung epigenetischer Wechselwirkungen, die durch BDNF (Gehirn-abgeleiteter neurotropher Faktor) vermittelt werden, und Modifizierung der dopaminergen Signalübertragung in den Basalganglien (11, 14). Die Identifizierung ähnlicher molekularer Wechselwirkungen zwischen dem Training und dem menschlichen Gehirn stellt jedoch erhebliche methodische Herausforderungen dar, die überwunden werden müssen, um diese Erkenntnisse aus Tiermodellen auf den Menschen zu übertragen.
Die Vorteile körperlicher Betätigung für die kognitiven Funktionen und die Gehirnstruktur beim Menschen sind hingegen in der Literatur gut dokumentiert (15). Aerobic-Übungen sind beispielsweise mit einer Verbesserung der Exekutivfunktionen und einer Erhöhung des Volumens und der Aktivität der grauen Substanz in PFC-Regionen verbunden (16, 17). Kinder und Erwachsene mit höherer kardiorespiratorischer Fitness (VO2 max) zeigen eine verbesserte kognitive Leistung und neuronale Aktivität im PFC und im anterioren cingulären Cortex (ACC) (18). Die Ergebnisse präklinischer Tierstudien zeigen, dass diese Anpassungen des Gehirns mit der Freisetzung von belastungsinduzierten Molekülen wie BDNF zusammenhängen (19) und IGF-1 (Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor 1) (20). Beide Moleküle wirken als neurotrophe Faktoren und bilden neue Synapsen, Neuronen und neuronale Netzwerke (18). Diese Anpassungen werden durch eine Erhöhung des zerebralen Blutflusses während des Trainings erleichtert (21) und eine Freisetzung eines vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) (22), das die mitotische Aktivität in Gefäßendothelzellen fördert, dadurch die Angiogenese fördert und die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung von Neuronen verbessert (18). Darüber hinaus hängt Bewegung auch mit der Integrität der Hirn-Blut-Schranke zusammen (23). Trotz des breiten Spektrums an Vorteilen des trainierenden Gehirns müssen seine Auswirkungen auf Personen mit SUD, die PFCs und kognitive Funktionen beeinträchtigt haben, weiter untersucht werden.
In diesem Mini-Review präsentieren wir die Ergebnisse eines Reviews der aktuellen Fachliteratur zu Übung und SUD. Wir haben unsere Suche auf Studien beschränkt, die die Wirkung von akutem oder chronischem aerobem Training auf kognitive und / oder neurobiologische Marker bei Menschen mit SUD untersuchten. Die zur Auswahl der Artikel verwendeten Suchbegriffe waren "Tabakzigaretten", "Nikotin", "Alkohol", "Methamphetamin", "Crack", "Kokain und Marihuana", "körperliche Aktivität", "Ausdauertraining", "Aerobic". "Sucht": Drogenkonsumstörung, "exekutive Funktionen", "präfrontaler Kortex", "Kognition" und "Gehirn". Zwei Autoren wählten die veröffentlichten und begutachteten Artikel aus, die in elektronischen Datenbanken (Pubmed Central, Medline, Scopus und Web of Science) im Februar 2019, während ein dritter Autor Meinungsverschiedenheiten auflöste. Es wurden nur Artikel berücksichtigt, die in englischer Sprache veröffentlicht wurden. Schließlich schlagen wir ein integratives kognitiv-psychobiologisches Übungsmodell vor, um die zukünftige Forschung zu diesem Thema zu unterstützen und methodische Leitlinien für seine Anwendung im klinischen Umfeld als therapeutisches Instrument zur Behandlung von SUD bereitzustellen.
Die Auswirkung von Aerobic-Übungen auf das Gehirn und die kognitive Funktion bei Personen mit SUD
Aerobes Training wird typischerweise über einen langen Zeitraum bei submaximaler Intensität durchgeführt, wobei der größte Teil des Energieverbrauchs aus der mitochondrialen sauerstoffabhängigen Produktion von ATP stammt. Organische Anpassungen des kardiorespiratorischen Systems infolge des aeroben Trainings spiegeln sich hauptsächlich in höheren VO-Werten wider2 max, das mit Verbesserungen bei verschiedenen Gesundheitsparametern sowie Gehirn- und kognitiven Funktionen in Verbindung gebracht wurde (18, 24). Beispiele für Aerobic-Übungen sind Laufen, Schwimmen und Radfahren bei Sommersportarten und Langlaufen oder Eisschnelllaufen bei Wintersportarten (25). Tabelle 1 beschreibt Studien, die die Wirkung von Aerobic auf das Gehirn und die kognitiven Funktionen bei Personen mit SUD untersuchten. Es wurde gezeigt, dass die akuten Auswirkungen von Aerobic-Übungen (dh unmittelbar nach Beendigung des Trainings) einen Anstieg der PFC-Oxygenierung in Verbindung mit einer stärkeren Hemmkontrolle umfassen (26) und verbesserte Speicher-, Aufmerksamkeits- und Geschwindigkeitsverarbeitung bei Mehrstoffbenutzern (27). In ähnlicher Weise zeigten Methamphetaminkonsumenten, die auf einem stationären Fahrradergometer trainierten, Verbesserungen im Nachhinein, wie z. B. eine bessere medikamentenspezifische Hemmkontrolle, verringertes Verlangen und eine verbesserte Gehirnaktivität im ACC, dem Bereich der Konfliktüberwachung und -hemmung (28). Wang et al. (29) und Wang, Zhou und Chang (30) untersuchten auch Methamphetaminkonsumenten und zeigten, dass Training mit mäßiger Intensität (dh 65 – 75% der maximalen Herzfrequenz) eine Abnahme des Verlangens hervorruft, die Leistung bei einer Go / No-Go-Aufgabe verbessert und die N2-Amplitude während der No-Go-Phase erhöht. Go-Bedingungen, bei denen die Personen den Impuls unterdrücken müssen, nach einem visuellen Hinweis auf den unteren Rand des Computerbildschirms zu drücken. Insbesondere ist der N2 ein ereignisbezogenes Potenzial, das mithilfe der nicht-invasiven Elektroenzephalographie (EEG) überwacht wird und aus dem fronto-parietalen Kortex stammt und in direktem Zusammenhang mit der Hemmkontrolle steht (31).
Tabelle 1
Studien zur Untersuchung der Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf das Gehirn und die kognitiven Funktionen bei Personen mit Substanzstörungen.
| Ergebnisse aus akuten Belastungsstudien | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Literaturhinweis | Studienabläufe | Drogentyp | Übung (Typ; Intensität; Zeit) | Neurobiologischer Marker und kognitiver Test | Ergebnisse: |
| Janse Van Rensburg und Taylor (2008) (32) | Raucher (N = 23) waren Bedingungen ausgesetzt (Bewegung und passive Ruhe). Sie führten vor und nach den Bedingungen einen kognitiven Test durch. | Nikotin | Aerobic auf einem Laufband; Leichte, selbsttätige Intensität; 2min-Aufwärm- und 15min-Übung | Stroop-Test | Nach der Trainingseinheit verbesserten die Raucher die Leistung der kognitiven Tests im Vergleich zur Kontrollsitzung nicht. |
| Janse Van Rensburg et al. (2009) (33) | Raucher (N = 10) wurden Bedingungen (Bewegung und passives Ausruhen) unterzogen, gefolgt von einem fMRI-Scan, während sie rauchen und neutrale Bilder sehen. | Nikotin | Aerobic auf dem Fahrradergometer; Mäßige Intensität (RPE 11-13); 2min Aufwärmen, 10min Übung. | fMRI | Raucher zeigten im Vergleich zur Kontrollbedingung eine verringerte Gehirnaktivität in Bereichen, die mit Belohnung, Motivation und visuell-räumlicher Aufmerksamkeit nach dem Training zusammenhängen. |
| Rensburg et al. (2012) ( 34) | Raucher (N = 20) wurden Bedingungen (Bewegung und passives Ausruhen) unterzogen, gefolgt von einem fMRI-Scan, während sie rauchen und neutrale Bilder sehen. | Nikotin | Aerobic auf dem Fahrradergometer; Mäßige Intensität (RPE 11-13); 2min Aufwärmen, 10min Übung) | fMRI | Raucher zeigten nach dem Training eine verminderte Aktivität in den Bereichen der visuellen Verarbeitung (dh des Occipitalcortex) während der Bilder des Rauchens |
| Wang, Zhou und Chang., 2015 (30) | Die Teilnehmer (N = 24) führten zwei Bedingungen durch: Übungs- und Lesekontrollsitzungen Die kognitiven Tests und die Elektroaktivität des Gehirns wurden nach jeder Bedingung gemessen. | Methamphetamine | Aerobic auf dem Fahrradergometer; 65-75% der geschätzten maximalen Herzfrequenz, 30min (5min Aufwärmen, 20min Training und 5min Abkühlen) | Elektroenzephalogramm (EEG), GoNoGo | Sowohl die allgemeine als auch die methamphetaminspezifische Hemmkontrolle waren nach dem Training im Vergleich zur Kontrollsitzung verbessert. Eine größere N2-Amplitude wurde während der kognitiven Tests unter den Nogo-Bedingungen beider inhibitorischer Kontrolltests im Vergleich zur Kontrollsitzung beobachtet. |
| Wang et al., 2016 (29) | Die Teilnehmer (N = 92) wurden zufällig in 4-Gruppen eingeteilt: leichte Übung, mäßige Übung, kräftige Übung und Lesekontrollgruppe. Der kognitive Test und die Elektroaktivität des Gehirns wurden vor und 20min nach dem Training oder der Lesesitzung gemessen. | Methamphetamine | Aerobic auf einem Fahrradergometer; Jede Gruppe hatte ihre eigene Intensität basierend auf der geschätzten maximalen HF (40-50%, 65-75% und 85-95%, entsprechend der leichten, mittleren und hohen Intensität). 30min Training (5min Aufwärmen, 20min Training und 5min Abkühlen) | Elektroenzephalogramm (EEG) während der Ausführung einer allgemeinen GoNogo-Aufgabe und einer methamphetaminspezifischen GoNogo-Aufgabe. | Eine mittelschwere Intensitätsgruppe zeigte eine bessere Reaktionszeit und eine geringere Anzahl von Fehlern. Dieselbe Gruppe zeigte eine größere N2-Amplitude unter Nogo-Bedingungen sowohl der allgemeinen als auch der meth-spezifischen Hemmkontrolle. |
| Da Costa et al., 2017 (35) | Personen mit Substanzstörung (N = 15) wurden mit gesunden 15-Personen während einer Trainingseinheit mit maximalem Aufwand verglichen. Während der Sitzung wurde bei allen Freiwilligen die Sauerstoffversorgung der präfrontalen Rinde gemessen, während ein kognitiver Test durchgeführt wurde. | Mehrere Drogenkonsumenten (35.5% waren abhängig von einer Substanz, 43% von zwei Substanzen und 21.1% von drei Substanzen). 8 soll Crack- / Kokain-Konsumenten sein, 6 Alkoholkonsumenten und 3 Marihuana-Konsumenten. | Aerobes Training bis zur freiwilligen Erschöpfung [20 auf Borg-Skala (6-20)]. Das Cycloergometer wurde in 60-70 U / min gehalten. Die anfängliche Belastung war 25w und alle zwei Minuten trat ein 25w-Inkrement auf. | Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) und Stroop-Test | Personen mit Substanzstörung erhöhten die Sauerstoffversorgung der präfrontalen Hirnrinde während des Trainings, was mit einer besseren Reaktionszeit im Stroop-Test zusammenhängt. Nach dem Training wurde auch ein geringeres Verlangen gemeldet. |
| Da Costa et al. (2016) (36) |
Personen mit Substanzmissbrauch (N = 9) führten monatelang 3-Bewegungseingriffe durch. Sie führten vor und nach dem Trainingsprotokoll einen kognitiven Test durch. | Crack und Kokain | Aerobic (Freilauf), selbst gewählte Intensität; 3-Sitzungen / Woche; 36-60min / Sitzung. Das Protokoll dauerte 3 Monate. | Stroop-Test | Es wurde festgestellt, dass die Teilnehmer die Reaktionszeit verringerten, die mit Verbesserungen der kardiorespiratorischen Fitness verbunden war. Die Anzahl der Fehler im Stroop-Test blieb im Vergleich vor und nach dem Eingriff gleich. |
| Cabral et al. (2017) (37)(ein) | Fallbericht. Die Testperson führte vor, 45 Tage nach und 90 Tage nach Beginn des Laufprotokolls eine präfrontale Kortexoxygenierung während des inkrementellen Trainings durch. | Alkohol und Nikotin | Aerobic (Freilauf); selbstgewählte Intensität; 3-Sitzungen / Woche; Die Laufzeit wurde im Laufe der Wochen erhöht (erste Woche: 3-6min, letzte Woche: 40-50min). Das Protokoll dauerte 12 Wochen. | Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Stroop-Test | Nach 90-Lauftagen verbesserte die Testperson die Sauerstoffversorgung der präfrontalen Kortikalis bei 921% an der Beatmungsschwelle, 604.2% am Atmungsausgleichspunkt und 76.1% bei maximaler Anstrengung. Darüber hinaus erhöhte das Individuum die Anzahl der korrekten Antworten während des Hemmungstests um 266.6% und die Reaktionszeit um 23%. |
| Wang et al. (2017) (38) | Randomisierte kontrollierte Studie. Die Teilnehmer wurden in zwei Gruppen eingeteilt: Übung (N = 25) und Kontrollgruppe (N = 25). Kognitive Tests und Elektroenzephalogramm wurden in beiden Gruppen vor und nach 12-Wochen gemessen. | Methamphetamine | Aerobic (Radfahren, Joggen, Springseil); 65-75% der geschätzten maximalen HR; 3-Sitzungen / Woche; 40min / Sitzung (5min Aufwärmen, 30min Aerobic und 5min Abkühlen). Das Protokoll wurde für 12-Wochen durchgeführt. | Elektroenzephalogramm (EEG), Go / NoGo | Sowohl die allgemeine als auch die methamphetaminspezifische Hemmkontrolle waren nach dem Training im Vergleich zur Kontrollgruppe verbessert. Eine größere N2-Amplitude wurde während der kognitiven Tests unter den Nogo-Bedingungen beider Hemmungstests im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet. |
| Cabral et al. (2018) (39) (b) | Fallbericht. Die Gehirnaktivität des Teilnehmers wurde vor und nach dem Trainingsprotokoll in der Ruhephase gemessen, während ein kognitiver Test durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurde die präfrontale Kortexoxygenierung während eines inkrementellen Laufbandtrainings gemessen. | Crack / Kokain und Alkohol | Aerobes Training mit hoher Intensität; Alles für 30s und Ausruhen für 4: 30min 3-Sitzungen pro Woche. Das Protokoll dauerte 4 Wochen. | Elektroenzephalogramm (EEG) und Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), Stroop-Test | Präfrontaler Kortexoxyhämoglobin erhöhte 228.2% zu Beginn des Laufbandtests, 305.4% in der Mitte und 359.4% am Ende des Tests. Die präfrontale Kortexaktivität während des Stroop-Tests wurde erhöht. Der Stroop-Effekt wurde um 327% verringert. |
Bei Nikotinkonsumenten wird eine Metaanalyse (40) und eine systematische Überprüfung (41) zeigen wenig oder gar keinen Effekt der Bewegung bei der Raucherentwöhnung. Diese Überprüfungen umfassten jedoch keine Studien, in denen kognitive oder neurobiologische Marker als Ergebnisse verwendet wurden. Auf der anderen Seite haben Rensburg et al. (32-34) führten eine Reihe wichtiger Experimente durch, die auf potenzielle Vorteile von Aerobic-Übungen für das Gehirn und die kognitiven Funktionen von Nikotinkonsumenten hinweisen. Die erste Studie zeigte, dass 15 min Laufband mit Lichtintensität das Verlangen im Vergleich zu einer Kontrollbedingung (passives Ruhen) verringerte, jedoch keine Verbesserungen bei der Hemmkontrolle feststellte. Die Leistung der inhibitorischen Kontrollaufgabe wurde jedoch nur durch die Reaktionszeit und nicht durch die Anzahl der Fehler gemessen, was unsere Interpretation der Ergebnisse einschränken könnte (32). Im zweiten Experiment verursachte 10 min bei mäßig intensiven Radsportübungen einen Rückgang des Verlangens im Vergleich zu einer Kontrollbedingung (passives Sitzen für 10 min). Nach jeder Erkrankung wurden die Teilnehmer beim Betrachten von neutralen Bildern und rauchbezogenen Bildern einem fMRT-Scan unterzogen. Beim Betrachten von Rauchbildern zeigten die Teilnehmer nach dem Training eine verminderte Aktivierung in Gehirnbereichen, die mit Belohnung (dh dem kaudalen Kern), Motivation (dh dem orbitofrontalen Kortex) und visuell-räumlicher Aufmerksamkeit (dh dem Parietallappen und dem Gyrus parahippocampus) zusammenhängen (33). Eine andere Studie wiederholte den gleichen Versuchsaufbau mit einer größeren Stichprobe von Rauchern. Die Ergebnisse zeigten, dass 10 min bei mäßig intensiver körperlicher Betätigung auch das Verlangen senkte, und die fMRI-Analysen zeigten eine verminderte Aktivität in den Bereichen der visuellen Verarbeitung (dh der Hinterhauptkortex) während der Rauchbilder für die Übungsbedingung, jedoch nicht für die Kontrollbedingung (passives Sitzen). (34). Somit zeigen diese Ergebnisse die möglichen Auswirkungen von Aerobic-Übungen bei der Modulation von Verlangen und korrelierten Hirnregionen bei Nikotinkonsumenten.
Daher ist trotz der begrenzten Anzahl von Studien, die in der Literatur bisher verfügbar sind, offensichtlich, dass akute Aerobic-Sitzungen das Verlangen verringern und die kognitiven und Gehirnfunktionen bei diesen Personen zu fördern scheinen. Es könnte jedoch auch wichtig sein zu verstehen, ob regelmäßig durchgeführte Übungen (dh chronische Effekte) den akuten Nutzen für das Gehirn und die Kognition von Personen mit SUD während Wochen und Monaten des Trainingstrainings potenzieren können. Bisher haben nur zwei Studien die chronischen Auswirkungen von Aerobic-Übungen bei Personen mit SUD unter Verwendung von neurobiologischen und kognitiven Markern untersucht ( Tabelle 1 ). In einer Studie zeigten Methamphetaminkonsumenten eine verbesserte Hemmkontrolle und eine stärkere Aktivierung des ACC während einer Hemmaufgabe nach dreimal wöchentlicher 3-Belastung mit mäßiger Intensität über einen Zeitraum von mindestens drei Monaten (38). Merkwürdigerweise ist diese Pionierarbeit von Wang et al. (38) berichteten nicht über Veränderungen der kardiorespiratorischen Fitness, die die Assoziation zwischen kardiorespiratorischen Anpassungen, die durch körperliche Betätigung und Verbesserungen des Gehirns und der kognitiven Funktionen hervorgerufen wurden, einschränkten. Die Ergebnisse einer anderen Pilotlängsstudie mit Polysubstanzanwendern zeigten jedoch, dass 3-Aerobic-Monate die Hemmkontrolle verbesserten und mit Verbesserungen der kardiorespiratorischen Fitness korrelierten (36).
Aufgrund des Mangels an Langzeitstudien in der Literatur haben wir zwei Fallberichte durchgeführt, in denen wir zwei verschiedene Übungsinterventionen getestet haben. Das erste war ein 3-Monatsprogramm (dreimal pro Woche), das auf selbst gewählten Übungen mit mäßiger Intensität basierte. Die Studie wurde mit einem chronischen Alkoholkonsumenten durchgeführt, der in einer öffentlichen psychiatrischen Klinik behandelt wurde. Die Messungen der PFC-Oxygenierung, der Hemmkontrolle und der Notwendigkeit einer medizinischen Intervention wurden vor und nach dem Trainingsprogramm bewertet. Am Ende des 3-Monats zeigte der Teilnehmer eine verbesserte PFC-Oxygenierung, eine kürzere Reaktionszeit bei der Hemmkontrolle und einen geringeren Bedarf an medizinischen Eingriffen (37). Der zweite Fallbericht betraf einen Crack / Kokain- und Alkoholkonsumenten, der behandelt wurde. Sie nahmen an 4-Wochen intensiven Trainings (dreimal pro Woche) teil und wir maßen die PFC-Oxygenierung, die Gehirnaktivität durch Elektroenzephalographie und die Hemmkontrolle vor und nach dem Eingriff. Der Teilnehmer zeigte eine erhöhte PFC-Aktivität während des inhibitorischen Kontrolltests und eine erhöhte PFC-Oxygenierung während des Trainings (39). Zusammengenommen lässt die Beziehung zwischen kognitiven Fähigkeiten und Gehirnfunktion und regelmäßiger Bewegung auf eine vielversprechende Rolle von körperlicher Bewegung bei der Förderung einer stärkeren exekutiven Kontrolle über das zwanghafte Verhalten von Personen mit SUD schließen.
Psychobiologie der selbstgewählten Trainingsintensität: Praktisches Werkzeug für klinische Einstellungen und Forschung
Aus evolutionärer Sicht haben sich die Menschen auf die Suche nach Nahrung und die Jagd nach Beute (die angeblich bis zur körperlichen Erschöpfung betrieben wird) eingestellt, um längeren aeroben Übungen standzuhalten (42). Es wurde postuliert, dass aerobe, selbst gewählte Übungen zusammen mit der kognitiven Bewertung von Umweltmerkmalen für den Erwerb von Nahrung und das Überleben Schlüsselmerkmale für die Entwicklung des menschlichen Gehirns sind (43). Die moderne Gesellschaft hat jedoch die Notwendigkeit beseitigt, dass Menschen für Nahrung oder Obdach laufen müssen. Infolgedessen steigt die Rate hypokinetischen Verhaltens und verwandter Krankheiten wie Diabetes, Fettleibigkeit und Bluthochdruck (44, 45). Eine rationale Entscheidungsfindung in Bezug auf Umfang, Intensität und Häufigkeit des Trainings hat nicht ausgereicht, um das Sitzverhalten zu ändern. Daher werden Methoden vorgeschlagen, um eine stärkere Einhaltung der Regimenter für körperliche Aktivität zu fördern, und eine psychobiologische integrative Perspektive scheint ein vielversprechender Ansatz zu sein, um dieses Ziel zu erreichen (46, 47).
Es wurde vorgeschlagen, dass die kognitive und affektive Regulierung der Trainingsintensität eine Schlüsselrolle sowohl bei der Toleranz als auch bei der Einhaltung von Trainingsprogrammen spielt. Beispielsweise wurden homöostatische Störungen, die durch intensives Training verursacht wurden, mit negativen affektiven Zuständen und geringerem Vergnügen während des Trainings bei sitzenden Personen in Verbindung gebracht (45), was zu niedrigeren Adhärenzraten führt (48). Umgekehrt wurde die selbstgewählte Trainingsintensität mit positiven affektiven Zuständen und einem höheren Maß an Freude während des Trainings in Verbindung gebracht (45). Die selbst gewählte Trainingsintensität betont das Gehirn als zentralen Regler für Trainingsintensitätsschwankungen (46), während die Entscheidung, die Geschwindigkeit zu erhöhen und zu verringern oder die Trainingseinheit zu tolerieren oder zu beenden, vom PFC durch eine bidirektionale Integration von Geist und Körper gesteuert wird (49). In diesem Rahmen werden Top-Down-Mechanismen initiiert deklarative oder nicht deklarative mentale Verarbeitung auf PFC-Ebene, die die Muskelrekrutierung reguliert und physiologische und Verhaltensreaktionen verändert. Auf der anderen Seite werden Bottom-up-Mechanismen durch Sensibilisierung der allgegenwärtigen somato-, viscero-, chemo- und mechanischen sensorischen Rezeptoren ausgelöst, die die zentrale neuronale Verarbeitung von der Peripherie zum Hirnstamm, zum limbischen System und zur Hirnrinde beeinflussen (50). Bei jeder körperlichen Aktivität mit selbstgewählter Intensität kann die kognitive Interpretation des physiologischen Zustands ständig daran arbeiten, die Homöostase des Körpers aufrechtzuerhalten, um das festgelegte Ziel zu erreichen (46, 51). Mit anderen Worten, Temposchwankungen während des Laufens sind ein Verhaltensergebnis, das vom Gehirn überwacht wird (52). Diese Verhaltensänderung resultiert aus der Integration der kognitiven Beurteilung der Aufgabe mit afferenten Informationen in Bezug auf biochemische und biophysikalische Veränderungen, wie Temperatur, Herz - und Atemfrequenz, Blutdruck, Blutkonzentrationen von Metaboliten (z. B. PO2PCO2, H+, HCO3 -und Laktat), intramuskuläres H+und die Verfügbarkeit von Energiesubstraten während der Übung (53).
Darüber hinaus erfordern Erschöpfungsgefühle und selbstzerstörerische Gedanken eine durch die PFC vermittelte Hemmkontrolle, um die körperliche Aktivität aufrechtzuerhalten (54). In diesem Zusammenhang kann die Entscheidungsfindung auf Gefühlen wie wahrgenommener Anstrengung (dh wie schwer die Übung ist), Beeinflussung (dh allgemeiner Wert für gute und schlechte Gefühle) und internen Gesprächen wie „Ich kann es nicht tun“ basieren. "Ich werde aufgeben" oder "es ist sehr schwierig" (53, 55). Daher betont die selbstgewählte Trainingsintensität die kognitive Kontrolle (von oben nach unten) unter den physiologischen Veränderungen (von unten nach oben) bei körperlicher Anstrengung ( Figure 1 ), und es kann als Strategie zur Entwicklung von Selbstüberwachungs- und Selbstkontrollfähigkeiten während der Behandlung von Personen mit SUD verwendet werden. Wenn Sie beispielsweise während einer Trainingseinheit ein Ziel festlegen, z. B. für eine bestimmte Zeit oder Distanz laufen (z. B. Zeitfahren), müssen Sie Ihr Tempo regulieren, um diese Aufgabe erfolgreich abzuschließen. Während des Trainings wird die Entscheidung, das Tempo (die Laufgeschwindigkeit) zu regulieren, durch verschiedene Umweltreize (z. B. Wetter, Gelände, Wettkämpfer, verbale Anweisungen und Zeit- oder Distanzrückmeldungen) in Kombination mit dem physiologischen Zustand beeinflusst.
Tempokontrolle während des kontinuierlichen Trainings unter Einbeziehung von Top-Down-Faktoren (kognitive Funktionen) und Bottom-Up-Faktoren (physiologische Reaktionen).
Verschiedene Therapien, die sich auf diese Wechselwirkung zwischen Geist und Körper durch den bidirektionalen Mechanismus von oben nach unten und von unten nach oben konzentrieren, wurden als vielversprechende Rehabilitationsinstrumente zur Regulierung von Stress und Immunsystem vorgeschlagen (56, 57). Aus diesem Grund nehmen wir an, dass die selbstgewählte Trainingsintensität den bidirektionalen Mechanismus nutzt, der Verbesserungen der Selbstkontrollfähigkeiten ermöglicht, die mit der durch Gehirnübungen induzierten Neuroplastizität verbunden sind. Diese kognitive Regulation kann beim Menschen getestet werden, während Wahrnehmungsreaktionen, übungsinduzierte Effekte und die PFC-Funktion unter Verwendung von Neuroimaging-Methoden (z. B. fMRI, PET-Scan und fNIRS) und / oder Elektroenzephalogramm untersucht werden. Darüber hinaus können die Gehirnreaktionen mit Tests assoziiert werden, die die ausführenden Konstrukte der SUD-spezifischen Entscheidungsfindung und Hemmkontrolle bewerten, wie beispielsweise Tests zur Reaktivität beim Loslassen / Nicht-Loslassen, bei denen Personen ihre Reaktionen auf hervorstechende Stimuli hemmen müssen zu drogenbezogenen Hinweisen (zB Drogenverhaltensbilder). Es wurde gezeigt, dass diese Reaktion auf die Reaktivität des Hinweises Bereiche des PFC aktiviert und Rückfälle bei verschiedenen Stoffstörungen vorhersagt (58, 59). Wir schlagen daher vor, dass randomisierte klinische Studien dem neurowissenschaftlichen Paradigma und den kognitiven Methoden folgen könnten, um diese Hypothese zu testen. Darüber hinaus würde die Implementierung einer Kontrollgruppe bei diesen Versuchsplänen eine Schlüsselrolle spielen, um die selbstgewählte Trainingsintensität mit anderen Arten der Trainingsintensitätsregulation zu vergleichen und ihre Wirksamkeit zu demonstrieren.
Fazit
Obwohl weitere prospektive Studien und klinische Studien erforderlich sind, um die Wirksamkeit des psychobiologischen Übungsmodells als Intervention und Behandlung für SUD zu testen, hat sich gezeigt, dass körperliche Bewegung ein wirksames und vielversprechendes zusätzliches therapeutisches Instrument für Personen mit SUD ist. Hier haben wir die Hirnregionen beschrieben, die von chronischem Substanzkonsum bei Patienten mit SUD betroffen sind, sowie diejenigen, die durch aerobes Training verbessert wurden. Einige dieser Bereiche beziehen sich hauptsächlich auf Exekutivfunktionen, die sich auf eine Reihe von Selbstregulierungsprozessen beziehen, die mit der Kontrolle von Gedanken und Verhalten verbunden sind, einschließlich hemmender Kontrolle und Entscheidungsfindung. Auf die gleiche Weise, wie körperliche Betätigung zur Behandlung anderer Krankheiten empfohlen wird, kann die durch aerobes Training hervorgerufene Neuroplastizität auf ihre Nützlichkeit als potenzielle Zusatzbehandlung für Personen mit SUD hinweisen. Insbesondere können diese Vorteile in Bereichen des Gehirns gesehen werden, die mit der exekutiven Kontrolle zusammenhängen, wie z. B. den Bereichen, die an der Hemmung des Drogensuchverhaltens und der Impulsivität sowie an der Entscheidungsfindung hinsichtlich des Drogenkonsums beteiligt sind. Darüber hinaus können Personen mit SUD, die ihre Fitness verbessern, die PFC-Funktion und das Erkennen verbessern. Diese Vorteile sollten die Fähigkeit eines Individuums verbessern, das Verhalten des Drogenkonsums zu hemmen, wenn es Umweltmerkmalen ausgesetzt ist, und folglich seine Fähigkeit, die Abstinenz aufrechtzuerhalten. Dies ist jedoch immer noch eine Hypothese, und weitere Studien sind erforderlich, um die Wirksamkeit des Trainings zur Aufrechterhaltung der Arzneimittelabstinenz, insbesondere des Trainings mit selbstregulierter Intensität, nachzuweisen. Daher schlagen wir ein integratives kognitiv-psychobiologisches Übungsmodell für die künftige Forschung vor und bieten praktische Anleitungen zur Optimierung des potenziellen Nutzens während der Rehabilitationsprogramme.
Autorenbeiträge
KC und EF konzipierten die Idee, den Entwurf, die Figur und die endgültige Überarbeitung. DC überprüfte die Literatur für Tabelle, beschrieb die Ergebnisse und die endgültige Überarbeitung. RH prüfte das Manuskript und fügte den theoretischen Rahmen, die praktische Anwendung und die endgültige Überarbeitung hinzu.
Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass die Untersuchung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als möglicher Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.