湾岸戦争病の表現型において、運動は作業記憶に関連する小脳および皮質活動を変化させる

Exercise alters cerebellar and cortical activity related to working memory in phenotypes of Gulf War Illness.

• Stuart D Washington
• Rakib U Rayhan
• Richard Garner
• Destie Provenzano
• Kristina Zajur
• Florencia Martinez Addiego
• John W VanMeter
• James N Baraniuk

抄録

湾岸戦争病は、1990-91年のペルシャ湾岸戦争の退役軍人の25-32％が罹患している。湾岸戦争病の特徴は、身体的・精神的努力後の認知機能障害、疼痛、疲労を伴う労作後の倦怠感である。我々は、運動後の倦怠感をモデル化するために、N-Backワーキングメモリ課題を自転車負荷試験の前と24時間後に同じ負荷試験を行った後の3Tにおける機能的磁気共鳴画像の変化を評価することによってモデル化した。仰臥位と立位の間の心拍数の姿勢変化の連続的傾向は、湾岸戦争病の退役軍人の3つのサブグループを定義した。姿勢起立性頻拍症候群（GWI-POTS、15％、=11）、ストレステストに関連した可逆性頻拍（GWI-START、31％、=23）、およびストレステスト起源の幻視（GWI-STOPP、姿勢性頻拍なし、54％、=46）であった。運動前のN-Backタスク中の血中酸素濃度依存性活動は、コントロール（＝31）、GWI-START、GWI-STOPP、GWI-POTSの各サブグループ間で差がなかった。対照群では運動は血中酸素濃度依存性活性に影響を与えなかった。GWI-STARTでは、小脳歯状核とワーキングメモリに関連するバーミ領域の運動後の不活性化が認められた。GWI-STOPPでは、前部感覚ネットワークの構成要素であると考えられる前部補助運動野の有意な活性化が認められた。GWI-POTSでは運動後にバーミ野が不活性化する傾向がみられた。これらの認知機能障害のパターンは、湾岸戦争病では運動ストレッサー後にのみ明らかになった。ストレステストに伴う可逆性頻脈および姿勢性起立性頻脈症候群の自律神経機能障害と小脳の活性化、およびストレステスト由来の幻覚と皮質の感覚運動の変化とを結びつけるメカニズムはまだ明らかになっていないが、湾岸戦争病の理解、診断、治療に新たな機会を開く可能性がある。

Gulf War Illness affects 25-32% of veterans from the 1990-91 Persian Gulf War. Post-exertional malaise with cognitive dysfunction, pain and fatigue following physical and/or mental effort is a defining feature of Gulf War Illness. We modelled post-exertional malaise by assessing changes in functional magnetic resonance imaging at 3T during an N-Back working memory task performed prior to a submaximal bicycle stress test and after an identical stress test 24 h later. Serial trends in postural changes in heart rate between supine and standing defined three subgroups of veterans with Gulf War Illness: Postural Orthostatic Tachycardia Syndrome (GWI-POTS, 15%,  = 11), Stress Test Associated Reversible Tachycardia (GWI-START, 31%,  = 23) and Stress Test Originated Phantom Perception (GWI-STOPP, no postural tachycardia, 54%,  = 46). Before exercise, there were no differences in blood oxygenation level-dependent activity during the N-Back task between control ( = 31), GWI-START, GWI-STOPP and GWI-POTS subgroups. Exercise had no effects on blood oxygenation level-dependent activation in controls. GWI-START had post-exertional deactivation of cerebellar dentate nucleus and vermis regions associated with working memory. GWI-STOPP had significant activation of the anterior supplementary motor area that may be a component of the anterior salience network. There was a trend for deactivation of the vermis in GWI-POTS after exercise. These patterns of cognitive dysfunction were apparent in Gulf War Illness only after the exercise stressor. Mechanisms linking the autonomic dysfunction of Stress Test Associated Reversible Tachycardia and Postural Orthostatic Tachycardia Syndrome to cerebellar activation, and Stress Test Originated Phantom Perception to cortical sensorimotor alterations, remain unclear but may open new opportunities for understanding, diagnosing and treating Gulf War Illness.

© The Author(s) (2019). Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.