Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive form of brain stimulation that might alter physiological responses to exercise and, possibly, exercise capacity. It is unknown, however, whether such tDCS-induced changes (if they exist) are intensity-dependent and further studies are therefore necessary to investigate the effects of neuromodulation with tDCS on physiological responses to exercise of different intensities. Hence, the present study examined how brain stimulation with anodal tDCS affects physiological responses to heavy-intensity exercise. Seven physically active males (age 25.0 ± 2.3 years, V̇O2peak 52.6 ± 9.1 mL.kg-1.min-1) volunteered for this study and visited the laboratory on three separate occasions. On Day 1, they performed a ramp incremental exercise test on an electronically braked cycle ergometer to determine gas exchange threshold (GET), peak oxygen uptake (V̇O2peak), and peak power output (Wpeak). On Days 2 and 3, participants were randomly assigned in a crossover design to receive 20-min brain stimulation of either sham tDCS or anodal tDCS (current intensity: 2 mA) using a cephalic montage with the anode over the primary motor cortex (M1) region. In both conditions, participants completed a heavy-intensity exercise test at 15% of the difference between the power output at GET and Wpeak attained during the ramp incremental exercise test (15%Δ). Pulmonary gas exchange and ventilation, hemodynamics, and NIRS-derived measures of muscle oxygenation were collected continuously during the heavy-intensity constant work rate exercise bout. No brain stimulation condition effects (P > 0.05) or brain stimulation condition × time interactions (P > 0.05) were found for any parameter of pulmonary gas exchange and ventilation, hemodynamics, or NIRS-derived measures of muscle oxygenation. Our findings suggest that anodal tDCS applied over the M1 region does not alter physiological responses to heavy-intensity exercise. These results confirm that tDCS is a neuromodulation technique that is probably ineffective for high-intensity activities requiring large muscle mass.
La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è una forma non invasiva di stimolazione cerebrale che potrebbe alterare le risposte fisiologiche all'esercizio e alla capacità di esercizio. Tuttavia, non è noto se tali eventuali cambiamenti siano dipendenti dall'intensità, sono quindi necessari ulteriori studi per indagare gli effetti della tDCS sulle risposte fisiologiche all'esercizio fisico di diversa intensità. Pertanto, il presente studio ha indagato su come la stimolazione cerebrale con tDCS anodica possa influire sulle risposte fisiologiche all'esercizio fisico di intensità elevata. Sette maschi fisicamente attivi (età 25,0 ± 2,3 anni, picco di V̇O2 52,6 ± 9,1 mL.kg-1.min-1) si sono offerti volontari per questo studio e hanno visitato il laboratorio in tre occasioni separate. Nel primo giorno hanno eseguito un test di esercizio incrementale a rampa su un cicloergometro per determinare la soglia di scambio di gas (GET), il picco di consumo di ossigeno (V̇O2peak) e il picco di potenza (Wpeak). Nel secondo e terzo giorno, i partecipanti sono stati assegnati in modo casuale, con un disegno crossover, a ricevere una stimolazione cerebrale di 20 minuti con tDCS sham o tDCS anodica (intensità di corrente: 2 mA) utilizzando un montaggio cefalico con l'anodo sulla regione della corteccia motoria primaria (M1). In entrambe le condizioni, i partecipanti hanno completato un test di esercizio di intensità elevata al 15% della differenza tra la potenza relativa a GET e Wpeak raggiunto durante il test di esercizio incrementale a rampa (15%Δ). Gli scambi gassosi e la ventilazione polmonare, l'emodinamica e le misure di ossigenazione muscolare derivate dal NIRS sono state raccolte durante il test a intensità di lavoro costante. Non sono stati riscontrati effetti della condizione di stimolazione cerebrale (P > 0,05) o interazioni condizione di stimolazione cerebrale × tempo (P > 0,05) per nessun parametro degli scambi gassosi polmonari e della ventilazione, dell'emodinamica o delle misure di ossigenazione muscolare derivate dal NIRS. I nostri risultati suggeriscono che la tDCS anodica applicata alla regione M1 non altera le risposte fisiologiche all'esercizio fisico di intensità elevata.
EFFETTI FISIOLOGICI DELLA STIMOLAZIONE TRANSCRANICA A CORRENTE CONTINUA DURANTE ESERCIZIO NEL DOMINIO DI INTENSITÀ PESANTE
CAPITANI, ALESSANDRO
2022/2023
Abstract
Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive form of brain stimulation that might alter physiological responses to exercise and, possibly, exercise capacity. It is unknown, however, whether such tDCS-induced changes (if they exist) are intensity-dependent and further studies are therefore necessary to investigate the effects of neuromodulation with tDCS on physiological responses to exercise of different intensities. Hence, the present study examined how brain stimulation with anodal tDCS affects physiological responses to heavy-intensity exercise. Seven physically active males (age 25.0 ± 2.3 years, V̇O2peak 52.6 ± 9.1 mL.kg-1.min-1) volunteered for this study and visited the laboratory on three separate occasions. On Day 1, they performed a ramp incremental exercise test on an electronically braked cycle ergometer to determine gas exchange threshold (GET), peak oxygen uptake (V̇O2peak), and peak power output (Wpeak). On Days 2 and 3, participants were randomly assigned in a crossover design to receive 20-min brain stimulation of either sham tDCS or anodal tDCS (current intensity: 2 mA) using a cephalic montage with the anode over the primary motor cortex (M1) region. In both conditions, participants completed a heavy-intensity exercise test at 15% of the difference between the power output at GET and Wpeak attained during the ramp incremental exercise test (15%Δ). Pulmonary gas exchange and ventilation, hemodynamics, and NIRS-derived measures of muscle oxygenation were collected continuously during the heavy-intensity constant work rate exercise bout. No brain stimulation condition effects (P > 0.05) or brain stimulation condition × time interactions (P > 0.05) were found for any parameter of pulmonary gas exchange and ventilation, hemodynamics, or NIRS-derived measures of muscle oxygenation. Our findings suggest that anodal tDCS applied over the M1 region does not alter physiological responses to heavy-intensity exercise. These results confirm that tDCS is a neuromodulation technique that is probably ineffective for high-intensity activities requiring large muscle mass.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/16583