DOTTORATO DI RICERCA IN Scienze del Movimento Umano e dello Sport XXVII CICLO Anni 2011/2012-2014/2015 TITOLO TESI DI DOTTORATO Impact of Physical Activity on aging: multidisciplinary analysis of mechanisms and outcomes Settore Scientifico Disciplinare M-EDF/02 Tutore Prof.ssa Caterina Pesce Dottorando Dott. Simone Falbo
Abstract (English): Population aging is an increasing phenomenon: according to the 2012 Annual European Aging report, one third of the population in the EU will be aged 65 or over by 2060. There is strong evidence on an age-related decline in gait efficiency, a key component of functional ability which has been linked also to the deterioration of cognitive functions. It becomes crucial to understand the interplay between physical and cognitive factors in determining functional ability and the strategies that older adults employ to cope with motor-cognitive dual tasks. The main aim of the present work was to investigate the relationship between cognitive and motor functions both in single and dual tasking in the elderly, varying the motor and cognitive complexity of the tasks to stress the mechanisms of allocation and reallocation of resources that are deteriorated in aging. This relationship was investigated in physically more or less active late middle-aged and older adults to search for individual differences related to aging and physical activity level. After acquiring this cross-sectional picture of how older individuals cope with single and dual tasks of different complexity, the present thesis was also aimed at evaluating the effect of an integrated training on executive function that mirrors the demands on dual tasking inherent in every-day-life situations on physical and motor fitness and cognitive efficiency. Moreover, the present work investigated visual attention efficiency of older individuals not only as a function of their physical activity level, but also considering the negative role played by type 2 Diabetes Mellitus. This particular population, in fact, shows deficit in visual attention control that, combined with an increased risk of executive decline, are likely related to diabetic status rather than to age. The most important take-home message from the cross-sectional dual task study is that with increasing age, gait efficiency does not depend on whether the walking task is single or dual, but on whether it strongly relies on executive functions. Gait parameters
that best discriminate age-related differences in performing single and dal tasks of different motor and cognitive complexity are those tapping temporal variability. Thus, they may represent a powerful tool for aging research. The intervention study demonstrated the potential of integrated training in counteracting the age-related decline of inhibitory performance, a core executive function, showed by literature and also confirmed by the active-control group. Finally, the visuo-attentional study pointed out a beneficial effect of habitual physical activity and a detrimental effect of diabetic status on visual attention efficiency, with physically active life habits partially counteracting the detrimental effects of diabetes on visual attention performance. In conclusion, the present work has furthered our understanding of the factors leading to successful functional and cognitive aging. Given the relatively high ecological validity of the single and dual functional mobility task conditions, the present finding might contribute to the development of guidelines for physical activity prescription fostering both functional and cognitive efficiency in aging people.
Sommario (Italiano): Il fenomeno dell invecchiamento è in aumento: in accordo con il Report annuale Europeo sull invecchiamento del 2012, un terzo della popolazione europeaavrà più di 65 anni nel 2060. Ci sono forti evidenze circa un declino relativo all'età nell'efficienza del cammino, un componente chiave della capacità funzionale che è stato collegato anche al deterioramento delle funzioni cognitive. Diventa fondamentale comprendere l'interazione tra fattori fisici e cognitivi nel determinare la capacità funzionale e le strategie che gli anziani impiegano per affrontare compiti doppi motor-cognitivi. L'obiettivo principale del presente lavoro era di studiare la relazione tra funzioni cognitive e motorie sia in compiti singoli che doppi negli anziani, variando le complessità dei compiti motori e cognitivi per stressare i meccanismi di allocazione e riallocazione delle risorse che sono deteriorate con l'invecchiamento. Questa relazione è stata studiata in adulti di mezza età e anziani più o meno attivi fisicamente per cercare differenze individuali relazionate al livello di attività fisica e all invecchiamento. Dopo aver acquisito il disegno di questo studio trasversale su come gli individui anziani reagiscano con compiti singoli e doppi di diversa complessità, la presente tesi mirava anche a valutare l'effetto di un allenamento integrato sulle funzioni esecutive che rispecchiano le esigenze di compito doppio inerente le situazioni giornaliere di vita relativamente a fitness fisico ed efficienza cognitiva. Inoltre, il presente lavoro ha investigato l'efficienza dell attenzione visiva degli individui anziani non solo in funzione del loro livello di attività fisica, ma anche considerando il ruolo negativo svolto dal diabete di tipo 2. Questa particolare popolazione, infatti, mostra deficit nel controllo dell attenzione visiva che, combinati con un aumentato rischio di declino esecutivo, è probabilmente correlata allo stato diabetico piuttosto che all'età.
Il messaggio più importante dallo studio trasversale è che con l'aumentare dell'età, l efficienza del cammino non dipende se l'attività è di tipo singolo o doppio, ma il se si basa fortemente sulle funzioni esecutive. I parametri del cammino che meglio discriminano differenze correlate all età nell'esecuzione di compiti singoli e doppi dalla diversa complessità motoria e cognitiva sono quelli relativi alle variabilità temporali. Così, possono rappresentare un potente strumento per la ricerca di invecchiamento. Quindi, queste possono rappresentare un potente strumento di ricerca nell invecchiamento. Lo studio di intervento ha dimostrato il potenziale dell allenamento integrato nel contrastare il declino dovuto all'età della prestazione inibitoria, un fondamentale delle funzioni esecutive, mostrato dalla letteratura e confermato anche dal gruppo attivo di controllo. Infine, lo studio dell attenzione visiva ha evidenziato un effetto benefico della regolare attività fisica ed un effetto nocivo dello stato diabetico sull'efficienza dell attenzione visiva, con abitudini di vita fisicamente attive che parzialmente contrastano gli effetti dannosi del diabete sulle prestazioni dell attenzione visiva. In conclusione, il presente lavoro ha approfondito la nostra comprensione dei fattori che portano al successo dell invecchiamento funzionale e cognitivo. Data la relativamente alta validità ecologica delle condizioni di mobilità funzionale di attività singola e doppia, i presenti risultati potrebbero contribuire allo sviluppo di linee guida per la prescrizione dell attività fisica favorendo l'efficienza funzionale e cognitiva nell invecchiamento.