Autokorelované rytmické sluchové stimulace pro pacienty s Parkinsonovou chorobou

POZADÍ

Dysfunkce bazálních ganglií u Parkinsonovy choroby (PD) vyvolává poruchy chůze, jako je kratší délka kroku, snížená rychlost chůze, snížené kmitání paží a zvýšená náhodnost variability délky kroku v cyklech chůze. Tato zvýšená nahodilost ve variabilitě chůze je typickým příznakem, který může vést k pádům, ztrátě autonomie a snížené kvalitě života. Nedávno hodnocení Long-Range Autocorrelations (LRA) umožnilo zdůraznit zhoršení časové organizace variability chůze pacientů s PD a prokázalo korelace se závažností onemocnění a stavem rovnováhy. Tyto LRA zahrnují proces s dlouhou pamětí, což znamená, že každý krok závisí na délce předchozích kroků na blízko a na dálku. Variabilita chůze by měla být vyvážená a měla by zůstat v optimálním rámci mezi náhodností a přílišnou pravidelností. To znamená, že LRA by měla být vyvážená, aby udržela zdravé adaptivní schopnosti systému, aby byla v „optimální variabilitě pohybu“, která umožňuje osobě pohybovat se stabilním, ale stále adaptivním způsobem. Měření LRA by proto bylo prvním kvantitativním biomarkerem nestability chůze a rizika pádu, což je zvláště klinicky zajímavé.

Nyní je dobře známo, že pacienti s PD mají větší variabilitu chůze se snížením LRA. To znamená, že pacienti s PD mají větší pravděpodobnost pádu, což snižuje kvalitu života. Je také dobře známo, že poruchy chůze nereagují dobře na dopaminergní farmakologickou léčbu. Proto se zdá důležité vyvinout nefarmakologickou léčbu pro zlepšení LRA. Rytmická sluchová stimulace (RAS) pomocí metronomu byla léta studována za účelem zlepšení chůze pacientů s PD. Autoři prokázali, že použití izochronního RAS ve fixním tempu snížilo variabilitu trvání kroku, fungovalo jako externí generátor rytmu a obcházelo bazální ganglia, která u pacientů s PD fungují jako narušený generátor vnitřního rytmu. Poté se navrhuje, že širší použití izochronního RAS pomocí metronomu by mělo být přínosné v rehabilitaci chůze pro parametry chůze pacientů s PD, jako je rychlost chůze, délka kroku, variabilita délky kroku a kvalita života.

Bylo však prokázáno, že použití izochronního RAS snižuje LRA u zdravých osob a také u pacientů s PD. Autoři navrhli, že kognitivní zátěž vyžadovaná izochronním RAS by byla pro pacienty s PD příliš zvýšená, což by vytvořilo dvojí úkolování a snížilo jeho použitelnost v signálním zařízení. Tento RAS by nutil pacienty ke stereotypní chůzi namísto adaptivní autokorelované chůze. Pak otázka zní: Měli by lékaři nadále používat izochronní RAS pomocí metronomu pro rehabilitaci chůze pacientů s PD? Nebo by měli kliničtí lékaři používat autokorelovaný RAS, aby se vyhnuli ztrátě adaptivity, ale přesto získali příznivé účinky metronomu? Cílem této studie bylo analyzovat účinky 3 různých RAS (izochronní metronom, autokorelovaný metronom a náhodný metronom) na parametry chůze pacientů s PD a variabilitu délky kroku (velikost a časovou organizaci).

METODY

Pacienti

Tato studie byla unicentrická. Studie se zúčastnilo devět pacientů s PD a byli rekrutováni z oddělení neurologie Cliniques universitaires Saint-Luc (Brusel, Belgie). Studie byla schválena místní etickou komisí. Všichni pacienti dali informovaný písemný souhlas se studií. Kritéria způsobilosti budou popsána v jiné části.

Postup

Pacienti byli požádáni, aby se prošli 4krát (1krát pro každý stav uvedený níže) po oválné vnitřní dráze 42 m během 10 minut pokaždé, aby dosáhli 512 po sobě jdoucích kroků nezbytných k měření LRA. Vnitřní dráha byla vybrána za účelem shromažďování dat standardizovaným způsobem a aby se zabránilo zkreslení souvisejícím s podmínkami prostředí, které by mohly potenciálně ovlivnit rovnováhu pacientů, jako je terén a/nebo povětrnostní podmínky. Dva jednorozměrné akcelerometry byly nalepeny na obě laterální malleoly pacientů v antero-posteriorním směru. Tyto akcelerometry byly připojeny k záznamovému zařízení (Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, Nizozemsko) připevněnému k pasu pacientů. Tento systém umožnil zaznamenat při 512 Hz každý vrchol pozitivního zrychlení, který odpovídá každému úderu do paty. Vrchol zrychlení detekovaný interně vyvinutým softwarem určoval trvání kroku.

Pacientům byly předloženy čtyři stavy v randomizovaném pořadí. Jedna podmínka spočívala v chůzi bez jakéhokoli RAS (Spontaneous Condition, SC). Další tři podmínky byly izochronní tempo RAS Condition (IC), náhodné RAS Condition (RC) a Autocorrelated RAS Condition (AC). Každá z těchto tří podmínek spočívala v chůzi s mírným RAS, které se liší svou časovou organizací. Každý z nich byl složen pomocí softwaru Matlab 2014R (Mathworks, M.A.) a přizpůsoben každému pacientovi podle rychlosti spontánní chůze stanovené 10m testem chůze dosaženým před experimentem. V důsledku toho IC, RC a AC neobsahovaly žádnou RAS variaci, náhodné variace RAS a autokorelované RAS organizované v čase a charakterizované Hurstovým (H) exponentem = 0,80. Abychom pokračovali, i když tyto tři RAS měly stejný průměr mezidobého trvání, RAS se od sebe liší přítomností nebo absencí rytmických variací (různé H a alfa exponenty). Během experimentu pacienti poslouchali RAS prostřednictvím sluchátek (Apple EarPods) pomocí MP3 přehrávače.

Před sběrem dat pacienti poslouchali RAS a byli požádáni, aby označili rytmus poklepáním prstem, aby zjistili, zda byla časová struktura RAS přesně detekována. Poté byli pacienti požádáni, aby „chodili podle navrženého rytmu“. Minimálně 10 minut je nutných k získání 512 po sobě jdoucích cyklů chůze (počet potřebný pro aplikaci metod zpracování signálu popsaných níže). Směr pohybu pacientů (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček) byl mezi nimi randomizován, ale každý pacient si po randomizaci zachoval stejný směr. Experiment byl prováděn vždy ve stejnou denní dobu u stejného pacienta během ON fáze dopaminergní léčby, aby se zabránilo účinku léku. Dále byly během jednoho dne testovány maximálně dvě podmínky s minimální přestávkou 5 minut mezi každou z podmínek, aby se zabránilo únavovému efektu. Pacienti se vrátili druhý den, aby provedli další 2 podmínky.

Funkční hodnocení

Funkční hodnocení pokrývalo 3 oblasti Mezinárodní klasifikace funkčnosti, zdravotního postižení a zdraví (ICF): tělesné funkce a struktury, aktivita a participace. Hodnocení budou popsána v jiné části.

Hodnocení chůze

Data byla extrahována z 512 po sobě jdoucích cyklů chůze, což je nutné pro měření variability chůze.

Časoprostorové proměnné chůze

Průměrná rychlost chůze, kadence chůze a délka kroku byly měřeny následovně:

• Průměrná rychlost chůze (m.s-1) = celková vzdálenost chůze (m)/ doba akvizice (s)
• Kadence chůze (#steps.min-1) = Celkový počet kroků (#) / trvání akvizice (min)
• Délka kroku (m) = rychlost chůze (m/s)*60/kadence chůze (kroky/min)

Variabilita délky kroku

Variabilita trvání kroku může být hodnocena 2 způsoby: z hlediska velikosti nebo z hlediska organizace (jak se vyvíjí trvání kroku v po sobě jdoucích cyklech chůze).

Velikost variability trvání kroku:

Pro stanovení účinku RAS na velikost variability trvání kroku během 512 cyklů chůze byly hodnoceny průměr, standardní odchylka (SD) a variační koeficient (CV = [SD/průměr] * 100).

Časová organizace variability délky kroku (LRA):

K měření byly použity tři metody (analýza přeškálovaného rozsahu (Hurstův exponent; H), výkonová spektrální hustota (α exponent) a vztah d (d = H-[(1+ α)/2])) a „testy náhradních dat“. LRA. Přítomnost LRA může být prokázána s vysokou úrovní důkazu, pokud jsou splněny tyto 3 podmínky:

• H je větší než 0,5
• α se výrazně liší od 0 a je menší než 1
• d ≤ 0,10 Objeví-li se nekonzistence mezi H a α, použije se test náhodně zamíchaných náhradních dat, aby se zamítla nulová hypotéza nepřítomnosti časové struktury ve studovaných sériích.

Data byla zpracována pomocí CVI Labwindows (C++).

Statistická analýza:

Statistické analýzy byly provedeny pomocí SigmaPlot 13.0. Jednosměrná opakovaná měření ANOVA byla použita ke stanovení přítomnosti nebo nepřítomnosti účinku různých RAS na časoprostorové parametry chůze (rychlost chůze, kadence chůze, délka kroku) a na variabilitu trvání kroku (lineární míry (průměr, SD, CV). a nelineární míry (H exponent a α)). Další jednosměrná opakovaná měření ANOVA byla použita k analýze variability mezidobého trvání RAS (lineární a nelineární měření). Když byl pomocí ANOVA detekován významný rozdíl mezi skupinami, byl proveden post hoc Tukey test, aby se porovnal každý průměr s ostatními prostředky, aby se skupiny od sebe izolovaly. Spearmanův korelační koeficient byl měřen pro analýzu spojení mezi nelineárními mírami (H, α) trvání kroku a mezidobým trváním RAS. Výsledky byly považovány za statisticky odlišné pro p-hodnoty < 0,05.