Autokorrelerede rytmiske auditive stimuleringer til patienter med Parkinsons sygdom

BAGGRUND

Basal ganglia dysfunktion ved Parkinsons sygdom (PD) inducerer gangbesvær såsom kortere skridtlængde, reduceret ganghastighed, reduceret armsving og en øget tilfældighed i skridtvarighedsvariabiliteten af ​​gangcyklusser. Denne øgede tilfældighed i gangvariabilitet er et typisk symptom, som kan føre til fald, tab af autonomi og nedsat livskvalitet. For nylig tillod Long-Range Autocorrelations (LRA) vurderingen at understrege forværringen af ​​den tidsmæssige organisering af PD-patienters gangvariabilitet og påviste korrelationer med sygdommens sværhedsgrad og balancestatus. Disse LRA involverer en lang hukommelsesproces, hvilket betyder, at hvert skridt afhænger af varigheden af ​​de tidligere nære og fjerne skridt. Gangvariation bør være afbalanceret og bør forblive i en optimal ramme mellem tilfældighed og overregelmæssighed. Dette betyder, at LRA skal være afbalanceret for at bevare systemets sunde adaptive evner, for at være i "Optimal Movement Variability", som tillader personen at bevæge sig på en stabil, men stadig adaptiv måde. LRA-måling ville derfor være den første kvantitative biomarkør for ganginstabilitet og risiko for at falde, hvilket er af særlig klinisk interesse.

Det er nu velkendt, at PD-patienter har en større gangvariabilitet med et fald i LRA. Det betyder, at PD-patienter er mere tilbøjelige til at falde, hvilket sænker livskvaliteten. Det er også velkendt, at gangforstyrrelser ikke reagerer godt på dopaminerge farmakologiske behandlinger. Derfor synes det vigtigt at udvikle ikke-farmakologiske behandlinger for at forbedre LRA. Rhythmic Auditory Stimulation (RAS) ved hjælp af en metronom er blevet undersøgt i årevis for at forbedre PD-patienters gang. Forfattere viste, at brugen af ​​et fast-tempo isokronisk RAS reducerede skridtvarighedsvariabiliteten, virkede som en ekstern rytmegenerator og omgår de basale ganglier, der fungerer som en svækket intern rytmegenerator hos PD-patienter. Det foreslås derefter, at en bredere anvendelse af en isokronisk RAS, ved hjælp af en metronom, skulle være gavnlig i gangrehabilitering for PD-patienters gangparametre, såsom ganghastighed, skridtlængde, variabilitet i skridtvarighed og livskvalitet.

Det er imidlertid blevet påvist, at brugen af ​​en isokronisk RAS reducerer LRA hos raske personer og også PD-patienter. Forfattere foreslog, at den kognitive belastning, der kræves af en isokronisk RAS, ville være for høj for PD-patienter, hvilket ville skabe en dobbelt opgave og mindske dens anvendelighed i en cue-enhed. Denne RAS ville tvinge patienter til en stereotyp gang i stedet for en adaptiv autokorreleret gangart. Så er spørgsmålet: Skal klinikere fortsætte med at bruge en isokronisk RAS ved hjælp af en metronom til PD-patienters gangrehabilitering? Eller skal klinikere bruge autokorreleret RAS for at undgå tab af adaptivitet, men stadig få de gavnlige virkninger af metronomen? Formålet med denne undersøgelse var at analysere virkningerne af 3 forskellige RAS (isokronisk metronom, autokorreleret metronom og tilfældig metronom) på PD-patienters gangparametre og skridtvarighedsvariabilitet (størrelse og tidsmæssig organisation).

METODER

Patienter

Denne undersøgelse var unicentrisk. Ni PD-patienter deltog i undersøgelsen og blev rekrutteret fra afdelingen for neurologi ved Cliniques universitaires Saint-Luc (Bruxelles, Belgien). Undersøgelsen blev godkendt af den lokale etiske komité. Alle patienter gav informeret skriftligt samtykke til undersøgelsen. Berettigelseskriterier vil blive beskrevet i et andet afsnit.

Procedure

Patienterne blev bedt om at gå rundt 4 gange (1 gang for hver tilstand præsenteret nedenfor) på en oval indendørs bane på 42 m i løbet af 10 minutter hver gang for at få 512 på hinanden følgende skridt, der er nødvendige for at måle LRA. Den indendørs bane er valgt for at indsamle data på en standardiseret måde og for at undgå bias knyttet til miljøforhold, der potentielt kan påvirke patienternes balance, såsom terræn og/eller vejrforhold. To endimensionelle accelerometre blev tapet på patienternes begge laterale malleoli i antero-posterior retning. Disse accelerometre var forbundet til en registreringsanordning (Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, Holland) fastgjort til patienternes talje. Dette system gjorde det muligt at optage ved 512 Hz hver positiv accelerationstop, der svarer til hvert hælslag. Accelerationstoppen, registreret af softwaren internt udviklet, bestemte skridtvarigheden.

Fire tilstande blev præsenteret for patienter i en randomiseret rækkefølge. En tilstand bestod i at gå uden RAS (spontan tilstand, SC). De tre andre tilstande var henholdsvis den isokroniske tempo RAS-tilstand (IC), den tilfældige RAS-tilstand (RC) og den autokorrelerede RAS-tilstand (AC). Hver af disse tre tilstande bestod i at gå med let RAS, som adskiller sig efter deres tidsmæssige organisation. Hver af dem blev sammensat med softwaren Matlab 2014R (Mathworks, M.A.) og tilpasset til hver patient i henhold til spontan ganghastighed bestemt af en 10m gangtest opnået før eksperimentet. Følgelig indeholdt henholdsvis IC, RC og AC ingen RAS-variation, tilfældig variation af RAS og autokorreleret RAS organiseret i tid og karakteriseret ved en Hurst (H)-eksponent = 0,80. For at genoptage, selvom disse tre RAS havde samme middelværdi af interbeat-varigheden, adskiller RAS sig fra hinanden ved tilstedeværelsen eller fraværet af rytmevariationer (forskellige H- og alfa-eksponenter). Under eksperimentet lyttede patienterne til RAS gennem høretelefoner (Apple EarPods) ved hjælp af en MP3-afspiller.

Før dataindsamlingen lyttede patienterne til RAS og blev bedt om at markere rytmen med et fingertryk for at se, om den tidsmæssige struktur af RAS var nøjagtigt detekteret. Herefter blev patienterne bedt om at "gå i overensstemmelse med den foreslåede rytme". Mindst 10 minutter er nødvendigt for at få 512 på hinanden følgende gangcyklusser (antal påkrævet for anvendelse af signalbehandlingsmetoderne beskrevet nedenfor). Den retning, patienterne tog (med eller mod uret) blev randomiseret mellem dem, men hver patient beholdt den samme retning efter randomisering. Forsøget blev altid udført på samme tidspunkt på dagen for den samme patient under ON-fasen af ​​dopaminerg behandling for at undgå lægemiddeleffekt. Ydermere blev der testet maksimalt to tilstande i løbet af en dag med en pause på minimum 5 minutter mellem hver af tilstandene for at undgå en træthedseffekt. Patienterne vendte tilbage en anden dag for at udføre de andre 2 tilstande.

Funktionsvurdering

Funktionelle vurderinger dækkede de 3 domæner af International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF): kropsfunktioner og strukturer, aktivitet og deltagelse. Vurderinger vil blive beskrevet i et andet afsnit.

Gangevurdering

Data blev udtrukket fra 512 på hinanden følgende gangcyklusser, som er nødvendige for at måle gangvariabiliteten.

Spatiotemporale gangvariabler

Gennemsnitlig ganghastighed, gangkadence og skridtlængde blev målt som følger:

• Gennemsnitlig ganghastighed (m.s-1) = Samlet gangdistance (m)/ Opsamlingsvarighed (s)
• Gangkadence (#steps.min-1) = Samlet antal trin (#)/anskaffelsesvarighed (min)
• Trinlængde (m) = Ganghastighed (m/s)*60/Gangkadence (trin/min)

Variabilitet i skridtlængde

Skridtvarighedsvariabilitet kan vurderes på 2 måder: i form af størrelse eller i form af organisation (hvordan skridtvarighed udvikler sig på tværs af på hinanden følgende gangcyklusser).

Størrelsen af ​​skridtvarighedsvariabiliteten:

For at bestemme effekten af ​​RAS på størrelsen af ​​skridtvarighedsvariabiliteten under 512 gangcyklusser blev middelværdien, standardafvigelsen (SD) og variationskoefficienten (CV = [SD/middel] * 100) vurderet.

Tidsmæssig organisering af skridtvarighedsvariabiliteten (LRA):

Tre metoder (Rescaled Range Analysis (Hurst-eksponent; H), Power Spectral Density (α-eksponent) og d-forhold (d = H- [(1+ α)/2])) og "surrogatdatatestene" blev brugt til at måle LRA. Tilstedeværelsen af ​​LRA kan påvises med et højt bevisniveau, når disse 3 betingelser er opfyldt:

• H er større end 0,5
• α er signifikant forskellig fra 0 og mindre end 1
• d ≤ 0,10 Hvis der forekommer en inkonsistens mellem H og α, anvendes den tilfældige blandede surrogatdatatest for at afvise nulhypotesen om fravær af tidsmæssig struktur i de studerede serier.

Data blev behandlet ved hjælp af CVI Labwindows (C++).

Statistisk analyse:

Statistiske analyser blev udført under anvendelse af SigmaPlot 13.0. En en-vejs gentagne målinger ANOVA blev anvendt til at bestemme tilstedeværelsen eller fraværet af effekt af de forskellige RAS på spatiotemporale gangparametre (ganghastighed, gangkadence, skridtlængde) og på skridtlængdevariabilitet (lineære mål (gennemsnit, SD, CV) og ikke-lineære mål (H-eksponent og α)). En anden en-vejs gentagne målinger ANOVA blev anvendt til at analysere variabiliteten af ​​inter-beat varigheden af ​​RAS (lineære og ikke-lineære mål). Når der blev påvist en signifikant forskel mellem grupperne med ANOVA, blev der udført en post hoc Tukey-test for at sammenligne hvert gennemsnit med de andre metoder for at isolere grupperne fra hinanden. Spearmans korrelationskoefficient blev målt for at analysere sammenhængen mellem de ikke-lineære mål (H, α) af skridtvarigheden og inter-beat-varigheden af ​​RAS. Resultaterne blev betragtet som statistisk forskellige for p-værdier < 0,05.