Angereicherte Umgebungen für die Rehabilitation nach einem Schlaganfall der oberen Extremitäten

A. Wissenschaftlicher Hintergrund

Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache in den westlichen Ländern, und die sensomotorische Dysfunktion der oberen Extremitäten (UL) trägt erheblich zum Auftreten von körperlichen Behinderungen und Behinderungen bei (Olsen 1990). Eine Erklärung für eine schlechte Erholung des Arms ist der Fokus auf die Aufgabenerfüllung und nicht auf die Leistungsqualität. Dies kann alternative (kompensatorische) Bewegungsstrategien verstärken, anstatt das Wiederauftreten prämorbider Bewegungsmuster (Erholung) zu fördern. Obwohl das rehabilitative Ziel die Wiederherstellung der Funktion ist, wird noch diskutiert, ob dies durch echte motorische Wiederherstellung oder Kompensation erreicht wird. Tatsächlich sollte bei einigen Patienten mit schwerer Beeinträchtigung eine Kompensation gefördert werden, um die Funktionsfähigkeit zu maximieren. Alternativ wird bei Patienten mit guter Prognose aus mehreren Gründen die motorische Erholung betont. Erstens kann die Genesung bei entsprechendem Training bis weit in das chronische Stadium des Schlaganfalls hinein fortgesetzt werden (z. B. Michaelsen & Levin 2004). Zweitens kann Kompensation zwar die sofortige Leistungsfähigkeit unterstützen, aber auch zu längerfristigen Problemen wie Schmerzen und Kontrakturen führen (Ada et al. 1994; Levin 1997). Drittens könnte das Zulassen von Kompensationen erlernten Nichtgebrauch fördern und die Kapazität für spätere motorische Zuwächse einschränken (Allred et al. 2005). Während Leistungssteigerungen nach wiederholtem Training isolierter Bewegungen dokumentiert wurden (z. B. Whitall et al. 2000), haben sich nur wenige Studien damit befasst, ob Patienten explizite Informationen verwenden können, um den Erwerb motorischer Fähigkeiten zu optimieren, und ob eine echte Erholung des Verhaltens eintritt. Bei der Entwicklung optimaler Trainingsprogramme ist zu berücksichtigen, dass Lernen stattfindet, wenn die Teilnehmer motiviert sind, eine Vielzahl verwandter Aufgaben üben und relevantes Feedback erhalten (Nudo & Friel 1999; Winstein et al. 1999). Darüber hinaus profitieren Patienten möglicherweise nicht von variabler Praxis, bis fehlende motorische Elemente wiederhergestellt sind (Carr & Shepherd 1987) und das motorische Wiedererlernen mit dem Grad der körperlichen und kognitiven Beeinträchtigung zusammenhängt (Cirstea et al. 2006).

Bisher haben die meisten Studien nur klinische Maße verwendet, um funktionelle Veränderungen zu bewerten (z. B. Jang et al. 2003), ohne zu berücksichtigen, wie Bewegungen ausgeführt werden. Diese Studie konzentriert sich auf die Fähigkeit zu unterscheiden, ob eine funktionelle Verbesserung auf eine Erhöhung der Kompensation oder auf eine echte motorische Erholung zurückzuführen ist. Dies kann nur erreicht werden, indem die funktionelle Verbesserung (klinische Maßnahmen) mit Änderungen der Armmotorikmuster durch eine detaillierte Bewegungsanalyse (Kinematik) korreliert wird. Da es eine große Anzahl möglicher kinematischer Verbesserungsindikatoren gibt, müssen die Ermittler ermitteln, welche Maßnahmen am ehesten auf eine Veränderung hinweisen. Dies ist ein erster Schritt bei der Bestimmung klinisch bedeutsamer Ergebnismaße, die in randomisierten Kontrollstudien zur Wirksamkeit von Interventionen verwendet werden sollen. Klinische Hervorhebung ist unerlässlich, um Erkenntnisse aus Forschungsstudien in die evidenzbasierte Praxis umzusetzen (van Peppen et al. 2007).

B. Studiendesign: 1. Detaillierter Studienplan

Zwei Gruppen von 8 Schlaganfall-Probanden nehmen an einem A-B-A-Design teil, bei dem Daten aus Post-Interventions- (innerhalb einer Woche nach Abschluss der Intervention) und Follow-up-Tests (einen Monat nach Abschluss der Intervention) mit Daten verglichen werden aus zwei Pretests (am Anfang und am Ende der ersten Studienwoche kurz vor Interventionsbeginn). Mehrere klinische und kinematische motorische Leistungsergebnisse werden gemessen, um zu bestimmen, welche die Erholung der Armmotorik am besten beschreiben. Dazu werden die Veränderungen der Ergebnisse vor und nach dem Training mit den Durchschnittswerten von 8 alters- und geschlechtsangepassten gesunden Freiwilligen (aufgezeichnet in einer einzigen Sitzung) verglichen. Schlaganfall-Überlebende werden Bewegungen in zwei verschiedenen Trainingsumgebungen üben, die unterschiedliche Motivations- und Feedbackniveaus bieten: Trainingsumgebung 1 wird in einer 2D-videobasierten VR-Umgebung erstellt, die eine hohe Motivation, Kenntnis der Ergebnisse (KR) über das motorische Ergebnis (d. h. Schnelligkeit, Präzision) und unspezifisches Leistungswissen (KP)-Feedback über die Rumpfbewegung. Umgebung 2 wird in einer physischen Umgebung geschaffen, die nur KP-Feedback, aber keine KR oder zusätzliche Motivation liefert.

Trainingsprotokoll: Nach den Grundlinienbewertungen (körperlich und kognitiv) üben Schlaganfallgruppen das Zeigen auf 6 standardisierte Ziele, die knapp außerhalb der Reichweite platziert sind (12 Versuche pro Ziel), während einer Akquisitionsphase von 15 Sitzungen, die über drei Wochen verteilt sind (3 Sitzungen/Woche, 72 Versuche). /Sitzung). Dieses Übungsprogramm enthält Elemente, die für ein optimales motorisches Lernen notwendig sind: 1) Abwechslungsreiches Üben: Obwohl die Bewegungen keine neuen motorischen Aufgaben sind, sollten sie während der Erholung nach einem Schlaganfall neu erworben werden. Unser Ziel ist es nicht, den Probanden eine neue Aufgabe beizubringen, sondern herauszufinden, wie eine suboptimal ausgeführte Bewegung durch Übung verbessert werden kann. 2) Intensives Üben: Die Anzahl der Wiederholungen pro Sitzung wurde nach Studien von Cirstea und Levin (2000) gewählt. Somit werden 72 Versuche pro Sitzung (3 Blöcke mit 24 Versuchen, 5 Minuten Pause zwischen den Blöcken) als „intensives“ Üben angesehen, was ein notwendiges Element für ein erfolgreiches Trainingsprogramm ist. Nach der Erwerbsphase Auswertungen, die nach 3 Monaten wiederholt werden, um die Beibehaltung und Übertragung der motorischen Fähigkeiten zu bewerten.

2. Methoden: Probanden Acht Schlaganfall-Probanden pro Gruppe werden rekrutiert. Sie werden nach Alter und anfänglichem Schweregrad der Armmotorik (± 5 Punkte bei der Fugl-Meyer-Armbewertung) abgeglichen. Acht alters- und geschlechtsangepasste gesunde Probanden werden als Kontrollgruppe rekrutiert.

Patientenrekrutierung: Die Patienten werden aus den Entlassungslisten des Haim Sheba Krankenhauses nach einem seit 2005 geltenden Verfahren rekrutiert. Das Screening wird von klinischen Forschungsmitarbeitern durchgeführt. Potenzielle Teilnehmer, die die Einschlusskriterien 1–3 und die Ausschlusskriterien erfüllen, erhalten ein erläuterndes Schreiben, in dem sie aufgefordert werden, sich an die Prüfärzte der Studie zu wenden. Von jedem Teilnehmer wird eine informierte Zustimmung eingeholt. Kontrollpersonen werden aus der Community rekrutiert.

Trainingsumgebungen: Motivation und Feedback: Das Training wird in der Abteilung für Ergotherapie im Sheba Medical Center durchgeführt. Trainingsumgebungen ermöglichen es uns, die Wirkung der Kombination verschiedener Grade von Motivation und Feedback auf das motorische Ergebnis zu bewerten. Umgebung 1 ist sehr motivierend (neuartig und unterhaltsam), da das Training als Spiel präsentiert wird, in dem der Lernende versucht, seine eigene Punktzahl in den nachfolgenden Sitzungen zu übertreffen. Ziele werden als Bälle in einem videobasierten VR-System (Gesture Xtreme) dargestellt. Der Patient sitzt vor einem 36-Zoll-Display der 6 Zielszene. Das Bild des Patienten wird von einer Videokamera erfasst und in die auf dem Monitor angezeigte Szene eingefügt. Die Aufgabe besteht darin, auf jedes der Ziele zu zeigen, die in zufälliger Reihenfolge erscheinen. Das Feedback liefert relevante Informationen für das motorische Lernen (KR, KP, Spielstand). Umgebung 2 enthält die gleiche Anzahl und Anordnung von Zielen wie Umgebung. 1, aber sie werden in einer physischen Umgebung auf einem Holzrahmen vor dem Subjekt präsentiert. KR- und KP-Feedback werden vom Experimentator als verbale Hinweise gegeben, wie dies normalerweise in der Klinik der Fall ist. Sie werden jedoch keine zusätzlichen Motivationsinformationen (Spielstand) enthalten.

Vorläufige Ergebnismessungen: Klinisch Vor und nach dem Training in beiden Schlaganfallgruppen messen verblindete Bewerter klinische Werte der motorischen Beeinträchtigung und Funktion des Arms (Fugl-Meyer Arm Score, Reaching Performance Scale, Box and Blocks Test, Wolf Motor Function Test, Motor Activity Log ) sowie kognitive Funktion. Alle Tests sind valide und zuverlässig und werden regelmäßig in der klinischen Praxis eingesetzt.

Kinematische Prüfung: Prüfaufgabe und Übertragungsaufgabe:

Die Ermittler werden auch kinematische Ergebnismessungen aufzeichnen, die Arm- und Rumpfbewegungen während des Greifens charakterisieren (Ellbogenstreckung, horizontale Adduktion der Schulter, Schulterbeugung, Schulterblattbewegungen, Rumpfverschiebung).

Unser Ziel ist es, sich während einer Test- und einer Transferaufgabe, die aus Greifbewegungen besteht, auf die Segment- und Gelenkkinematik zu konzentrieren. Die Testaufgabe wird aufgezeichnet. Das Testziel wird in einer Linie mit dem Brustbein des Patienten in einem Abstand knapp über der Armlänge des Probanden platziert. Die Testaufgabe ähnelt Bewegungen, die auf eines der geübten Ziele ausgeführt werden. Um das motorische Lernen zu beurteilen, werden die Ermittler feststellen, ob Elemente, die in einer Aufgabe gelernt wurden, auf andere ähnliche Aufgaben übertragen werden können. Daher bewerten die Ermittler auch Bewegungen, die in einer Transferaufgabe zu einem Ziel durchgeführt werden, das vor der ipsilateralen Schulter 5 Zentimeter (cm) höher als die oberste Reihe trainierter Ziele platziert ist. Die Transferaufgabe ist also eine neue Bewegung, die nicht während des Trainings geübt wird. Die segmentale Kinematik des starren Körpers wird von Sätzen von 4 passiven reflektierenden Markierungen (Kugeln mit 0,5 cm Durchmesser) aufgezeichnet, die an den Rumpf-, Oberarm- und Unterarmsegmenten angebracht sind. Dies ermöglicht die Berechnung von drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden pro Segment. Die Gelenkkinematik wird von Markern erfasst, die über Exoskelettrahmen an Brustbein, Schulterdach, Ellbogen und Handgelenk befestigt sind. Die Markierungsbewegung wird mit einem kalibrierten optoelektronischen Bewegungserfassungssystem mit 3 Kameras (ProReflex MCU-240, Qualisys) auf einer geeigneten Computersoftware (Qualisys, Göteborg, Swe) aufgezeichnet. Die Datenerfassung (100 Hertz, 2-5 Sekunden) wird durch Bewegung der Hand aus einer zentralen Position durch Auslösen eines mechanischen Schalters ausgelöst. Die Genauigkeit der Messungen jedes Markers liegt innerhalb eines Fehlers von <0,2 cm.

In einem ersten Schritt bestimmen die Untersucher Bewegungszeiten, Genauigkeit, Laufruhe, Segment- und Gelenkrotationen sowie die Hauptkomponenten der Mehrgelenkskoordination. Kartesische Koordinaten (x,y,z) für jedes Segment werden aus den Segmentmarkierungssätzen erhalten. Rohdaten von mindestens drei Markern pro Segment werden nach Interpolation fehlender Marker (Polynom 5. Ordnung) verwendet. Für jeden Versuch werden Bewegungszeiten und Spitzengeschwindigkeiten aus tangentialen Geschwindigkeitsspuren am Endpunkt bestimmt. Die Bewegungszeit ist die Zeit zwischen dem Punkt, an dem die Tangentialgeschwindigkeit 5 % ihres Maximums überschreitet und darüber bleibt und dann auf dieses Niveau zurückkehrt und darunter bleibt. Die Bewegungsgenauigkeit in Bezug auf konstante Ausdehnungsfehler wird als mittlerer Abstand (d) zwischen der endgültigen Endpunktposition (x, y, z) und der Position des Ziels (x0, y0, z0) berechnet. Konstante und variable (SD) Richtungsfehler werden ebenfalls definiert. Die Bewegungsglätte wird aus der tangentialen Geschwindigkeitsspur unter Verwendung des Krümmungsindex (Verhältnis der Endpunktweglänge zur Länge einer geraden Linie, die die Anfangs- und Endposition verbindet) und der Anzahl der Spitzen im Bahnweg berechnet. Für Segment- und Gelenkrotationen werden Vektoren innerhalb von Referenzkoordinatensystemen für die Ober- und Unterarmsegmente berechnet.

Aus den resultierenden Segmentschwerpunktbewegungs- und Segmentrotationsdaten werden verschiedene Ergebnisvariablen berechnet. Die relevantesten definieren Leistungsänderungen in Bezug auf die Endpunktbewegung und in Bezug auf die Haltung des ganzen Arms, insbesondere die Entwicklung der Bewegung im Laufe der Zeit (Zeitableitungen) und die Fragmentierung des segmentalen Pfads und der Haltung des Arms während Sie sich auf die verschiedenen Ziele zubewegen. Zusätzliche Aspekte der Bewegung werden untersucht, um die am besten geeigneten Deskriptoren für die Armmotorleistung und Veränderungen nach den vorgeschlagenen klinischen Interventionen zu finden.

Für jedes Fach werden Änderungswerte berechnet, um einen Verbesserungsindex (IP) und einen Lernindex (IL) zu ermitteln. Der IP ist definiert als die Änderung in jeder Variablen als Verhältnis von Post- zu Pre-Test-Werten. Ein IP von 1 zeigt keine Änderung an, während negative und positive Werte anzeigen, dass der Wert abgenommen bzw. zugenommen hat. Bei einigen Variablen zeigen positive Verhältnisse eine Verbesserung an (Endpunktgeschwindigkeit, Endpunktglätte, Winkelmaße, Phasenamplituden), während bei anderen eine Verbesserung durch negative Verhältnisse (Bewegungszeit, Bewegungspräzision) angezeigt wird. Der IL, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Probanden Verbesserungen nach dem Training für jede Folgeepoche beibehalten, ist definiert als die Änderung der Variablen bei der Beibehaltung im Vergleich zum Post-Test. IL-Werte von 1 zeigen an, dass die Verbesserung erhalten bleibt (keine Änderung), negative Werte, dass der Parameter abgenommen hat, und positive Werte, dass der Parameter zugenommen hat.

Statistische Analyse: Für unser erstes Ziel werden Änderungen der Ergebnismaße bestimmt, indem die Bewegungsergebnisse vor und nach den Erwerbs- und Haltephasen durch ANOVA mit zwei wiederholten Maßnahmen und gemischtem Design (MANOVA) verglichen und die Rohmittelwerte (Zeit 1, Zeit 2, Zeit 3, Zeit 4) und ändern Sie die Ergebnisse (IP, IL) zwischen den Gruppen. Die Ermittler werden bestimmen, welche kinematischen Maßnahmen die meisten Veränderungen erfahren und daher am besten auf eine motorische Erholung hinweisen (z. B. Zunahme der Ellbogen- und/oder Schulterbewegung, Abnahme der Rumpfbewegung), indem sie untersuchen, welche Maßnahmen zwischen den Trainingsgruppen am unterschiedlichsten sind. Die Untersucher erwarten größere Veränderungen beim Gruppentraining in Umgebung I als beim Gruppentraining in Umgebung 2.