Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf weitreichende Autokorrelationen bei der Parkinson-Krankheit

HINTERGRUND

Eines der häufigsten Merkmale der menschlichen Bewegung ist ihre Variabilität bei mehrfacher Wiederholung derselben rhythmischen Aufgabe (1). Beim Menschen zeichnen sich viele periodische Signale wie Gang, Herzschlag, Atmung und neuronale Aktivitäten durch ihre zeitliche Komplexität aus, die im Laufe der Zeit auf komplexe Weise schwankt. Obwohl die Fluktuationen zwischen den Zyklen scheinbar zufällig variieren, ohne erkennbare Korrelationen zwischen den Zyklen, verfügen gesunde Systeme über die Erinnerung an vorangehende Werte der Reihe, die eine komplexe zeitliche Struktur aufweisen.

Um die Variabilität in physiologischen Zeitreihen zu beurteilen, können verschiedene mathematische Methoden verwendet werden. Einerseits quantifizieren klassische mathematische Methoden, die normalerweise auf kürzere Zeitreihen (zehn Datenpunkte) angewendet werden, die Schwankungsgröße in einer Reihe von Werten unabhängig von ihrer Reihenfolge in der Verteilung, indem sie die Standardabweichung (SD) und den Koeffizienten von berechnen Variation (Lebenslauf). Andererseits können komplexere mathematische Methoden, die auf längere Zeitreihen (≥512 Zyklen) angewendet werden, verwendet werden, um die Fluktuationsdynamik über die Zeit abzuschätzen (3). Diese letztgenannten Methoden haben gezeigt, dass die Variabilität zahlreicher physiologischer Signale (z. B. Herz- und Atemrhythmus oder Bewegungsaktivitäten) weitreichende Autokorrelationen aufweist, wobei die statistische gegenseitige Abhängigkeit zwischen Zyklen eine sehr große Anzahl von Zyklen umfasst (14).

Diese zeitliche Organisation der Variabilität ist daher eine intrinsische Eigenschaft zahlreicher biologischer Systeme. Darüber hinaus könnte es Einblicke in die neurophysiologische Organisation und die Regulierung dieser Systeme geben (32). Jüngste Studien behaupteten, dass diese Schwankungen, wenn sie in einem optimalen Bereich liegen, die zugrunde liegende physiologische Fähigkeit widerspiegeln würden, flexible Anpassungen an alltägliche Belastungen vorzunehmen, denen der menschliche Körper ausgesetzt ist (32). Daher wird angenommen, dass das Vorhandensein einer solchen zeitlichen Dynamik ein entscheidender Indikator für die Gesundheit und ihr Zusammenbruch ein Indikator für einen pathologischen Zustand ist (18, 25, 32). Bei der menschlichen Herzfrequenz beispielsweise weisen Abweichungen von einem Optimum der Variabilität entweder in Richtung der Zufälligkeit (z. B. Vorhofflimmern) oder der Überregelmäßigkeit (z. B. Herzinsuffizienz) auf den Verlust der Anpassungsfähigkeiten des Systems hin (9, 32). .

Daneben beeinflussen einige Erkrankungen des Zentralnervensystems die Variabilität insbesondere des Gangs. Tatsächlich sind neurodegenerative Erkrankungen wie die Parkinson- und die Huntington-Krankheit unter anderem durch eine Veränderung der Gehvariabilität (beobachtet durch einen Zusammenbruch von Autokorrelationen über große Entfernungen) und ein hohes Sturzrisiko gekennzeichnet. Obwohl der Ursprung der weitreichenden Autokorrelation unbekannt bleibt, lässt ihr Zusammenbruch bei solchen Krankheiten auf einen zentralen Kontrollmechanismus schließen (8, 11, 13, 16, 17, 36).

FORSCHUNGSPROJEKT

Die Parkinson-Krankheit (PD) betrifft etwa 1 % der Bevölkerung über 60 Jahre und ist eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen. Die Parkinson-Krankheit ist von Natur aus fortschreitend und daher haben Patienten mit zunehmenden Schwierigkeiten bei Aktivitäten des täglichen Lebens und verschiedenen Aspekten der Mobilität wie Gang, Transfers, Gleichgewicht und Körperhaltung zu kämpfen. Letztendlich führt dies zu verminderter Unabhängigkeit, Inaktivität und sozialer Isolation, was zu einer verminderten Lebensqualität führt. Daher ist die Verbesserung der Fortbewegung eines der wichtigsten Ziele bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit.

Die Behandlung der Parkinson-Krankheit konzentriert sich traditionell auf eine medikamentöse Therapie, wobei Levodopa als „Goldstandard“-Behandlung gilt. Doch selbst bei optimaler medizinischer Behandlung kommt es bei Parkinson-Patienten zu einer Verschlechterung der Körperfunktionen, der täglichen Aktivitäten und der Teilnahme. Aus diesem Grund wird die Einbeziehung von Rehabilitationstherapien als Ergänzung zur pharmakologischen und neurochirurgischen Behandlung zunehmend befürwortet. Tatsächlich verlangsamt regelmäßige körperliche Aktivität das Fortschreiten und verringert das Sturzrisiko. Darüber hinaus hat Bewegung ihre Wirksamkeit sowohl zur Erhaltung der funktionellen Fähigkeiten als auch zur Vorbeugung von Komplikationen (Herz-Kreislauf, Osteoporose usw.) bewiesen.

Bisher haben nur wenige Studien die Analyse der Variabilität bei der Funktionsbeurteilung von Patienten mit einer neurologischen Erkrankung wie der Parkinson-Krankheit einbezogen. Dennoch stellen Gehstörungen und Stürze nicht nur einen erheblichen Kostenfaktor für die Gesellschaft dar, sondern stellen auch ein erhebliches individuelles Morbiditäts-/Mortalitätsrisiko dar. Ein geeignetes Rehabilitationsprogramm sollte es ermöglichen, die mit diesen Erkrankungen verbundenen Risiken und Kosten sofort zu reduzieren. Der Forscher geht davon aus, dass die Analyse der Gehvariabilität als klinisches Instrument zur Beurteilung des Sturzrisikos und als Beurteilungsinstrument der therapeutischen Wirksamkeit (Medikamente und/oder körperliche Bewegung) bei Parkinson nützlich sein könnte. Daher besteht das Ziel dieser Studie darin, (1) den Einfluss körperlicher Bewegung auf die Gehvariabilität des Menschen zu bewerten und (2) seine möglichen Zusammenhänge mit den Gehfähigkeiten und neurologischen Beeinträchtigungen von Parkinson-Patienten zu untersuchen.

Patienten

Die Forscher werden 50 Patienten mit idiopathischer Parkinson-Krankheit aus der Abteilung für Neurologie der Cliniques universitaires Saint-Luc (Brüssel, Belgien) rekrutieren. Die Studie ist von der Ethikkommission genehmigt. Alle Patienten geben eine informierte schriftliche Einwilligung zur Studie. Zulassungskriterien sind: Diagnose idiopathisches Parkinson (gemäß den Brain Bank-Kriterien der United Kingdom Parkinson's Disease Society), Schweregrad der Erkrankung (gemäß den modifizierten Hoehn & Yahr-Stadien I bis IV), Fehlen von Demenz (Mindestpunktzahl der Mini Mental State Examination von 24). oder höher), stabiler Drogenkonsum in den letzten 4 Wochen und ausreichendes Seh- und Hörvermögen, erreicht bei Bedarf durch Korrekturlinsen und/oder Hörgeräte. Patienten werden ausgeschlossen, wenn sie an schwerer Komorbidität, anderen neurologischen Problemen, akuten medizinischen Problemen (z. B. MI, Diabetes) und Gelenkprobleme, die die Mobilität beeinträchtigen, und unvorhersehbare „Off“-Phasen (Score >2, MDS-UPDRS Punkt 4.5).

Verfahren

Bei der vorliegenden Studie handelt es sich um eine kontrollierte, randomisierte, einfach verblindete klinische Studie mit Crossover-Design. Die Kontrollgruppe wird ihre übliche körperliche Aktivität nicht ändern, während die Interventionsgruppe von dem körperlichen Trainingsprogramm profitieren wird. Letzteres umfasst 30 Sitzungen Zirkelgruppentraining von 60 Minuten (zweimal pro Woche), verteilt auf 15 Wochen. Dann werden die beiden Gruppen gekreuzt. Gemäß den aktuellen Richtlinien umfasst das Programm eine spezifische Arbeit zu Gleichgewicht, Haltung, Gang, Fitness, Doppelaufgaben und Dehnung. Alle Sitzungen werden mit angemessener Intensität durchgeführt (d. h. 60–80 % der vorhergesagten maximalen Herzfrequenz). Mindestens 512 Zyklen werden aufgezeichnet (bei einer hohen Abtastrate (512 Hz)) auf einem Laufband bei einer selbst gewählten angenehmen Geschwindigkeit unter Verwendung eines eindimensionalen Beschleunigungsmessers, der auf den rechten lateralen Malleolus geklebt ist.

Funktionsbewertung basierend auf den 3 Bereichen der Internationalen Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit (ICF)

Die Patienten werden vor dem Eingriff (T0) und nach 15 (T1), 30 (T2), 45 (T3) und 60 Wochen (T4) in den drei ICF-Domänen beurteilt:

Beeinträchtigungen werden mittels MDS-UPDRS, einer instrumentierten Ganganalyse (kinematisch, kinetisch, elektromyographisch und energetisch) (18), der 6-Minuten-Gehstrecke, dem 10-Meter-Gehtest, der ABC-Skala und dem BESTest (einschließlich des Functional Reach Test) beurteilt , der Push & Release- und der Get Up & Go-Test).

Aktivitäten, Teilnahme und Lebensqualität werden anhand des Impact on Participation and Autonomy Questionnaire (IPAQ) und eines Herbsttagebuchs bewertet.

Analyse der Gehvariabilität

Die Variabilität der Umlaufzeit wird durch klassische und komplexe mathematische Methoden ermittelt. Klassische mathematische Methoden (Standardabweichung, Variationskoeffizient) ermöglichen die Bewertung der Fluktuationsgröße, während komplexe mathematische Methoden (langreichweitige Autokorrelationen) die Dynamik von Fluktuationen über die Zeit bewerten (3).

Das Vorhandensein weitreichender Autokorrelationen wird mithilfe des von Rangarajan und Ding vorgeschlagenen und von Crevecoeur et al. validierten integrierten Ansatzes bewertet. im Kontext physiologischer Zeitreihen. Diese Methoden werden an anderer Stelle ausführlicher beschrieben. Kurz gesagt wird der Hurst-Exponent (H) mithilfe der neu skalierten Bereichsanalyse berechnet und der α-Exponent mithilfe der spektralen Leistungsdichte der Zeitreihe bewertet. Für jede Zeitreihe werden beide Methoden auf Sequenzen von 512 aufeinanderfolgenden Gangschritten angewendet.

Theoretisch stehen die Exponenten H und α durch die Beziehung H asymptotisch in Beziehung. Daher besteht der integrierte Ansatz darin, H und α getrennt zu berechnen und zu überprüfen, ob diese beiden Parameter konsistent sind, und zwar durch die Gleichung d=H-(1+α)/ 2=0. Ein Wert von d ≤ 0,10 gilt als akzeptabel, da die asymptotischen Parameter anhand endlicher Zeitreihen ausgewertet werden.

Zusammenfassend müssen die folgenden drei Bedingungen erfüllt sein, um auf das Vorhandensein weitreichender Autokorrelationen schließen zu können:

H > 0,5; α ist deutlich von 0 verschieden und kleiner als 1; und d ≤ 0,10

Wenn Inkonsistenzen zwischen H und α auftreten, verwenden die Forscher den zufällig gemischten Ersatzdatentest, um die Nullhypothese abzulehnen, dass die untersuchte Reihe keine zeitliche Struktur hat (d. h. unkorrelierter Zufallsprozess).

PERSPEKTIVEN

Durch die Untersuchung des Einflusses körperlicher Bewegung auf die Gehvariabilität des Menschen und seiner möglichen Korrelationen mit Gehfähigkeiten und neurologischen Beeinträchtigungen von Parkinson-Patienten hoffen die Forscher zeigen zu können, dass die Analyse der Gehvariabilität als klinisches Instrument bei der Beurteilung des Sturzrisikos eingesetzt werden könnte als Beurteilungsinstrument der therapeutischen Wirksamkeit (Medikamente und/oder körperliche Bewegung) bei Parkinson.