Autokorrelierte rhythmische Hörstimulationen für Parkinson-Patienten

HINTERGRUND

Eine Dysfunktion der Basalganglien bei der Parkinson-Krankheit (PD) induziert Gangstörungen wie kürzere Schrittlänge, reduzierte Ganggeschwindigkeit, reduziertes Armschwingen und eine erhöhte Zufälligkeit in der Variabilität der Schrittdauer von Gangzyklen. Diese erhöhte Zufälligkeit der Gangvariabilität ist ein typisches Symptom, das zu Stürzen, Autonomieverlust und verminderter Lebensqualität führen kann. Kürzlich ermöglichte die Bewertung der Long-Range Autocorrelations (LRA), die Verschlechterung der zeitlichen Organisation der Gangvariabilität von Parkinson-Patienten hervorzuheben, und zeigte Korrelationen mit der Schwere der Erkrankung und dem Gleichgewichtszustand. Diese LRA beinhalten einen Prozess mit langem Gedächtnis, was bedeutet, dass jeder Schritt von der Dauer der vorherigen nahen und fernen Schritte abhängt. Die Gangvariabilität sollte ausgewogen sein und sich in einem optimalen Rahmen zwischen Zufälligkeit und Überregelmäßigkeit bewegen. Das bedeutet, dass LRA ausbalanciert sein sollte, um die gesunden Anpassungsfähigkeiten des Systems beizubehalten, um in der "optimalen Bewegungsvariabilität" zu sein, die es der Person ermöglicht, sich auf stabile, aber dennoch adaptive Weise zu bewegen. Die LRA-Messung wäre damit der erste quantitative Biomarker für Ganginstabilität und Sturzrisiko, der von besonderem klinischem Interesse ist.

Es ist mittlerweile bekannt, dass PD-Patienten eine größere Gangvariabilität mit einer Abnahme der LRA aufweisen. Das bedeutet, dass Parkinson-Patienten eher stürzen, was die Lebensqualität verringert. Es ist auch bekannt, dass Gangstörungen nicht gut auf dopaminerge pharmakologische Behandlungen ansprechen. Daher erscheint es wichtig, nicht-pharmakologische Behandlungen zur Verbesserung der LRA zu entwickeln. Rhythmische Hörstimulation (RAS) mit Hilfe eines Metronoms wird seit Jahren untersucht, um den Gang von Parkinson-Patienten zu verbessern. Die Autoren zeigten, dass die Verwendung eines isochronen RAS mit festem Tempo die Variabilität der Schrittdauer verringerte, indem es wie ein externer Rhythmusgenerator wirkte und die Basalganglien umging, die bei Parkinson-Patienten wie ein gestörter interner Rhythmusgenerator wirken. Es wird dann vorgeschlagen, dass eine breitere Verwendung eines isochronen RAS mittels eines Metronoms in der Gangrehabilitation für die Gangparameter von PD-Patienten wie Ganggeschwindigkeit, Schrittlänge, Variabilität der Schrittdauer und Lebensqualität von Vorteil sein sollte.

Es wurde jedoch gezeigt, dass die Verwendung eines isochronen RAS die LRA bei gesunden Personen und auch bei PD-Patienten verringert. Die Autoren schlugen vor, dass die von einem isochronen RAS benötigte kognitive Belastung für PD-Patienten zu hoch sein würde, was zu einer doppelten Aufgabenstellung führen und seine Anwendbarkeit in einem Cueing-Gerät verringern würde. Dieses RAS würde Patienten zu einem stereotypen Gang anstelle eines adaptiven autokorrelierten Gangs zwingen. Dann stellt sich die Frage: Sollten Kliniker weiterhin ein isochrones RAS mittels eines Metronoms für die Gangrehabilitation von Parkinson-Patienten verwenden? Oder sollten Kliniker autokorrelierte RAS verwenden, um Adaptivitätsverluste zu vermeiden, aber trotzdem die vorteilhaften Wirkungen des Metronoms nutzen? Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen von 3 verschiedenen RAS (isochrones Metronom, autokorreliertes Metronom und zufälliges Metronom) auf die Gangparameter und die Variabilität der Schrittdauer (Größe und zeitliche Organisation) von Parkinson-Patienten zu analysieren.

METHODEN

Patienten

Diese Studie war unizentrisch. Neun Parkinson-Patienten nahmen an der Studie teil und wurden aus der Abteilung für Neurologie der Cliniques universitaires Saint-Luc (Brüssel, Belgien) rekrutiert. Die Studie wurde von der lokalen Ethikkommission genehmigt. Alle Patienten gaben nach Aufklärung ihr schriftliches Einverständnis zur Studie. Die Eignungskriterien werden in einem anderen Abschnitt beschrieben.

Verfahren

Die Patienten wurden gebeten, etwa 4 Mal (1 Mal für jede unten dargestellte Bedingung) auf einer ovalen Indoor-Bahn von 42 m jeweils 10 Minuten lang zu gehen, um 512 aufeinanderfolgende Schritte zu machen, die zur Messung der LRA erforderlich sind. Die Indoor-Strecke wurde gewählt, um Daten auf standardisierte Weise zu sammeln und Verzerrungen im Zusammenhang mit Umgebungsbedingungen zu vermeiden, die möglicherweise das Gleichgewicht des Patienten beeinträchtigen könnten, wie z. B. Gelände und/oder Wetterbedingungen. Zwei eindimensionale Akzelerometer wurden an den beiden lateralen Knöcheln der Patienten in antero-posteriorer Richtung mit Klebeband befestigt. Diese Beschleunigungsmesser wurden mit einem Aufzeichnungsgerät (Vitaport 3 – Temec Instruments B.V., Kerkrade, Niederlande) verbunden, das an der Taille des Patienten befestigt war. Dieses System ermöglichte es, bei 512 Hz jede positive Beschleunigungsspitze aufzuzeichnen, die jedem Fersenauftritt entspricht. Die Beschleunigungsspitze, die von der intern entwickelten Software erkannt wird, bestimmt die Schrittdauer.

Vier Zustände wurden den Patienten in randomisierter Reihenfolge präsentiert. Eine Bedingung bestand darin, ohne RAS (Spontaneous Condition, SC) zu gehen. Die drei anderen Bedingungen waren jeweils die isochronische Tempo-RAS-Bedingung (IC), die zufällige RAS-Bedingung (RC) und die autokorrelierte RAS-Bedingung (AC). Jede dieser drei Bedingungen bestand im Gehen mit leichten RAS, die sich durch ihre zeitliche Organisation unterscheiden. Jeder von ihnen wurde mit der Software Matlab 2014R (Mathworks, M.A.) zusammengestellt und an jeden Patienten gemäß der spontanen Gehgeschwindigkeit angepasst, die durch einen 10-m-Gehtest bestimmt wurde, der vor dem Experiment durchgeführt wurde. Folglich enthielten IC, RC bzw. AC keine RAS-Variation, zufällige Variation der RAS und autokorrelierte RAS, die zeitlich organisiert und durch einen Hurst (H)-Exponenten = 0,80 gekennzeichnet waren. Selbst wenn diese drei RAS den gleichen Mittelwert der Interbeat-Dauer aufweisen, unterscheiden sich die RAS voneinander durch das Vorhandensein oder Fehlen von Rhythmusvariationen (unterschiedliche H- und Alpha-Exponenten). Während des Experiments hörten die Patienten RAS über Kopfhörer (Apple EarPods) mit Hilfe eines MP3-Players.

Vor der Datenerfassung hörten die Patienten den RAS ab und wurden gebeten, den Rhythmus mit einem Fingerklopfen zu markieren, um zu sehen, ob die zeitliche Struktur des RAS genau erkannt wurde. Danach wurden die Patienten gebeten, „entsprechend dem vorgeschlagenen Rhythmus zu gehen“. Mindestens 10 Minuten sind erforderlich, um 512 aufeinanderfolgende Gangzyklen zu erhalten (erforderliche Anzahl für die Anwendung der unten beschriebenen Signalverarbeitungsmethoden). Die von den Patienten eingeschlagene Richtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) wurde zwischen ihnen randomisiert, aber jeder Patient behielt nach der Randomisierung die gleiche Richtung bei. Das Experiment wurde während der ON-Phase der dopaminergen Behandlung immer zur gleichen Tageszeit für denselben Patienten durchgeführt, um eine Arzneimittelwirkung zu vermeiden. Darüber hinaus wurden an einem Tag maximal zwei Bedingungen mit einer Mindestpause von 5 Minuten zwischen den einzelnen Bedingungen getestet, um einen Ermüdungseffekt zu vermeiden. Die Patienten kehrten am zweiten Tag zurück, um die anderen 2 Bedingungen durchzuführen.

Funktionsbeurteilung

Funktionelle Bewertungen deckten die 3 Bereiche der Internationalen Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit (ICF) ab: Körperfunktionen und -strukturen, Aktivität und Partizipation. Bewertungen werden in einem anderen Abschnitt beschrieben.

Gangbeurteilung

Die Daten wurden aus 512 aufeinanderfolgenden Gangzyklen extrahiert, die zur Messung der Gangvariabilität erforderlich sind.

Raumzeitliche Gangvariablen

Mittlere Ganggeschwindigkeit, Gangkadenz und Schrittlänge wurden wie folgt gemessen:

• Mittlere Gehgeschwindigkeit (m.s-1) = Gesamte Gehstrecke (m)/ Erfassungsdauer (s)
• Gangkadenz (#steps.min-1) = Gesamtzahl der Schritte (#)/Erfassungsdauer (min)
• Schrittlänge (m) = Ganggeschwindigkeit (m/s)*60/Gangkadenz (Schritte/min)

Variabilität der Schrittdauer

Die Variabilität der Schrittdauer kann auf zwei Arten bewertet werden: in Bezug auf das Ausmaß oder in Bezug auf die Organisation (wie sich die Schrittdauer über aufeinanderfolgende Gangzyklen entwickelt).

Größe der Variabilität der Schrittdauer:

Um die Wirkung des RAS auf die Größe der Schrittdauervariabilität während 512 Gangzyklen zu bestimmen, wurden der Mittelwert, die Standardabweichung (SD) und der Variationskoeffizient (CV = [SD/Mittelwert] * 100) bewertet.

Zeitliche Organisation der Schrittdauervariabilität (LRA):

Drei Methoden (Rescaled Range Analysis (Hurst-Exponent; H), Power Spectral Density (α-Exponent) und d-Beziehung (d = H – [(1+ α)/2])) und die „Ersatzdatentests“ wurden zur Messung verwendet LRA. Das Vorhandensein von LRA kann mit hoher Beweiskraft nachgewiesen werden, wenn diese 3 Bedingungen erfüllt sind:

• H ist größer als 0,5
• α ist signifikant verschieden von 0 und kleiner als 1
• d ≤ 0,10 Wenn eine Inkonsistenz zwischen H und α auftritt, wird der Randomly Shuffled Surrogate Data Test angewendet, um die Nullhypothese des Fehlens einer zeitlichen Struktur in untersuchten Reihen zurückzuweisen.

Die Daten wurden mit CVI Labwindows (C++) behandelt.

Statistische Analyse:

Statistische Analysen wurden unter Verwendung von SigmaPlot 13.0 durchgeführt. Eine einseitige ANOVA mit wiederholten Messungen wurde angewendet, um das Vorhandensein oder Fehlen einer Wirkung der verschiedenen RAS auf räumlich-zeitliche Gangparameter (Ganggeschwindigkeit, Gangkadenz, Schrittlänge) und auf die Variabilität der Schrittdauer (lineare Maße (Mittelwert, SD, CV)) zu bestimmen. und nichtlineare Maße (H-Exponent und α)). Eine weitere Einweg-ANOVA mit wiederholten Messungen wurde angewendet, um die Variabilität der Inter-Beat-Dauer des RAS zu analysieren (lineare und nichtlineare Messungen). Wenn mit der ANOVA ein signifikanter Unterschied zwischen den Gruppen festgestellt wurde, wurde ein Post-hoc-Tukey-Test durchgeführt, um jeden Mittelwert mit den anderen Mittelwerten zu vergleichen und die Gruppen voneinander zu isolieren. Der Korrelationskoeffizient nach Spearman wurde gemessen, um die Verbindung zwischen den nichtlinearen Maßen (H, α) der Schrittdauer und der Inter-Beat-Dauer des RAS zu analysieren. Die Ergebnisse wurden für p-Werte < 0,05 als statistisch unterschiedlich angesehen.