Wirkung von multimodalem Bewegungstraining auf die Gehökonomie bei Personen mit Parkinson-Krankheit

Protokollübersicht: Die Probanden werden aus dem Großraum Washington D.C. rekrutiert. Personen, die an einer Teilnahme als Probanden interessiert sind, werden ein erstes mündliches Screening absolvieren, um die Eignung für die Aufnahme zu bestimmen. Diejenigen Probanden, die sich freiwillig zur Teilnahme bereit erklären, werden dann zur Teilnahme zugelassen und eingeschrieben, wenn die Ausschluss- und Einschlusskriterien erfüllt sind.

Besuch 1: (~120 Minuten) Die Probanden füllen einen Anamnesebogen aus. Anschließend werden Körpergröße und Gewicht gemessen. Anschließend werden Hoehn und Yahr, Mini-Mental State Exam, Fatigue Severity Scale (FSS), Physical Activity Readiness Questionnaire (PAR-Q) und Physical Activity Scale in the Elderly (PASE) durchgeführt. Die Probanden führen zunächst den 10-Meter-Gehtest durch. Die Probanden werden von den Forschern gebeten, 10 Meter über einen druckempfindlichen Gehweg zu gehen, 5 Mal sowohl mit angenehmer Geschwindigkeit als auch mit hoher Geschwindigkeit. Nach dem 10-Meter-Gehtest erhalten die Probanden vor dem zweiten Test eine Ruhephase von 10 bis 20 Minuten. Probanden, die den 10-Minuten-Gehtest durchführen, werden mit einer tragbaren Stoffwechseleinheit ausgestattet, die aus einer Gesichtsmaske und einem Oberkörpergerät besteht. An Armen, Rumpf und Beinen werden tragbare Sensoren befestigt. Vor dem Test stehen die Probanden mindestens 3 Minuten lang in einer Ruheposition, um Ruhestoffwechseldaten zu erhalten. Die Probanden werden dann gebeten, in 10 Minuten so weit zu gehen, wie sie (die Probanden) können. Nach der 10-minütigen Gehphase stehen die Probanden wieder in einer Ruheposition, um Erholungsdaten zu erhalten. Die Probanden erhalten dann während des Übergangs zum dritten Test eine Ruhephase von 10 bis 20 Minuten. Für den dritten Test werden die Probanden mit reflektierenden Markierungen an vordefinierten anatomischen Orientierungspunkten ausgestattet, die in einem standardisierten Gangmarkierungssatz verwendet werden, beispielsweise mediale und laterale Knie- und Sprunggelenke. Elektromyographie (EMG)-Sensoren werden an den Muskeln der unteren Gliedmaßen angebracht. Die Probanden werden dann gebeten, sowohl mit ihrer bevorzugten als auch mit ihrer schnellen Gehgeschwindigkeit über eine 6-Meter-Plattform mit eingebetteten Kraftmessplatten zu gehen. Die Probanden werden gebeten, so viele Versuche wie nötig durchzuführen, um genügend Kraftplattendaten zu sammeln. Nach diesem Test erhalten die Probanden bei Bedarf Gelegenheit für eine Ruhephase, bevor der Testtag beendet wird. Für diejenigen Probanden, die mit dem Gangantriebstest beginnen, enthält die Testreihenfolge die gleichen Verfahren, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.

Besuch 2: (ca. 90 Minuten) Die Forscher messen die Dicke des Fettgewebes über dem Wadenmuskel am stärker betroffenen Bein (wie vom Probanden angegeben) mit Standardzirkeln. Die Probanden werden dann einem Gefäßverschlusstest unterzogen, während sie in einer halb liegenden Position ruhen. Um diesen Test durchzuführen, legen die Untersucher eine große Blutdruckmanschette am Oberschenkel und eine NIRS-Optode am Wadenmuskel an. Die Ermittler werden dann die Manschette auf 220 mmHg aufblasen, um den Blutfluss zum Unterschenkel zu blockieren. Nach einer 5-minütigen Okklusion wird der Manschettendruck abgelassen und die NIRS-Erholungsdaten werden erfasst. Die Probanden führen dann die CWRT durch. Die Probanden werden mit 12-Kanal-EKG- und IKG-Sensoren ausgestattet, tragen eine Gesichtsmaske, um Stoffwechseldaten zu sammeln, und werden gebeten, die CWRT durchzuführen. Vor dem CWRT ruhen sich die Probanden für mindestens 2 Minuten in stehender Position auf einem Laufband aus. Während des CWRT werden die Probanden gebeten, 6 Minuten und 30 Minuten lang mit konstanter Geschwindigkeit zu gehen, mit einer 8-minütigen Pause zwischen den Anfällen. Nach der CWRT werden die Probanden gebeten, sich in einer stehenden Position auszuruhen, um Erholungsdaten zu erhalten. Nach diesem Test erhalten die Probanden die Möglichkeit, sich bei Bedarf eine Weile auszuruhen, bevor der Testtag beendet wird.

Besuche 3-26: (jeweils ~1 Stunde) Für diese Besuche führen die Probanden ein oberirdisches multimodales Bewegungstrainingsprotokoll durch. Die Probanden trainieren individuell mit 1-2 ausgebildeten Instruktoren. Die Probanden tragen während jeder Sitzung einen Brustgurt von Polar und einen Schrittzähler in Forschungsqualität, damit die Instruktoren das Training innerhalb der Sitzung modifizieren können, um eine Zielintensitätszone beizubehalten. Das Trainingsprotokoll umfasst 12 Wochen mit zwei Sitzungen pro Woche für insgesamt 24 Sitzungen.

Besuch 27 (~90 Minuten): Die Probanden wiederholen die gleichen Testverfahren wie bei Besuch 1 in der gleichen Reihenfolge wie sie es getan haben, bestimmt durch den anfänglichen Randomisierungsprozess.

Besuch 28 (~90 Minuten): Die Probanden wiederholen die gleichen Testverfahren wie bei Besuch 2.

Studienablauf:

10-Meter-Gehtest: Der Zweck dieses Tests besteht darin, räumlich-zeitliche Variablen in Bezug auf das Gehen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu messen. Die Probanden absolvieren 10 Wiederholungen eines oberirdischen 10-Meter-Gehtests auf einem instrumentierten druckempfindlichen Gehweg. Es werden 5 Wiederholungen sowohl in bequemer als auch in schneller Gehgeschwindigkeit durchgeführt.

10-Minuten-Gehtest (10MWT): Der Zweck dieses Tests besteht darin, eine Störungsmethode bereitzustellen, um sowohl die Leistung als auch die wahrgenommene Ermüdung zu messen. Die Probanden tragen eine angepasste Gesichtsmaske und eine Torsoeinheit als Teil einer tragbaren Stoffwechseleinheit. Am Oberkörper, an den oberen und unteren Gliedmaßen werden tragbare Sensoren befestigt, um die Gangeigenschaften zu messen. Die Probanden ruhen sich vor Beginn dieses Tests mindestens 3 Minuten lang in einer stehenden Position aus, um Basisliniendaten zu sammeln. Die Probanden gehen dann so weit wie möglich über einen Zeitraum von 10 Minuten oder bis sie aufhören müssen zu gehen. Die zurückgelegte Strecke wird während des gesamten Tests in 2,5-Minuten-Intervallen aufgezeichnet und am Ende der Gehzeit, wenn nicht die vollen 10 Minuten. Die Geschwindigkeit wird aus den in den Zeitintervallen zurückgelegten Entfernungen (Meter/Sek.) berechnet. Der 10-minütige Gehtest wird während des Testbesuchs vor und nach dem Eingriff durchgeführt. Nach der 10-minütigen Gehphase (oder der Gesamtzeit, wenn sie vorzeitig beendet wird) ruhen sich die Probanden in der stehenden Position aus, um Erholungsdaten für mindestens 6 Minuten zu erhalten.

Gangantriebstest: Die Probanden werden mit reflektierenden Markierungen ausgestattet, die aus einem standardisierten Ganzkörpermarkierungssatz für die Bewegungserfassungsanalyse bestehen. EMG-Sensoren werden an den Muskelbäuchen der unteren Gliedmaßen platziert. Um die maximale freiwillige Kontraktion zu ermitteln, werden die Probanden aufgefordert, die Muskeln gegen Widerstand zusammenzuziehen. Die Probanden werden gebeten, für die Systemkalibrierung weniger als eine Minute zu stehen und können gebeten werden, verschiedene Gliedmaßen über einen Bewegungsbereich zu bewegen, um die Genauigkeit des Systems vor Beginn des Tests sicherzustellen. Die Probanden werden dann gebeten, mit ihrer bevorzugten und schnellen Gehgeschwindigkeit über eine 6-Meter-Plattform mit eingebetteten Kraftplatten zu gehen, die von Sicherheitsschienen umgeben sind. Die Probanden führen ungefähr 20-30 Durchgänge durch, um eine ausreichende Datenerfassung durch die Kraftplatten sicherzustellen, da für eine gültige Messung ein angemessener Kontakt mit der Kraftplatte hergestellt werden muss. Sobald genügend Daten gesammelt wurden, werden Markierungen und Sensoren entfernt und dem Probanden wird bei Bedarf eine Ruhephase im Sitzen angeboten.

Gefäßverschlusstest: Während des Verschlusstests sitzen die Probanden in einer halb liegenden Position auf einem Sockel. Eine große Blutdruckmanschette wird mit Klettverschlüssen um den Oberschenkel gelegt, um sie zu fixieren. Die Manschette wird in weniger als 5 Sekunden schnell auf über 220 mmHg aufgeblasen, um den arteriellen und venösen Blutfluss einzuschränken. Das Bein wird für 5 Minuten verschlossen. Der Manschettendruck wird dann in weniger als 5 Sekunden abgelassen und die Erholungsvariablen werden für weitere mindestens 3 Minuten aufgezeichnet.

Constant Work Rate Treadmill Test (CWRT): Während des CWRT werden die Probanden mit NIRS-, Physioflow- und kardiopulmonalen Gasaustauschgeräten ausgestattet, um die kardiorespiratorischen Messungen zu erfassen. Zunächst ruhen sich die Probanden mindestens 2 Minuten lang in einer stehenden Position aus. Zweitens wechselt das Laufband zur bequemen Gehgeschwindigkeit der Probanden (Durchschnittsgeschwindigkeit aus dem 10-Meter-Gehtest bei bequemer Geschwindigkeit). Drittens stoppt das Laufband nach 6 Minuten Dauerbetrieb und die Probanden ruhen sich 8 Minuten lang in stehender Position aus. Viertens geht das Laufband nach 8 Minuten Ruhe in die angenehme Gehgeschwindigkeit der Versuchspersonen über und die Versuchspersonen gehen maximal 30 Minuten lang oder bis zur willentlichen Erschöpfung. Schließlich erholen sich die Probanden 10 Minuten lang im Stehen. Die im Vortest verwendete Geschwindigkeit ist während des Nachtests dieselbe

Multimodale Übungsintervention: Die Absicht der multimodalen Trainingsintervention ist es, kardiovaskuläre Anpassungen und lokomotorische Verbesserungen zu umfassen. Um die kardiovaskuläre Anpassung zu fördern, werden die Trainingseinheiten in Echtzeit angepasst, um eine vordefinierte Zielherzfrequenz (HR)-Zone für jeden Probanden zu erreichen. Die Herzfrequenz wird während jeder Trainingseinheit kontinuierlich überwacht. Die angestrebte HF-Intensität während der Trainingseinheiten beträgt 60 % der von den Probanden vorhergesagten maximalen HF. Die Ziel-HF-Zone beträgt 60 % der vorhergesagten maximalen HF +/- 5 %. Die prognostizierte maximale HF des Probanden wird anhand der Formel berechnet: 220-Alter. Die Trainingsverfahren umfassen Übungen, die auf Ganginitiierung und -beendigung, Beweglichkeit, Muskelkraft und Bewegungen im stationären Zustand basieren. Die Übungen werden mit Schwerpunkt auf Richtungsänderungen über die übliche Vorwärtsprogression hinaus durchgeführt. Wenn sich die Teilnehmer mit den verschiedenen Übungen vertraut machen, werden die Ausbilder die Komplexität, Geschwindigkeit und Lautstärke schrittweise erhöhen.

Vortriebsmaße: Für diese Studie wird der Vortrieb durch die anteriore maximale positive Bodenreaktionskraft (GRF) während des oberirdischen Gehens definiert. Die Kraftmessplatten messen die GRF als Reaktion auf die Kraft, die von der Testperson auf sie ausgeübt wird. In Verbindung mit der Bewegungserfassungsanalyse kann die propulsive Gangphase bestimmt werden und innerhalb dieser Phase wird der anteriore Spitzenvektor berechnet. Die Spitzenvortriebskraft wird als Maxima (ein Punkt) des vorderen GRF bestimmt.

Bewertung des Leistungsermüdbarkeitstests: Die Leistungsermüdbarkeit ist die Rate oder das Ausmaß, in dem die Gewebe-, Organ-, System- oder Gesamtkörperfunktion (Ermüdung) als Reaktion auf eine bestimmte Aufgabe abnimmt. Nach einer 10-minütigen Ruhephase in sitzender Position absolvieren die Probanden den 10-minütigen Gehtest. Die zurückgelegte Strecke wird im 2,5-Minuten-Intervall des Tests und für den gesamten Test aufgezeichnet. Die Geschwindigkeiten für den gesamten Test (Gesamtstrecke / Gesamtminuten des Tests) und die ersten 2,5 Minuten des Tests (in den ersten 2,5 Minuten zurückgelegte Strecke / 2,5 Minuten) werden berechnet. Die Teilgeschwindigkeitsänderung wird dann als Quotient aus Gesamttestgeschwindigkeit / 2,5-Minuten-Geschwindigkeit berechnet. Wenn beispielsweise die Gesamttestgeschwindigkeit und die 2,5-Minuten-Geschwindigkeit beide 82 Meter/Minute betragen, wäre die Gesamttestgeschwindigkeit 100 % der Geschwindigkeit bei 2,5 Minuten. Wenn jedoch die Gesamttestgeschwindigkeit 80 Meter/min und die Geschwindigkeit bei 2,5 Minuten 82 Meter/Minute wäre, dann wäre die Gesamttestgeschwindigkeit nur 0,98 der 2,5-Minuten-Geschwindigkeit. Zur Berechnung des Ermüdungsleistungs-Scores wird die anteilige Geschwindigkeitsänderung durch die zurückgelegte Strecke dividiert. Somit könnten 2 Probanden eine ähnliche Änderung der Geschwindigkeitswerte (z. B. 0,5), aber unterschiedliche Gesamtentfernungen (100 gegenüber 200 Metern) aufweisen. In diesem Fall wäre der Leistungsermüdbarkeitswert für das erste Fach 0,5/100 = 0,005 gegenüber 0,5/200 = 0,0025. Die Ergebnisse werden mit 1000 multipliziert, um die Berichterstattung zu erleichtern. Eine kleine Punktzahl zeigt eine geringere Ermüdbarkeit an. Obwohl die fraktionelle Geschwindigkeitsänderung bei den beiden oben genannten hypothetischen Probanden ähnlich war, war die Ermüdbarkeit bei der zweiten Probanden geringer, was durch eine niedrigere Leistungsermüdbarkeitsbewertung gezeigt wurde.

Bewertung des Tests zur wahrgenommenen Ermüdbarkeit: Die wahrgenommene Ermüdbarkeit ist die Rate oder das Ausmaß der Veränderung des Gefühls von Müdigkeit oder Erschöpfung (Ermüdungssymptome oder wahrgenommene Erschöpfung) als Reaktion auf eine bestimmte Aufgabe. Nach der anfänglichen 10-minütigen Ruhephase im Sitzen bewerten die Probanden ihre Wahrnehmung von Ermüdung oder Kraft anhand der linken Seite der Ermüdungs- und Ermüdbarkeitsskala. Nach dem 10-Minuten-Gehtest werden die Probanden anhand der rechten Seite der Skala gefragt, „wie würden Sie (der Proband) im Vergleich zu dem Zeitpunkt, als Sie (der Proband) begonnen haben, Ihren (des Probanden) Grad der Müdigkeit jetzt bewerten“. Die linke Seite gilt als Maß für die Ermüdung, da eine Änderung der Ermüdung nicht bewertet wurde. Die rechte Seite gilt als Bewertung der Ermüdbarkeit, da sie die Veränderung der Ermüdung bewertet. Der Wert für die Änderung der Müdigkeit wird dann auf die zurückgelegte Gesamtstrecke normalisiert, um den Wert der wahrgenommenen Ermüdung zu berechnen: wahrgenommene Ermüdung = (Änderung der Müdigkeit / zurückgelegte Gesamtstrecke) x 100 (multipliziert mit 100, um die Berichterstattung und den Vergleich zu erleichtern).

Kardiopulmonale Gasaustauschanalysen: Der Gasaustausch während des 10 MWT wird mit einer tragbaren Stoffwechseleinheit erfasst. Das Gerät wird vor jedem Test kalibriert.

Kardiorespiratorische Reaktion auf das Gehen auf dem Laufband: Die kardiorespiratorische Reaktion während des Laufens auf dem Laufband wird mit NIRS, IKG, EKG und pulmonalen Gasaustauschgeräten gemessen. Alle Messungen werden vor jedem Test kalibriert.

Selbstberichtete Anstrengung beim Laufen auf dem Laufband: Während des CWRT werden die Probanden gebeten, ihr Anstrengungsniveau anhand einer Borg-Skala einzuschätzen.

Sauerstoffversorgung und Hämodynamik der Skelettmuskulatur im Ruhezustand: Während des Gefäßverschlusstests werden NIRS-Messungen der Sauerstoffversorgung und Hämodynamik der Skelettmuskulatur aufgezeichnet.

Bewegungserfassungssystem: Infrarotkameras erfassen Bewegungen von reflektierenden Markierungen, die von Personen innerhalb des Volumens getragen werden. Reflektierende Markierungen werden gemäß einem vorgegebenen Ganzkörper-Gangmarkierungsmodell um das Subjekt herum angebracht.

EMG-Sensoren zur Messung der Muskelaktivität: EMG-Elektroden werden an der Haut der Testperson über dem interessierenden Muskelbauch befestigt. Der Sensor und die Elektrode sind mit Klebeband bedeckt, um Bewegungsartefakte zu minimieren.

Kraftmessplatten für die GRF-Messung: 4 Kraftmessplatten sind in einen 6-Meter-Laufgang eingebettet. Die Kraftmessplatten messen die x-, y- und z-Achsen der Kraft- und Momentkomponenten, wobei das Ausgangssignal in einen Verstärker eingespeist wird.

Tragbare Sensoren zur Messung von Gangeigenschaften: Tragbare Sensoren umfassen Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Magnetometer. Messungen werden auf der x-, y- und z-Achse mit einer Abtastrate von 128 Hz erfasst. Diese Sensoren werden an den vorgewählten Stellen am Körper der Testperson angebracht. Diese Daten werden entweder drahtlos über einen Access Point gestreamt und/oder im Sensor protokolliert und gespeichert. Die Teilnehmer tragen außerdem während jeder Trainingseinheit einen Schrittzähler, um die Gesamtzahl der zurückgelegten Schritte aufzuzeichnen

Fragebogen:

Anamnesebogen: Die Probanden füllen den Anamnesebogen bei Besuch 1 aus.

Prüfung/Formulare:

Hoehn und Yahr: Die Hoehn-und-Yahr-Skala (HY) ist eine weit verbreitete klinische Bewertungsskala, die breite Kategorien der motorischen Funktion bei der Parkinson-Krankheit definiert. Dieser Test wird von den Forschern bei Besuch 1 durchgeführt.

Standardisierte Mini-Mental-State-Prüfung: Dieser Test wird von Forschern bei Besuch 1 durchgeführt und ist ein 12-Punkte-Fragebogen, der sich mit der kognitiven Funktion befasst.

Fatigue Severity Scale (FSS): Dieser Test wird von Forschern bei Besuch 1 durchgeführt und ist eine 9-Punkte-Skala, die die Auswirkungen von Müdigkeit auf die Aktivitäten und den Lebensstil einer Person misst.

Fragebogen zur Bereitschaft zur körperlichen Aktivität (PAR-Q): Dieser Test wird von Forschern bei Besuch 1 durchgeführt und ist eine kurze Umfrage, mit der Personen auf potenzielle Kontraindikationen für die Teilnahme an körperlicher Betätigung untersucht werden sollen.

Physical Activity Scale in the Elderly (PASE): Dieser Test wird von Forschern bei Besuch 1 durchgeführt und ist eine kurze Umfrage zur Beurteilung der körperlichen Aktivität bei älteren Personen.