Bewegungsorientiertes motorisches Üben der oberen Extremität bei chronischem Schlaganfall (PUMP-Ex)

Mit einer überlebenden Kohorte von fast 7 Millionen Menschen ist der Schlaganfall die häufigste Ursache für langfristige Behinderungen in den Vereinigten Staaten. Von den etwa 795.000 neuen Schlaganfällen, die jährlich auftreten, werden etwa 2/3 der Überlebenden einen gewissen Grad an Langzeitbehinderung haben. Die Prävalenz von Invalidität nach einem Schlaganfall in Verbindung mit der Tatsache, dass immer mehr Menschen einen Schlaganfall überleben, spiegelt den zunehmenden Bedarf wider, effektive Rehabilitationsstrategien zu entwickeln, die darauf abzielen, Behinderungen zu reduzieren und die Lebensqualität von Millionen von Schlaganfall-Überlebenden, ihren Familien und Betreuern zu verbessern.

Die überwältigende Mehrheit der Schlaganfallüberlebenden, > 75 %, zeigt eine Hemiparese der oberen Extremitäten (UE) und nur 15 % erholen sich vollständig. Darüber hinaus ist eine verbleibende UE-Beeinträchtigung eng mit einer langfristigen Behinderung und einer reduzierten Lebensqualität verbunden. Aktuelle metaanalytische Beweise unterstützen Virtual-Reality-Interventionen zur Schlaganfallrehabilitation zur Verbesserung der UE-Funktion, was darauf hindeutet, dass dies ein vielversprechender Bereich für die weitere therapeutische Entwicklung ist.

Duck Duck Punch (DDP) ist ein interaktives Computerspiel, das bewusst entwickelt wurde, um die UE-Bewegungsqualität durch individualisierte progressive Bewegungspraxis zusammen mit einer Reihe von Leistungsmetriken zu verbessern, die ein Feedback zur Bewegungsleistung innerhalb der Sitzung ermöglichen. Obwohl die Reaktion auf UE-Virtual-Reality-Rehabilitationsinterventionen wie DDP eine Vielzahl von Faktoren umfasst, sind neuroplastische Veränderungen ein primärer Mechanismus, der der funktionellen Erholung zugrunde liegt. Daher kann die Kombination von DDP mit einer Priming-Intervention zur Erleichterung einer „neuroplastikfreundlichen“ Umgebung das ZNS zugänglicher machen und die Reaktion auf die DDP-Rehabilitation verbessern und letztendlich die Ergebnisse verbessern.

Aerobes Training (AEx) hat positive Auswirkungen auf die allgemeine Gehirnfunktion, einschließlich verbesserter globaler Kognition, Exekutivfunktion und Verarbeitungsgeschwindigkeit und Aufmerksamkeit bei gesunden, älteren Erwachsenen. Darüber hinaus verbessert eine einzige AEx-Sitzung das motorische Gedächtnis und das Lernen bei jüngeren, gesunden Erwachsenen. Obwohl AEx zur Verbesserung der kardiovaskulären Funktion nach einem Schlaganfall eingesetzt wurde, müssen seine neurofazilitären Wirkungen beim Schlaganfall noch empirisch getestet werden. Mögliche Mechanismen, durch die AEx die Gehirnfunktion und das motorische Lernen verbessert, umfassen Veränderungen des zirkulierenden, aus dem Gehirn stammenden neurotrophen Faktors (BDNF) und der kortikomotorischen Erregbarkeit. Es wird angenommen, dass BDNF eine integrale Rolle bei mehreren neuroplastischen Prozessen spielt und die Stärkung synaptischer Verbindungen fördert, d. h. die Langzeitpotenzierung (LTP), und aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass AEx das zirkulierende BDNF akut und chronisch erhöhen kann. Die kortikomotorische Erregbarkeit (CME) wird häufig als Indikator für eine LTP-ähnliche Neuroplastizität verwendet und kann Verbesserungen des motorischen Gedächtnisses und Lernens zugrunde liegen. Ähnlich wie BDNF kann AEx die kortikomotorische Erregbarkeit bei Kontrollpatienten und Patienten mit chronischem Schlaganfall akut verbessern. Die Erleichterung der Funktion des zentralen Nervensystems liefert eine Begründung dafür, die Rolle von AEx bei der „Vorbereitung“ des Gehirns für eine nachfolgende Intervention zur Maximierung des neuroplastischen Potenzials zu bestimmen.

Bewegungsbasiertes Priming für die Neurorehabilitation umfasst die Durchführung von Bewegung oder Übungen vor oder gleichzeitig mit einer therapeutischen Intervention mit dem Ziel, die Wirksamkeit der therapeutischen Intervention zu verbessern. Neue Erkenntnisse unterstützen AEx als potenzielles Priming-Tool für die Rehabilitation nach UE-Schlaganfall. AEx in Kombination mit UE-Aufgabentraining kann die UE-Funktion und den selbstberichteten Gesundheitszustand bei Überlebenden eines chronischen Schlaganfalls verbessern. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse gibt es Lücken in der Literatur in Bezug auf: 1) die klinische Anwendbarkeit einer AEx-Priming-Sitzung; und 2) Mechanismen, die zu Veränderungen der UE-Funktionen als Reaktion auf die AEx-geprimte UE-Rehabilitation beitragen. Das Schließen dieser Lücken wird notwendig sein, um einen AEx-Primer zu entwickeln, der in Bezug auf aktuelle klinische Modelle wirksam und zeiteffizient ist. Daher wird der Zweck dieses Pilotvorschlags darin bestehen, erste Machbarkeits- und Verträglichkeits-Benchmarks über die folgenden Ziele zu erstellen:

1. Demonstrieren Sie die Machbarkeit der Paarung von AEx + DDP bei Schlaganfall-Überlebenden mit UE-Hemiparese
2. Quantifizieren Sie das Ausmaß der Wirkung der AEx + DDP-Intervention auf die UE-Beeinträchtigung und -Funktion
3. Untersuchen Sie die Beziehung zwischen Biomarkern der Neuroplastizität (BDNF und kortikomotorische Erregbarkeit) und der Reaktion auf AEx + DDP

Um diese Ziele zu erreichen, werden Überlebende eines chronischen Schlaganfalls mit mäßiger UE-Hemiparese 18 Sitzungen AEx + DDP-Training durchlaufen. Sechs Wochen lang durchlaufen die Probanden jede Woche drei Sitzungen von AEx + DDP. Während jeder Sitzung absolvieren die Probanden 15 Minuten Aerobic-Übungen, gefolgt von 200 Wiederholungen DDP. Die Bewertung der UE-Funktion und Biomarker der Neuroplastizität werden vor und nach der AEx + DDP-Intervention bewertet.