Die Wirkung des Eintauchens in die virtuelle Realität auf die Funktionalität der oberen Extremitäten bei Patienten mit Parkinson-Krankheit: Randomisierte klinische Studie

Die Parkinson-Krankheit (PD) ist eine komplexe neurologische Erkrankung mit klassischen motorischen Symptomen, die hauptsächlich mit der Entwicklung von Lewy-Körperchen innerhalb von Nervenzellen und mit dem Verlust von dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra verbunden sind. Zu den charakteristischsten motorischen Symptomen der Krankheit gehören Tremor, Steifheit, Bradykinesie, posturale Instabilität und Gangschwierigkeiten. Folglich wirken sich solche motorischen Komorbiditäten direkt auf das Leben des Patienten aus, beeinträchtigen die Lebensqualität, erhöhen das Sturzrisiko und verringern die Unabhängigkeit im Allgemeinen. PD ist derzeit die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung (nach der Alzheimer-Krankheit) mit einer Rate von 14 Betroffenen pro 100.000 Einwohner; bei Betrachtung der Bevölkerung über 65 Jahre steigen die Werte auf 160 Betroffene je 100.000 Einwohner. Etwa 60.000 neue Fälle von Parkinson werden jedes Jahr in den Vereinigten Staaten diagnostiziert, zusätzlich zu den bereits diagnostizierten mehr als einer Million Fällen. In Brasilien haben schätzungsweise 200.000 Menschen in der Allgemeinbevölkerung PD, mit einer hohen Prävalenz bei Menschen im Alter zwischen 60 und 79 Jahren. Jedes Jahr treten im Land etwa 36.000 neue Fälle auf. Die Inzidenzrate von Männern und Frauen variiert in den meisten erfassten Daten zwischen 1,3 und 2,0. Im Jahr 2012 haben Noyce et al. analysierten 30 Umweltfaktoren, die mit der Entstehung von PD in Verbindung gebracht werden könnten, darunter solche mit hoher Bedeutung: Exposition gegenüber Pestiziden, frühere Verletzung der Schädelregion, Leben in ländlicher Umgebung, Verwendung von Betablockern. , Arbeiter in ländlichen Gebieten und Wasserverbrauch aus Brunnen. Zu den gefundenen Schutzfaktoren gehören: Rauchen, Einnahme von nichtsteroidalen Antirheumatika, Koffeinkonsum, Einnahme von Kalziumkanalblockern und Alkoholkonsum. Zu den in der Literatur am besten beschriebenen genetischen Faktoren gehören die SNCA-Gene, die für das Alpha-Synuclein-Protein kodieren; Mutationen in LRRK2; Mutationen im GBA-Gen, das für das Beta-Glucocerebrosidase-Enzym kodiert, das bis dahin der wichtigste genetische Risikofaktor für die Entwicklung von PD ist.

Lewy-Körper wurden erstmals 1912 von Friedrich Henrich Lewy beschrieben und wurden zu einem wichtigen pathologischen Marker von PD. Sie befinden sich in Neuronen und bestehen aus Neurofilamenten mit Aggregaten aus Alpha-Synuclein und Ubiquitin. 2007 zeigte er durch die Studie von Wakabayashi, dass Lewy-Körperchen nicht direkt mit den Ursachen der Parkinson-Erkrankung zusammenhängen, sondern mit ihren Symptomen.

Im Allgemeinen ist die Pathophysiologie von PD durch einen fortschreitenden neuronalen Verlust des kompakten Teils der Substantia nigra des Mittelhirns gekennzeichnet, was einen Verlust von mehr als 60 % erfordert, damit die Hauptsymptome der Krankheit auftreten. Zusätzlich zu dem Defizit im dopaminergen Signalweg können jedoch auch andere Neurotransmitter an der Pathophysiologie von PD beteiligt sein. Im noradrenergen System zeigt der Locus coeruleus den Verlust von 50 bis 80 % der pigmentierten Neuronen, zusätzlich zur Reduktion von Neuronen im dorsalen Vaguskern und in den supraoptischen und paraventrikulären Hypothalamuskernen, begleitet von einer Abnahme der Funktion von die noradrenergen Projektionen; Im serotonergen System wird eine Reduktion von 57,8 % der Neuronen im Nucleus dorsalis raphe beobachtet; Und im cholinergen System wurde eine Reduktion von 50 bis 60 % der cholinergen Neuronen im Nucleus dorsalis raphe beobachtet.

Im Jahr 2003 wurde eine von Braak et al. zeigten, dass PD in Meissners vegetativem Magenplexus und in den olfaktorischen neuralen Enden beginnt und sich zum Hirnstamm (Mittelhirn) ausbreitet, genau in den dorsalen Vaguskernen, dem Glossopharynxkern, dem Geruchssinn und im Zwischenbereich. Von dort aus wird die Evolution in 5 weitere Stadien unterteilt, nämlich: 1 - Raphe-Kerne, gigantozellulärer Kern und Locus coeruleus; 2 - kompakter Teil der Substantia nigra; 3 - Vorderhirnbereiche des temporalen Mesocortex; 4 - Assoziationsbereiche des frontalen Neokortex; 5 - Neocortex-Assoziationsbereiche, prämotorische und motorische Bereiche.

Die motorischen Hauptsymptome der Parkinson-Erkrankung sind Bradykinesie, Hypokinesie, Akinese, Tremor und Starrheit sowie Gleichgewichts- und Gangstörungen. Darüber hinaus sind häufig kognitive Störungen, Gedächtnisdefizite, Probleme im Zusammenhang mit visuell-räumlichen Dysfunktionen, Schwierigkeiten bei der Ausführung sequentieller und sich wiederholender Bewegungen, Einfrieren und langsame psychologische Reaktionen vorhanden. Vermindertes Schreiben und Probleme mit der Stimme und dem Schlucken von Personen können ebenfalls beobachtet werden. Zu den wichtigsten klinischen Symptomen der Parkinson-Krankheit gehört der Tremor, der in etwa 50 % der Fälle in den distalen Extremitäten beginnt. In Ruhesituationen ist die Abnahme oder das Verschwinden dieses Symptoms bemerkbar, das wiederkehrt, wenn die Person eine längere Aktion oder Haltung beibehält. Bradykinesie (Bewegungsverlangsamung) ist auf ein Ungleichgewicht zwischen dem hemmenden und dem erregenden System zurückzuführen, das aus dem Fehlen von Dopamin im Striatum resultiert und hauptsächlich automatische Bewegungen betrifft, was zu einer allgemeinen Bewegungsarmut und häufigen Beschwerden über Schwäche führt. Patienten mit PD haben eine hohe Chance, eine Haltung mit nach vorne gerichtetem Schwerpunkt einzunehmen, wodurch eine gebeugte oder gebeugte Haltung entsteht. Es gibt auch eine Abnahme der posturalen Reflexe, wie z. B. der schützenden Streckung, des Gleichgewichts und der Aufrichtungsreaktionen. Der Gang stellt sich als langsamer, schlurfender Gang mit verkürzter Schrittlänge dar.

Die pharmakologische Behandlung besteht aus Medikamenten, die die intrazerebrale Konzentration von Dopamin erhöhen oder seine Rezeptoren stimulieren. In der ersten Behandlungslinie steht Levodopa, das einer unmittelbaren Vorstufe von Dopamin entspricht, das im Gegensatz zu diesem die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann. Bromocriptin, Lissurid, Pergolid und Paramixepol sind Dopaminrezeptor (D-2)-Agonist-Medikamente, die Dopaminomimetika sind und allein oder in Verbindung mit Levodopa verwendet werden. Cardidopa wird normalerweise mit Levodopa in Verbindung gebracht, um die Wirkung des Medikaments auf das Zentralnervensystem zu erleichtern und so seine Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Appetitlosigkeit und beschleunigte Herzfrequenz zu verringern und zusätzlich seine therapeutische Wirksamkeit zu erhöhen. In der zweiten Behandlungslinie stehen zentrale Anticholinergika, die ihre therapeutische Wirkung ausüben, indem sie die zentrale cholinerge Übertragung von Acetylcholin blockieren und das Gleichgewicht mit Dopamin wiederherstellen. Die dritte Behandlungslinie sind die Catechol-o-Methyltransferase (COMT)-Hemmer, die die Umwandlung von Levodopa in 3-O-Methyldopa blockieren und so die Halbwertszeit im Plasma und den Anteil der erreichten Dosis erhöhen das Gehirn. Ebenfalls in der dritten Behandlungslinie stehen irreversible Hemmer des MAO-Enzyms Typ B, die auch die Wiederaufnahme von Dopamin aus dem synaptischen Raum hemmen.

Doch selbst bei einer adäquaten pharmakologischen Behandlung zur Behandlung der Parkinson-Erkrankung kann der Patient immer noch erhebliche Funktionseinbußen aufweisen, die sich direkt auf seine Aktivitäten des täglichen Lebens und seine Teilhabe an der Gesellschaft auswirken. Die physiotherapeutische Behandlung zielt darauf ab, es der Person mit Parkinson zu ermöglichen, ihr maximales Aktivitäts- und Mobilitätsniveau aufrechtzuerhalten, und ist eine Begleittherapie zur isolierten pharmakologischen Behandlung. Physiotherapie, die bei Patienten mit PD angewendet wird, konzentriert sich letztendlich hauptsächlich auf: Haltungsanpassungen, Transfermanöver, Verbesserung der Funktion der oberen Extremitäten, des Gleichgewichts, der körperlichen Leistungsfähigkeit, der kognitiven Leistungsfähigkeit und des Gangs; immer auf der Suche nach Unabhängigkeit des Patienten und Verbesserung seiner Lebensqualität. Unter einigen der adjuvanten Therapien, die bereits bei Parkinson untersucht wurden, können wir erwähnen: induzierte Containment-Therapie, Tanz, Kampfkunst, Nordic Walking, Wassertherapien und Musiktherapie. Dysfunktionen der oberen Extremitäten sind häufig bei Personen mit Parkinson-Krankheit vorhanden. Unter den ersten motorischen Anzeichen können wir das Mikrobild und den Ruhetremor hervorheben. Ruhetremor ist definiert als ein Zittern mit einer Frequenz von 4 bis 6 Hertz in einer vollständig ruhenden Extremität, das bei Bewegung vorübergehend verschwindet und sich in emotionalen Stresssituationen verschlimmern kann. Begleitet von einer Langsamkeit und immer kleineren Bewegungen (Hypokinese), die die Bradykinesie charakterisieren, und einer unwillkürlichen Steifheit während einer passiven Bewegung eines Gelenks (Zahnradphänomen). Es wird auch ein starker Verlust der manuellen Geschicklichkeit beobachtet, der unabhängig vom Vorhandensein einer Bradykinesie oder eines Tremors ist. Dieses Phänomen wird als "Kinetische Apraxie der Gliedmaßen" bezeichnet, bei der es sich um einen Verlust der Feinmotorik handelt, der nicht durch elementare motorische Defizite wie Schwäche oder Ataxie erklärt werden kann.

Mit fortschreitender Krankheit wirken sich solche Funktionsstörungen auf alltägliche Aufgaben wie das Anziehen, Zähneputzen, Essen, Knöpfeknöpfen und die Verwendung von Mobiltelefonen aus, und als Folge davon nehmen wir eine Verschlechterung der Lebensqualität von Menschen mit Parkinson wahr. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die dopaminerge Therapie trotz der bekannten Vorteile der dopaminergen Therapie für die Behandlung von PD-Symptomen bei der Verbesserung der koordinierten Arm- und Handbewegungen, die die funktionelle Reichweite und die Griffbewegungen der Person beeinträchtigen, unwirksam ist.

Zu den in der Literatur vorgestellten Behandlungen für das Management von Defiziten der oberen Extremitäten bei Personen mit Parkinson gehören Techniken, die auf Wiederholungstraining in Einzel- und Doppelaufgaben basieren; Spiegeltherapie; Zurückhaltungsinduzierte Therapie; und sensomotorisches Training. Außerdem haben mehrere Veröffentlichungen in den letzten Jahren den Einsatz von VR zur Behandlung von Defiziten der oberen Extremitäten bei Patienten mit Parkinson dargestellt und vielversprechende Ergebnisse in diesem Bereich gezeigt.

In den letzten Jahren ist das Interesse an Virtual Reality (VR) exponentiell gewachsen, aber die Technologie wird seit einigen Jahrzehnten verwendet. VR war ein Begriff, der 1989 von Jaron Laurier vorgeschlagen und populär gemacht wurde. VR wird aus der Computergrafikverarbeitung generiert, bei der dem Gesichtsfeld des Benutzers Simulationen von Objekten, Räumen und Ereignissen angeboten werden, um eine reale Erfahrung nachzuahmen. Neben dem visuellen Angebot kann eine auditive, taktile oder sogar olfaktorische Komponente vorhanden sein, um einen größeren multisensorischen Reiz zusammen mit der Möglichkeit einer Echtzeit-Interaktion zwischen ihnen zu gewährleisten. Es besteht dann eine direkte Beziehung zwischen der Anzahl der vom Computer generierten Sinneskanäle, die dem Benutzer angeboten werden, und dem Grad der erzeugten Immersion, der je nach verwendeter Hardware variieren kann. Die virtuelle Umgebung kann dem Benutzer über herkömmliche Displays in zwei Dimensionen (2D), projiziert durch Brillen in drei Dimensionen (3D) oder in Geräten, die als Head-Mounted Display (HMD) bezeichnet werden, bereitgestellt werden.

Unter den Elementen, in denen VR modelliert wird, stellt „Interaktivität“ die Fähigkeit des Benutzers dar, aktiv an der durch VR generierten Erfahrung teilzunehmen. Sie wird durch die Reaktionsfähigkeit des Systems, Grafiken, Sounds und Freiheitsgrade beeinflusst, die dem Benutzer in der virtuellen Umgebung (AV) bereitgestellt werden. "Präsenz" ist die Wahrnehmung, dass die Umgebung und die virtuellen Objekte wirklich vorhanden sind und dass der Benutzer zwischen ihnen eingefügt ist; In dem es nichts gibt, was das „Ich“ und das AV trennt. Ein weiteres Merkmal ist „Perceived Reality“, bei dem das AV der realen Welt bis zu einem gewissen Grad ähnlich ist. Schließlich kann das Eintauchen auch verstärkt werden, wenn es während der Erfahrung eine emotionale und/oder kognitiv affektive Komponente gibt, die mit intrinsischen Faktoren des Benutzers zusammenhängt, einschließlich physiologischer Parameter wie Herzfrequenz, Hautleitfähigkeit und psychologischer Faktoren wie Persönlichkeitsmerkmale von der Benutzer.

Daher kann sich der Begriff Virtual Reality eher auf die Benutzererfahrung als auf ein Gerät selbst beziehen.

1997 schlugen Mel Slater & Sylvia Wilbur auch fünf Merkmale vor, nach denen sie eine virtuelle Umgebung (VE) strukturieren: (a) Inklusiv; bezieht sich auf ein AV, das Signale eliminiert, die auf die Existenz einer physischen Welt getrennt von der virtuellen Welt hinweisen (z. B. externes Rauschen, Joystick-Gewicht); (b) umfangreich; bezieht sich auf die Anzahl der stimulierten sensorischen Modalitäten (z. B. taktil, auditiv); (c) Umgebung; bezieht sich auf die visuelle Darstellung des AV, einschließlich des okularen Sichtfelds (CVO) und des Ausmaßes, in dem die reale Welt ausgeschlossen ist (z. B. Head-Mounted Display, Computerbildschirm). (d) Lebhaft; bezieht sich auf die Auflösung und Wiedergabetreue des vom Gerät erzeugten Bildes (z. B. visuelle Informationen); (e) Korrespondent; bezieht sich darauf, wie das VE als Reaktion auf die Perspektive und Aktionen des Benutzers modifiziert wird. Der Einsatz von VR wurde in mehreren Bereichen eingesetzt, im Bereich Unterhaltung, Berufsausbildung, militärischer Bereich, unter den unterschiedlichsten Anwendungen. Die erste Aufzeichnung seiner Verwendung im medizinischen Bereich stammt aus den frühen 1990er Jahren, und derzeit wird es sowohl für den Unterricht im Gesundheitsbereich als auch für die klinische Praxis weit verbreitet verwendet, wobei vielversprechende Ergebnisse im Bereich der körperlichen und geistigen Rehabilitation erzielt werden.

Der motorische Rehabilitationsprozess wird durch drei Hauptfaktoren beeinflusst: (a) frühes Eingreifen; (b) aufgabenorientierte Ausbildung; (c) Intensität und Wiederholung. Aufgaben, die verschiedene sensorische Prozesse (Hören, Propriozeption, Sehen, Tasten) umfassen, sind notwendig, um eine Funktionsverbesserung zu fördern. Ein weiterer wichtiger Faktor für den Behandlungserfolg beruht auf der Auseinandersetzung des Patienten mit den an ihn gerichteten Aufgaben und seiner Motivation, diese auszuführen. Das Engagement der Patienten in traditionellen neurologischen Rehabilitationsprogrammen scheint jedoch gering zu sein, und oft scheint die während der Sitzungen verwendete Intensitätsdosis nicht auszureichen, um die größtmögliche klinische Verbesserung zu erzielen. Die Nichteinhaltung der Behandlung kann zusätzlich zu einer geringen Wirksamkeit im Ergebnis hohe wirtschaftliche Kosten verursachen.

In diesem Zusammenhang erweist sich die Rehabilitationstherapie mit VR als praktikable Alternative für die neurologische Bevölkerung, die in einigen Fällen effektiver ist als die heute weit verbreitete konventionelle Therapie. VR zeichnet sich dadurch aus, dass es ein empfohlener technologischer Ansatz zur Verbesserung des Bewegungslernens ist. Durch visuelles, auditives oder taktiles Feedback kann der Benutzer in einer herausfordernden und motivierenden Umgebung gleichzeitig sowohl motorische als auch kognitive Prozesse bearbeiten. . Zu den Vorteilen von VR gehört die Möglichkeit, das VE für Szenarien realer Patientensituationen zu modifizieren und Behandlungsbedürfnisse zu individualisieren. Darüber hinaus kann ein externer Beobachter die Aktivität aktivieren und die gesamte Ausführung der dem Benutzer vorgeschlagenen Aufgabe aufzeichnen und so seinen Fortschritt analysieren. Auch im letzten Jahrzehnt wurde VR erfolgreich im Rahmen der Telerehabilitation eingesetzt, eine Modalität, die in den letzten Jahren ständig nachgefragt wurde.

Designsysteme, die in Head-Mounted Displays entworfen wurden, wurden erstmals in den 1960er Jahren in der Utah-Transformation von der damals ersten grafischen Transformation von Ivan Sutherland konzipiert. Es ist definiert als ein Helm, bei dem die Bilder durch die Verwendung von zwei Linsen von der Person gesehen werden, die sie trägt, wodurch es möglich wird, sie für immersive EVs in VR zu verwenden. In den letzten Jahrzehnten hat die Verwendung von HMDs für VR mit den billigen Technologien mehrere Anwendungen für die breite Öffentlichkeit, in Bildung, Unterhaltung und im medizinischen Bereich gefunden. Unter den HMD-Modellen, die für die breite Öffentlichkeit verfügbar sind, können wir das HTC VIVE (HTC Corporation¸ Taiwan) erwähnen; Valve Index (Valve Corporation¸ Washington, USA); und Meta Quest 2 (Meta Inc.¸Kalifornien,USA). Dank der Tragbarkeit und der geringen Kosten des Sensors eignet sich der LMC für die Durchführung von Übungen in einer therapeutischen und häuslichen Umgebung ohne umfassende Überwachung. Ein Großteil der aktuellen Literatur, die sich auf Rehabilitation konzentriert, verwendet nicht-immersive VR-Geräte, und Übersichtsarbeiten in diesem Bereich weisen auf eine große Lücke in Studien hin, die immersivere Geräte für die Behandlung solcher Erkrankungen verwenden. Die Verwendung eines immersiveren LV für die Behandlung durch HMD kann viel intuitiver zu interagieren sein als in Umgebungen, die auf Flachbildschirme projiziert werden, und bessere Ergebnisse bei der Rehabilitation der oberen Gliedmaßen erzielen, externe Ablenkungen reduzieren, den Fokus der eingetauchten Person erhöhen, und eine höhere Benutzermotivation zu erzeugen. Aufgrund des Mangels an Studien auf diesem Gebiet zielt die betreffende Studie darauf ab, die möglichen Vorteile zu untersuchen, die eine Therapie, die auf einem Expositionsprotokoll in verschiedenen Graden der Immersion in VR basiert, auf die funktionellen Aspekte der oberen Extremitäten von Personen mit Parkinson auswirkt.

PD ist derzeit die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung der Welt, und trotz Fortschritten bei der Krankheitskontrolle scheinen motorische Störungen der oberen Extremitäten wenig auf eine pharmakologische Behandlung anzusprechen. In den letzten Jahren hat der Einsatz von VR-basierter neurologischer Rehabilitation mit dem Fortschritt der Technologie und ihrem immer einfacheren Zugang für die allgemeine Bevölkerung immer mehr an Bekanntheit gewonnen. Der Einsatz von VR in der Rehabilitation hat sich bereits als praktikable, sichere Alternative erwiesen, mit ähnlichen oder besseren Ergebnissen als herkömmliche Therapien, die von Physiotherapeuten und/oder Ergotherapeuten angewendet werden. Zu den Merkmalen von VR, bei denen die Literatur bereits ihren Nutzen beweist, gehören die Individualisierung der Behandlung, die Möglichkeit, sie so zu modifizieren, dass sie alltägliche Aufgaben nachahmt, die Verwendung in der Telerehabilitation und die Fähigkeit, dem Patienten und dem Therapeuten sofortiges Feedback zu geben, wesentliche Merkmale für eine größere Wirksamkeit in einem Rehabilitationsprotokoll.

Trotz zunehmender Fortschritte in der Forschung fehlen noch Studien mit guter methodischer Qualität in diesem Bereich. Darüber hinaus weisen mehrere Übersichten zu diesem Thema auf das Fehlen von Studien hin, die die verschiedenen Arten der Immersion bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen vergleichen. Darüber hinaus sind weitere Qualitätsstudien erforderlich, um Richtlinien für die klinische Praxis mit VR zu entwickeln, um mehr Patientensicherheit und eine Verbesserung der Kosten und Wirksamkeit der Behandlung zu schaffen.

Das allgemeine Ziel der Studie besteht darin, die Auswirkungen eines Interventionsprotokolls mit einem nicht-immersiven Virtual-Reality-Gerät (Leap Motion Controller und Flat Display) und immersiver Virtual Reality (Leap Motion Controller und HMD) auf die Funktionalität der oberen Extremitäten zu verifizieren von Personen mit Parkinson-Krankheit.