Autokorreloidut rytmiset kuulostimulaatiot Parkinsonin tautia sairastaville potilaille

TAUSTA

Parkinsonin taudin (PD) tyviganglioiden toimintahäiriö aiheuttaa kävelyn heikkenemistä, kuten lyhyemmän askeleen pituuden, hidastuneen askelnopeuden, vähentyneen käsivarren heilahtelun ja lisääntyneen askelten keston vaihteluiden satunnaisuuden. Tämä lisääntynyt satunnaisuus kävelyn vaihtelussa on tyypillinen oire, joka voi johtaa kaatumisiin, autonomian menettämiseen ja elämänlaadun heikkenemiseen. Äskettäin Long-Range Autocorrelations (LRA) -arviointi mahdollisti PD-potilaiden kävelyn vaihtelun ajallisen organisoinnin heikkenemisen ja osoitti korrelaatioita taudin vakavuuden ja tasapainotilan kanssa. Näissä LRA:ssa on pitkä muistiprosessi, mikä tarkoittaa, että jokainen askel riippuu edellisten läheisten ja kaukaisten askelten kestosta. Kävelyvaihteluiden tulee olla tasapainossa ja pysyä optimaalisessa kehyksessä satunnaisuuden ja ylisäännöllisyyden välillä. Tämä tarkoittaa, että LRA:n tulisi olla tasapainossa järjestelmän terveiden mukautumiskykyjen säilyttämiseksi, jotta se olisi "Optimaalisessa liikevaihtelussa", mikä mahdollistaa henkilön liikkumisen vakaalla, mutta silti mukautuvalla tavalla. LRA-mittaus olisi siksi ensimmäinen kvantitatiivinen biomarkkeri kävelyn epävakaudelle ja putoamisriskille, mikä on erityisen kliinistä mielenkiintoa.

Nyt tiedetään hyvin, että PD-potilailla on suurempi kävelyvaihtelu LRA:n pienentyessä. Tämä tarkoittaa, että PD-potilaat kaatuvat todennäköisemmin, mikä heikentää elämänlaatua. On myös hyvin tunnettua, että kävelyhäiriöt eivät reagoi hyvin dopaminergisiin farmakologisiin hoitoihin. Siksi näyttää tärkeältä kehittää ei-lääkehoitoja LRA:n parantamiseksi. Metronomin avulla tapahtuvaa rytmistä kuulostimulaatiota (RAS) on tutkittu jo vuosia parantamaan PD-potilaiden kävelyä. Kirjoittajat osoittivat, että kiinteätempoisen isokronisen RAS:n käyttö vähensi askelten keston vaihtelua toimimalla ulkoisena rytmigeneraattorina ja ohittaen tyvihermot, jotka toimivat heikentyneenä sisäisenä rytmigeneraattorina PD-potilailla. Sitten ehdotetaan, että isokronisen RAS:n laajemmasta käytöstä metronomin avulla pitäisi olla hyötyä kävelykuntoutuksessa PD-potilaiden kävelyparametreille, kuten kävelynopeudelle, askelpituudelle, askeleen keston vaihtelulle ja elämänlaadulle.

On kuitenkin osoitettu, että isokronisen RAS:n käyttö vähentää LRA:ta terveillä henkilöillä ja myös PD-potilailla. Kirjoittajat ehdottivat, että isokronisen RAS:n vaatima kognitiivinen kuormitus olisi liian kohonnut PD-potilaille, mikä loisi kaksoistehtävän ja heikentäisi sen soveltuvuutta ohjauslaitteisiin. Tämä RAS pakottaisi potilaat stereotyyppiseen kävelyyn adaptiivisen autokorreloidun kävelyn sijaan. Sitten kysymys kuuluu: Pitäisikö kliinikoiden jatkaa isokronisen RAS:n käyttöä metronomin avulla PD-potilaiden kävelykuntoutuksessa? Vai pitäisikö kliinikoiden käyttää autokorreloitua RAS:ta välttääkseen mukautumiskyvyn menettämisen, mutta silti saada metronomin hyödylliset vaikutukset? Tämän tutkimuksen tavoitteena oli analysoida 3 eri RAS:n (isokroninen metronomi, autokorreloitu metronomi ja satunnainen metronomi) vaikutuksia PD-potilaiden kävelyparametreihin ja askelten keston vaihteluun (suuruus ja ajallinen organisaatio).

MENETELMÄT

Potilaat

Tämä tutkimus oli yksikeskinen. Yhdeksän PD-potilasta osallistui tutkimukseen, ja heidät rekrytoitiin Cliniques universitaires Saint-Lucin neurologian osastolta (Bryssel, Belgia). Paikallinen eettinen toimikunta hyväksyi tutkimuksen. Kaikki potilaat antoivat tietoon perustuvan kirjallisen suostumuksen tutkimukseen. Kelpoisuuskriteerit kuvataan toisessa osiossa.

Menettely

Potilaita pyydettiin kävelemään 4 kertaa (1 kerta kutakin alla esitettyä tilaa kohti) soikealla 42 metrin pituisella sisäradalla 10 minuutin ajan joka kerta saadakseen 512 peräkkäistä askelta, jotka tarvitaan LRA:n mittaamiseen. Sisärata valittiin tietojen keräämiseksi standardoidulla tavalla ja välttääkseen ympäristöolosuhteisiin liittyvää harhaa, joka voisi mahdollisesti vaikuttaa potilaiden tasapainoon, kuten maasto- ja/tai sääolosuhteet. Potilaiden molempiin lateraalisiin malleoliin teipattiin kaksi yksiulotteista kiihtyvyysmittaria antero-posteriorisessa suunnassa. Nämä kiihtyvyysmittarit yhdistettiin tallennuslaitteeseen (Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, Alankomaat), joka oli kiinnitetty potilaiden vyötärölle. Tämä järjestelmä antoi mahdollisuuden tallentaa 512 Hz:llä jokainen positiivinen kiihtyvyyshuippu, joka vastaa jokaista kantaiskua. Sisäisesti kehitetyn ohjelmiston havaitsema kiihtyvyyshuippu määritti askeleen keston.

Potilaille esitettiin neljä tilaa satunnaistetussa järjestyksessä. Yksi tila koostui kävelystä ilman RAS:a (spontaani tila, SC). Kolme muuta ehtoa olivat vastaavasti isokroninen tempo RAS-ehto (IC), satunnainen RAS-tila (RC) ja autokorreloitu RAS-ehto (AC). Kukin näistä kolmesta ehdosta koostui kävelystä vähäisellä RAS:lla, jotka eroavat ajallisesti. Jokainen niistä koottiin Matlab 2014R -ohjelmistolla (Mathworks, M.A.) ja sovitettiin kullekin potilaalle spontaanin kävelynopeuden mukaan, joka määritettiin ennen koetta suoritetulla 10 metrin kävelytestillä. Tämän seurauksena IC, RC ja AC vastaavasti eivät sisältäneet RAS-variaatiota, RAS:n satunnaisvaihtelua ja autokorreloitua RAS:ia, jotka oli järjestetty ajassa ja karakterisoitu Hurst (H) -eksponentilla = 0,80. Jatkamiseksi, vaikka näillä kolmella RAS:lla olisi sama lyöntien välisen keston keskiarvo, RAS eroavat toisistaan ​​​​rytmivaihteluiden (eri H- ja alfa-eksponenttien) esiintymisen tai puuttumisen suhteen. Kokeen aikana potilaat kuuntelivat RAS-ääntä kuulokkeilla (Apple EarPods) MP3-soittimen avulla.

Ennen tiedonkeruuta potilaat kuuntelivat RAS:ia ja heitä pyydettiin merkitsemään rytmi sormella napauttamalla nähdäkseen, havaittiinko RAS:n ajallinen rakenne tarkasti. Tämän jälkeen potilaita pyydettiin "kävelemään ehdotetun rytmin mukaisesti". Vähintään 10 minuuttia tarvitaan 512 peräkkäisen askelsyklin saamiseksi (määrä vaaditaan alla kuvattujen signaalinkäsittelymenetelmien soveltamiseen). Potilaiden suunta (myötäpäivään tai vastapäivään) satunnaistettiin heidän välillään, mutta jokainen potilas säilytti saman suuntasuunnan satunnaistamisen jälkeen. Koe suoritettiin aina samaan aikaan päivästä samalle potilaalle dopaminergisen hoidon ON-vaiheen aikana lääkevaikutuksen välttämiseksi. Lisäksi yhden päivän aikana testattiin korkeintaan kaksi olosuhdetta, jolloin kunkin tilan välillä oli vähintään 5 minuutin tauko väsymysvaikutuksen välttämiseksi. Potilaat palasivat toisena päivänä suorittamaan kaksi muuta tilaa.

Toiminnallinen arviointi

Toiminnalliset arvioinnit kattoivat kansainvälisen toiminnan, vammaisuuden ja terveyden luokituksen (ICF) kolme alaa: kehon toiminnot ja rakenteet, aktiivisuus ja osallistuminen. Arvioinnit kuvataan toisessa osiossa.

Kävelyarviointi

Tiedot poimittiin 512 peräkkäisestä kävelysyklistä, joita tarvitaan kävelyn vaihtelun mittaamiseen.

Spatiotemporaaliset kävelymuuttujat

Keskimääräinen kävelynopeus, askeltiheys ja askelpituus mitattiin seuraavasti:

• Keskimääräinen kävelynopeus (m.s-1) = kokonaiskävelymatka (m) / hankinnan kesto (s)
• Kävelypoljinnopeus (#steps.min-1) = Vaiheiden kokonaismäärä (#) / Hankinnan kesto (min)
• Askelpituus (m) = askelnopeus (m/s)*60 / askelnopeus (askeleita/min)

Askelten keston vaihtelu

Askelten keston vaihtelua voidaan arvioida kahdella tavalla: suuruuden tai organisaation perusteella (miten askeleen kesto kehittyy peräkkäisten kävelyjaksojen aikana).

Askelten keston vaihtelun suuruus:

RAS:n vaikutuksen määrittämiseksi askeleen keston vaihtelun suuruuteen 512 askelsyklin aikana arvioitiin keskiarvo, keskihajonta (SD) ja variaatiokerroin (CV = [SD/keskiarvo] * 100).

Askeleen keston vaihtelun (LRA) ajallinen järjestys:

Mittaukseen käytettiin kolmea menetelmää (uudelleenskaalattu alueanalyysi (Hurst-eksponentti; H), tehospektritiheys (α-eksponentti) ja d-suhde (d = H- [(1+ α)/2])) ja "korvausdatatestejä". LRA. LRA:n esiintyminen voidaan osoittaa korkealla todisteella, kun nämä kolme ehtoa täyttyvät:

• H on suurempi kuin 0,5
• α on merkittävästi erilainen kuin 0 ja pienempi kuin 1
• d ≤ 0,10 Jos H:n ja α:n välillä ilmenee epäjohdonmukaisuus, käytetään Randomly Shuffled Surrogate Data Testiä nollahypoteesin hylkäämiseksi ajallisen rakenteen puuttumisesta tutkituissa sarjoissa.

Tiedot käsiteltiin CVI Labwindowsin (C++) keskiarvolla.

Tilastollinen analyysi:

Tilastolliset analyysit suoritettiin käyttämällä SigmaPlot 13.0:aa. Yksisuuntaista toistettujen mittausten ANOVAa käytettiin määrittämään eri RAS:ien vaikutuksen olemassaolo tai puuttuminen spatiotemporaalisiin kävelyparametreihin (askelnopeus, askeltiheys, askelpituus) ja askeleen keston vaihteluun (lineaariset mittaukset (keskiarvo, SD, CV)). ja epälineaariset suuret (H-eksponentti ja α)). Toista yksisuuntaista toistettujen mittausten ANOVAa käytettiin analysoimaan RAS:n lyöntien välisen keston vaihtelua (lineaariset ja epälineaariset mittaukset). Kun merkittävä ero ryhmien välillä havaittiin ANOVA:lla, suoritettiin post hoc Tukey-testi kunkin keskiarvon vertaamiseksi muihin keskiarvoihin ryhmien eristämiseksi toisistaan. Spearmanin korrelaatiokerroin mitattiin askelpituuden epälineaaristen mittojen (H, α) ja RAS:n lyöntien välisen keston välisen yhteyden analysoimiseksi. Tuloksia pidettiin tilastollisesti erilaisina p-arvoille < 0,05.