Ambienti arricchiti per la riabilitazione dell'ictus degli arti superiori

A. Background scientifico

L'ictus è la terza principale causa di morte nei paesi occidentali e la disfunzione sensomotoria dell'arto superiore (UL) contribuisce in modo significativo all'incidenza di disabilità fisiche e handicap (Olsen 1990). Una spiegazione per lo scarso recupero del braccio è l'attenzione alla realizzazione del compito piuttosto che alla qualità delle prestazioni. Ciò può rafforzare le strategie di movimento alterative (compensative) invece di incoraggiare la ricomparsa di modelli di movimento pre-morbosi (recupero). Sebbene l'obiettivo riabilitativo sia il recupero della funzione, è ancora oggetto di discussione se questo sia raggiunto attraverso un vero recupero motorio o una compensazione. Infatti, per alcuni pazienti con grave compromissione, la compensazione dovrebbe essere incoraggiata per massimizzare la capacità funzionale. In alternativa, per quelli con buona prognosi, il recupero motorio è enfatizzato per diversi motivi. In primo luogo, con un allenamento appropriato, il recupero può continuare anche nella fase cronica dell'ictus (ad esempio, Michaelsen & Levin 2004). In secondo luogo, mentre la compensazione può aiutare le prestazioni immediate, può portare a problemi a lungo termine come dolore e contratture (Ada et al. 1994; Levin 1997). In terzo luogo, consentire compensazioni potrebbe incoraggiare il mancato uso appreso limitando la capacità di successivi guadagni motori (Allred et al. 2005). Mentre i miglioramenti delle prestazioni sono stati documentati dopo l'allenamento ripetitivo di movimenti isolati (ad esempio, Whitall et al. 2000), pochi studi hanno affrontato se i pazienti possono utilizzare informazioni esplicite per ottimizzare l'acquisizione delle abilità motorie e se si verifica un vero recupero comportamentale. I punti da considerare nello sviluppo di programmi di formazione ottimali sono che l'apprendimento avviene quando i partecipanti sono motivati, praticano una varietà di compiti correlati e ricevono un feedback pertinente (Nudo & Friel 1999; Winstein et al. 1999). Inoltre, i pazienti potrebbero non trarre beneficio dalla pratica variabile fino a quando gli elementi motori mancanti non vengono recuperati (Carr & Shepherd 1987) e il riapprendimento motorio è correlato al livello di compromissione fisica e cognitiva (Cirstea et al. 2006).

Ad oggi, la maggior parte degli studi ha utilizzato solo misure cliniche per valutare il cambiamento funzionale (ad esempio, Jang et al. 2003) senza considerare come viene eseguito il movimento. Questo studio si concentrerà sulla capacità di distinguere se il miglioramento funzionale derivi da un aumento del compenso o da un vero recupero motorio. Questo può essere fatto solo correlando il miglioramento funzionale (misure cliniche) con i cambiamenti nei modelli motori del braccio attraverso un'analisi dettagliata del movimento (cinematica). Poiché esiste un gran numero di possibili indicatori cinematici di miglioramento, gli investigatori devono identificare quali misure sono più indicative di cambiamento. Questo è un primo passo nella determinazione di misure di esito clinicamente significative da utilizzare in studi di controllo randomizzati sull'efficacia degli interventi. La rilevanza clinica è essenziale per tradurre la conoscenza dagli studi di ricerca alla pratica basata sull'evidenza (van Peppen et al. 2007).

B. Disegno dello studio: 1. Piano dettagliato dello studio

Due gruppi di 8 soggetti con ictus parteciperanno a un disegno A-B-A in cui i dati dei test post-intervento (entro una settimana dal completamento dell'intervento) e di follow-up (un mese dopo il completamento dell'intervento) saranno confrontati con i dati da due pre-test (tenuti all'inizio e alla fine della prima settimana dello studio appena prima dell'inizio dell'intervento). Verranno misurati molteplici risultati delle prestazioni motorie cliniche e cinematiche per determinare quali descrivono meglio il recupero motorio del braccio. Ciò verrà fatto confrontando i cambiamenti nei risultati prima e dopo l'allenamento con i punteggi medi di 8 volontari sani di pari età e sesso (registrati in una singola sessione). I sopravvissuti all'ictus praticheranno il movimento in due diversi ambienti di allenamento fornendo diversi livelli di motivazione e feedback: L'ambiente di allenamento 1 sarà creato in un ambiente VR basato su video 2D che fornirà un'elevata motivazione, Conoscenza dei risultati (KR) sull'esito motorio (ad esempio, velocità, precisione) e feedback aspecifici di conoscenza delle prestazioni (KP) sul movimento del tronco. L'ambiente 2 verrà creato in un ambiente fisico che fornisce solo feedback KP ma nessun KR o motivazione aggiuntiva.

Protocollo di allenamento: dopo le valutazioni di base (fisiche e cognitive), i gruppi di ictus si eserciteranno indicando 6 obiettivi standardizzati posizionati appena oltre la portata (12 prove per obiettivo) durante una fase di acquisizione di 15 sessioni distanziate nell'arco di tre settimane (3 sessioni/settimana, 72 prove /sessione). Questo regime di pratica incorpora gli elementi necessari per un apprendimento motorio ottimale: 1) Pratica variata: sebbene i movimenti non siano nuovi compiti motori, dovrebbero essere riacquisiti durante il recupero dall'ictus. Il nostro obiettivo non è insegnare ai soggetti un nuovo compito, ma identificare come un movimento eseguito in modo non ottimale possa essere migliorato con la pratica. 2) Pratica intensiva: il numero di ripetizioni per sessione è stato scelto in base agli studi di Cirstea e Levin (2000). Pertanto, 72 prove per sessione (3 blocchi di 24 prove, 5 minuti di riposo tra i blocchi) sono considerate una pratica "intensiva", che è un elemento necessario per un programma di allenamento di successo. Dopo la fase di acquisizione, valutazioni che verranno ripetute dopo 3 mesi per valutare la ritenzione e il trasferimento delle capacità motorie.

2. Metodi: Soggetti Verranno reclutati otto soggetti colpiti da ictus per gruppo. Saranno abbinati per età e per gravità motoria iniziale del braccio (± 5 punti sulla valutazione del braccio Fugl-Meyer). Otto soggetti sani abbinati per età e sesso saranno reclutati come gruppo di controllo.

Reclutamento del soggetto: i pazienti verranno reclutati dagli elenchi di dimissione dell'ospedale Haim Sheba utilizzando una procedura in vigore dal 2005. Lo screening sarà effettuato da associati alla ricerca clinica. Ai potenziali partecipanti che soddisfano i criteri di inclusione 1-3 e i criteri di esclusione verrà inviata una lettera esplicativa che li invita a contattare i ricercatori dello studio. Il consenso informato sarà ottenuto da ciascun partecipante. I soggetti di controllo saranno reclutati dalla comunità.

Ambienti di formazione: motivazione e feedback: la formazione sarà svolta presso il Dipartimento di Terapia Occupazionale situato presso lo Sheba Medical Center. Gli ambienti di allenamento ci permetteranno di valutare l'effetto della combinazione di diversi gradi di motivazione e feedback sull'esito motorio. L'ambiente 1 è altamente motivante (nuovo e divertente) poiché l'allenamento è presentato come un gioco in cui lo studente cerca di battere il proprio punteggio nelle sessioni successive. Gli obiettivi sono presentati come palline in un sistema VR basato su video (Gesture Xtreme). Il paziente si siede davanti a un display da 36 pollici della scena dei 6 target. L'immagine del paziente viene catturata da una videocamera e inserita nella scena visualizzata sul monitor. Il compito è quello di indicare ciascuno dei bersagli che appaiono in una sequenza casuale. Il feedback fornirà informazioni pertinenti per l'apprendimento motorio (KR, KP, punteggio del gioco). L'ambiente 2 incorpora lo stesso numero e la stessa disposizione di obiettivi di Env. 1 ma saranno presentati in un ambiente fisico su una cornice di legno di fronte al soggetto. I feedback KR e KP saranno forniti come segnali verbali dallo sperimentatore come si fa di solito in clinica. Tuttavia, non saranno informazioni motivazionali aggiuntive (punteggio del gioco).

Misure preliminari di esito: clinico Prima e dopo l'allenamento in entrambi i gruppi di ictus, i valutatori in cieco misureranno i punteggi clinici della compromissione e della funzione motoria del braccio (Punteggio Fugl-Meyer Arm, Reaching Performance Scale, Box and Blocks test, Wolf Motor Function Test, Motor Activity Log ) così come la funzione cognitiva. Tutti i test sono validi e affidabili e vengono regolarmente utilizzati nella pratica clinica.

Test cinematico: attività di test e attività di trasferimento:

Gli investigatori registreranno anche misure di esito cinematico che caratterizzano i movimenti del braccio e del tronco durante il raggiungimento (estensione del gomito, adduzione orizzontale della spalla, flessione della spalla, movimenti scapolari, spostamento del tronco).

Il nostro obiettivo è quello di concentrarci sulla cinematica segmentale e articolare durante un test e un'attività di trasferimento consistente in movimenti di raggiungimento. L'attività di prova verrà registrata. Il target del test verrà posizionato in linea con lo sterno del paziente a una distanza appena oltre la lunghezza del braccio del soggetto. Il compito di prova è simile ai movimenti eseguiti su uno dei bersagli praticati. Per valutare l'apprendimento motorio, gli investigatori determineranno se gli elementi appresi in un'attività si trasferiscono ad altre attività simili. Pertanto, gli investigatori valuteranno anche i movimenti effettuati in un'attività di trasferimento, verso un bersaglio posto davanti alla spalla omolaterale 5 centimetri (cm) più in alto rispetto alla fila più alta di bersagli addestrati. Il Transfer Task è quindi un movimento nuovo, non praticato durante l'allenamento. La cinematica segmentale del corpo rigido sarà registrata da set di 4 marcatori riflettenti passivi (sfere di 0,5 cm di diametro) attaccati ai segmenti del tronco, della parte superiore del braccio e dell'avambraccio. Ciò consentirà il calcolo di tre gradi di libertà traslazionali e tre rotazionali per segmento. La cinematica articolare sarà raccolta da marcatori fissati sullo sterno, acromion, gomito e polso tramite telai eso-scheletrici. Il movimento del marker sarà registrato con un sistema opto-elettronico di motion-capture calibrato a 3 telecamere (ProReflex MCU-240, Qualisys) su un software per computer adeguato (Qualisys, Göteborg, Swe). La raccolta dei dati (100 Hertz, 2-5 secondi) verrà attivata dal movimento della mano da una posizione centrale mediante il rilascio di un interruttore meccanico. L'accuratezza delle misurazioni di ciascun marker rientra in un errore di <0,2 cm.

Come primo passo, gli investigatori determineranno i tempi di movimento, l'accuratezza, la scorrevolezza, le rotazioni dei segmenti e delle articolazioni e le componenti principali della coordinazione multi-articolare. Le coordinate cartesiane (x,y,z) per ogni segmento saranno ottenute dai set di marcatori segmentali. I dati grezzi di almeno tre marcatori per segmento verranno utilizzati dopo l'interpolazione dei marcatori mancanti (polinomio di 5° ordine). Per ogni prova, i tempi di movimento e le velocità di picco saranno determinati dalle tracce di velocità tangenziale finale. Il tempo di movimento è il tempo che intercorre tra il punto in cui la velocità tangenziale supera e rimane al di sopra del 5% del suo massimo e poi ritorna e rimane al di sotto di questo livello. La precisione del movimento in termini di errori di estensione costante sarà calcolata come distanza media (d) tra la posizione finale finale (x, y, z) e la posizione del bersaglio (x0, y0, z0). Saranno definiti anche gli errori direzionali costanti e variabili (SD). La scorrevolezza del movimento sarà calcolata dalla traccia della velocità tangenziale utilizzando l'indice di curvatura (rapporto tra la lunghezza del percorso finale e la lunghezza di una linea retta che unisce le posizioni iniziale e finale) e il numero di picchi nel percorso della traiettoria. Per le rotazioni dei segmenti e delle articolazioni, i vettori saranno calcolati all'interno dei sistemi di coordinate di riferimento per i segmenti della parte superiore e dell'avambraccio.

Dai dati risultanti sul movimento del baricentro del segmento e sulla rotazione del segmento verranno calcolate diverse variabili di risultato. I più rilevanti definiranno i cambiamenti nella prestazione rispetto al movimento finale e rispetto alla postura dell'intero braccio, in particolare, l'evoluzione del movimento nel tempo (derivati ​​temporali) e la frammentazione del percorso segmentale e della postura del braccio mentre ci si sposta verso i diversi obiettivi. Saranno esplorati ulteriori aspetti del movimento al fine di trovare i descrittori più appropriati delle prestazioni motorie del braccio e dei cambiamenti dopo gli interventi clinici proposti.

I punteggi di cambiamento saranno calcolati per ogni soggetto per determinare un indice di miglioramento (IP) e un indice di apprendimento (IL). L'IP è definito come la variazione di ciascuna variabile come rapporto tra valori post-test e pre-test. Un IP di 1 indica nessun cambiamento mentre i valori negativi e positivi indicano rispettivamente che il valore è diminuito o aumentato. Per alcune variabili, i rapporti positivi indicheranno un miglioramento (velocità del punto finale, levigatezza del punto finale, misure angolari, ampiezze di fase) mentre per altri, il miglioramento sarà dimostrato da rapporti negativi (tempo di movimento, precisione del movimento). L'IL, utilizzato per determinare se i soggetti conservano miglioramenti dopo l'allenamento per ogni epoca di follow-up, è definito come il cambiamento nella variabile al momento della ritenzione rispetto al post-test. I valori IL di 1 indicano che il miglioramento è mantenuto (nessun cambiamento), di valore negativo che il parametro è diminuito e di valore positivo che il parametro è aumentato.

Analisi statistica: per il nostro primo obiettivo, i cambiamenti nelle misure dei risultati saranno determinati confrontando i risultati del movimento prima e dopo le fasi di acquisizione e conservazione mediante misure ripetute ANOVA (MANOVA) e confrontando le medie grezze (tempo 1, tempo 2, tempo 3, Tempo 4) e cambiare i punteggi (IP, IL) tra i gruppi. Gli investigatori determineranno quali misure cinematiche subiscono il maggior cambiamento e quindi possono essere più indicative del recupero motorio (ad esempio, aumento del movimento del gomito e/o della spalla, diminuzione del movimento del tronco) indagando quali misure sono le più diverse tra i gruppi di allenamento. Gli investigatori si aspettano che i cambiamenti nella formazione di gruppo nell'Ambiente I siano maggiori di quelli della formazione di gruppo nell'Ambiente 2.