파킨슨병 환자를 위한 자기상관 리듬 청각 자극

배경

파킨슨병(PD)의 기저핵 기능 장애는 보폭 단축, 보행 속도 감소, 팔 흔들기 감소 및 보행 주기의 보폭 변동성 증가와 같은 보행 장애를 유발합니다. 보행 변동성의 증가된 무작위성은 낙상, 자율성 상실 및 삶의 질 저하로 이어질 수 있는 전형적인 증상입니다. 최근 LRA(Long-Range Autocorrelations) 평가는 PD 환자의 보행 변동성의 시간적 조직의 악화를 강조할 수 있게 했으며 질병 중증도 및 균형 상태와의 상관관계를 입증했습니다. 이러한 LRA에는 모든 보폭이 이전 근거리 및 원거리 보폭의 지속 시간에 따라 달라지는 긴 메모리 프로세스가 포함됩니다. 보행 가변성은 균형을 이루어야 하며 임의성과 과잉 규칙성 사이에서 최적의 프레임워크에 머물러야 합니다. 이것은 LRA가 시스템의 건강한 적응 능력을 유지하고 사람이 안정적이지만 여전히 적응하는 방식으로 움직일 수 있는 "최적의 움직임 가변성"에 있도록 균형을 이루어야 함을 의미합니다. 따라서 LRA 측정은 보행 불안정성과 낙상 위험의 첫 번째 정량적 바이오마커가 될 것이며 이는 특히 임상적 관심 대상입니다.

현재 파킨슨병 환자가 LRA의 감소와 함께 더 큰 보행 변동성을 갖는다는 것은 잘 알려져 있습니다. 그것은 PD 환자가 넘어질 가능성이 더 높아 삶의 질을 떨어뜨리는 것을 의미합니다. 또한 보행장애는 도파민성 약물치료에 잘 반응하지 않는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 LRA를 개선하기 위한 비약물적 치료법의 개발이 중요해 보인다. 메트로놈을 이용한 RAS(Rhythmic Auditory Stimulation)는 파킨슨병 환자의 보행을 개선하기 위해 수년간 연구되어 왔습니다. 저자는 고정 템포 등시성 RAS의 사용이 외부 리듬 생성기처럼 작용하고 PD 환자의 손상된 내부 리듬 생성기처럼 작용하는 기저핵을 우회하여 보폭 변동성을 감소시켰음을 보여주었습니다. 그런 다음 메트로놈을 통해 등시성 RAS를 더 광범위하게 사용하면 PD 환자의 보행 속도, 보폭, 보폭 변동성 및 삶의 질과 같은 보행 매개변수에 대한 보행 재활에 도움이 될 것이라고 제안됩니다.

그러나 isochronic RAS의 사용은 건강한 사람과 PD 환자의 LRA를 감소시키는 것으로 입증되었습니다. 저자는 등시성 RAS에 필요한 인지 부하가 ​​PD 환자에게 너무 높아 이중 작업을 생성하고 신호 장치에서의 적용 가능성을 감소시킬 것이라고 제안했습니다. 이 RAS는 환자에게 적응형 자동 상관 보행 대신 정형화된 보행을 강요합니다. 그렇다면 질문은: 임상의는 PD 환자의 보행 재활을 위해 메트로놈을 수단으로 등시성 RAS를 계속 사용해야 합니까? 또는 임상의는 적응성의 손실을 피하면서 여전히 메트로놈의 유익한 효과를 얻기 위해 자기상관 RAS를 사용해야 합니까? 이 연구의 목적은 3가지 RAS(등시성 메트로놈, 자기상관 메트로놈 및 무작위 메트로놈)가 PD 환자의 보행 매개변수 및 보속 지속 시간 가변성(크기 및 시간적 조직)에 미치는 영향을 분석하는 것입니다.

행동 양식

환자

이 연구는 단일 중심적이었습니다. 9명의 PD 환자가 연구에 참여했으며 Cliniques universitaires Saint-Luc(벨기에 브뤼셀)의 신경과에서 모집되었습니다. 이 연구는 지역 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 모든 환자는 연구에 대한 정보에 입각한 서면 동의를 제공했습니다. 자격 기준은 다른 섹션에서 설명합니다.

절차

LRA를 측정하는 데 필요한 512개의 연속 보폭을 얻기 위해 환자에게 매회 10분 동안 42m의 타원형 실내 트랙을 4회(아래 제시된 각 조건에 대해 1회) 걷도록 요청했습니다. 표준화된 방식으로 데이터를 수집하고 지형 및/또는 날씨 조건과 같이 환자의 균형에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 환경 조건과 관련된 편견을 피하기 위해 실내 트랙을 선택했습니다. 두 개의 일차원 가속도계를 전후방 방향으로 환자의 양쪽 측면 복사뼈에 테이프로 부착했습니다. 이 가속도계는 환자의 허리에 부착된 기록 장치(Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, The Netherlands)에 연결되었습니다. 이 시스템은 각 발뒤꿈치 타격에 해당하는 각각의 양의 가속도 피크를 512Hz로 기록할 수 있습니다. 내부에서 개발한 소프트웨어에 의해 감지된 가속도의 피크가 보폭 지속 시간을 결정했습니다.

네 가지 조건이 무작위 순서로 환자에게 제시되었습니다. 한 가지 조건은 RAS(자발적 조건, SC) 없이 걷는 것으로 구성되었습니다. 세 가지 다른 조건은 각각 Isochronic tempo RAS Condition(IC), Random RAS Condition(RC) 및 Autocorrelated RAS Condition(AC)이었습니다. 이 세 가지 조건 각각은 일시적인 조직에 따라 약간의 RAS와 함께 걷는 것으로 구성되었습니다. 각각은 Matlab 2014R(Mathworks, M.A.) 소프트웨어로 구성되었으며, 실험 전 달성한 10m Walk Test에서 결정된 자발적 보행 속도에 따라 각 환자에 맞게 조정되었습니다. 결과적으로 IC, RC 및 AC에는 각각 RAS 변동, RAS의 무작위 변동 및 시간에 따라 구성되고 Hurst(H) 지수 = 0.80으로 특징지어지는 자동 상관 RAS가 포함되지 않았습니다. 재개하자면, 이 세 가지 RAS가 박동간 지속 시간의 평균이 같더라도 RAS는 리듬 변화의 유무(서로 다른 H 및 알파 지수)에 따라 서로 다릅니다. 실험 동안 환자들은 MP3 플레이어를 수단으로 이어폰(Apple EarPods)을 통해 RAS를 듣고 있었다.

데이터 수집 전에 환자는 RAS를 듣고 RAS의 시간적 구조가 정확하게 감지되었는지 확인하기 위해 손가락 두드리기로 리듬을 표시하도록 요청 받았습니다. 그 후, 환자들은 "제안된 리듬에 따라 걸으라"고 요청받았다. 512개의 연속 보행 주기(아래에 설명된 신호 처리 방법 적용에 필요한 숫자)를 얻기 위해서는 최소 10분이 필요합니다. 환자가 향하는 방향(시계 방향 또는 시계 반대 방향)은 그들 사이에서 무작위화되었지만 각 환자는 무작위화 후 동일한 방향을 유지했습니다. 실험은 약물 효과를 피하기 위해 도파민 치료의 ON 단계 동안 동일한 환자에 대해 항상 같은 시간에 수행되었습니다. 또한 피로 효과를 피하기 위해 각 조건 사이에 최소 5분의 휴식 시간을 두고 하루 동안 최대 두 가지 조건을 테스트했습니다. 환자는 다른 2가지 조건을 수행하기 위해 이틀째에 다시 방문했습니다.

기능 평가

기능 평가는 ICF(International Classification of Functioning, Disability and Health)의 3가지 영역인 신체 기능 및 구조, 활동 및 참여를 다루었습니다. 평가는 다른 섹션에서 설명합니다.

보행 평가

보행 변동성을 측정하기 위해 필요한 512개의 연속된 보행 주기로부터 데이터를 추출하였다.

시공간 보행 변수

평균 보행 속도, 보행 케이던스 및 보폭은 다음과 같이 측정되었습니다.

• 평균 보행 속도(m.s-1) = 총 보행 거리(m)/획득 시간(s)
• 보행 케이던스(#steps.min-1) = 총 단계 수(#)/획득 기간(분)
• 걸음 길이(m) = 보행 속도(m/s)*60/보행 케이던스(걸음/분)

보폭 지속 시간 가변성

보폭 지속 시간 가변성은 크기 측면 또는 조직 측면(연속 보행 주기에서 보폭 지속 시간이 어떻게 진화하는지)의 두 가지 방식으로 평가할 수 있습니다.

보폭 지속 시간 가변성의 크기:

512개의 보행 주기 동안 보속 지속 시간 변동의 크기에 대한 RAS의 영향을 확인하기 위해 평균, 표준 편차(SD) 및 변동 계수(CV = [SD/평균] * 100)를 평가했습니다.

보폭 변동성(LRA)의 시간적 구성:

세 가지 방법(재조정된 범위 분석(허스트 지수; H), 전력 스펙트럼 밀도(α 지수) 및 d 관계(d = H-[(1+ α)/2])) 및 "대리 데이터 테스트"를 사용하여 측정했습니다. LRA. LRA의 존재는 다음 3가지 조건이 충족될 때 높은 수준의 증거로 입증될 수 있습니다.

• H는 0.5보다 크다
• α는 0과 크게 다르고 1보다 작습니다.
• d ≤ 0.10 H와 α 사이에 불일치가 나타나면 연구된 시리즈에서 시간적 구조가 없다는 귀무 가설을 기각하기 위해 Randomly Shuffled Surrogate Data Test가 적용됩니다.

데이터는 CVI Labwindows(C++)를 통해 처리되었습니다.

통계 분석:

SigmaPlot 13.0을 사용하여 통계 분석을 수행했습니다. 단방향 반복 측정 ANOVA를 적용하여 시공간 보행 매개변수(보행 속도, 보행 케이던스, 보폭) 및 보폭 변동성(선형 측정(평균, SD, CV)에 대한 다양한 RAS의 영향 유무를 결정했습니다. 및 비선형 측정(H 지수 및 α)). 또 다른 단방향 반복 측정 ANOVA를 적용하여 RAS(선형 및 비선형 측정)의 박동 간 지속 시간의 가변성을 분석했습니다. ANOVA로 그룹 간의 유의미한 차이가 감지되면 사후 Tukey 테스트를 수행하여 그룹을 서로 분리하기 위해 각 평균을 다른 수단과 비교했습니다. Spearman의 상관 계수는 보폭의 비선형 측정(H, α)과 RAS의 박동간 지속 사이의 연결을 분석하기 위해 측정되었습니다. 결과는 p-값 < 0.05에 대해 통계적으로 다른 것으로 간주되었습니다.