Effecten van lichaamsbeweging op autocorrelaties op lange afstand bij de ziekte van Parkinson

ACHTERGROND

Een van de meest voorkomende kenmerken van menselijke beweging is de variabiliteit over meerdere herhalingen van dezelfde ritmische taak (1). Bij mensen worden veel periodieke signalen, zoals gang, hartslag, ademhalings- en neuronale activiteiten gekenmerkt door hun temporele complexiteit, die in de loop van de tijd op een complexe manier fluctueert. Hoewel fluctuaties tussen cycli willekeurig lijken te variëren, zonder duidelijke correlaties tussen cycli, bezitten gezonde systemen het geheugen van voorgaande waarden van de reeks die een complexe temporele structuur vertonen.

Om de variabiliteit in fysiologische tijdreeksen te beoordelen, kunnen verschillende wiskundige methoden worden gebruikt. Aan de ene kant kwantificeren klassieke wiskundige methoden, meestal toegepast op kortere tijdreeksen (tientallen gegevenspunten), de fluctuatiegrootte in een reeks waarden onafhankelijk van hun volgorde in de verdeling, door de standaarddeviatie (SD) en de coëfficiënt van variatie (CV). Aan de andere kant kunnen complexere wiskundige methoden, toegepast op langere tijdreeksen (≥512 cycli), worden gebruikt om de fluctuatiedynamiek in de tijd te beoordelen (3). Deze laatste methoden hebben aangetoond dat de variabiliteit van talloze fysiologische signalen (bijvoorbeeld hart- en ademhalingsritme of bewegingsactiviteiten) autocorrelaties over lange afstanden vertoont, waarbij de statistische onderlinge afhankelijkheid tussen cycli een zeer groot aantal cycli omvat (14).

Deze temporele organisatie van variabiliteit is dus een intrinsieke eigenschap binnen tal van biologische systemen. Bovendien zou het inzicht kunnen geven in de neurofysiologische organisatie en in de regulatie van deze systemen (32). Recente studies beweerden dat deze fluctuaties, opgenomen in een optimaal bereik, het onderliggende fysiologische vermogen zouden vertegenwoordigen om flexibele aanpassingen te maken aan de dagelijkse stress die op het menselijk lichaam wordt uitgeoefend (32). Daarom wordt aangenomen dat de aanwezigheid van een dergelijke temporele dynamiek een kritische indicator is van gezondheid en hun afbraak als een index van pathologische toestand (18, 25, 32). In de menselijke hartslag bijvoorbeeld duiden afwijkingen van een optimum van variabiliteit in ofwel de richting van willekeur (atriale fibrillatie bijv.) of de te grote regelmaat (congestief hartfalen bijv.) op het verlies van de aanpassingsmogelijkheden van het systeem (9, 32) .

Daarnaast beïnvloeden sommige ziekten van het centrale zenuwstelsel de variabiliteit, vooral van het lopen. Neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington worden onder meer gekenmerkt door een wijziging van de loopvariabiliteit (waargenomen door een afbraak van autocorrelaties over lange afstand) en een hoog risico op vallen. Hoewel de oorsprong van autocorrelatie over lange afstand onbekend blijft, suggereert hun afbraak bij dergelijke ziekten een centraal controlemechanisme (8, 11, 13, 16, 17, 36).

ONDERZOEKSPROJECT

De ziekte van Parkinson (PD) treft ongeveer 1% van de bevolking ouder dan 60 jaar en is een van de meest voorkomende neurodegeneratieve aandoeningen. De ziekte van Parkinson is progressief van aard, waardoor patiënten meer moeilijkheden ondervinden bij activiteiten van het dagelijks leven en verschillende aspecten van mobiliteit zoals lopen, transfers, balans en houding. Uiteindelijk leidt dit tot verminderde onafhankelijkheid, inactiviteit en sociaal isolement, met als gevolg een verminderde kwaliteit van leven. Bijgevolg is de verbetering van de motoriek een van de belangrijkste doelstellingen van het beheer van PD.

De behandeling van PD is van oudsher gericht op medicamenteuze therapie, waarbij levodopa wordt gezien als de "gouden standaard"-behandeling. Maar zelfs met een optimale medische behandeling ervaren parkinsonpatiënten verslechtering van de lichaamsfunctie, dagelijkse activiteiten en participatie. Om deze reden is er steeds meer steun voor het opnemen van revalidatietherapieën als adjuvans bij farmacologische en neurochirurgische behandelingen. Regelmatige lichaamsbeweging vertraagt ​​inderdaad de progressie en vermindert het risico op vallen. Bovendien heeft lichaamsbeweging zijn doeltreffendheid bewezen voor zowel het behoud van functionele vermogens als de preventie van complicaties (cardiovasculair, osteoporose,...).

Tot nu toe hebben weinig studies de analyse van variabiliteit opgenomen in de functionele beoordeling van patiënten met een neurologische aandoening, zoals de ziekte van Parkinson. Toch vertegenwoordigen loopstoornissen en vallen niet alleen een belangrijke kostenpost voor de samenleving, maar vormen ze ook een aanzienlijk individueel risico op morbi/mortaliteit. Een passend revalidatieprogramma zou het mogelijk moeten maken om de risico's en kosten als gevolg van deze aandoeningen in één keer te verminderen. De onderzoeker veronderstelt dat de analyse van loopvariabiliteit nuttig zou kunnen zijn als klinisch hulpmiddel bij de beoordeling van het valrisico en als beoordelingsinstrument voor de therapeutische effectiviteit (medicatie en/of lichaamsbeweging) bij de ziekte van Parkinson. Daarom zijn de doelstellingen van deze studie (1) het beoordelen van de invloed van lichaamsbeweging op de loopvariabiliteit bij de mens en (2) het bestuderen van de mogelijke correlaties met loopvaardigheid en neurologische stoornissen van parkinsonpatiënten.

Patiënten

De onderzoekers zullen 50 patiënten rekruteren met idiopathische ziekte van Parkinson van de afdeling Neurologie van Cliniques universitaires Saint-Luc (Brussel, België). De studie wordt goedgekeurd door de ethische commissie. Alle patiënten zullen geïnformeerde schriftelijke toestemming geven voor het onderzoek. Geschiktheidscriteria zijn: diagnose idiopathische Parkinson (volgens de Brain Bank-criteria van de Parkinson's Disease Society in het Verenigd Koninkrijk), ernst van de ziekte (volgens gemodificeerde Hoehn & Yahr-stadia I tot IV), afwezigheid van dementie (Minimal Mini Mental State Examination-score van 24 of hoger), stabiel drugsgebruik in de afgelopen 4 weken en voldoende zicht en gehoor, indien nodig met corrigerende lenzen en/of gehoorapparaat. Patiënten worden uitgesloten als ze ernstige comorbiditeit, andere neurologische problemen, acute medische problemen (bijv. MI, diabetes) en gewrichtsproblemen die de mobiliteit beïnvloeden, en onvoorspelbare "Off"-perioden (score >2, MDS-UPDRS item 4.5).

Procedure

De huidige studie is een gecontroleerde, gerandomiseerde, enkelblinde klinische studie met een cross-over opzet. De controlegroep zal zijn gebruikelijke fysieke activiteit niet veranderen, terwijl de interventiegroep baat zal hebben bij het bewegingsprogramma. Dit laatste omvat 30 sessies circuit-groepstraining van 60 min (twee keer per week) verspreid over 15 weken. Vervolgens worden de twee groepen gekruist. Volgens de recente richtlijnen zal het programma specifiek werken aan balans, houding, gang, fitheid, dubbeltaken en stretching. Alle sessies zullen worden uitgevoerd met een voldoende intensiteit (d.w.z. 60-80% van de voorspelde maximale hartslag). Er zullen ten minste 512 cycli worden geregistreerd (met een hoge bemonsteringsfrequentie (512 Hz)) op een loopband met een zelfgekozen comfortabele snelheid met behulp van een eendimensionale versnellingsmeter die op de rechter laterale malleolus is geplakt.

Functionele beoordeling op basis van de 3 domeinen van de International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF)

Patiënten worden beoordeeld vóór interventie (T0) en na 15 (T1), 30 (T2), 45 (T3) en 60 weken (T4) in de 3 ICF-domeinen:

Stoornissen worden beoordeeld door middel van MDS-UPDRS, een geïnstrumenteerde loopanalyse (kinematisch, kinetisch, elektromyografisch en energetisch) (18), de 6 minuten loopafstand, de 10 meter looptest, de ABC-schaal en de BESTest (inclusief de Functional Reach Test , de Push & Release en de Get Up & Go-test).

Activiteiten, participatie en kwaliteit van leven worden geëvalueerd met de Impact on Participation and Autonomy Questionnaire (IPAQ) en een najaarsdagboek.

Analyse van loopvariabiliteit

Revolutietijdvariabiliteit zal worden gewaardeerd door klassieke en complexe wiskundige methoden. Klassieke wiskundige methoden (standaarddeviatie, variatiecoëfficiënt) maken het mogelijk om de grootte van de fluctuatie te evalueren, terwijl complexe wiskundige methoden (autocorrelaties over lange afstand) de dynamiek van fluctuaties in de loop van de tijd beoordelen (3).

De aanwezigheid van autocorrelaties op lange afstand zal worden geëvalueerd met behulp van de geïntegreerde aanpak voorgesteld door Rangarajan en Ding en gevalideerd door Crevecoeur et al. in de context van fysiologische tijdreeksen. Deze methoden worden elders in meer detail beschreven. In het kort, de Hurst-exponent (H) zal worden berekend met behulp van de opnieuw geschaalde bereikanalyse en de α-exponent zal worden geëvalueerd met behulp van de spectrale vermogensdichtheid van de tijdreeks. Voor elke tijdreeks zullen beide methoden worden toegepast op reeksen van 512 opeenvolgende loopstappen.

In theorie zijn de exponenten H en α asymptotisch gerelateerd door de relatie H. Daarom bestaat de geïntegreerde benadering uit het afzonderlijk berekenen van H en α, en het verifiëren dat deze twee parameters consistent zijn door middel van de vergelijking d=H-(1+α)/ 2=0. Een waarde van d ≤ 0,10 wordt als acceptabel beschouwd aangezien de asymptotische parameters worden geëvalueerd op eindige tijdreeksen.

Samenvattend moet aan de volgende drie voorwaarden worden voldaan om te concluderen dat er autocorrelaties op lange afstand aanwezig zijn:

H > 0,5; α is significant verschillend van 0 en lager dan 1; en d ≤ 0,10

Wanneer er inconsistenties verschijnen tussen H en α, zullen de onderzoekers de willekeurig geschudde surrogaatgegevenstest gebruiken om de nulhypothese te verwerpen dat de onderzochte reeks geen temporele structuur heeft (d.w.z. niet-gecorreleerd willekeurig proces).

PERSPECTIEF

Door de invloed van lichaamsbeweging op de loopvariabiliteit bij de mens te bestuderen en de mogelijke correlatie ervan met loopvaardigheid en neurologische stoornissen van parkinsonpatiënten, hopen de onderzoekers aan te tonen dat de analyse van loopvariabiliteit kan worden gebruikt als een klinisch hulpmiddel bij de beoordeling van het risico op vallen. als beoordelingsinstrument voor de therapeutische effectiviteit (medicatie en/of lichaamsbeweging) bij de ziekte van Parkinson.