Autogecorreleerde ritmische auditieve stimulaties voor patiënten met de ziekte van Parkinson

ACHTERGROND

Disfunctie van de basale ganglia bij de ziekte van Parkinson (PD) veroorzaakt loopstoornissen zoals een kortere paslengte, verminderde loopsnelheid, verminderde armzwaai en een grotere willekeur in de variabiliteit van de pasduur van de loopcycli. Deze verhoogde willekeur in loopvariabiliteit is een typisch symptoom dat kan leiden tot vallen, verlies van autonomie en verminderde kwaliteit van leven. Onlangs heeft de Long-Range Autocorrelations (LRA)-beoordeling het mogelijk gemaakt om de verslechtering van de temporele organisatie van de loopvariabiliteit van PD-patiënten te benadrukken en correlaties aangetoond met de ernst van de ziekte en de evenwichtsstatus. Bij deze LRA's gaat het om een ​​proces met een lang geheugen, wat betekent dat elke stap afhangt van de duur van de vorige stappen van dichtbij en veraf. Loopvariabiliteit moet evenwichtig zijn en in een optimaal kader blijven tussen willekeur en overregelmatigheid. Dit betekent dat LRA in balans moet zijn om de gezonde aanpassingsmogelijkheden van het systeem te behouden, om in de "optimale bewegingsvariabiliteit" te zijn die de persoon in staat stelt om op een stabiele maar toch adaptieve manier te bewegen. LRA-meting zou daarom de eerste kwantitatieve biomarker zijn van loopinstabiliteit en valrisico, wat van bijzonder klinisch belang is.

Het is nu algemeen bekend dat PD-patiënten een grotere loopvariabiliteit hebben met een afname van de LRA. Dat betekent dat PD-patiënten meer kans hebben om te vallen, wat de kwaliteit van leven verlaagt. Het is ook bekend dat loopstoornissen niet goed reageren op dopaminerge farmacologische behandelingen. Daarom lijkt het belangrijk om niet-medicamenteuze behandelingen te ontwikkelen om LRA te verbeteren. Ritmische Auditieve Stimulatie (RAS), door middel van een metronoom, wordt al jaren bestudeerd om het looppatroon van PD-patiënten te verbeteren. De auteurs toonden aan dat het gebruik van een isochroon RAS met een vast tempo de variabiliteit van de pasduur verminderde, zich gedroeg als een externe ritmegenerator en de basale ganglia omzeilde die werken als een gestoorde interne ritmegenerator bij PD-patiënten. Vervolgens wordt gesuggereerd dat een breder gebruik van een isochroon RAS, door middel van een metronoom, gunstig zou moeten zijn bij looprevalidatie voor de loopparameters van PD-patiënten, zoals loopsnelheid, paslengte, variabiliteit in pasduur en kwaliteit van leven.

Het is echter aangetoond dat het gebruik van een isochroon RAS LRA verlaagt bij gezonde personen en ook bij PD-patiënten. Auteurs suggereerden dat de cognitieve belasting vereist door een isochroon RAS te hoog zou zijn voor PD-patiënten, waardoor een dubbele taak ontstaat en de toepasbaarheid ervan in een cueing-apparaat afneemt. Deze RAS zou patiënten dwingen tot een stereotiep gangpatroon in plaats van een adaptief autogecorreleerd gangpatroon. Dan is de vraag: Moeten clinici een isochroon RAS blijven gebruiken door middel van een metronoom voor de looprevalidatie van PD-patiënten? Of moeten clinici autogecorreleerde RAS gebruiken om verlies van aanpassingsvermogen te voorkomen en toch de gunstige effecten van de metronoom te krijgen? Het doel van deze studie was het analyseren van de effecten van 3 verschillende RAS (isochrone metronoom, auto-gecorreleerde metronoom en willekeurige metronoom) op de gangparameters van PD-patiënten en de variabiliteit van de pasduur (omvang en temporele organisatie).

METHODEN

Patiënten

Deze studie was unicentrisch. Negen PD-patiënten namen deel aan de studie en werden gerekruteerd uit de afdeling Neurologie van Cliniques universitaires Saint-Luc (Brussel, België). De studie werd goedgekeurd door de lokale ethische commissie. Alle patiënten gaven geïnformeerde schriftelijke toestemming voor het onderzoek. Geschiktheidscriteria worden in een ander deel beschreven.

Procedure

De patiënten werd gevraagd om 4 keer rond te lopen (1 keer voor elke hieronder weergegeven aandoening) op een ovale binnenbaan van 42 m gedurende telkens 10 minuten om 512 opeenvolgende passen te maken die nodig zijn om de LRA te meten. De indoorpiste werd gekozen om gegevens op een gestandaardiseerde manier te verzamelen en om vooroordelen te vermijden die verband houden met omgevingsfactoren die het evenwicht van de patiënt zouden kunnen beïnvloeden, zoals terrein- en/of weersomstandigheden. Twee eendimensionale versnellingsmeters werden op de beide laterale malleoli van de patiënt geplakt in antero-posterieure richting. Deze versnellingsmeters waren verbonden met een opnameapparaat (Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, Nederland) dat om het middel van de patiënt was bevestigd. Dit systeem maakte het mogelijk om bij 512 Hz elke positieve acceleratiepiek op te nemen die overeenkomt met elke hielaanval. De versnellingspiek, gedetecteerd door de intern ontwikkelde software, bepaalde de pasduur.

Vier condities werden in willekeurige volgorde aan patiënten voorgelegd. Eén conditie bestond uit lopen zonder RAS (Spontaneous Condition, SC). De drie andere condities waren respectievelijk de Isochronic tempo RAS Condition (IC), de Random RAS Condition (RC) en de Autocorrelated RAS Condition (AC). Elk van deze drie aandoeningen bestond uit lopen met lichte RAS die verschillen door hun temporele organisatie. Elk van hen werd samengesteld met de software Matlab 2014R (Mathworks, M.A.) en aangepast aan elke patiënt volgens de spontane loopsnelheid bepaald door een 10 m looptest die vóór het experiment werd bereikt. Dientengevolge bevatten de IC, RC en AC respectievelijk geen RAS-variatie, willekeurige variatie van de RAS en autogecorreleerde RAS georganiseerd in de tijd en gekenmerkt door een Hurst (H) exponent = 0,80. Om te hervatten, zelfs als deze drie RAS hetzelfde gemiddelde van de interbeat-duur hadden, verschillen RAS van elkaar door de aan- of afwezigheid van ritmevariaties (verschillende H- en alfa-exponenten). Tijdens het experiment luisterden patiënten naar de RAS via oortelefoons (Apple EarPods) door middel van een mp3-speler.

Voordat de gegevens werden verzameld, luisterden patiënten naar het RAS en werd hen gevraagd het ritme te markeren door met de vinger te tikken om te zien of de temporele structuur van het RAS nauwkeurig werd gedetecteerd. Hierna werd patiënten gevraagd "volgens het voorgestelde ritme te lopen". Een minimum van 10 minuten is nodig om 512 opeenvolgende loopcycli te krijgen (aantal vereist voor de toepassing van de hieronder beschreven signaalverwerkingsmethoden). De koersrichting van de patiënten (met de klok mee of tegen de klok in) werd gerandomiseerd tussen hen, maar elke patiënt behield dezelfde koersrichting na randomisatie. Het experiment werd altijd op hetzelfde tijdstip van de dag uitgevoerd voor dezelfde patiënt tijdens de ON-fase van de dopaminerge behandeling om het effect van het geneesmiddel te voorkomen. Verder werden er maximaal twee condities getest gedurende één dag met een minimale pauze van 5 minuten tussen elke conditie om een ​​vermoeidheidseffect te voorkomen. Patiënten kwamen een tweede dag terug om de andere 2 voorwaarden uit te voeren.

Functionele beoordeling

Functionele beoordelingen hadden betrekking op de 3 domeinen van de internationale classificatie van functioneren, handicap en gezondheid (ICF): lichaamsfuncties en -structuren, activiteit en participatie. De beoordelingen worden in een ander deel beschreven.

Gang beoordeling

Gegevens werden geëxtraheerd uit 512 opeenvolgende loopcycli die nodig zijn om de loopvariabiliteit te meten.

Spatiotemporele loopvariabelen

De gemiddelde loopsnelheid, loopcadans en paslengte werden als volgt gemeten:

• Gemiddelde loopsnelheid (m.s-1) = totale loopafstand (m)/ acquisitieduur (s)
• Loopcadans (#steps.min-1) = Totaal aantal stappen (#)/Acquisitieduur (min)
• Staplengte (m) = loopsnelheid (m/s)*60/loopcadans (stappen/min)

Variabiliteit van de pasduur

De variabiliteit van de pasduur kan op twee manieren worden beoordeeld: in termen van omvang of in termen van organisatie (hoe de pasduur evolueert over opeenvolgende loopcycli).

Omvang van de variabiliteit van de pasduur:

Om het effect van de RAS op de grootte van de variabiliteit van de pasduur gedurende 512 loopcycli te bepalen, werden het gemiddelde, de standaarddeviatie (SD) en de variatiecoëfficiënt (CV = [SD/gemiddelde] * 100) beoordeeld.

Temporele organisatie van de stride duration variability (LRA):

Drie methoden (herschaalde bereikanalyse (Hurst-exponent; H), spectrale vermogensdichtheid (α-exponent) en d-relatie (d = H- [(1+ α)/2])) en de "surrogaatgegevenstests" werden gebruikt om LRA. De aanwezigheid van LRA kan met een hoog bewijsniveau worden aangetoond wanneer aan deze 3 voorwaarden is voldaan:

• H is groter dan 0,5
• α is significant verschillend van 0 en kleiner dan 1
• d ≤ 0,10 Als er een inconsistentie optreedt tussen H en α, wordt de Randomly Shuffled Surrogate Data Test toegepast om de nulhypothese van een afwezigheid van temporele structuur in bestudeerde reeksen te verwerpen.

Gegevens werden behandeld met behulp van CVI Labwindows (C++).

Statistische analyse:

Statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van SigmaPlot 13.0. Een ANOVA met herhaalde metingen in één richting werd toegepast om de aan- of afwezigheid van effect van de verschillende RAS op spatiotemporele loopparameters (loopsnelheid, loopcadans, paslengte) en op de variabiliteit van de pasduur (lineaire metingen (gemiddelde, SD, CV)) te bepalen. en niet-lineaire maten (H exponent en α)). Een andere ANOVA met herhaalde metingen in één richting werd toegepast om de variabiliteit van de inter-beat-duur van de RAS (lineaire en niet-lineaire metingen) te analyseren. Wanneer een significant verschil tussen groepen werd gedetecteerd met de ANOVA, werd een post-hoc Tukey-test uitgevoerd om elk gemiddelde te vergelijken met de andere middelen om de groepen van elkaar te isoleren. De correlatiecoëfficiënt van Spearman werd gemeten om het verband tussen de niet-lineaire metingen (H, α) van de pasduur en de inter-beatduur van de RAS te analyseren. De resultaten werden als statistisch verschillend beschouwd voor p-waarden < 0,05.