Berikede miljøer for rehabilitering av hjerneslag i øvre lemmer

A. Vitenskapelig bakgrunn

Hjerneslag er den tredje ledende dødsårsaken i vestlige land, og sensorimotorisk dysfunksjon i øvre lemmer (UL) bidrar betydelig til forekomsten av fysiske funksjonshemninger og handikap (Olsen 1990). En forklaring på dårlig armgjenoppretting er fokuset på oppgaveutførelse snarere enn ytelseskvalitet. Dette kan forsterke alternative (kompenserende) bevegelsesstrategier i stedet for å oppmuntre til gjenopptreden av pre-morbide bevegelsesmønstre (gjenoppretting). Selv om det rehabiliterende målet er gjenoppretting av funksjon, er om dette oppnås gjennom ekte motorisk utvinning eller kompensasjon fortsatt under debatt. For noen pasienter med alvorlig svekkelse bør kompensasjon oppmuntres for å maksimere funksjonsevnen. Alternativt, for de med god prognose, vektlegges motorisk restitusjon av flere årsaker. For det første, gitt passende trening, kan restitusjonen fortsette langt inn i det kroniske stadiet av hjerneslag (f.eks. Michaelsen & Levin 2004). For det andre, mens kompensasjon kan hjelpe til med umiddelbar ytelse, kan det føre til langsiktige problemer som smerte og kontraktur (Ada et al. 1994; Levin 1997). For det tredje kan det å tillate kompensasjoner oppmuntre til innlært ikke-bruk som begrenser kapasiteten for påfølgende motoriske gevinster (Allred et al. 2005). Mens ytelsesgevinster har blitt dokumentert etter repeterende trening av isolerte bevegelser (f.eks. Whitall et al. 2000), har få studier tatt for seg om pasienter kan bruke eksplisitt informasjon for å optimalisere tilegnelse av motoriske ferdigheter og om sann atferdsgjenoppretting skjer. Poeng å vurdere ved utvikling av optimale treningsprogrammer er at læring skjer når deltakerne er motiverte, praktiserer en rekke relaterte oppgaver og får relevant tilbakemelding (Nudo & Friel 1999; Winstein et al. 1999). I tillegg kan det hende at pasienter ikke har nytte av variabel praksis før manglende motoriske elementer er gjenopprettet (Carr & Shepherd 1987) og motorisk relæring er relatert til fysisk og kognitivt sviktnivå (Cirstea et al. 2006).

Til dags dato har de fleste studier kun brukt kliniske mål for å evaluere funksjonell endring (f.eks. Jang et al. 2003) uten å vurdere hvordan bevegelse utføres. Denne studien vil fokusere på evnen til å skille mellom om funksjonsforbedring skyldes en økning i kompensasjon eller fra ekte motorisk restitusjon. Dette kan kun gjøres ved å korrelere funksjonell forbedring (kliniske mål) med endringer i armmotoriske mønstre gjennom detaljert bevegelsesanalyse (kinematikk). Siden det er et stort antall mulige kinematiske indikatorer på forbedring, må etterforskerne identifisere hvilke tiltak som er mest indikerende på endring. Dette er et første trinn i bestemmelsen av klinisk meningsfulle utfallsmål som skal brukes i randomiserte kontrollstudier av effektiviteten av intervensjoner. Klinisk fremtreden er avgjørende for å oversette kunnskap fra forskningsstudier til evidensbasert praksis (van Peppen et al. 2007).

B. Studiedesign: 1. Detaljert plan for studien

To grupper på 8 slagpasienter vil delta i et A-B-A design der data fra post-intervensjon (innen en uke etter avsluttet intervensjon) og oppfølging (en måned etter fullført intervensjon) tester vil bli sammenlignet med data. fra to pre-tester (avholdt ved begynnelsen og slutten av den første uken av studien rett før starten av intervensjonen). Flere kliniske og kinematiske motoriske resultater vil bli målt for å bestemme hvilke som best beskriver armmotorisk restitusjon. Dette vil bli gjort ved å sammenligne endringer i resultater før og etter trening til gjennomsnittlige poengsummer for 8 friske frivillige med samsvar mellom alder og kjønn (registrert i en enkelt økt). Slagoverlevende vil øve bevegelse i to forskjellige treningsmiljøer som gir ulike nivåer av motivasjon og tilbakemelding: Treningsmiljø 1 vil bli opprettet i et 2D-videobasert VR-miljø som vil gi høy motivasjon, kunnskap om resultater (KR) om motorisk utfall (dvs. hastighet, presisjon) og uspesifikke kunnskaper om ytelse (KP) tilbakemeldinger om trunkbevegelser. Miljø 2 vil bli opprettet i et fysisk miljø som kun gir KP-tilbakemeldinger, men ingen KR eller tilleggsmotivasjon.

Treningsprotokoll: Etter baseline-evalueringer (fysisk og kognitiv), vil slaggrupper øve på å peke på 6 standardiserte mål plassert like utenfor rekkevidde (12 forsøk per mål) i løpet av en oppkjøpsfase på 15 økter fordelt over tre uker (3 økter/uke, 72 forsøk /økt). Dette øvelsesregimet inneholder elementer som er nødvendige for optimal motorisk læring: 1) Variert øvelse: Selv om bevegelsene ikke er nye motoriske oppgaver, bør de gjenopptas under slagrestitusjon. Målet vårt er ikke å lære fagene en ny oppgave, men å identifisere hvordan en bevegelse utført suboptimalt kan forbedres med øvelse. 2) Intensiv praksis: Antall repetisjoner per økt ble valgt i henhold til studier av Cirstea og Levin (2000). Dermed blir 72 forsøk per økt (3 blokker med 24 forsøk, 5 min hvile mellom blokkene) betraktet som "intensiv" praksis, som er et nødvendig element for et vellykket treningsprogram. Etter anskaffelsesfasen, evalueringer som vil bli gjentatt etter 3 mnd for å evaluere retensjon og overføring av motoriske ferdigheter.

2. Metoder: Forsøkspersoner Åtte slagpasienter per gruppe vil bli rekruttert. De vil bli matchet for alder og initial armmotorisk alvorlighetsgrad (± 5 poeng på Fugl-Meyer-armvurderingen). Åtte alders- og kjønnsmatchede friske forsøkspersoner vil bli rekruttert som kontrollgruppe.

Emnerekruttering: Pasienter vil bli rekruttert fra Haim Sheba Hospitals utskrivningslister ved å bruke en prosedyre som har vært på plass siden 2005. Screening vil bli utført av kliniske forskningsmedarbeidere. Potensielle deltakere som oppfyller inklusjonskriteriene 1-3 og eksklusjonskriteriene vil få tilsendt et forklarende brev der de inviteres til å kontakte studieforskere. Informert samtykke vil bli innhentet fra hver deltaker. Kontrollemner vil bli rekruttert fra fellesskapet.

Treningsmiljøer: Motivasjon og tilbakemelding: Opplæring vil bli utført i avdelingen for ergoterapi som ligger ved Sheba Medical Center. Treningsmiljøer vil tillate oss å evaluere effekten av å kombinere ulike grader av motivasjon og tilbakemelding på motorisk utfall. Miljø 1 er svært motiverende (ny og morsom) siden trening presenteres som et spill der eleven prøver å slå sin egen poengsum i påfølgende økter. Mål presenteres som baller i et videobasert VR-system (Gesture Xtreme). Pasienten sitter foran en 36 tommers skjerm av 6 målscenen. Pasientens bilde fanges opp av et videokamera og settes inn i scenen som vises på monitoren. Oppgaven er å peke på hvert av målene som vises i en tilfeldig rekkefølge. Tilbakemelding vil gi relevant informasjon for motorisk læring (KR, KP, spillscore). Miljø 2 inneholder samme antall og disponering av mål som Env. 1 men de vil bli presentert i fysiske omgivelser på en treramme foran motivet. KR- og KP-tilbakemeldinger vil bli gitt som verbale pekepinner av eksperimentatoren, slik det vanligvis gjøres i klinikken. De vil imidlertid ikke være ytterligere motivasjonsinformasjon (spillscore).

Foreløpige utfallsmål: Klinisk Før og etter trening i begge slaggruppene, vil blindede evaluatorer måle kliniske skårer for armmotorisk svekkelse og funksjon (Fugl-Meyer Armscore, Reaching Performance Scale, Box and Blocks test, Wolf Motor Function Test, Motor Activity Log ) samt kognitiv funksjon. Alle tester er gyldige og pålitelige og brukes regelmessig i klinisk praksis.

Kinematisk testing: Testoppgave og overføringsoppgave:

Undersøkerne vil også registrere kinematiske utfallsmål som karakteriserer arm- og trunkbevegelser under rekkevidde (albueekstensjon, horisontal skulderadduksjon, skulderfleksjon, skulderbladsbevegelser, trunkforskyvning).

Vårt mål er å fokusere på segment- og leddkinematikk under en test og en overføringsoppgave som består av å nå bevegelser. Testoppgave vil bli registrert. Testmålet vil bli plassert på linje med pasientens brystben i en avstand like utenfor forsøkspersonens armlengde. Testoppgaven ligner på bevegelser gjort til et av de øvede målene. For å vurdere motorisk læring vil etterforskerne finne ut om elementer lært i en oppgave overføres til andre lignende oppgaver. Dermed vil etterforskerne også vurdere bevegelser gjort i en Transfer Task, til et mål plassert foran den ipsilaterale skulderen 5 centimeter (cm) høyere enn den øverste raden med trente mål. Overføringsoppgaven er derfor en ny bevegelse som ikke praktiseres under treningen. Stiv kroppssegmentell kinematikk vil bli registrert fra sett med 4 passive reflekterende markører (0,5 cm diameter kuler) festet til stammen, overarmen og underarmsegmentene. Dette vil muliggjøre beregning av tre translasjons- og tre rotasjonsgrader av frihet per segment. Leddkinematikk vil bli samlet inn fra markører festet på brystbenet, acromion, albue og håndledd via exo-skjelettrammer. Markørbevegelse vil bli registrert med et kalibrert 3-kamera opto-elektronisk bevegelsesfangstsystem (ProReflex MCU-240, Qualisys) på passende dataprogramvare (Qualisys, Göteborg, Swe). Datainnsamling (100 Hertz, 2-5 sekunder) vil bli utløst ved bevegelse av hånden fra en sentral posisjon ved å slippe en mekanisk bryter. Nøyaktigheten av målingene til hver markør er innenfor en feil på <0,2 cm.

Som et første trinn vil etterforskerne bestemme bevegelsestider, nøyaktighet, jevnhet, segment- og leddrotasjoner og hovedkomponentene i flerleddskoordinering. Kartesiske koordinater (x,y,z) for hvert segment vil bli hentet fra segmentmarkørsettene. Rådata fra minst tre markører per segment vil bli brukt etter interpolering av manglende markører (5. ordens polynom). For hvert forsøk vil bevegelsestider og topphastigheter bli bestemt fra endepunkts tangentielle hastighetsspor. Bevegelsestid er tiden mellom punktet der tangentialhastigheten overskrider og forblir over 5 % av maksimumshastigheten og deretter går tilbake til og forblir under dette nivået. Bevegelsesnøyaktighet i form av konstante utstrekningsfeil vil bli beregnet som gjennomsnittlig avstand (d) mellom den endelige endepunktposisjonen (x, y, z) og posisjonen til målet (x0, y0, z0). Konstante og variable (SD) retningsfeil vil også bli definert. Bevegelsesjevnhet vil bli beregnet fra den tangentielle hastighetskurven ved å bruke krumningsindeksen (forholdet mellom endepunkts banelengde og lengden på en rett linje som forbinder de innledende og endelige posisjonene) og antall topper i banebanen. For segment- og leddrotasjoner vil det beregnes vektorer innenfor referansekoordinatsystemer for over- og underarmssegmenter.

Fra det resulterende segmentets tyngdepunktbevegelse og segmentrotasjonsdata vil forskjellige utfallsvariabler bli beregnet. De mest relevante vil definere endringer i ytelse med hensyn til endepunktbevegelsen og med hensyn til helarmens holdning, spesielt utviklingen av bevegelsen over tid (tidsderivater) og fragmenteringen av segmentbanen og stillingen til armen mens du beveger deg mot de forskjellige målene. Ytterligere aspekter ved bevegelse vil bli utforsket for å finne de mest passende beskrivelsene av armmotorisk ytelse og endringer etter de foreslåtte kliniske intervensjonene.

Endringspoeng vil bli beregnet for hvert emne for å bestemme en indeks for forbedring (IP) og en læringsindeks (IL). IP er definert som endringen i hver variabel som et forhold mellom post- og pre-test verdier. En IP på 1 indikerer ingen endring, mens negative og positive verdier indikerer at verdien henholdsvis redusert eller økt. For noen variabler vil positive forhold indikere forbedring (endepunkthastighet, endepunktglathet, vinkelmål, faseamplituder), mens for andre vil forbedring demonstreres ved negative forhold (bevegelsestid, bevegelsespresisjon). IL, som brukes til å bestemme om forsøkspersoner beholder forbedringer etter trening for hver oppfølgingsepoke, er definert som endringen i variabelen ved retensjon sammenlignet med post-test. IL-verdier på 1 indikerer at forbedringen opprettholdes (ingen endring), av negativ verdi at parameteren ble redusert og av positiv verdi at parameteren økte.

Statistisk analyse: For vårt første mål vil endringer i utfallsmål bli bestemt ved å sammenligne bevegelsesutfall før og etter anskaffelses- og retensjonsfasene med to-repeterte mål blandet design ANOVA (MANOVA) og sammenligne råmiddelverdier (tid 1, tid 2, tid) 3, Tid 4) og endre poengsum (IP, IL) mellom grupper. Undersøkerne vil finne ut hvilke kinematiske tiltak som endres mest og dermed kan være mest indikative for motorisk restitusjon (f.eks. økning i albue- og/eller skulderbevegelse, reduksjon i kroppsbevegelse) ved å undersøke hvilke tiltak som er mest forskjellige mellom treningsgruppene. Etterforskerne forventer at endringene i gruppetreningen i Miljø I vil være større enn de i fra gruppetreningen i Miljø 2.