Effekter av trening på langdistanse autokorrelasjoner ved Parkinsons sykdom

BAKGRUNN

Et av de vanligste trekkene ved menneskelig bevegelse er dens variasjon over flere repetisjoner av samme rytmiske oppgave (1). Hos mennesker er mange periodiske signaler, som gangart, hjerteslag, respiratoriske og nevronale aktiviteter preget av deres tidsmessige kompleksitet, og svinger på en kompleks måte over tid. Selv om svingninger mellom sykluser kan se ut til å variere tilfeldig, uten tilsynelatende korrelasjoner mellom sykluser, har sunne systemer minnet om foregående verdier av serien som viser en kompleks tidsstruktur.

For å vurdere variabilitet i fysiologiske tidsserier kan flere matematiske metoder benyttes. På den ene siden kvantifiserer klassiske matematiske metoder, vanligvis brukt på kortere tidsserier (ti titalls datapunkter), fluktuasjonsstørrelsen i et sett med verdier uavhengig av rekkefølgen i fordelingen, ved å beregne standardavviket (SD) og koeffisienten til variasjon (CV). På den annen side kan mer komplekse matematiske metoder, brukt på lengre tidsserier (≥512 sykluser), brukes til å vurdere fluktuasjonsdynamikken over tid (3). Disse sistnevnte metodene har vist at variabiliteten til en rekke fysiologiske signaler (f.eks. hjerte- og respirasjonsrytme eller bevegelsesaktivitet) viser autokorrelasjoner over lang avstand, hvorved den statistiske gjensidige avhengigheten mellom sykluser spenner over et veldig stort antall sykluser (14).

Denne tidsmessige organiseringen av variabilitet er dermed en iboende egenskap innenfor en rekke biologiske systemer. Dessuten kan det gi innsikt i den nevrofysiologiske organisasjonen og i reguleringen av disse systemene (32). Nyere studier hevdet at disse svingningene, inkludert i et optimalt område, ville representere den underliggende fysiologiske evnen til å foreta fleksible tilpasninger til hverdagslig påkjenning på menneskekroppen (32). Derfor antas tilstedeværelsen av slik tidsdynamikk å være en kritisk markør for helse og deres sammenbrudd som en indeks for patologisk tilstand (18, 25, 32). I menneskelig hjertefrekvens for eksempel, indikerer avvik fra et optimum av variabilitet enten i retning av tilfeldighet (f.eks. atrieflimmer) eller overregularitet (f.eks. kongestiv hjertesvikt) tap av adaptive evner til systemet (9, 32) .

I tillegg påvirker noen sykdommer i sentralnervesystemet variasjonen, spesielt av gange. Faktisk er nevrodegenerative lidelser som Parkinsons og Huntingtons sykdommer blant annet karakterisert ved en modifikasjon av gangvariabilitet (observert ved en sammenbrudd av langdistanse autokorrelasjoner) og en høy risiko for å falle. Selv om opprinnelsen til langtrekkende autokorrelasjon fortsatt er ukjent, tyder deres sammenbrudd i slike sykdommer på en sentral kontrollmekanisme (8, 11, 13, 16, 17, 36).

FORSKNINGSPROSJEKT

Parkinsons sykdom (PD) rammer rundt 1 % av befolkningen over 60 år og er en av de vanligste nevrodegenerative lidelsene. PD er progressiv i naturen, og derfor møter pasienter økte vanskeligheter med dagliglivets aktiviteter og ulike aspekter ved mobilitet som gang, forflytninger, balanse og holdning. Til syvende og sist fører dette til redusert uavhengighet, inaktivitet og sosial isolasjon, noe som resulterer i redusert livskvalitet. Følgelig er forbedring av bevegelse et av de viktigste målene for behandling av PD.

Behandlingen av PD har tradisjonelt sentrert seg om medikamentell behandling, med levodopa sett på som "gullstandard"-behandlingen. Men selv med optimal medisinsk behandling opplever parkinsonpasienter forverring i kroppsfunksjon, daglige aktiviteter og deltakelse. Av denne grunn har støtten økt for inkludering av rehabiliteringsterapier som en adjuvans til farmakologisk og nevrokirurgisk behandling. Faktisk bremser regelmessig fysisk aktivitet progresjonen og reduserer fallrisikoen. Dessuten har trening vist sin effektivitet for både bevaring av funksjonelle evner og forebygging av komplikasjoner (kardiovaskulær, osteoporose, ...).

Til nå har få studier inkludert analyse av variabilitet i funksjonsvurderingen av pasienter som har en nevrologisk sykdom, slik som PD. Likevel representerer gangforstyrrelser og fall ikke bare en viktig kostnad for samfunnet, men også en betydelig individuell risiko for morbi/dødelighet. Et hensiktsmessig rehabiliteringsprogram bør gjøre det mulig å redusere risikoen og kostnadene som følger av disse lidelsene. Etterforskeren antar at analysen av gangvariabilitet kan være nyttig som klinisk verktøy i vurderingen av fallrisiko og som vurderingsverktøy for den terapeutiske effektiviteten (medisinering og/eller fysisk trening) ved PD. Derfor er målene med denne studien (1) å vurdere påvirkningen av fysisk trening på menneskelig gangvariabilitet og (2) å studere dens potensielle korrelasjoner med gangevner og nevrologiske svekkelser hos parkinsonpasienter.

Pasienter

Etterforskerne skal rekruttere 50 pasienter med idiopatisk Parkinsons sykdom fra avdelingen for nevrologi ved Cliniques universitaires Saint-Luc (Brussel, Belgia) Studien er godkjent av den etiske komiteen. Alle pasienter vil gi informert skriftlig samtykke til studien. Kvalifikasjonskriterier er: diagnose idiopatisk Parkinson (i henhold til Brain Bank-kriteriene til Storbritannias Parkinson's Disease Society), alvorlighetsgrad av sykdom (i henhold til modifiserte Hoehn & Yahr stadier I til IV), fravær av demens (Minimal Mini Mental State Examination score på 24 eller høyere), stabil medikamentbruk de siste 4 ukene og tilstrekkelig syn og hørsel, oppnådd ved bruk av korrigerende linser og/eller høreapparat om nødvendig. Pasienter vil bli ekskludert hvis de har alvorlig komorbiditet, andre nevrologiske problemer, akutte medisinske problemer (f. MI, diabetes) og leddproblemer som påvirker mobiliteten, og uforutsigbare "Off"-perioder (score >2, MDS-UPDRS punkt 4.5).

Fremgangsmåte

Denne studien er en kontrollert, randomisert, enkeltblindet klinisk studie med et crossover-design. Kontrollgruppen vil ikke endre sin vanlige fysiske aktivitet, mens intervensjonsgruppen vil ha nytte av det fysiske treningsprogrammet. Sistnevnte vil inkludere 30 økter med kretsgruppetrening på 60 minutter (to ganger i uken) fordelt på 15 uker. Deretter blir de to gruppene krysset. I følge de ferske retningslinjene vil programmet inneholde et spesifikt arbeid med balanse, holdning, gange, kondisjon, doble oppgaver og tøying. Alle økter vil bli utført med tilstrekkelig intensitet (dvs. 60-80 % av antatt maksimal hjertefrekvens). Minst 512 sykluser vil bli registrert (med høy samplingsfrekvens (512 Hz)) på en tredemølle med en selvvalgt komfortabel hastighet ved bruk av et endimensjonalt akselerometer tapet på høyre laterale malleolus.

Funksjonsvurdering basert på de 3 domenene i International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF)

Pasientene vil bli vurdert før intervensjon (T0) og ved 15 (T1), 30 (T2), 45 (T3) og 60 uker (T4) blant de 3 ICF-domenene:

Svekkelser vil vurderes ved hjelp av MDS-UPDRS, en instrumentert ganganalyse (kinematisk, kinetisk, elektromyografisk og energisk) (18), 6 minutters gangdistanse, 10 meter gangtest, ABC-skalaen og BESTest (inkludert funksjonell rekkeviddetest , Push & Release og Get Up & Go-testen).

Aktiviteter, deltakelse og livskvalitet vil bli evaluert Impact on Participation and Autonomy Questionnaire (IPAQ) og en høstdagbok.

Gåvariasjonsanalyse

Variasjon i revolusjonstid vil bli verdsatt av klassiske og komplekse matematiske metoder. Klassiske matematiske metoder (standardavvik, variasjonskoeffisient) gir mulighet for å evaluere fluktuasjonsstørrelsen, mens komplekse matematiske metoder (langdistanseautokorrelasjoner) vurderer dynamikken til fluktuasjoner over tid (3).

Tilstedeværelsen av langdistanse autokorrelasjoner vil bli evaluert ved å bruke den integrerte tilnærmingen foreslått av Rangarajan og Ding og validert av Crevecoeur et al. i sammenheng med fysiologiske tidsserier. Disse metodene er beskrevet mer detaljert andre steder. Kort fortalt vil Hurst-eksponenten (H) beregnes ved å bruke den reskalerte rekkeviddeanalysen, og α-eksponenten vil bli evaluert ved bruk av kraftspektraltettheten til tidsserien. For hver tidsserie vil begge metodene bli brukt på sekvenser av 512 påfølgende gangskritt.

I teorien er eksponentene H og α asymptotisk relatert av relasjonen H. Derfor består den integrerte tilnærmingen av å beregne H og α separat, og verifisere at disse to parameterne er konsistente gjennom ligningen d=H-(1+α)/ 2=0. En verdi på d ≤ 0,10 anses som akseptabel siden de asymptotiske parametrene er evaluert på endelige tidsserier.

Oppsummert må følgende tre betingelser være oppfylt for å konkludere for tilstedeværelsen av langtrekkende autokorrelasjoner:

H > 0,5; α er signifikant forskjellig fra 0 og lavere enn 1; og d < 0,10

Når det oppstår inkonsekvenser mellom H og α, vil etterforskerne bruke den tilfeldig stokkede surrogatdatatesten for å avvise nullhypotesen om at serien som undersøkes ikke har noen tidsmessig struktur (dvs. ukorrelert tilfeldig prosess).

PERSPEKTIV

Ved å studere påvirkningen av fysisk trening på menneskelig gangvariabilitet og dens potensielle sammenhenger med gangevner og nevrologiske svekkelser hos parkinsonpasienter, håper forskerne å demonstrere at analysen av gangvariabilitet kan brukes som et klinisk verktøy i vurderingen av fallrisiko og som et vurderingsverktøy for den terapeutiske effektiviteten (medisinering og/eller fysisk trening) ved PD.