Autokorrelerte rytmiske auditive stimuleringer for pasienter med Parkinsons sykdom

BAKGRUNN

Basal ganglia-dysfunksjon ved Parkinsons sykdom (PD) induserer gangsvikt som kortere skrittlengde, redusert ganghastighet, redusert armsving og økt tilfeldighet i variasjonen av skrittvarighet i gangsyklusene. Denne økte tilfeldigheten i gangvariasjonen er et typisk symptom som kan føre til fall, tap av autonomi og redusert livskvalitet. Nylig tillot Long-Range Autocorrelations (LRA)-vurderingen å understreke forverringen av den tidsmessige organiseringen av PD-pasienters gangvariabilitet og demonstrerte korrelasjoner med sykdommens alvorlighetsgrad og balansestatus. Disse LRA involverer en lang hukommelsesprosess som betyr at hvert skritt avhenger av varigheten av de forrige nære og fjerne skrittene. Gangvariasjon bør balanseres og bør holde seg i en optimal ramme mellom tilfeldighet og overregelmessighet. Dette betyr at LRA bør være balansert for å beholde de sunne adaptive evnene til systemet, for å være i "Optimal Movement Variability" som lar personen bevege seg på en stabil, men likevel adaptiv måte. LRA-måling vil derfor være den første kvantitative biomarkøren for ganginstabilitet og risiko for å falle, noe som er av spesiell klinisk interesse.

Det er nå velkjent at PD-pasienter har en større gangvariasjon med en reduksjon av LRA. Det betyr at PD-pasienter er mer sannsynlig å falle, noe som senker livskvaliteten. Det er også velkjent at gangforstyrrelser ikke reagerer godt på dopaminerge farmakologiske behandlinger. Derfor synes det viktig å utvikle ikke-farmakologiske behandlinger for å forbedre LRA. Rhythmic Auditory Stimulation (RAS), ved hjelp av en metronom, har blitt studert i årevis for å forbedre PD-pasienters gange. Forfattere viste at bruken av et fast-tempo isokronisk RAS reduserte variasjonen av skrittvarighet, virket som en ekstern rytmegenerator og omgå basalgangliene som fungerer som en svekket indre rytmegenerator hos PD-pasienter. Det foreslås da at en bredere bruk av en isokronisk RAS, ved hjelp av en metronom, bør være gunstig i gangrehabilitering for PD-pasienters gangparametere, som ganghastighet, skrittlengde, variasjon i skrittvarighet og livskvalitet.

Imidlertid har det blitt vist at bruk av en isokronisk RAS reduserer LRA hos friske personer og også PD-pasienter. Forfattere antydet at den kognitive belastningen som kreves av en isokronisk RAS ville være for høy for PD-pasienter, noe som skaper en dobbel oppgave og reduserer dens anvendelighet i en cue-enhet. Denne RAS ville tvinge pasienter til en stereotyp gangart i stedet for en adaptiv autokorrelert gangart. Da er spørsmålet: Bør klinikere fortsette å bruke en isokronisk RAS ved hjelp av en metronom for PD-pasienters gangrehabilitering? Eller bør klinikere bruke autokorrelert RAS for å unngå tap av adaptivitet, men likevel få de gunstige effektene av metronomen? Målet med denne studien var å analysere effektene av 3 forskjellige RAS (isokron metronom, autokorrelert metronom og tilfeldig metronom) på PD-pasienters gangparametere og variasjon av skrittvarighet (størrelse og tidsorganisering).

METODER

Pasienter

Denne studien var unisentrisk. Ni PD-pasienter deltok i studien og ble rekruttert fra avdelingen for nevrologi ved Cliniques universitaires Saint-Luc (Brussel, Belgia). Studien ble godkjent av den lokale etiske komiteen. Alle pasienter ga informert skriftlig samtykke til studien. Kvalifikasjonskriterier vil bli beskrevet i en annen del.

Fremgangsmåte

Pasientene ble bedt om å gå rundt 4 ganger (1 gang for hver tilstand presentert nedenfor) på en oval innendørsbane på 42 m i løpet av 10 minutter hver gang for å få 512 påfølgende skritt som er nødvendige for å måle LRA. Innendørsbanen ble valgt for å samle inn data på en standardisert måte og for å unngå skjevheter knyttet til miljøforhold som potensielt kan påvirke pasientenes balanse, som terreng og/eller værforhold. To endimensjonale akselerometre ble tapet på pasientenes begge laterale malleoli i antero-posterior retning. Disse akselerometrene ble koblet til en registreringsenhet (Vitaport 3 - Temec Instruments B.V., Kerkrade, Nederland) festet til pasientenes midje. Dette systemet tillot å registrere ved 512 Hz hver positive akselerasjonstopp som tilsvarer hvert hælstøt. Akselerasjonstoppen, oppdaget av programvaren internt utviklet, bestemte skrittvarigheten.

Fire tilstander ble presentert for pasienter i en randomisert rekkefølge. En tilstand bestod i å gå uten RAS (Spontaneous Condition, SC). De tre andre tilstandene var henholdsvis Isochronic tempo RAS Condition (IC), Random RAS Condition (RC) og Autokorrelert RAS Condition (AC). Hver av disse tre tilstandene besto i å gå med lett RAS som avviker med deres tidsmessige organisering. Hver av dem ble komponert med programvaren Matlab 2014R (Mathworks, M.A.) og tilpasset hver pasient i henhold til spontan ganghastighet bestemt av en 10m gangtest oppnådd før eksperimentet. Følgelig inneholdt henholdsvis IC, RC og AC ingen RAS-variasjon, tilfeldig variasjon av RAS og autokorrelert RAS organisert i tid og karakterisert ved en Hurst (H)-eksponent = 0,80. For å gjenoppta, selv om disse tre RAS hadde samme gjennomsnitt av interbeat-varigheten, skiller RAS seg fra hverandre ved tilstedeværelse eller fravær av rytmevariasjoner (ulike H- og alfa-eksponenter). Under eksperimentet lyttet pasienter til RAS gjennom øretelefoner (Apple EarPods) ved hjelp av en MP3-spiller.

Før datainnsamlingen lyttet pasientene til RAS og ble bedt om å markere rytmen med et fingertrykk for å se om den temporale strukturen til RAS ble nøyaktig oppdaget. Etter dette ble pasientene bedt om å "gå i henhold til den foreslåtte rytmen". Minimum 10 minutter er nødvendig for å få 512 påfølgende gangsykluser (antall nødvendig for bruk av signalbehandlingsmetodene beskrevet nedenfor). Kursretningen som ble tatt av pasientene (med eller mot klokken) ble randomisert mellom dem, men hver pasient beholdt samme kursretning etter randomisering. Eksperimentet ble alltid utført på samme tid på dagen for samme pasient under ON-fasen av dopaminerg behandling for å unngå medikamenteffekt. Videre ble det testet maksimalt to tilstander i løpet av en dag med en minimumspause på 5 minutter mellom hver av tilstandene for å unngå utmattelseseffekt. Pasientene kom tilbake en annen dag for å utføre de to andre tilstandene.

Funksjonsvurdering

Funksjonelle vurderinger dekket de 3 domenene til International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF): kroppsfunksjoner og strukturer, aktivitet og deltakelse. Vurderinger vil bli beskrevet i et annet avsnitt.

Gangevurdering

Data ble hentet ut fra 512 påfølgende gangsykluser som kreves for å måle variabilitet i gang.

Spatiotemporale gangvariabler

Gjennomsnittlig ganghastighet, gangtråkkfrekvens og skrittlengde ble målt som følger:

• Gjennomsnittlig ganghastighet (m.s-1) = Total gangavstand (m)/ Innhentingsvarighet (s)
• Gangtråkk (#steps.min-1) = Totalt antall trinn (#)/anskaffelsesvarighet (min)
• Trinnlengde (m) = Ganghastighet (m/s)*60/Gangkadens (trinn/min)

Variasjon av skrittvarighet

Variasjon av skrittvarighet kan vurderes på to måter: i form av størrelse eller i form av organisering (hvordan skrittvarighet utvikler seg over påfølgende gangsykluser).

Størrelsen på variasjonen for skrittvarighet:

For å bestemme effekten av RAS på størrelsen på variasjonen for skrittvarighet under 512 gangsykluser, ble gjennomsnittet, standardavviket (SD) og variasjonskoeffisienten (CV = [SD/middel] * 100) vurdert.

Tidsmessig organisering av skrittvarighetsvariabiliteten (LRA):

Tre metoder (Rescaled Range Analysis (Hurst-eksponent; H), Power Spectral Density (α-eksponent) og d-forhold (d = H- [(1+ α)/2])) og "surrogatdatatestene" ble brukt for å måle LRA. Tilstedeværelsen av LRA kan vises med et høyt bevisnivå når disse 3 betingelsene er oppfylt:

• H er større enn 0,5
• α er signifikant forskjellig fra 0 og mindre enn 1
• d ≤ 0,10 Hvis det oppstår en inkonsistens mellom H og α, brukes tilfeldig blandet surrogatdatatest for å avvise nullhypotesen om fravær av tidsstruktur i studerte serier.

Data ble behandlet ved hjelp av CVI Labwindows (C++).

Statistisk analyse:

Statistiske analyser ble utført ved bruk av SigmaPlot 13.0. En enveis gjentatt mål ANOVA ble brukt for å bestemme tilstedeværelsen eller fraværet av effekt av de forskjellige RAS på spatiotemporale gangparametere (ganghastighet, gangtråkkfrekvens, skrittlengde) og på variasjon av skrittvarighet (lineære mål (gjennomsnitt, SD, CV) og ikke-lineære mål (H-eksponent og α)). En annen enveis gjentatte mål ANOVA ble brukt for å analysere variasjonen av inter-slag-varigheten til RAS (lineære og ikke-lineære mål). Når en signifikant forskjell mellom gruppene ble oppdaget med ANOVA, ble det utført en post hoc Tukey-test for å sammenligne hver gjennomsnitt med de andre metodene for å isolere gruppene fra hverandre. Spearmans korrelasjonskoeffisient ble målt for å analysere koblingen mellom de ikke-lineære målene (H, α) av skrittvarigheten og inter-slag-varigheten til RAS. Resultatene ble vurdert som statistisk forskjellige for p-verdier < 0,05.