Berikade miljöer för strokerehabilitering i övre extremiteterna

A. Vetenskaplig bakgrund

Stroke är den tredje vanligaste dödsorsaken i västerländska länder och sensorimotorisk dysfunktion i övre extremiteterna (UL) bidrar väsentligt till förekomsten av fysiska handikapp och handikapp (Olsen 1990). En förklaring till dålig armåterhämtning är fokus på uppgiftsutförande snarare än prestationskvalitet. Detta kan förstärka alternativa (kompensatoriska) rörelsestrategier istället för att uppmuntra återuppkomsten av pre-morbida rörelsemönster (återhämtning). Även om det rehabiliterande målet är återhämtning av funktion, om detta uppnås genom verklig motorisk återhämtning eller kompensation är fortfarande under debatt. För vissa patienter med allvarlig funktionsnedsättning bör kompensation uppmuntras för att maximera funktionsförmågan. Alternativt, för dem med god prognos, betonas motorisk återhämtning av flera skäl. För det första, givet lämplig träning, kan återhämtningen fortsätta långt in i det kroniska skedet av stroke (t.ex. Michaelsen & Levin 2004). För det andra, även om kompensation kan underlätta omedelbar prestation, kan den leda till långvariga problem som smärta och kontraktur (Ada et al. 1994; Levin 1997). För det tredje, att tillåta kompensationer skulle kunna uppmuntra inlärd icke-användning, vilket begränsar kapaciteten för efterföljande motoriska vinster (Allred et al. 2005). Medan prestationsvinster har dokumenterats efter repetitiv träning av isolerade rörelser (t.ex. Whitall et al. 2000), har få studier behandlat huruvida patienter kan använda explicit information för att optimera tillägnandet av motorisk färdighet och om verklig beteendeåterhämtning inträffar. Punkter att tänka på när man utvecklar optimala träningsprogram är att lärande sker när deltagarna är motiverade, övar på en mängd relaterade uppgifter och får relevant feedback (Nudo & Friel 1999; Winstein et al. 1999). Dessutom kan det hända att patienter inte drar nytta av varierande övningar förrän saknade motoriska element återställs (Carr & Shepherd 1987) och motorisk ominlärning är relaterad till fysisk och kognitiv funktionsnedsättning (Cirstea et al. 2006).

Hittills har de flesta studier endast använt kliniska mått för att utvärdera funktionell förändring (t.ex. Jang et al. 2003) utan att beakta hur rörelse utförs. Denna studie kommer att fokusera på förmågan att skilja mellan om funktionsförbättring är resultatet av en ökning av kompensationen eller från verklig motorisk återhämtning. Detta kan endast göras genom att korrelera funktionsförbättring (kliniska mått) med förändringar i armmotoriska mönster genom detaljerad rörelseanalys (kinematik). Eftersom det finns ett stort antal möjliga kinematiska indikatorer på förbättring, behöver utredarna identifiera vilka åtgärder som mest tyder på förändring. Detta är ett första steg i bestämningen av kliniskt meningsfulla resultatmått som ska användas i randomiserade kontrollstudier av effektiviteten av interventioner. Klinisk framträdande är väsentligt för att översätta kunskap från forskningsstudier till evidensbaserad praktik (van Peppen et al. 2007).

B. Studiedesign: 1. Detaljerad plan för studien

Två grupper om 8 patienter med stroke kommer att delta i en A-B-A-design där data från post-intervention (inom en vecka efter avslutad intervention) och uppföljning (en månad efter avslutad intervention) tester kommer att jämföras med data från två förtester (som hölls i början och slutet av den första veckan av studien strax före starten av interventionen). Flera kliniska och kinematiska motoriska resultat kommer att mätas för att bestämma vilka som bäst beskriver armmotorisk återhämtning. Detta kommer att göras genom att jämföra förändringar i resultat före och efter träning med genomsnittliga poäng för 8 ålders- och könsmatchade friska frivilliga (inspelade i en enda session). Strokeöverlevande kommer att träna rörelse i två olika träningsmiljöer som ger olika nivåer av motivation och feedback: Träningsmiljö 1 kommer att skapas i en 2D-videobaserad VR-miljö som kommer att ge hög motivation, kunskap om resultat (KR) om motoriskt resultat (dvs. hastighet, precision) och icke-specifik Knowledge of Performance (KP) feedback om bålrörelser. Miljö 2 kommer att skapas i en fysisk miljö som endast ger KP-feedback men ingen KR eller ytterligare motivation.

Träningsprotokoll: Efter baslinjeutvärderingar (fysiska och kognitiva), kommer strokegrupper att öva på att peka på 6 standardiserade mål placerade strax utanför räckhåll (12 försök per mål) under en förvärvsfas på 15 sessioner fördelade på tre veckor (3 sessioner/vecka, 72 försök /session). Denna övningsregim innehåller element som är nödvändiga för optimal motorisk inlärning: 1) Varierad övning: Även om rörelserna inte är nya motoriska uppgifter, bör de återhämtas under strokeåterhämtning. Vårt mål är inte att lära ämnen en ny uppgift utan att identifiera hur en rörelse som utförs suboptimalt kan förbättras med övning. 2) Intensiv träning: Antalet repetitioner per session valdes enligt studier av Cirstea och Levin (2000). Således betraktas 72 försök per pass (3 block med 24 försök, 5 min vila mellan blocken) som "intensiv" träning, vilket är ett nödvändigt element för ett framgångsrikt träningsprogram. Efter förvärvsfasen, utvärderingar som kommer att upprepas efter 3 månader för att utvärdera retention och överföring av motorik.

2. Metoder: Försökspersoner Åtta strokepatienter per grupp kommer att rekryteras. De kommer att matchas för ålder och initial armmotorisk svårighetsgrad (± 5 poäng på Fugl-Meyer Arm Assessment). Åtta ålders- och könsmatchade friska försökspersoner kommer att rekryteras som kontrollgrupp.

Ämnesrekrytering: Patienter kommer att rekryteras från Haim Sheba-sjukhusets utskrivningslistor med hjälp av en procedur på plats sedan 2005. Screening kommer att göras av kliniska forskningsmedarbetare. Potentiella deltagare som uppfyller inklusionskriterierna 1-3 och uteslutningskriterierna kommer att skickas ett förklarande brev där de uppmanas att kontakta studieutredarna. Informerat samtycke kommer att erhållas från varje deltagare. Kontrollämnen kommer att rekryteras från samhället.

Träningsmiljöer: Motivation och återkoppling: Träning kommer att göras på avdelningen för arbetsterapi som ligger vid Sheba Medical Center. Träningsmiljöer kommer att tillåta oss att utvärdera effekten av att kombinera olika grader av motivation och feedback på motoriskt resultat. Miljö 1 är mycket motiverande (ny och rolig) eftersom träning presenteras som ett spel där eleven försöker slå sina egna poäng i efterföljande pass. Målen presenteras som bollar i ett videobaserat VR-system (Gesture Xtreme). Patienten sitter framför en 36 tums skärm av 6 målscenen. Patientens bild fångas av en videokamera och sätts in i scenen som visas på monitorn. Uppgiften är att peka på vart och ett av målen som visas i en slumpmässig sekvens. Feedback kommer att ge relevant information för motorisk inlärning (KR, KP, spelresultat). Miljö 2 innehåller samma antal och disposition av mål som Env. 1 men de kommer att presenteras i en fysisk miljö på en träram framför motivet. KR- och KP-feedback kommer att ges som verbala ledtrådar av försöksledaren, vilket vanligtvis görs på kliniken. De kommer dock inte att vara ytterligare motiverande information (spelresultat).

Preliminära resultatmått: Kliniskt Före och efter träning i båda strokegrupperna kommer blindade utvärderare att mäta kliniska poäng av armmotorisk funktionsnedsättning och funktion (Fugl-Meyer Arm Score, Reaching Performance Scale, Box and Blocks test, Wolf Motor Function Test, Motor Activity Log ) samt kognitiv funktion. Alla tester är giltiga och tillförlitliga och används regelbundet i klinisk praxis.

Kinematisk testning: Testuppgift och överföringsuppgift:

Utredarna kommer också att registrera kinematiska utfallsmått som kännetecknar arm- och bålrörelser under sträckning (armbågsförlängning, horisontell axeladduktion, axelböjning, skulderbladsrörelser, bålförskjutning).

Vårt mål är att fokusera på segmentell och ledkinematik under ett test och en överföringsuppgift som består av räckande rörelser. Testuppgiften kommer att spelas in. Testmålet kommer att placeras i linje med patientens bröstben på ett avstånd strax bortom patientens armlängd. Testuppgiften liknar rörelser som görs till ett av de övade målen. För att bedöma motorisk inlärning kommer utredarna att avgöra om element som lärts i en uppgift överförs till andra liknande uppgifter. Således kommer utredarna också att bedöma rörelser gjorda i en Transfer Task, till ett mål placerat framför den ipsilaterala axeln 5 centimeter (cm) högre än den översta raden av tränade mål. Överföringsuppgiften är därför en ny rörelse som inte praktiseras under utbildningen. Segmentkinematik för stel kropp kommer att registreras från uppsättningar av 4 passiva reflekterande markörer (sfärer med 0,5 cm diameter) fästa på bålen, överarms- och underarmssegmenten. Detta kommer att möjliggöra beräkningen av tre translationella och tre roterande frihetsgrader per segment. Ledkinematik kommer att samlas in från markörer fixerade på bröstbenet, acromion, armbåge och handled via exo-skelettramar. Markörrörelse kommer att spelas in med ett kalibrerat 3-kameror opto-elektroniskt motion-capture-system (ProReflex MCU-240, Qualisys) på lämplig datormjukvara (Qualisys, Göteborg, Sverige). Datainsamling (100 Hertz, 2-5 sekunder) kommer att triggas genom att handen rör sig från ett centralt läge genom att en mekanisk strömbrytare släpps. Noggrannheten för mätningarna för varje markör är inom ett fel på <0,2 cm.

Som ett första steg kommer utredarna att bestämma rörelsetider, noggrannhet, jämnhet, segment- och ledrotationer och huvudkomponenterna i flerledskoordination. Kartesiska koordinater (x,y,z) för varje segment kommer att erhållas från segmentmarkörsuppsättningarna. Rådata från minst tre markörer per segment kommer att användas efter interpolering av saknade markörer (5:e ordningens polynom). För varje försök kommer rörelsetider och topphastigheter att bestämmas från ändpunktens tangentiella hastighetsspår. Rörelsetid är tiden mellan den punkt där tangentialhastigheten överstiger och förblir över 5 % av dess maximum och sedan återgår till och förblir under denna nivå. Rörelsenoggrannhet i termer av konstant omfattningsfel kommer att beräknas som medelavståndet (d) mellan slutpunktspositionen (x, y, z) och målets position (x0, y0, z0). Konstanta och variabla (SD) riktningsfel kommer också att definieras. Rörelsejämnheten kommer att beräknas från det tangentiella hastighetsspåret med hjälp av krökningsindex (förhållandet mellan ändpunktsvägens längd och längden av en rät linje som förenar de initiala och slutliga positionerna) och antalet toppar i banans väg. För segment- och ledrotationer kommer vektorer att beräknas inom referenskoordinatsystem för över- och underarmssegmenten.

Från det resulterande segmentets tyngdpunktsrörelse- och segmentrotationsdata kommer olika utfallsvariabler att beräknas. De mest relevanta kommer att definiera förändringar i prestanda med avseende på ändpunktsrörelsen och med avseende på hela armens hållning, särskilt utvecklingen av rörelsen över tiden (tidsderivator) och fragmenteringen av armens segmentbana och hållning samtidigt som man rör sig mot de olika målen. Ytterligare aspekter av rörelse kommer att undersökas för att hitta de mest lämpliga beskrivningarna av armmotorik och förändringar efter de föreslagna kliniska interventionerna.

Förändringspoäng kommer att beräknas för varje ämne för att fastställa ett förbättringsindex (IP) och ett lärandeindex (IL). IP definieras som förändringen i varje variabel som ett förhållande mellan post- och pre-testvärden. En IP på 1 indikerar ingen förändring medan negativa och positiva värden indikerar att värdet minskat respektive ökat. För vissa variabler kommer positiva förhållanden att indikera förbättring (ändpunktshastighet, ändpunktsjämnhet, vinkelmått, fasamplituder) medan för andra kommer förbättring att demonstreras av negativa förhållanden (rörelsetid, rörelseprecision). IL, som används för att avgöra om försökspersoner behåller förbättringar efter träning för varje uppföljningsepok, definieras som förändringen i variabeln vid retention jämfört med efter test. IL-värden på 1 indikerar att förbättringen bibehålls (ingen förändring), av negativt värde som parametern minskat och positivt värde att parametern ökat.

Statistisk analys: För vårt första syfte kommer förändringar i utfallsmått att bestämmas genom att jämföra rörelseresultat före och efter förvärvs- och retentionsfaserna med två upprepade åtgärder blandad design ANOVA (MANOVA) och jämföra råa medel (Tid 1, Tid 2, Tid 3, tid 4) och ändra poäng (IP, IL) mellan grupperna. Utredarna kommer att avgöra vilka kinematiska åtgärder som genomgår mest förändring och därmed kan vara mest indikativa för motorisk återhämtning (t.ex. ökad armbågs- och/eller axelrörelse, minskad bålrörelse) genom att undersöka vilka åtgärder som är mest olika mellan träningsgrupperna. Utredarna förväntar sig att förändringarna i gruppträningen i Miljö I blir större än de i från gruppträningen i Miljö 2.