运动对帕金森病长程自相关的影响

背景

人类运动最常见的特征之一是它在同一节奏任务的多次重复中的可变性 (1)。 在人类中，许多周期性信号，例如步态、心跳、呼吸和神经元活动，都具有时间复杂性的特点，随着时间的推移以复杂的方式波动。 尽管周期之间的波动似乎是随机变化的，但周期之间没有明显的相关性，但健康的系统拥有对系列先前值的记忆，显示出复杂的时间结构。

为了评估生理时间序列的可变性，可以使用几种数学方法。 一方面，通常应用于较短时间序列（数十个数据点）的经典数学方法通过计算标准偏差（SD）和变异（CV）。 另一方面，应用于较长时间序列（≥512 个周期）的更复杂的数学方法可用于评估随时间变化的波动动态 (3)。 后面这些方法已经证明，许多生理信号（例如心脏和呼吸节律或运动活动）的可变性表现出长程自相关，由此统计上的周期之间的相互依赖跨越了大量周期 (14)。

因此，这种可变性的时间组织是许多生物系统中的固有属性。 此外，它可以提供对神经生理学组织和这些系统调节的深入了解 (32)。 最近的研究声称，包括在最佳范围内的这些波动将代表潜在的生理能力，以灵活适应人体每天承受的压力 (32)。 因此，这种时间动态的存在被认为是健康的关键标志，它们的崩溃是病理状况的指标 (18, 25, 32)。 例如，在人类心率中，在随机性（例如心房颤动）或过度规律性（例如充血性心力衰竭）方向上偏离最佳变异性表明系统失去了适应能力 (9, 32) .

此外，一些中枢神经系统疾病会影响变异性，尤其是步态。 事实上，帕金森病和亨廷顿病等神经退行性疾病的特征包括步行变异性的改变（通过长期自相关的破坏观察到）和跌倒的高风险。 尽管长程自相关的起源仍然未知，但它们在此类疾病中的崩溃表明存在中央控制机制 (8, 11, 13, 16, 17, 36)。

研究项目

帕金森病 (PD) 影响约 1% 的 60 岁以上人口，是最常见的神经退行性疾病之一。 PD 在本质上是进行性的，因此患者在日常生活活动和行动的各个方面（例如步态、转移、平衡和姿势）方面面临越来越大的困难。 最终，这会导致独立性下降、缺乏活动和社会孤立，从而导致生活质量下降。 因此，改善运动能力是 PD 管理的最重要目标之一。

PD 的管理传统上以药物治疗为中心，左旋多巴被视为“金标准”治疗。 然而，即使采用最佳医疗管理，帕金森病患者的身体功能、日常活动和参与度也会下降。 出于这个原因，越来越多的人支持将康复疗法作为药物和神经外科治疗的辅助手段。 事实上，规律的体育锻炼可以减缓进展并降低跌倒的风险。 此外，锻炼已证明其在保持功能能力和预防并发症（心血管、骨质疏松症等）方面的有效性。

到目前为止，很少有研究包括对出现神经系统疾病（如 PD）的患者进行功能评估的变异性分析。 然而，行走障碍和跌倒不仅代表了社会的重要成本，而且代表了相当大的个人发病/死亡率风险。 适当的康复计划应该能够立即降低这些疾病导致的风险和成本。 研究人员假设步行变异性分析可用作评估跌倒风险的临床工具和 PD 治疗效果（药物和/或体育锻炼）的评估工具。 因此，本研究的目的是 (1) 评估体育锻炼对人类步行变异性的影响，以及 (2) 研究其与帕金森病患者步行能力和神经损伤的潜在相关性。

患者

研究人员将从 Cliniques universitaires Saint-Luc（比利时布鲁塞尔）的神经科招募 50 名特发性帕金森病患者。该研究已获得伦理委员会的批准。 所有患者都将对研究给予知情的书面同意。 资格标准是：诊断为特发性帕金森病（根据英国帕金森氏病学会的脑库标准）、疾病严重程度（根据改良的 Hoehn & Yahr I 至 IV 期）、无痴呆症（最小精神状态检查得分为 24 分）或更高），在过去 4 周内药物使用稳定，视力和听力良好，必要时使用矫正镜片和/或助听器实现。 如果患者有严重的合并症、其他神经系统问题、急性医学问题（例如 心肌梗死、糖尿病）和影响活动能力的关节问题，以及不可预测的“关闭”期（分数 >2，MDS-UPDRS 项目 4.5）。

程序

本研究是一项采用交叉设计的对照、随机、单盲临床研究。 对照组不会改变其通常的体育活动，而干预组将受益于体育锻炼计划。 后者将包括 30 节 60 分钟（每周两次）的电路组训练，持续 15 周。 然后，两组将交叉。 根据最近的指导方针，该计划将包括一项关于平衡、姿势、步态、健身、双重任务和伸展运动的具体工作。 所有课程都将以足够的强度进行（即 预测最大心率的 60-80%）。 使用贴在右外踝上的一维加速度计，以自选的舒适速度在跑步机上至少记录 512 个周期（以高采样率 (512 Hz)）。

基于国际功能、残疾和健康分类 (ICF) 的 3 个领域的功能评估

患者将在干预前 (T0) 和 15 (T1)、30 (T2)、45 (T3) 和 60 周 (T4) 的 3 个 ICF 领域中进行评估：

损伤将通过 MDS-UPDRS、仪器化步态分析（运动学、动力学、肌电图和能量）(18)、6 分钟步行距离、10 米步行测试、ABC 量表和 BESTest（包括功能伸展测试）进行评估、推送和发布以及起床和开始测试）。

活动、参与和生活质量将通过对参与和自主性问卷调查 (IPAQ) 和秋季日记的影响进行评估。

步行变异性分析

经典和复杂的数学方法将理解革命时间的可变性。 经典数学方法（标准偏差、变异系数）允许评估波动幅度，而复杂的数学方法（长期自相关）评估随时间波动的动态 (3)。

将使用 Rangarajan 和 Ding 提出并由 Crevecoeur 等人验证的综合方法评估长期自相关的存在。在生理时间序列的背景下。 这些方法在别处有更详细的描述。 简而言之，Hurst 指数 (H) 将使用重新调整的极差分析进行计算，而 α 指数将使用时间序列的功率谱密度进行评估。 对于每个时间序列，这两种方法都将应用于 512 个连续步态步幅的序列。

理论上，指数 H 和 α 由关系 H 渐近相关。因此，集成方法包括分别计算 H 和 α，并通过等式 d=H-(1+α)/ 验证这两个参数是否一致2=0。 d ≤ 0.10 的值被认为是可以接受的，因为渐近参数是在有限时间序列上评估的。

总之，必须满足以下三个条件才能得出长期自相关存在的结论：

H > 0.5; α显着不同于0且小于1； d≤0.10

当 H 和 α 之间出现不一致时，研究人员将使用随机打乱的替代数据检验来拒绝零假设，即被调查的序列没有时间结构（即 不相关的随机过程）。

观点

通过研究体育锻炼对人类步行变异性的影响及其与帕金森病患者步行能力和神经功能障碍的潜在相关性，研究人员希望证明步行变异性分析可用作评估跌倒风险和跌倒风险的临床工具。作为 PD 治疗效果（药物和/或体育锻炼）的评估工具。