PD 帕金森病 2042 - 0080 2090 - 8083 Hindawi 10.1155 / 2020/2976535 2976535 研究文章 可穿戴传感器测量踝关节变化前后的帕金森症患者急性左旋多巴的挑战 https://orcid.org/0000 - 0002 - 0491 - 2416 壮族 1 1 最小值 1 1 小君 1 1 越南盾 景德镇 1 https://orcid.org/0000 - 0001 - 8716 - 5892 平邑 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 1024 - 6165 Wenbin 3 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1092 - 7531 1 Alesch 弗朗索瓦 1 美国老年病学 南京医科大学附属医院脑 南京 中国 2 神经学部门 广州医科大学第一附属医院 广州 中国 gzhmc.edu.cn 3 神经外科学系 南京医科大学附属医院脑 南京 中国 2020年 9 4 2020年 2020年 20. 10 2019年 13 01 2020年 22 02 2020年 9 4 2020年 2020年 版权©2020吴壮族等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

背景。先前的研究发现左旋多巴可以改善踝关节的活动的帕金森病(PD)患者。但踝关节运动是由四个运动范围。四运动范围的具体变化PD仍然未知。 客观的。本研究的目的是分解复杂的踝关节运动,测量踝关节急性左旋多巴的挑战测试前后变化(ALCT),并研究了这些参数对步态的影响性能。 方法。29 PD患者和30名健康对照组(HC)完成的站立和行走(ISAW)测试和收集的步态参数JiBuEn步态分析系统。的百分比提高步态数据和药物的UPDRS三世条件(上)测定对off-drug条件(了)。 结果。我们观察到减少脚跟罢工角(HS), 3-plantarflexion (3-PF)角度,和4-dorsiflexion 4-DF脚踝关节角。我们没有发现显著差异在脚趾头角度(),1-plantarflexion (1-PF)角度,和2-dorsiflexion(第二代)三组之间的角度。步幅与HS改进率显著相关( r年代= 0.616, P < 0.001 )和3-PF ( r年代= 0.639, P < 0.001 )提高利率。改善刚度项的总和(UPDRS运动分段项目22)也与HS ( r年代= 0.389, P = 0.037 )和3-PF ( r年代= 0.373, P = 0.046 )提高利率。 结论。外源性补充左旋多巴可以显著降低PD患者的刚度,改善3-PF和4-DF踝关节的运动学参数,并最终提高他们的步态。

研究和开发 BE2018610 科学技术部 2016年yfc1306600 卫生研究 BJ16001
1。介绍

帕金森病(PD)是第二个最常见的神经退行性疾病。步态和平衡障碍是重要的PD患者的临床特点 1]。这些患者表现出缓慢转动,小的步长,手臂摆动( 2]。可诱发疾病恶化,他们步履不稳跌倒和骨折,从而增加死亡率( 3]。因此,这些患者的步态干预是至关重要的。与外源性补充左旋多巴建议改善PD患者的运动功能。左旋多巴的摄入量可以提高步幅和速度( 4- - - - - - 7]。此外,手臂的峰值速度行走,脚步持续时间、双支撑时间,抑扬顿挫,躯干运动还可以改善( 4, 8]。然而,大多数研究集中在时空的步态参数不足以阐明复杂的PD患者的步态特征( 9, 10]。这些时空步态参数的变化在PD患者仍有争议。越来越多的研究都集中在运动学参数,如联合动作会对我们改进机制( 11]。小脑性共济失调患者增加了一步宽度和减少踝关节范围,可以区分小脑性共济失调和健康组( 12]。左旋多巴的活动可以提高臀部、膝盖和脚踝关节的PD患者( 13, 14]。左旋多巴摄入后,只脚踝关节的运动学参数显示增加规律( 15]。因此,踝关节PD患者具有重要意义。然而,踝关节运动是复杂的,是由四个运动范围相应函数( 16- - - - - - 18]。一项研究表明,外源性补充左旋多巴的刚度可以显著降低PD患者( 19]。我们建议改善PD患者的刚度,它可以释放一些踝关节的运动学参数,最终提高他们的步态。随着微电子技术的发展,可穿戴传感器可以客观、定量评估人体的行走功能( 20.- - - - - - 22]。在我们的研究中,我们通过使用最新的可穿戴设备收集的数据,JiBuEn步态分析系统( 23]。本研究的目的是分解复杂的踝关节运动,测量踝关节ALCT前后的变化,并研究了这些参数对步态的影响性能。这些参数可以用来有效地阐明左旋多巴在步态改善的机制和评估药物治疗的效果。

2。患者和方法 2.1。病人

在我们的研究中,29 PD患者(18岁男性,11个女性;疾病的平均持续时间为6.4±4.6岁)参加美国老年病学,南京医科大学的附属医院脑,2018年10月至2019年7月。特发性帕金森病的患者都是根据社会运动障碍(MDS)诊断标准( 24)和没有神经或肌肉骨骼的疾病,可能会影响我们的研究的结果。我们招募了30 HC科目PD患者的配偶或照顾者。研究完整的解释后,所有的参与者签署书面知情同意前实验。这项研究是医学伦理委员会批准的南京医科大学的附属医院脑,IRB批准文号是2017 - ky037。”

2.2。临床评价

PD患者和HC的主题,我们收集以下数据:年龄、身高、体重、性别、鞋码、和蒙特利尔认知评估(MoCA)。所有的病人在早上进行测试,被要求快速ALCT之前。他们的抗帕金森病的药物是停了至少24小时(72 h为控释抗帕金森病的药物)。患者当时的状态定义为。然后我们进行第一个统一帕金森病评定量表(UPDRS)评估。第一次评估后,患者服用左旋多巴在早上他们的常规剂量的1.5倍。约1小时后,病人被要求描述他们的主观感受左旋多巴的摄入量。当他们觉得最好的反应,如放松,它被定义为( 13]。我们进行了第二次UPDRS评估。两个UPDRS评估PD患者是由两个独立评估神经病学专家,最后结果取平均值。

所有参与者完成了仪器的站立和行走(ISAW)测试 25)(图 1),是一个可靠的和敏感的步态。ISAW由静静地站30秒双臂在身体两侧,直直地看着前方,紧随其后的是口头指令启动步态,走5米,转180度后穿过一条线在地面上,并返回到最初的起点。我们详细解释ISAW程序的所有参与者在测试之前。此外,所有参与者走提前熟悉测试的两倍。这个测试进行前后两次的ALCT PD患者和HC的只有一次。

所有的参与者进行仪器的站立和行走(ISAW)测试:要求他们静静地站了30秒,双臂在身体两侧,直直地看着前方,走5米,转180度后穿过一条线在地面上,并返回到最初的起点。测试之前和之后进行两次的ALCT PD患者和HC的只有一次。

2.3。设备

JiBuEn步态分析系统是用来收集步态数据( 23]。系统包括与惯性微机电系统传感器模块和蓝牙模块固定在聪明的鞋。此外,四个外部模块连接到病人的小腿和大腿的上下两侧膝关节)。这些模块收集运动信号和传播他们的电脑。系统使用一个高阶低通滤波器和六面体的校准技术在数据预处理。这种校准技术可以减少高频噪声和由传感器设备安装错误。此外,在零点校正算法的基础上,累计也可以纠正错误。通过使用第四纪互补滤波技术,最后通过融合步态参数加速度数据和姿势。JiBuEn步态分析系统,我们可以收集时空步态参数(总步骤ISAW,步幅,跨步,步态速度,节奏,跨步,摆动阶段时间,和立场阶段时间)和运动参数(脚跟罢工角,脚趾头角度,plantarflexion角,和踝关节背屈角)。

2.4。统计分析

数据被表示为平均数±标准差。对所有分析, P 值< 0.05被认为是重要的。两组的临床特点和步态参数,定量数据最初分析Kolmogorov-Smirnov测试,以检查是否遵循正态分布的数据。两个示例 t以及进行比较区别PD患者和HC主题这两组数据是正态分布时,否则Mann-Whitney U测试使用。配对 t测试之间的差异进行比较,在PD患者两组数据时遵循正态分布;否则,Wilcoxon signed-ranks测试执行。卡方检验是用于定性数据。UPDRS分数评估之间的关联和步态数据使用斯皮尔曼相关分析进行了探讨。所有的数据分析了使用IBM SPSS软件版本23。数据配置使用图垫棱镜8.0.1软件版本。

3所示。结果

我们的研究与之前的研究相比较,我们还测量了时空步态的步态参数。所有数据提出了在接下来的部分。

3.1。临床特征的参与者

59参与者加入了这项研究,他们的临床特点如表所示 1。所有基线数据无统计学差异被发现。疾病的平均持续时间为6.4±4.6年。意味着Hoehn-Yahr (H-Y)阶段的疾病为2.7±0.7。总UPDRS三世得分35.8±16.9的状态,和UPDRS三世改进率为39.8%±15.3%。

参与者的临床特征。

HC PD P
N 30. 29日
年龄 62.7±6.7 65.7±10.2 0.185
身高(厘米) 164±4.9 167±8.0 0.180
体重(公斤) 61.8±9.6 66.2±9.5 0.082
体重指数(M) 22.9 23.8 0.111
男性(%) 16 (53.3) 18 (62.1) 0.497
鞋码(M) 7 8 0.060
美国华人博物馆 24.4±0.8 24.0±1.1 0.080
PD的持续时间(年) 6.4±4.6
Hoehn-Yahr阶段 2.7±0.7
UPDRS三世总分处于关闭状态 35.8±16.9
UPDRS三世改善成绩 15.1±9.9
UPDRS三世改进率(%) 39.8±15.3

数据显示为平均数±标准差和平均。M:值。体重指数:身体质量指数。美国华人博物馆:蒙特利尔认知评估。第3部分UPDRSIII:统一帕金森病评定量表。

3.2。时空的步态参数变化后左旋多巴的摄入量

我们测量了时空的步态参数,包括总步骤ISAW,步幅,步态速度,节奏,跨步时间,立场阶段时间,摆动阶段的时间。我们观察到三组之间的显著差异在这些时空步态参数(表 2)。然后我们计算的速度变化PD患者(图中每个参数 2)。步骤PD患者的总数为18.1±9.7步骤关闭状态,显著降低∼26.52%在状态。关闭状态,步幅相比显著增加∼22.22%在PD患者状态。我们还观察到增加步态速度、节奏和摆动阶段的时间和减少跨步时间和立场阶段时间后左旋多巴的摄入量。

时空的步态参数的参与者。

P
HC HC对了 HC vs上 对在
总步骤(步骤) 10.6±2.1 18.1±9.7 13.3±5.8 < 0.001 0.002 < 0.001
步幅(m) 1.2±0.1 0.9±0.3 1.1±0.2 < 0.001 0.009 < 0.001
步态速度(米/秒) 0.91±0.1 0.74±0.3 0.87±0.2 0.004 0.414 < 0.001
节奏(步骤/分钟) 93.8±9.5 91.6±19 98.3±12.0 0.564 0.120 0.048
步时间(年代) 1.29±0.1 1.38±0.34 1.24±0.16 0.229 0.192 0.028
立场阶段时间(%) 64.87±2.21 67.01±6.69 63.80±3.43 0.617 0.115 0.013
摆动阶段时间(%) 35.13±2.22 32.99±6.71 36.20±3.43 0.622 0.120 0.012

时空的步态参数的参与者。数据显示为平均数±标准差。 P < 0.05 ; P < 0.001

时空的步态参数的变化与左旋多巴。所示的数据%。

3.3。脚关节角参数变化后左旋多巴的摄入量

使用最新的JiBuEn步态分析系统,我们测量六脚关节的参数:HS(图 3),两个plantarflexion (PF)的角度,两个背屈踝关节的角度(DF)(图 4)。这些角度很小,但它们对于正常步态至关重要。我们观察到显著差异在海关,3-PF 4-DF三组。尤其是3-PF 4-DF,伟大的断断续续的州之间的显著差异被发现但不是HC和国家之间。这一发现表明,左旋多巴的重要机制。然而,我们观察到无显著差异,1-PF,三组(图中第二代 5)。

脚趾头的角和脚跟罢工角的右腿。

正常男人的踝关节步行模式。每一个步态周期的正常男人包括立场阶段和swing阶段。踝关节穿过四个范围的运动,交替plantarflexion (PF)和背屈(DF)。其中,前三个运动范围(1-PF,第二代,和3-PF)阶段,发生在立场和第四(4-DF)发生在摇摆的阶段。

可穿戴传感器测量踝关节的变化。1-PF,第二代,3-PF 4-DF角度,根据集团和HS角度进行描述。组数据显示平均±标准差。PF, plantarflexion;DF,背屈;角,脚趾头角;HS角,脚跟罢工角。“ns”意味着没有意义, P < 0.05 , P < 0.001

3.4。客观和主观获得电机改进率之间的相关性

我们计算的改进速度步态参数和第三项UPDRS前后左旋多巴的摄入量。步幅改进率与脚关节运动学参数的改进率显著相关。改进的刚度项的总和(UPDRS运动分段项目22)也与脚关节角参数改进率(表 3)。

客观与主观之间的相关性获得电机改善PD患者。

r年代 P
H-Y阶段和商品 −0.419 0.024
H-Y阶段3-PF vs −0.287 0.131
H-Y阶段4-DF vs −0.229 0.231
步幅vs HS有所改善 0.616 < 0.001
步幅vs 3-PF有所改善 0.639 < 0.001
步幅vs 4-DF有所改善 0.357 0.058
刚度项改进vs HS改进 0.389 0.037
刚度项改进vs 3-PF改进 0.373 0.046
刚度项改进vs 4-DF改进 0.141 0.465

H-Y阶段:Hoehn-Yahr阶段。刚性项目:UPDRS运动分段项目22个。海关:脚跟罢工角。3-PF: 3-plantarflexion脚踝关节角。4-DF: 4-dorsiflexion脚踝关节角。 P < 0.05 ; P < 0.001

4所示。讨论

我们试验涉及29 PD患者和30名健康成人表示,外源性补充左旋多巴能显著提高时空步态参数和PD患者的踝关节运动参数。我们收集病人的运动参数在步行通过使用可穿戴设备。与先前的研究相比,我们也收集了时空的步态参数。

对于时空的步态参数,新的步态分析系统显示较小的步长和PD患者的步态速度慢而HC。这些变化反映了“动作迟缓”的特点在这些病人 26]。注意节奏PD和HC之间没有显著差异,表明缓慢的步态主要是由于小的步长,而不是小节奏( 27]。在PD患者,节奏是改善的状态,在一个较低的程度上,这一发现与之前的研究整合( 4]。步幅大增量,步态速度,节奏,和摆动阶段时间被发现后,左旋多巴的摄入量,跨步时间而递减,总步骤,和立场阶段时间观察状态。PD患者也有一个伟大的进步,比如感到放松,当被要求走在他们的国家。我们的研究表明,左旋多巴的时空步态参数可以显著提高PD患者,和这一发现与先前的研究结果是一致的( 2, 4, 20., 28]。

的运动参数,我们的研究扩展了研究PD患者的踝关节。踝关节的运动主要包括背屈(DF)和plantarflexion (PF)。虽然这些角度很小,每个角度都有其独特的功能和正常行走至关重要。我们的发现证实了先前的研究步态交替HS和角度,显著减少被发现的商品而不是[ 29日]。相关分析的结果表明,商品逐渐减少随着疾病的进展。类似于小的步态,洗牌也是一个重要的特征PD患者的步态。减少商品显示在抬脚增加困难,这可能导致下降。然而,我们发现统计在国家和HC的区别。这些结果表明,左旋多巴只能提高商品在某种程度上。我们发现在PD不会改变。

在每一个步态周期中,踝关节穿过四个运动范围,PF和DF之间交替。其中,前三个角度(1-PF,第二代,和3-PF)发生在立场阶段,而第四(4-DF)发生在摇摆的阶段。平均脚踝运动范围大约是25°在每个步态周期中,这是与我们的结果一致 16, 17]。1-PF和第二代显示没有变化。然而,3-PF和4-DF PD患者明显减少。HC之间没有发现差异,表明左旋多巴的重要机制。在正常的步态周期,跟第一次撞到地面。在这个时候,身体的重量也迅速转移到鞋跟,导致第一个快速plantarflexion脚踝joint-1-PF角( 30.]。这个动作可以减缓下肢的速度,从而减少快速的身体突然下降的影响( 31日]。第二代贯穿整个立场阶段,在此期间,身体完成转移身体质量的中心( 31日]。足够的第二代对拉胫骨至关重要推动身体前进。在swing短语,第二代也进步的驱动力( 32]。我们的研究结果表明,PD患者的电机性能不同,这两个角的HC。这一发现表明,PD患者没有能力受损延迟的影响身体突然迅速下滑,将身体质量的中心。这一发现冲突与先前的研究,表明PD患者转移能力较低体重的中心( 33]。我们初步解释这个结果不同疾病的持续时间。PD患者的平均疾病持续时间在目前的研究是小于6.4年,在先前的研究。随着疾病进展,运动障碍逐渐恶化,和稳定的影响。此外,本研究只集中在踝关节运动。3-PF发生在摇摆的早期阶段准备的后足摆动阶段。在我们的研究中,我们发现3-PF PD患者的人数明显减少,表明他们的步态周期的关系不足。然而,3-PF没有统计在国家之间的不同和HC。3-PF的力量爆发的反弹是比目鱼肌和腓肠肌肌肉放松后( 34, 35]。我们认为这一发现改善左旋多巴对刚度的影响。4-DF,有利于解除脚离开地面完成清关,促进下肢的进步,发生在摇摆的开始阶段。类似于3-PF, PD患者的4-DF明显减少了。符合最新的一项研究中,踝关节肌肉似乎弱PD患者( 36]。减少4-DF可能导致下降。刚度下降可能可能增加了3-PF和左旋多巴后4-DF摄入量。

轴向刚度在PD患者将与额外的转步骤( 10]。PD患者减量的步幅可归因于矢状面倾角下降( 37]。在PD患者,脚踝PF与步态速度和步幅( 38]。这些文章都建议运动参数影响了时空的步态参数。然而,在复杂的踝关节运动,它是未知的运动学参数会影响PD患者的步态。有六足关节的运动学参数在我们的研究中。只有三个参数,脚跟罢工角(HS), 3-plantarflexion角(3-PF)和4-dorsiflexion角(4-DF)受损。在关闭状态,价格相比步幅显著增加了∼国家PD患者的22.22%。因此,我们进行了相关性分析改进的步幅和这三个运动学参数,分别。结果表明,改善商品和3-PF步幅的改善有显著相关性。总之,我们有理由认为,改善HS和3-PF时空步态参数的改善做出了贡献,步长。左旋多巴是基本治疗PD患者,和刚性显示了左旋多巴的最好的回应 39]。UPDRS三世的刚度项外生后被提高左旋多巴摄入,导致改进的运动参数。

我们的研究和以往的研究证实,病人开发外源性补充左旋多巴后显著改善步态性能。我们研究的优势包括严格的入学标准,一组新的和准确的步态研究设备,专注于运动参数的分析,分解复杂的踝关节运动和使用主观和客观的步态特征。这些发现可能务实对药理治疗和康复的影响。左旋多巴已成为主流治疗PD和有利于运动症状的治疗。然而,它不能缓解所有的运动参数,如商品在我们的研究中,因此需要进一步的研究来补充这个障碍。

我们的研究也有一些局限性。首先,走路需要关节和肌肉的协调运动在整个身体。然而,我们的研究只集中在踝关节。关节运动是复杂的,不能完全解释的一篇文章中,和踝关节的功能是非常重要的PD患者( 13, 15]。第二,PD患者的平均H-Y阶段是2.7±0.7。我们的研究没有包括晚期疾病患者,因为他们不能独立行走在关闭状态。最后,只有29 PD PD患者登记,导致难以得出一般结论。进一步的研究必须专注于更大的样本大小和不同疾病阶段。

5。结论

减量的PD患者踝关节的灵活性主要体现在HS, 3-PF, 4-DF角度而不是,1-PF,第二代的角度。外生左旋多巴管理可以提高3-PF和4-DF角度。但是,它只能提高商品在某种程度上。通过减少PD患者的刚性,外源性补充左旋多巴可以显著提高3-PF 4-DF踝关节的运动学参数,并最终提高他们的步态。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

LZ设计研究和修订它至关重要的知识内容。ZW进行研究,收集数据,并起草了手稿。XJ, MZ和BS帮助在数据分析。生理改变,YP, JD帮助临床数据收集和分析。PX和WZ编辑。

确认

作者希望承认的所有研究人员的及时帮助JiBuEn步态分析系统。作者感谢所有的病人和他们的照顾者在这个实验中对他们的参与和理解。本研究由专项资金支持的江苏省重点研发项目(批准号BE2018610) KeyResearch和科学技术部的开发项目(批准号2016 yfc1306600),江苏省级干部医疗保健研究项目(批准号BJ16001)。

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