姿势和运动耦合:康复干预的目标人与帕金森症

文摘

姿势、平衡障碍,步态衰弱电动机推进帕金森病的表现需要康复干预。这些问题常常反映出困难与耦合或测序的姿势和运动过程中复杂的全身运动与瀑布。已取得相当大的进展,展示个人锻炼干预措施的有效性与帕金森病。然而,差距仍然在证据基础特定的干预措施和运动干预的最佳内容。使用一个概念性的理论框架和实验发现,这个观点和评论提出观点,认为康复干预措施集中在单独的或孤立的组件的姿势,平衡,或步态可能限制当前临床实践的有效性。认为治疗效果可以直接提高了瞄准的姿势和运动耦合问题的因果因素来平衡和步态障碍。这种方法可能有助于促进当前临床实践和改善结果与帕金森病康复的人。

“…姿势活动应当被视为一个函数本身,而不仅仅是作为一个组成部分运动…”
詹姆斯Purdon马丁

1。介绍

姿势、平衡障碍,步态与瀑布和相关的伤害是最衰弱的症状促进帕金森病(PD)。在他开创性的研究这些临床后遗症患者postencephalitic震颤麻痹基底神经节和姿势发表在四十年前,英国神经学家詹姆斯与详细柏克柴合作研发马丁记录体位固定的障碍,纠正反应,运动同样常常伴随特发性帕金森病的进展(1]。他对促进功能性运动轻轻摇晃病人椅子上升或步态启动之前,通过将大胆的走表面的横向线条,或通过使用视觉弥补本体感受的deficits-influenced当前康复方法的发展。Purdon马丁之后总结他的观点的姿势和运动的集成强调“…姿势活动应该被视为一个函数本身,而不仅仅是作为一个组件的运动…”(2]。他的结论是,所有的步进,因此运动所依赖的条件(例如,漂浮的支持身体,平衡,推进)本质上是姿势,甚至踩,这可以防止身体下降,是一个姿势函数。

虽然在四足动物和人类神经生理学研究表明,姿势和运动的控制是相互依存在很多级别的中枢神经系统(CNS)包括多个脊椎上的和脊髓网络(3- - - - - -6),运动的方式可能会影响到的姿势条件不清楚。这是特别相关的姿势不稳定和步态障碍的问题伴随PD前进。这样的问题尤其明显当PD患者试图执行复杂的整个身体的姿势和步态等运动序列功能活动期间起始,sit-to-stand和其他转移,将站立和行走,在持续的步态。这样的任务期间,犹豫延迟或“冻结”事件经常观察,和正常模式姿势和运动元素之间的空间和时间排序的任务是缺席或中断(7]。因此,问题是是否至少有一些困难的运动经历了由个人与PD功能障碍所致的神经网络调节姿势和运动之间的耦合。这个问题似乎对于当前康复干预措施具有重要意义。例如,当前的物理治疗和康复干预的姿势,平衡,步态障碍的帕金森病主要集中在不同的姿势和平衡训练等方面的问题(8,9)或步态训练(10- - - - - -14]。然而,受损的耦合姿势和运动可能导致步态和迁移之间的障碍,不仅生物力学限制,也由于自适应神经控制的变化。例如,De Nunzio等人最近表明,交替双边paraspinal肌肉有节奏的震动在安静的姿态影响树干中心的姿态产生循环转移的压力模仿行走时身体恶化(附带的一个15]。当振动应用于躯干肌肉组织在步态,步行速度,节奏,步幅增加PD患者和控制(16]。相比之下,没有观察到影响步态时腿部肌肉(比目鱼肌和胫骨前)也十分响亮。自paraspinal肌肉侧单支持立场腿扮演一个角色在树干的姿势的稳定的立场,这些结果表明,从姿势肌肉本体感受的反馈可以用来改善姿势和运动元素的耦合的步态周期,从而促进性能在PD患者的任务。

这个角度和审查的目的是给一个框架支持的研究成果促进康复干预关注个人的观点或隔离组件的姿势,平衡,或与PD步态障碍的人应该评估。相反,它认为干预方法的重点应该转向治疗培训项目,直接目标在姿势和运动耦合损伤因果因素平衡和步态障碍。

2。概念和理论模型

执行的困难复杂的整个身体的姿势和运动功能活动,如期间步态序列启动(17- - - - - -21),(22,23],sit-to-stand [24,25),和持续的走16,26)通常伴随着时间延迟身体的姿势运动之间的耦合段和goal-intended运动动作(例如,逐步释放,重定向改变步而走,seat-off在椅子上升,连续行走)。发展干预方法的概念和理论框架,说明了目标障碍的姿势和运动耦合通过专注于步态的起始。在步态起始,先行姿势调整(APA)阶段通常先于和伴随步进的起始阶段27- - - - - -30.]。向前走,这些APAs涉及一系列肌肉激活和地面反作用力的变化(加载的初始摆动腿和卸载的初始立场腿),净压力中心的脚下向后向初始摆动肢体。运动序列,这跟后结束,产生必要的力量和时间来推动身体重心向前(COM),走之前向单一的立场肢体。

与健康对照组相比,中侧的(马丁)和前后的地面部队(p)描述APAs PD患者在振幅异常长时间的持续时间和减少延误APA的开始之间的顺序和步骤开始17,18,31日,32]。这种延迟可能包括异常停顿,扰乱posture-movement协调和可能沉淀冻结步态(雾)。APA通常是几乎总是存在时自愿辞职,可能经常不在PD患者(17,19,20.]。在这种情况下,犹豫拖延随处可见。因此,正常的空间和时间之间的协调步态的APA和步进组件启动中断在PD与开始犹豫和雾。

在步态起始,先行postural-step协调的本质似乎涉及运动预测的作用。一个内部模型(图1)是一种神经机制,预测(估计)系统的未来状态在当前(实际)状态和感觉运动控制信号(33- - - - - -37]。提出模型的使用姿势和运动之间的协调运作,这样的神经回路启动步进通常会积极推迟到APAs生成双足单腿支撑的重量转移实现了单一的立场肢体加载(38,39]。这种转变立场支持反映了群众基础的身体中心的变化(COM-BOS)关系的支持。因此,利用内部和外部反馈信息,提出模型确定APAs取得足够的预期姿势状态(例如,COM位置和运动相对于BOS)启动前完成姿势步态周期和阶段。

在图1,姿势和运动的综合网络并行被激活(38- - - - - -41)来生成一个姿势命令节段性取向和平衡和步骤的命令。这些电动机输出将修改COM-BOS关系。如果外部机械或感官事件,协助APA通过促进重量转移在体位调整阶段,早期应用感官信息肢体加载条件下,电动机的输出复制命令一起发送到转发模型估计预期的肢体加载条件下,可以通过中枢神经系统提前修改两个命令基于身体的内部表示。感官信息所产生的运动也可以使用在线调节姿势和运动通过外部反馈机制。可以想象,外部提供的姿势帮助力学效应和/或感觉运动增强可以减少重量转移的完成时间与预计竣工时间没有援助和/或改善信息的保真度与肢体加载的变化反映在APA姿势状态的条件。基于预测和实际之间的不匹配肢体装载条件确定的内部模型,步进的起始版本将在时间和先进的发生。强化与posture-assisted posture-locomotion协调的运动(PAL)培训可能导致起始步自适应变化的内部模型。

导致PD步态起始受损的机制知之甚少。被假定姿势不稳定和步态障碍在PD的结果从基底神经节的输出变化pedunculopontine核(PPN)结合的进步大的胆碱能神经元的退化核(42,43]。PPN有重要的输入区域的中脑的锥体束外的区域和pontomedullary网状结构中扮演一个角色模式生成的运动和集成的姿势和运动44]。或者,它已经被提出,步态障碍的起始结果基底神经节受损,产生抑制或缺乏活动的补充运动区(45- - - - - -47),一个地区的额叶皮层极度参与运动的计划和准备。的姿势和运动耦合模型(38,40),比如图中给出的模型1,经常强调自愿命令发起运动,包括定时信号,必须集成与脑干和脊髓中心调解姿态的控制。因此,补充运动区可能扮演一个角色在提供内部模型的前馈信息对基底神经节和脑干的姿态和运动控制的地区。左旋多巴的事实通常可以改善步态起始和off-medication患者运动障碍(48]提供了证据表明,改变基底神经节输出皮质和脑干可能发挥作用在引发的运动姿态和运动的起始和耦合。然而,在先进的疾病,姿势和步态异常往往成为对左旋多巴替代疗法,这表明nondopaminergic地区的进行性变性或功能障碍的神经轴49),如PPN,成为协调的主要病理学无序姿势和运动之间的耦合。

在PD,困难与实现步进的姿势先决条件可能导致步态启动延迟,”开始犹豫,“和雾。姿势援助,通常延长APA持续时间和减少振幅随PD,分别缩短,增加了提高姿势要求和允许早先一步起始时间。因此,朋友训练方法的基本原理与重量转移相关的预期肢体装载条件单一的立场肢体增强(如更早和更有效地实现)相比预期通常是没有帮助。如果PD患者保留能力适应他们的步进与朋友公认的内部模型训练,那么它可能改变时序和其他姿势和步态的运动组件初始化的特征。

3所示。实验支持

3.1。姿势与重量转移援助敏锐地提高姿态和运动耦合和性能的起始步进

首次研究了横向姿势的影响帮助一步启动PD患者和健康对照组(18]。受试者进行自学快速前进的步骤。在一个条件,APA辅助后不久开始(即。,triggered by a 5% change in loading force from baseline beneath the initial swing leg) with a lateral pull applied to the pelvis (toward the initial stance side) by a motor-driven robotic system. Ground reaction forces and whole body kinematics were recorded to characterize the APA (extracted from the mediolateral center of pressure displacement) and step characteristics (derived from the first stepping leg ankle marker displacement). Overall, persons with PD (Hoehn and Yahr stage mean = 2.0) [50)测试了anti-parkinsonian药物有APA更长时间和更长的第持续时间比对照组。姿势援助,APA持续时间两组短,步骤发病时间相对APA发作之前,和第一步的速度变得更快(即。一步持续时间减少,步长并没有改变)PD(图2)。这些改进性能的影响可能与提供的感官提示拉刺激。这种可能性评估在拖船条件是一样的姿势帮助但涉及位移,减少到25%的帮助拉。拖船导致刺激了很少的机械横向重量转移援助,但提供了一个有力的刺激骨盆区域,可能被用来作为时间线索促进步进。没有变化的性能基线观察当拖船刺激线索(图呈现2)。这排除了姿势帮助可归因于感官暗示。也有可能独自练习可能占了调查结果。一个单独的事务组需要明确考虑这种可能性。然而,一块试验没有机械的帮助或感官信号总是提出的第二块或最后一块试验,这些试验不不同的初始基准的测量提供了证据,姿势的影响帮助不能归因于独自练习。

这些发现表明,快速启动步可以通过外部援助,敏锐地增强促进重量转移,从而修改的姿势和运动耦合在早期PD患者停药的anti-parkinsonian以及健康的老年人。除了机器人援助的力学效应导致被动地缩短APA持续时间和第发病时间、启动步进可能是积极的神经回路触发和修改与增强的感觉反馈的交互提供的信息预计或实际状况条件(例如,质心位置和运动相对于基地的支持)与进化相关APA (38)(图1)。

应用辅助机械横向位移在骨盆间接修改加载力的脚下,影响感官输入的姿势和步态控制(51]。因此,可想而知,如果加载力信息是重要的步态周期的时间释放和其他运动特征,然后APA步骤参数也应该修改通过直接操纵在步态启动加载部队。改变肢体加载可能也很重要,因为过去的工作表明PD患者可能显示异常负载受体介导本体感觉在立场和步态52]。此外,如果肢体加载信息的控制是非常重要的一步开始持续的步态,再健康的人也会将演示修改当肢体负载输入摄动。因此,我们延长拉posture-assisted通过开发一个可控的运动方法,垂直dropping-elevation摄动系统诱导姿势和运动耦合的变化(53]。

八PD患者(修改Hoehn Yahr阶段评分2.5到3.0)(50)和八个健康对照组进行快速是一种自发性的起始步与即将独立的立场肢体定位气动驱动平台。所有受试者经历开始犹豫或雾。在扰动试验,APA要么是协助通过移动立场肢体地面支持表面垂直向下(下降)或抵制它的向上移动(提升),后不久APA的爆发阶段。总的来说,PD患者表现出APA持续时间长,长时间的第一步开始,慢一步速度比控制。在两组中,下降的立场肢体目的强化了APA为横向重量转移(即动能的变化。,significant reduction in APA duration and increase in peak amplitude) and resulted in positive changes in step characteristics (i.e., earlier time to first-step onset and faster step) compared with other conditions (Figure3)。相比之下,在提升试验目的反对重量转移部队,两组迅速适应他们的步进保持站稳定的损害特征减少步长和时间步和增加高度和步脚外侧位置。这些发现表明,感官信息与肢体负荷和/或脚压力发生之前发布的步进调节姿势和运动的空间和时间参数集中在交互生成的神经控制的前馈模式。此外,受损的起始步PD可能至少敏锐地增强增强姿势和运动之间的耦合通过肢体负载本体感受的变化。

3.2。Training-Induced改变体位和运动耦合在步骤启动和性能

从康复的角度来看,这将是重要的知道长期变化的姿势和运动耦合与培训可以实现的。人们普遍承认,PD患者可以提高电机的性能通过实践训练,但他们可能实现改进和需要更长的时间来改变他们的性能低于健康成人(54,55]。因此,可想而知,posture-assisted训练可以应用于自适应改造PD的姿势和运动之间的耦合。我们最近完成了一个可行性的干预研究,旨在确定朋友训练的影响(即使用mechanosensory肢体负载援助。,下降的支持表面单一立场一边)相比,重量转移(即感知增强。,vibration of support surface on single stance side) on posture and locomotion coupling and performance during step initiation in patients with PD.

七个科目(平均年龄= 72.9年)与温和PD(修改Hoehn和Yahr阶段得分2.5到3.0)(50)和药物获得基线测试之后,每周两次朋友训练了六个星期。下降对于每个训练,协助集团进行50自创的快速步进试验的立场肢体地面支持表面垂直向下移动了1.5厘米100毫秒后不久APA的发病阶段(改变单立场肢体从基线站)加载垂直力5%(类似于我们的早期研究53]。

第二组(平均年龄= 75.3年)由8名被温和的PD(修改Hoehn和Yahr阶段分数2 - 3)(50)收到振动辅助训练通过机械振动刺激(200 Hz超过100 ms)单一的立场方面支持表面应用在相同的相对时间点在APA早期阶段的刺激下协助集团。这些PD受试者药物测试和遵循相同的测试和训练计划协助组下降。

立即后续测试完成后六周训练阶段表示一些练习改进动力APA和步进运动变量。首先,对APA(图特征4),速度和峰值振幅的加载力下侧的初始摆动肢体重量转移走之前,分别显著增加了53%和44%,在培训组。后续测试完成后六周内发生培训表明这些增加留存。第二,测试交互的重要组时间第运动学数据(图5)表明,两步速度和长度,分别增加了54%和38%之间的振动辅助组基线和直接测验后的和仍在保留更大的测试。第一步高度(图5)也增加了17% -25%,两组之间的预试和后续测试的时间。

虽然系统性调查以下观察的准确性还有待解决,两方面的方法似乎是重要的成功实现。首先,引发姿势应该增强刺激激活的主体的自创的姿势动作,,第二,交货时间的事件应该发生后不久姿势的爆发事件。这是一种自发性的早期事件时间可能使外部信息被纳入的正向控制姿势和运动序列。

4所示。Posture-Assisted运动康复的实施

4.1。目标姿态和运动耦合在帕金森氏症患者的康复

更好的理解的姿势和运动耦合物理治疗实践的问题具有重要的意义。到目前为止,已经有缺乏干预直接解决姿态和运动耦合问题。干预措施如朋友对具体承诺加强或协助姿势要求之前,伴随运动和其他运动为了提高时空耦合。最终的目标是提高姿势和运动耦合来提高性能的功能性活动,促进生活质量,并减少风险。

最近两次评论(56,57)指出,尽管越来越多的进展和提供一些证据目前的康复锻炼方法的有效性在PD平衡和步态的结果,存在着巨大的差距在证据基础特定的干预措施和确定最优运动干预的内容。有效解决这些挑战的一部分知识差距是在制定概念和理论框架和模型,考虑或影响因素的复杂性。更多地关注的方式之间的相互关系和耦合的姿势,平衡,和运动元素的优势和限制功能性能似乎是这样一个领域重新考虑干预发展框架对于推进临床实践中可能是有用的。

4.2。扩大朋友的应用模型

如前所述,这些困难与执行复杂的整个身体的姿势和运动序列观察到在PD进行一系列不同的功能活动。例如,重要的时间延误,已确定测序先行重量转移阶段和目的之间的垂直上升阶段sit-to-stand [24]或预期节段之间的身体旋转,引导COM之前脚重定向在PD患者的步态将曾被观察到23]。这些时间中断非常类似于颞破坏起始姿势和运动耦合的步态。朋友方法的应用程序通过机械和/或感觉增强早期的姿势阶段可能引发的后续运动的一个早期版本和可能的整体性能增强。改善步进模式使用振动感官刺激的树干姿势肌肉在持续走在人与PD和健康对照组,证明De Nunzio et al。16),提供了一个有前途的例子适用于干预posture-locomotion耦合。障碍之间的交互的姿态和全身运动任务将需要进一步研究来支持虚拟视图的不良姿势和goal-intended组件的耦合PD患者的行动。

5。总结

在这个角度和审查,我们拥有先进的康复干预方法的角度关注改变单独隔离组件的姿势,平衡,和步态与PD的人可能会由于姿势的重要性和有效性有限运动耦合。另外,神经生理学和实验支持的姿态和行动运动是高度集成组件,需要对这些控制功能是如何交互耦合的理解。此外,有证据表明,PD患者有特殊问题耦合或测序的姿势和运动过程中复杂的全身运动与下降有关。扩大或改变当前的概念和理论模型姿态/平衡和gait-centered之外的康复干预主要通过合并的姿势和运动耦合问题作为康复的目标结果有助于优化和改善当前临床实践在这一重要领域的有效性与PD康复的人。

确认

本文报道的一些工作是由美国国家卫生研究院授予R21HD055386。案的贡献,硕士坦尼娅Simuni,医学博士马里奥•伊纳西奥•硕士,Judith Morgia, B.S., and Lisa Shulman, M.D., are gratefully acknowledged.

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