客观地测量身体活动之间的联系和步态模式在帕金森病患者:从3个月监测结果

文摘

背景。虽然身体活动(PA)是有利于改善与帕金森病的运动症状的人(pwPD),对考评的步态模式和功能之间的关系表现在日常生活中。客观的。验证的存在可能的时空和步态的运动学参数之间的关系和数量/ PA强度,这两个工具评估。方法。十八个人受到PD (10 f和8米,68.0±10.8岁,1.5≤Hoehn和Yahr(浩英)< 3)被要求穿三轴加速度计24小时/天,连续3个月。他们也经历了一个3 d电脑步态分析PA评估周期的开始和结束。日常步骤的数目和PA强度计算在整个一天,从6点到放送是分为3个时间段,使用三种不同的切割点集之前验证的pwPD和健康的老年人。三维步态分析提供了时空和步态的运动学参数,包括摘要索引的质量(步态评分(GPS)和步态变量评分(问))。结果。考评的每小时趋势的分析揭示了存在两个峰值位于早上(大约10点),在傍晚(18 - 19)。然而,在上午时间段(06:00-12:00)pwPD执行更高数量的步骤(4313年和3437年12:00-18:00时间段, ,与2889年18:00-24:00时间段,),以上的中度PA(43.2%比36.3% 12:00-18:00时间段, ,和比31.4% 18:00-24:00时间段,)。相关分析表明,几个PA强度参数与摆动期持续时间显著相关(ρ=−0.675对于久坐不动的强度,ρ= 0.717到强,)、节奏(ρ= 0.509为久坐不动的强度,ρ=−0.575到强,),和整体步态模式表达的质量为GPS(ρ=−0.498−0.606为中等强度,)和全球之声的膝盖弯曲伸缩(ρ=−0.536为中等强度,)。结论。考评的长期监测综合时空的定量评估和步态的运动学参数可能代表一个有用的工具支持一个更具目的性的处方pwPD PA和康复治疗。

1。介绍

在帕金森病患者(pwPD),行走障碍代表一个很常见的和禁用功能,通常表达的步态模式的特点是短步幅,增加了节奏,减少速度(1]。这些问题会进一步恶化疾病的进展(2),从而限制影响个人的能力来执行日常活动,严重降低了生活质量3]。

虽然身体活动(PA)被发现在改善pwPD流动是有益的(4,5),他们可能不愿从事结构化或非结构化PA项目,由于增加了电动机困难倾向于久坐不动的生活方式。这是一个恶性循环,因为缺乏身体活动进一步负面影响几个PD的临床领域(6,7]。因此,两者的详细评估的数量和强度PA代表了评估的有效性的关键问题进行计划和试验旨在改善pwPD的流动性。为此,几项研究已经试图利用客观测量(例如,使用计步器或加速度计)8)更换或整合自我报告的使用调查问卷收集的数据(9),它不能充分反映实际的活动由pwPD [10]。连续定量数据的可用性流动使得它可以精确地确定哪些方面疾病的大多数参与PA水平(11,12),他们的关系的历史瀑布(13),和认知,抑郁,和生活质量(14,15]。然而,数据收集通常限于几天或一周,而长期监测似乎是罕见的,可能由于合规问题。

虽然有一定的共识,PA有助于改善步态和流动性5,16),值得注意的是,大多数研究认为,步态参数作为主要结果只考虑几方面的(通常是步态速度和节奏)主要使用定时测试评估。相比之下,几乎没有什么可用的数据在整个步态的运动学模式(即。,spatiotemporal parameters, kinematics, and range of motion during gait of hip, knee, and ankle joints), acquired with state-of-the-art technologies such as motion-capture systems or inertial sensors. Such information would be of interest to better understand the complex pathophysiology of gait disturbance in PD [17),并评估神经外科的影响,药理,和康复治疗18]。研究的总结,主要缺点表现到目前为止调查PA在pwPD步态的影响如下:PA的有限时间内监测和数量有限的步态参数评估与PA流动性。

一定程度上克服这些限制,本研究的目标是首先描述PA的模式一群pwPD基于一个三个月的监测。同期,定量数据质量的步态模式,通过时空和运动学参数,也与PA收集和相关指标。验证的假说是,个体表现出更好的步态特征具有更高和更强烈的PA在他们的日常生活。

2。方法

2.1。参与者

March-December 2017年执行的研究,涉及18个门诊病人与PD(10女性和8男性)随访神经内科的g . Brotzu总医院(卡利亚里、意大利)是在自愿的基础上。他们的人口和临床特点如表所示1。

所有参与者符合以下标准:PD的诊断大脑根据英国银行标准(19];能够独立行走;没有显著的认知障碍(即。细微精神状态检查,(MMSE) > 24;额评估电池(FAB) > 13);缺乏精神或严重系统性疾病;和轻度到中度残疾评估通过修改后的Hoehn和Yahr(浩英)举办规模(1.5≤浩英< 3)。在注册的时候,药物治疗包括左旋多巴对所有参与者和缺氧抑制剂11 (rasigiline和safinamide)。这项研究是在遵守道德原则进行涉及人体受试者的研究在赫尔辛基宣言表示,经当地伦理委员会批准(防。PG / 2014/19654)。所有参与者签署知情同意书之后详细说明研究的目的和方法用于实验测试。

2.2。数据收集和处理:体力活动

PA数据收集使用三轴加速度计(GT3X长短;美国佛罗里达州彭萨科拉,Acticorp有限公司)以前从事类似研究进行PD患者(20.- - - - - -22]。在第一次会见参与者,他们的人体测量数据需要初始化设备(即。、身高和体重)记录使用超声波数字高度仪(Soehnle 5003;德国Soehnle)和数字规模(RE310;奇迹,意大利)。每个参与者被要求穿上非惯用的手腕上的加速度计3个月24小时/天,只要求删除它洗澡,洗澡,和任何其他(即水上活动。、游泳)。手腕的站点位置的选择是增加磨损时间遵从性和睡眠(提供数据23- - - - - -25]。设备将收集数据使用60年代时代和30 Hz频率和通常是手术前至少30天电池耗尽。在这一点上,参与者回到实验室下载获得的数据和加速度计收费。第三个月结束时,原始数据处理使用ActiLife®软件v6.13.3执行步骤数和PA分类基于定义的分割点希尔德布兰德et al。26),瓦伦et al。20.,尼禄et al。21为加速度矢量大小(VM)定义如下: 在哪里x,y,z加速度记录的设备在三个方向。

使用三种不同的处理程序,尽管所有基于相同的设备和相同的物理变量(即。,VM), was suggested by the fact that, to date, a validated set of cut-points for wrist placement of the accelerometer in individuals with PD is unavailable. Thus, the algorithm of Hildebrand et al. [26被选中,是因为它是唯一一个可以戴在老年人数据采集,而瓦伦的算法等。20.和尼禄et al。21)以前验证PD患者,但在臀部位置。特别是,尼禄算法提供了一组不同行走速度的分割点。所有的PA参数然后分组通过考虑以下三个时段,即6:00-12:00 (TS 1日上午),12:00-18:00 (TS 2日下午),和18:00-24:00 (TS 3日晚上)。获得的数据被认为是有效的,如果穿时间达到至少16小时/天,通过考虑nonwear连续时间的时间间隔至少60分钟的零accelerometric计数。

2.3。数据收集和处理:三维步态分析

一个3 d电脑步态分析初(T0)最后(T3)的3个月的评估期间计算时空和运动步态参数使用光电系统由8红外摄像机(Smart-D;BTS生物工程,意大利)设定在120赫兹的频率。人体测量数据收集后,22日球形回射的被动标记(14毫米直径)被放置在皮肤上个人的下肢与躯干特定地标,协议后被戴维斯et al。27]。参与者被要求赤脚走在自我选择的舒适的速度以最自然的方式可能在10米人行道至少六次,允许适当的试验之间的休息时间。原始数据被处理智能分析仪(BTS生物工程、意大利)专用软件计算如下:(我)五个时空参数(步态速度、节奏、步幅,立场,和摆动期持续时间)(2)九个运动学参数,即骨盆倾斜,旋转,倾斜,臀部弯曲伸缩,adduction-abduction,旋转,膝盖弯曲伸缩,脚踝dorsi-plantarflexion,脚进展(即。、脚的轴线之间的夹角和行走方向)(3)动态范围的运动(ROM)的髋关节和膝关节弯曲伸缩和脚踝dorsi-plantarflexion计算在整个步态周期的每个角的最大和最小值之间的差别在试验记录

综述了运动数据使用步态变量得分(问)和步态轮廓分数(GPS),简洁的措施的步态贝克提出的质量等。28]。尽管最初提议与脑瘫儿童,这种方法被发现有效地描述步态改变患者PD (29日,30.]。具体来说,全球之声代表均方根(RMS)的试验对象的曲线之间的差异9之前列出的某些运动参数(例如,膝盖弯曲伸缩)和一个参考曲线计算的平均值在对象上执行测试。GPS结合九问值在一个单一的分数,这表明偏离的程度(即一个假想的“正常”步态。,全球定位系统(GPS)越大,生理步态模式);值范围健康个体躺在5 - 6°(31日]。在目前的研究中,参考数据从数据库获取的同一年龄段的健康个体的受试者进行测试,可以从智能分析仪软件。

2.4。统计分析

PA水平的差异可能与每个时间段相关评估使用单向方差分析重复措施(RM-ANOVA)考虑到时间段作为独立变量和因变量的PA参数。是水平的意义 ,使用eta-squared系数和尺度效应进行评估(η²)。时间在时空和步态的运动学参数的影响评估使用单向RM-ANOVA考虑时间(T0, T3)作为独立变量和前面列出的步态参数作为因变量。所有使用IBM SPSS统计分析v。美国纽约20软件(IBM,阿蒙克)。最后,PA和步态参数之间的关系,探讨了用斯皮尔曼等级相关系数,再通过设置水平的意义 。

3所示。结果

步数和VM的每小时的趋势和PA归类为一个函数的平均值的强度计算3选定时间段的数据1和2,而表2显示了PA的分类参数根据定义的分割点3先前描述的算法。

方差分析显示一个重要时段的主要影响两步计数(F(17)= 9.81, ,η²= 0.11)和虚拟机数量(F(17)= 9.76, ,η²= 0.01)。最高的两个变量的值观察6:00-12:00时间段,而参与者在晚上似乎不那么活跃。

PA强度的分类的结果与三个算法采用显示类似的结果。希尔德布兰德算法,时段的影响是重要的时间百分比在久坐的活动(F(17)= 8.22, ,η²= 0.07),低强度(F(17)= 4.73, ,η²= 0.05),到强(MVPA) (F(17)= 6.57, ,η²= 0.06),久坐行为是减少在早上和晚上增加(59.1%比70.9%,),相反,早上MVPA更高(40.9%比29.9%,)。邻居算法产生了巨大影响的时间所有的强度级别:久坐不动的(F(17)= 4.67, ,η²= 0.05),低强度(F(17)= 3.43, ,η²= 0.05),中等强度(F(17)= 4.16, ,η²= 0.05)和MVPA (F(17)= 7.42, ,η²= 0.05)。最后,尼禄的算法,它将PA强度的步态速度,时间被发现显著影响时间的百分比速度低于1.04米/秒(F(17)= 7.55, ,η²= 0.06),速度范围1.05 - -1.30米/秒(F(17)= 3.79, ,η²= 0.05),速度超过1.31米/秒(F(17)= 5.36, ,η²= 0.04)。即使在这种情况下,早晨是一天中不同的时间以高百分比的时间步速(14.6%比8.7%在晚上,)。

时空和步态的运动学参数没有显著变化之间的开始和结束的三个月期间,除了骨盆倾斜的全球之声,可见从表中的数据3和4。

最后,表5和6显示的结果PA和步态变量之间的相关性。

摆动阶段的持续时间和节奏是步态变量显著相关,更多的PA参数无论算法考虑(11至14重要相关性的15可能)。步幅被发现显著相关只有一步计数(ρ= 0.59)和百分比的久坐不动的活动(ρ=−0.48)计算根据邻居,同时为步态速度没有明显的相关性被发现。至于运动学变量,发现了GPS与适度的比例显著负相关活动所计算的邻居(ρ=−0.61)和希尔德布兰德(ρ=−0.50)算法。全球之声与膝盖弯曲伸缩还发现与适度的比例负相关活动根据·沃伦(ρ=−0.54)和在步行速度与时间的百分比之间的1.05和1.30 m / s(尼禄算法,ρ=−0.53)。膝盖的动态罗与久坐的活动负相关(瓦伦算法ρ=−0.47)和剧烈活动呈正相关(希尔德布兰德算法,ρ= 0.49)。最后,步数被发现呈正相关与髋关节和膝关节的动态rom(ρ= 0.50和0.57,分别)。

4所示。讨论

4.1。每小时考评的趋势

本研究的目的是在pwPD执行考评的长期监测和调查可能存在的PA和步态参数之间的相关性,与这些被客观地评估使用的黄金标准人类运动的定量分析,也就是说,动作捕捉系统。我们的研究结果发现模式的PA pwPD low-mild残疾。他们清楚地表明存在两个峰值的爸爸,一个早晨(约10小时),另一个在晚上6 - 7点。不幸的是,与先前的研究直接比较是困难的,因为即使其中一些不断监控PA,他们大多只考评的变化参数的曲线的例子(通常的步数)白天(31日,32]。据我们所知,只有最近的研究Cai et al。12)计算平均曲线变化的步骤数计算pwPD 21例,但他们的数据出现不显示的存在一个定义良好的模式。然而,我们的研究结果似乎在一定程度上符合那些在健康老年人进行的两项研究报告(33,34),这两个观察到明显峰值PA(表达的步骤或accelerometric计数)大约10点。Sartini et al。33)检测到第二个峰值位于大约在14日至15日,而在研究瓦伦蒂et al。34),活动似乎单调减少从10到晚上。正如前面提到的,在目前的研究中,第二个有关PA峰值被发现在18岁和19岁,因此当天晚些时候对Sartini et al。33]。这种差异可能是由于这一事实,在我们的案例中,PA主要是监控在个月以有利的环境条件(卡利亚里有一个温和的气候在一年的大多数时间)这可能鼓励参与者步行或在晚上花时间户外。在任何情况下,必须指出当PA的基础上分析了3定义的时段,我们的结果也似乎完全一致的与瓦伦蒂et al。34)也发现显著减少PA在傍晚时段。

4.2。比较不同算法PA强度分类

之一,我们的研究的目的是比较不同算法之前验证用于pwPD [20.,21),但用于腰位置的加速度计和一个校准在老年人26非惯用的手腕的位置。结果表明,尽管不同的分割点和所应用的修正ActiLife®软件手腕位置与算法设计腰位置,不同强度的每小时的趋势似乎非常相似。例如,图3显示了每小时的趋势比较PA强度(即最低。,< 3遇到),即久坐/光强度[20.),步行速度< 1.04米/秒(21,光强度(26),这表明3好协议的算法。

4.3。PA和步态参数之间的相关性

最创新的方面目前的研究是由寻找可能的PA和步态模式之间的相关性,后者被调查使用3 d电脑步态分析,代表的黄金标准人体运动分析。结果表明,节奏和摆动期持续时间展览最多的显著相关性的强度和数量执行。人花更少的时间在久坐行为和更多的时间到活动可能会表现出一种步态模式的特点是减少节奏和增加摇摆的阶段。相反,PA的关系强度与步幅和站立相持续时间似乎不通用。

在摆动期持续时间减少,这是一个生理步态恶化的迹象与年龄增长有关的(35和pwPD进一步恶化30.),是一个辅助因子参与的风险下降(36]。然而,它已经表明,运动对健康老年人((37])或特定的步态训练结合有节奏的听觉刺激(pwPD [38)可以部分逆转这种负面趋势。在这种背景下,我们的数据表明,pwPD从事更高和更强烈的PA具有摆动期持续时间增加,因此,可能间接地暴露于风险较低的下降。

节奏已经被认为是最适合代表步态参数动态活动自由生活,年轻健康个体,它被发现是强烈与PA强度(39]。我们的研究结果表明,在我们的群pwPD,参与者与高基线节奏倾向于花更多的时间在久坐不动的/低强度的行为,而这些特征是低基线节奏更有可能参与到活动。虽然没有具体证据对节奏的角色在预防/促进PA订婚,可以假设个体正常(如上图)较高的节奏也在那些经验增加困难优化管理步伐length-cadence关系(40),因此更有可能表现出不安步态这某种程度上阻碍了他们的活动。这也部分解释了为什么我们也发现更标志着久坐行为与瓦伦方法)(至少pwPD较短的步骤。总之,人走较短的步骤/高节奏似乎具有普遍的久坐不动的/低强度。

最后,步态模式的整体质量,根据GPS表示,似乎是适度与时间的百分比在中等强度PA,一致的在所有的测试方法;特别是在膝关节级别变化似乎最参与这个过程。以往的研究强调了期间的膝盖弯曲伸缩改变步态的存在,尤其是在立场阶段扩展不足(30.]。这可能是由于减少了膝盖肌肉力量扩展时,这种现象一般在pwPD [41,42),也可以损害的结果动态稳定性(43]。这样的结果表明,详细分析PA的行走能力的作用特性不能完全基于时空参数的研究还应考虑可能的运动变化。

这项研究的一些局限性承认。首先,参与者都是志愿者,为特定的性质(即学习。,long-term use of a wearable device 24 h/day) required high levels of compliance to achieve reliable results [44]。其次,测试样本是由一群非常均匀的高度自我激励的人被他们的PA性能好(如图所示)与low-mild残疾生活在一个内城居住区。这样的偏见很难概括我们的结果(45)特别不同的地理和社会经济背景和PD患者更严重受损。也应该考虑,步态参数与参与者脱衣服,赤脚在实验室获得,而PA是日常生活条件下评估;因此,测量条件显然是很不一样的。

5。结论

本研究调查了考评的数量和强度之间的关系由个体受PD low-mild残疾(客观地评估使用可戴三轴加速计)和他们的步态的运动学特征模式提供的电脑三维步态分析。PA参数估计使用不同的分割点accelerometric计数之前验证pwPD和健康的老年人。结果显示每天的趋势,描述了同样的测试方法,特点是两个截然不同的山峰的活动,早上和傍晚。主要研究的假设,即存在的步态模式的质量和数量之间的关系/ PA执行强度,充分证实了相关分析的结果。特别是更高和更强烈活动似乎与摆动期持续时间和节奏,而适度的活动时间的百分比也似乎与步态运动学的总体质量(表示通过GPS总结指数)和膝关节的弯曲伸缩的变更。虽然在更大的群组研究中进行进一步的研究是必要的,以更好地阐明残疾的影响水平,性别和社会经济地位,本研究的结果表明,PA的持续监控pwPD可能代表一个有用的工具在预测可能的步态模式的变化和验证康复治疗的有效性和PA项目。

的利益冲突

作者没有利益冲突的报告。

作者的贡献

MPa, MM、CC和RP研究计划。GC、CC和RP招募参与者和执行神经和临床评估。MPa、MPo和全科医生获取和分析数据。MPa和MPo写道,纠正了手稿。

确认

作者要感谢撒丁岛人协会的帕金森症患者(ASAMPA),尤其是主席卡罗Anchisi教授,他们的宝贵支持。这项研究由自治区的撒丁岛(格兰特crp - 78543 L.R. 7/2007),这个基金会di萨丁岛。

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