Einfluss altersbedingter und neuropathischer Veränderungen der Propriozeption auf die Motorik und Mobilität mittels markerloser Bewegungsanalyse
Einfluss altersbedingter und neuropathischer Veränderungen der Propriozeption auf die Motorik und Mobilität mittels markerloser Bewegungsanalyse
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Original abstract
Zusammenfassung Die vorliegende Dissertation stützt sich auf drei Studien, die mit einem markerlosen Ganzkörperbe-wegungsanalyse-System die Auswirkungen altersbedingter (Studie I) und neuropathischer (Studie II) Veränderungen der Propriozeption auf die Motorik untersuchten, insbesondere unter Berücksichti-gung der Mobilität. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss unterschiedlicher Instruktionen auf die Leistung bei einem Mobilitätstest, dem Timed-up-and-go-Test (TUG-Test), untersucht. Der TUG-Test ist von hoher klinischer Relevanz, da er verschiedene motorische Aufgaben wie Aufstehen, Hinsitzen, Gehen und Drehen abdeckt. Ein weiterer Fokus der Studie lag auf dem Zusammenhang zwischen schnellen, repetitiven Bewegungen der oberen und unteren Extremitäten. Hierbei wurde der Zusammenhang zwischen einem Armbewegungs-Test und der schnellen Bedingung des TUG-Tests untersucht und zwar sowohl bei gesunden Testpersonen (Studie I) als auch bei PNP-Patient(inn)en (Studie III). Einleitung: Analysen der Motorik, insbesondere des Stehens und Gehens, ermöglichen präzise Einblicke in die sensomotorische Funktion und den allgemeinen Gesundheitszustand. Der TUG-Test stellt ein etab-liertes und klinisch relevantes Instrument zur Beurteilung von Mobilität und Sturzgefährdung dar. Die Bewertung des TUG-Tests erfolgt üblicherweise anhand der benötigten Gesamtzeit (Aufstehen, 3-Meter-Gehen, Wenden, 3-Meter-Zurückgehen, Hinsitzen). Die technische Instrumentierung eröffnet die Möglichkeit, eine Vielzahl weiterer Parameter zu erfassen. Einschränkungen im klinischen Alltag, wie eine hohe Sturzgefahr, ein begrenztes Platzangebot oder Immobilität, können jedoch eine um-fassende Ganganalyse erschweren. Für Patient(inn)en, bei denen eine Mobilitätstestung nicht mög-lich ist, könnten daher Testungen der oberen Extremitäten einen aufschlussreichen Alternativansatz bieten, um funktionelle Defizite zu objektivieren und zu quantifizieren. Des Weiteren wird die Erkrankung der Polyneuropathie, bei der das klinische Defizit gut bekannt ist (eingeschränkte Propriozeption), als Modell genutzt, um die Ganzkörper-Auswirkungen eines senso-rischen Defizites auf die Motorik zu erfassen und zu interpretieren. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die zukünftige Klassifizierung, Interpretation und Analyse komplexerer neu-rodegenerativer Prozesse mittels Ganzkörperbewegungsanalyse. Zudem dienen sie der Evaluierung bestehender Therapieansätze (wie beispielsweise die tiefe Hirnstimulation bei Morbus Parkinson) sowie der Generierung neuer Therapien. Methoden: Es wurden 60 gesunde Testpersonen in drei Altersgruppen (jung (26 ± 3 Jahre), mittleres Alter (48 ± 9 Jahre), Senioren (68 ± 7 Jahre)) und 20 PNP-Patient(inn)en (61 ± 14 Jahre) untersucht. Die PNP-Patient(inn)en wurden mit 20 altersgleichen gesunden Testpersonen verglichen. Alle Testper-sonen führten den TUG-Test unter drei Bedingungen durch: bei selbstgewählter Bewegungsge-schwindigkeit (präferierte Bedingung), während einer Doppelaufgabe (Rückwärtszählen; Doppelauf-gaben Bedingung) und bei schneller Bewegungsgeschwindigkeit (schnelle Bedingung). Jede Aufga-be wurde zweimal durchgeführt und von einem markerlosen Ganzkörperbewegungsanalyse-System TheCaptury (The Captury GmbH, Saarbrücken, Deutschland) erfasst. Beim TUG-Test wurden die Zeit sowie räumlich-zeitliche Gangparameter (Ganggeschwindigkeit [cm/s], Schrittzeit [Sek. ], Schrittlänge [cm], Kadenz [Schritte/Min. ], Doppelunterstützungsphase [%]) während der Gehsequenzen analysiert. Zusätzlich wurden die Geschwindigkeit des Körperschwer-punkts (COM, center of mass) und die Gelenkgeschwindigkeiten (Sprunggelenke, Knie, Hüfte, Schultern, Ellenbogen, Handgelenke) relativ zum COM während der Gehsequenzen des TUG-Tests bei PNP-Patient(inn)en und altersgleichen gesunden Testpersonen analysiert. Die Testung der oberen Extremität beinhaltete eine maximal schnelle, alternierende Armbewegung zwischen zwei definierten Plattformen über eine Dauer von 20 Sekunden. Der Armbewegungs-Test wurde zweimal durchgeführt. Es wurden Anzahl der Berührungen [N], maximale Geschwindigkeit [m/s] und Ermüdung [%] bei gesunden Testpersonen berichtet. Bei PNP-Patient(inn)en wurden durchschnittliche und maximale Gelenkgeschwindigkeiten [cm/s] der oberen Extremität (Handgelen-ke, Ellenbogen, Schultern), Anzahl der Zyklen [N, entspricht der doppelten Anzahl der Berührungen] und Frequenz [Hz] und Ermüdung [%] berichtet. Als klinische Skalen wurden die Mobilitätsskala Ti-netti POMA (Tinetti) herangezogen und zur Erfassung der Sturzangst die Falls Efficacy Scale – In-ternational (FES-I) Skala. Ergebnisse: Die Ergebnisse der Studie I zeigen eine TUG-Bedingung-abhängige Unterscheidung der Gangpara-meter während des TUG-Tests je nach Altersgruppe. Der Alterungseffekt wurde insbesondere unter der Doppelaufgabe deutlich, die eine signifikante Verringerung der Ganggeschwindigkeit bei älteren Testpersonen hervorrief. Im Gegensatz dazu zeigten junge Testpersonen bei der schnellen TUG-Bedingung eine deutliche Abgrenzung von den anderen Altersgruppen. Studie II zeigte einen signifi-kanten Effekt der Polyneuropathie im Sinne einer Verlangsamung der Gelenkgeschwindigkeiten über den gesamten Körper hinweg und einen signifikanten Unterschied der Gangparameter im Vergleich zu den gesunden Testpersonen. Insbesondere wiesen PNP-Patient(inn)en um etwa 13 % reduzierte Gelenkgeschwindigkeiten im Vergleich zur Kontrollgruppe auf, weitgehend unabhängig von der er-warteten Höhe des Geschwindigkeitswerts im einzelnen Gelenk. Diese Beobachtung ist insofern überraschend, als dass sich das Schultersegment beim Gehen auch bei gesunden Testpersonen grundsätzlich mehr als eine Zehnerpotenz langsamer, relativ zum Körperschwerpunkt, bewegt als die Sprunggelenke. In Studie I wurde ersichtlich, dass die Leistung in beiden Tests, TUG-und Arm-bewegungs-Test, altersabhängig variierte. Signifikante Korrelationen wurden zwischen schnellen Armbewegungen und besseren TUG-Leistungen festgestellt. In Studie III wurden ähnliche Verlang-samungen beim Armbewegungstest der PNP-Patient(inn)en beobachtet, wie sie bei der Untersu-chung der schnellen Bedingung des TUG-Tests festgestellt wurden. Zudem konnte ein Zusammen-hang zwischen dem Armbewegungstest und der TUG-Leistung sowie klinischen Skalen wie der Angst vor dem Fallen (FES-I) und der Mobilität (Tinetti) festgestellt werden, wie es auch bei den ge-sunden Testpersonen der Fall war. Diskussion: In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals eine Untersuchung durchgeführt, die sich mit der Frage befasst, inwiefern altersbedingte und pathologische Veränderungen die Ganzkörpermotorik beein-flussen. Es wurde festgestellt, dass altersbedingte Veränderungen der Motorik insbesondere auch von der Testbedingung abhängen. Beeinträchtigungen im mittleren Alter konnten durch maximal schnelle Bewegungsausführungen sichtbar gemacht werden, während später eintretende Verände-rungen über kognitive Zusatzaufgabe erkennbar waren. Hinsichtlich pathologischer Veränderungen war bereits eine Mobilitätstestung unter präferierten Bedingungen aussagekräftig. In Bezug auf den Vergleich zwischen Mobilitäts-Tests und repetitivem Armbewegungstest der obe-ren und unteren Extremität konnten sowohl bei gesunden Testpersonen als auch bei Patient(inn)en enge Zusammenhänge festgestellt werden. Darüber hinaus besteht ein enger Zusammenhang zu klinischen Skalen wie der Sturzangst (FES-I) und der Mobilität (POMA). Da die TUG-Zeit und die Ganggeschwindigkeit bereits als verlässliche Prädiktoren für Gesundheit und Mobilität gelten, kann der Armbewegungstest auch als guter Prädiktor für Gesundheit und Mobilität eingesetzt werden. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen, dass die große Menge an Daten, die bei Ganzkörperbewe-gungsanalysen gesammelt wird (durch die Anzahl der Sensoren, die beobachteten Gelenke, die Er-fassungsrate und die Messdauer), eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Verfahren und die Verbesserung bestehender Methoden darstellt. Außerdem können zusätzliche Informationen wie Positionen, Beschleunigungen und Impulse analysiert werden, um zu erkennen, wie Bewegungen unter normalen oder verschiedenen krankhaften Bedingungen ablaufen. Diese Erkenntnisse können dann als sensomotorische Biomarker für klinische Fragestellungen genutzt werden.