Berechnung der Herzfrequenzvariabilität aus EKG-Daten von Jugendlichen mit Zerebralparese während aktiver Videospielsitzungen

Zerebralparese (CP) ist die häufigste körperliche Behinderung der Kindheit¹. CP wird durch eine neurologische Beleidigung des sich entwickelnden Gehirns verursacht und ist mit motorischen Beeinträchtigungen wie Muskelschwäche, Spastik, Dekonditionierung und verminderter Motorkontrolle und Balance^{verbunden 2,3}. CP ist eine nicht-progressive Erkrankung, aber mit dem Alter werden Kinder weniger körperlich aktiv und sitzender im Vergleich zu ihren Altersgenossen mit typischer Entwicklung (TD) vor allem wegen der erhöhten Anforderungen an Wachstum an ihre kompromittierte neuromuskuläre und Muskel-Skelett-Systeme⁴.

Jugendliche mit CP erhalten in der Regel Physiotherapie (PT) Dienstleistungen zur Verbesserung der funktionellen Beweglichkeit und Förderung der körperlichen Aktivität und Fitness (z.B. Aerobe und Muskelausdauer)². Oftmals gibt es nur begrenzten Zugriff auf PT-Dienste und Community-Ressourcen, um diese PT-Ziele zu erreichen und zu erhalten^5,6. Aktive Videospiele (AVGs) können eine praktikable Strategie bei aktivitätsbasierten PT-Interventionen in Klinik-, Heim- oder Gemeinschaftseinstellungen^7,8sein. Kommerzielle AVGs haben begrenzte Flexibilität, um das Spiel anzupassen und die spezifischen Bedürfnisse und PT-Ziele für Jugendliche mit CP⁹zu erfüllen. Allerdings bieten maßgeschneiderte AVGs flexible Spielparameter, um Jugendliche mit CP herauszufordern und gleichzeitig körperliche Aktivität und Fitness zu fördern¹⁰.

Unser Team hat ein maßgeschneidertes AVG (kollECT) entwickelt, um die Reaktionen von Jugendlichen auf Bewegung (z. B. körperliche Aktivität und aerobe Fitness) zu untersuchen. Das Spiel verwendet einen Bewegungssensor, um Jugendbewegungen während des Spiels zu verfolgen. Das Ziel des Spiels ist es, so viele Objekte wie möglich für eine hohe Punktzahl zu “sammeln” und die Gefahren zu vermeiden, um Punkte zu verlieren. Objekte können mit Hand- und/oder Fußsymbolen gesammelt werden, wie vom Therapeuten in den flexiblen Spielparametern festgelegt.

Das Entwerfen aktivitätsbasierter PT-Interventionen, die die Intensität der körperlichen Aktivität dosieren, um die aerobe Fitness zu fördern, ist für Jugendliche mit CP¹¹von entscheidender Bedeutung. Benutzerdefinierte AVGs können eine effektive Strategie sein, um Intensität zu dosieren und Jugendliche in körperliche Aktivität zu engagieren, um Fitness zu fördern¹⁰. Herzfrequenz-Monitore (HR) werden häufig in der klinischen PT-Praxis verwendet, um aerobe Leistung und Aktivitätsintensität zu bestimmen. Daher werden HR-Monitore helfen, die Durchführbarkeit von AVGs bei der Dosierung der körperlichen Aktivitätsintensität zu bestimmen, um aerobe Fitness zu fördern⁹. EKG-Daten, die aus einem HR-Monitor generiert werden, können zur Berechnung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) verwendet werden. Analytische Methoden wurden verwendet, um HRV aus EKG-Daten zu generieren, um aerobe Arbeitsbelastung zu untersuchen. Jüngste Anwendungen von HRV deuten darauf hin, dass kurzfristige Messungen (5 min Bouts) angemessen sind und dass HRV-Biofeedback dazu beitragen kann, die Symptome und die Lebensqualität in einer Vielzahl von gesundheitlichen Bedingungen zu verbessern^32,33,34 . Die Anwendung kurzfristiger HRV-Maßnahmen ist ein geeignetes Mittel zur Beurteilung der Herz-Kreislauf-Funktion während AVG-Sitzungen. Da HRV aus dem R-R-Intervall eines EKG abgeleitet ist, haben wir ausgewählte Zeit-Domain- und Frequenz-Domain-Maßnahmen verwendet. Zeit-Domänen-Messung von HRV quantifiziert die Variablität in den Interbeat-Intervallen, die die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen darstellt. Wir verwendeten AVNN (durchschnittliches NN-Intervall), RMSSD (Wurzelmittelquadrat der aufeinanderfolgenden Unterschiede), SDNN (Standardabweichung des NN-Intervalls), NN50 (Anzahl der NN-Intervalle >50 ms) und PNN50 (Prozentsatz der NN-Intervalle). Frequenzbereichsmessungen schätzen die Verteilung der absoluten oder relativen Leistung in möglicherweise vier Frequenzbänder, die wir speziell auf zwei Frequenzbänder, Niederfrequenz-(LF)-Leistung und Hochfrequenzleistung (HF) zusammen mit dem LF/HF-Verhältnis angesprochen haben. Obwohl HR eine gut akzeptierte klinische Maßnahme ist, kann HRV nützlich sein, da es Informationen über autonome Systemfunktion, Wiederherstellung, Anpassung und eine Schätzung der aeroben Arbeitsbelastung während einer AVG-Sitzung²⁸bereitstellt.

Ziel dieser Studie war es, die Durchführbarkeit der Anwendung von AVG-Strategien zur Förderung von körperlicher Aktivität und Fitness zu untersuchen. Ein zweiter Zweck bestand darin, das AVG-Datenerfassungsprotokoll und die Methodik zur Berechnung der HRV aus EKG-Daten, die über einen HR-Monitor gewonnen wurden, vorzustellen. Diese Maßnahmen und dieses Protokoll können sich für Ärzte als relevant erweisen, um PT-Interventionssitzungen zu überwachen und zu dosieren.