En instrumenterade dragtest att karakterisera Postural Svaren
Summary
Nedskrivning av posturala reflexer, kallas postural instabilitet, är svårt att kvantifiera. Kliniska bedömningar såsom dragtest lida problem med tillförlitlighet och skalning. Här presenterar vi en instrumenterade version av pull testet att objektivt karakterisera postural Svaren.
Abstract
Nedskrivningar av posturala reflexer, kallas postural instabilitet, är ett vanligt och handikappande underskott vid Parkinsons sjukdom. För att bedöma posturala reflexer, anställa kliniker vanligtvis pull testet till grade korrigerande Svaren till en bakåt störning vid axlarna. Men är dragtest benägna att problem med tillförlitlighet och skalning (poäng/4). Här presenterar vi en instrumenterade version av pull testet att mer exakt kvantifiera postural Svaren. Besläktad med kliniska testet administreras manuellt drar förutom dragkraft registreras också. Förskjutningar av bålen och fötter fångas av en semi transportabel rörelse spårningssystem. Rådata representerar tillryggalagd sträcka (i millimeter enheter), vilket gör efterföljande tolkning och analys intuitiv. Den instrumenterade dragtest upptäcker också variabilitet påverkande pull test administration, till exempel dragkraft, därigenom att identifiera och kvantifiera potentialen förvirrar som kan redovisas av statistiska metoder. Den instrumenterade dragtest kan ha program i studier som försöker fånga tidiga avvikelser i postural svaren, spåra postural instabilitet över tid och upptäcka Svaren till terapi.
Introduction
Posturala reflexer agera för att bibehålla balans och upprätt hållning som svar på störningar1. Nedskrivningar av dessa postural svaren i sjukdomar såsom Parkinsons sjukdom resulterar i postural instabilitet och ofta leder till faller, minskat vandrande förtroende och minskad livskvalitet2,3,4. I klinisk praxis bedöms vanligtvis posturala reflexer med pull test, där en granskare raskt drar patienten bakåt vid axlarna och visuellt årskurs svar5,6,7, 8. postural instabilitet görs oftast med den Unified Parkinsons sjukdom Rating Scale (UPDRS) (0 – normal till 4 – svår), som publicerade av International Movement Disorder Society5. Denna metod har använts i stor utsträckning i bedömningen av individer med Parkinsons sjukdom men lider av dålig tillförlitlighet och mycket begränsad skalning (poäng/4)6,7,9. Dra provresultat inte korrelerar ofta med viktiga kliniska effektmått såsom falls och heltal-baserade klassificeringen saknar känslighet för att upptäcka fina postural förändringar10,11.
Laboratoriebaserade objektiva mått erbjuder exakt information om arten av balans svar inom kvantifiera kinetic (t.ex. mitten av trycket), kinematisk (t.ex. gemensamma goniometry/lem förskjutning) och neurofysiologiska (t.ex. muskel rekrytering) slutpunkter12. Dessa metoder kan identifiera avvikelser innan postural instabilitet är kliniskt uppenbart och följa förändringar över tid, inklusive Svaren till behandling13,14.
Verktyg för att kvantifiera Postural instabilitet
Konventionella metoder för dynamiska posturography anställer ofta rörliga plattformar. Resulterande postural Svaren kvantifieras med hjälp av en kombination av posturography, Elektromyografi (EMG) och accelerationsmätning12,15,16. Men är underifrån Svaren från plattform störningar – som framkallar en respons som halka på våta golv, fundamentalt annorlunda från uppifrån postural Svaren testets kliniska pull – som kan uppstå när som stötte i en folkmassa. Nya bevis antyder truncal störningar ger olika postural egenskaper de rörliga plattformar17,18,19. Följaktligen har andra försökt truncal störningar i laboratoriet använder komplexa tekniker inklusive motorer, remskivor och pendlar15,20,21,22. Mätmetoder är ofta dyra och otillgängliga och består av video-baserade motion capture som kräver utrymme som är tillägnat i specialiserade laboratorier20,21. Helst bör en objektiv metod att karakterisera pull test Svaren ha goda psykometriska egenskaper, vara lätt att administrera, enkel att använda, lättillgänglig och bärbara. Detta är viktigt att underlätta utbrett införande av tekniken som en alternativ bedömningsverktyg att utvärdera postural Svaren inom forskning och potentiellt, kliniska inställningar.
Den instrumenterade dragtest
Syftet med detta protokoll är att erbjuda forskare en teknik för objektiv bedömning av postural Svaren till pull testet. Ett semi bärbar och allmänt tillgängliga elektromagnetisk motion capture system stödjer tekniken. Störning innebär manuell drar som inte kräver specialiserad mekaniska system. Denna metod har tillräcklig känslighet för att upptäcka små skillnader i postural reaktionstider och svar amplituder; Det är därför lämpad att fånga eventuella avvikelser från normal upp till grad 1 postural instabilitet enligt UPDRS (postural instabilitet med utan hjälp balans återhämtning)5. Denna metod kan också användas för att undersöka effekterna av behandling på postural instabilitet. Protokollet beskrivs här härstammar från som i Tan et al.23.
Protocol
Representative Results
Discussion
Här har vi visat protokollet för instrumentering av den kliniska dragtest, tar en metod som allmänt används i klinisk praxis och ger en objektiv mätning av postural Svaren förutom den viktiga aspekten av den pull-administrationen. Denna metod använder semi transportabel rörelse spårning, och erbjuder ett medel för mätning som är mer tillgängliga jämfört med konventionella laboratorium tekniker28. Med den här metoden kan forskare utforska kännetecken för postural Svaren till en to…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Angus Begg (Bionics Institutet) för hans hjälp i protokollet video. Vi erkänner Dr Sue Finch (statistiska Consulting Centre och Melbourne statistiska Consulting plattform, University of Melbourne) som gav statistiskt stöd. Detta arbete stöds av finansieringen genom National Health och medicinska forskningsrådet (1066565), den viktorianska Lions Foundation och The viktorianska regeringens operativa infrastrukturen Support Program.
Materials
| Analog to Digital Convertor & Software | CED | Micro 1401-3 | Any suitable digital acquisition system can be used |
| Load Cell | Omegadyne | LCM201-100N | |
| MATLAB Software | MathWorks Inc. | NA | Any data science platform can be used |
| Motion Sensor | Ascension | 6DOF, type-800 | |
| Motion Tracker | Ascension | 3D Guidance trakSTAR | Mid-range transmitter |
| S&F Technical Harness and Belt | Lowepro | LP36282 |
Referências
- Shemmell, J. Interactions between stretch and startle reflexes produce task-appropriate rapid postural reactions. Frontiers in Integrative Neuroscience. 9, (2015).
- Kerr, G. K., et al. Predictors of future falls in Parkinson disease. Neurology. 75 (2), 116-124 (2010).
- Latt, M. D., Lord, S. R., Morris, J. G. L., Fung, V. S. C. Clinical and physiological assessments for elucidating falls risk in Parkinson’s disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 24 (9), 1280-1289 (2009).
- Foreman, K. B., Addison, O., Kim, H. S., Dibble, L. E. Testing balance and fall risk in persons with Parkinson disease, an argument for ecologically valid testing. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (3), 166-171 (2011).
- Fahn, S. . Recent Developments in Parkinson’s Disease. , 153-163 (1987).
- Hunt, A. L., Sethi, K. D. The pull test: a history. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 21 (7), 894-899 (2006).
- Visser, M., et al. Clinical tests for the evaluation of postural instability in patients with parkinson’s disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (11), 1669-1674 (2003).
- Jacobs, J. V., Horak, F. B., Van Tran, K., Nutt, J. G. An alternative clinical postural stability test for patients with Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 253 (11), 1404-1413 (2006).
- Nonnekes, J., Goselink, R., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. The retropulsion test: a good evaluation of postural instability in Parkinson’s disease?. Journal of Parkinson’s Disease. 5 (1), 43-47 (2015).
- Bloem, B. R., Beckley, D. J., van Hilten, B. J., Roos, R. A. C. Clinimetrics of postural instability in Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 245 (10), 669-673 (1998).
- Thevathasan, W., et al. Pedunculopontine nucleus deep brain stimulation in Parkinson’s disease: A clinical review. Movement Disorders. 33 (1), 10-20 (2018).
- Visser, J. E., Carpenter, M. G., van der Kooij, H., Bloem, B. R. The clinical utility of posturography. Clinical Neurophysiology. 119 (11), 2424-2436 (2008).
- McVey, M. A., et al. Early biomechanical markers of postural instability in Parkinson’s disease. Gait and Posture. 30 (4), 538-542 (2009).
- Mancini, M., et al. Trunk accelerometry reveals postural instability in untreated Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (7), 557-562 (2011).
- Nonnekes, J., et al. Are postural responses to backward and forward perturbations processed by different neural circuits?. Neurociência. 245, 109-120 (2013).
- Horak, F. B., Dimitrova, D., Nutt, J. G. Direction-specific postural instability in subjects with Parkinson’s disease. Experimental Neurology. 193 (2), 504-521 (2005).
- Colebatch, J. G., Govender, S., Dennis, D. L. Postural responses to anterior and posterior perturbations applied to the upper trunk of standing human subjects. Experimental Brain Research. 234, 367-376 (2016).
- Graus, S., Govender, S., Colebatch, J. G. A postural reflex evoked by brief axial accelerations. Experimental Brain Research. 228 (1), 73-85 (2013).
- Govender, S., Dennis, D. L., Colebatch, J. G. Axially evoked postural reflexes: influence of task. Experimental Brain Research. 233, 215-228 (2015).
- Smith, B. A., Carlson-Kuhta, P., Horak, F. B. Consistency in Administration and Response for the Backward Push and Release Test: A Clinical Assessment of Postural Responses: Consistency of Push and Release Test. Physiotherapy Research International. 21 (1), 36-46 (2016).
- Di Giulio, I., et al. Maintaining balance against force perturbations: impaired mechanisms unresponsive to levodopa in Parkinson’s disease. Journal of Neurophysiology. , (2016).
- Nonnekes, J., de Kam, D., Geurts, A. C. H., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. Unraveling the mechanisms underlying postural instability in Parkinson’s disease using dynamic posturography. Expert Review of Neurotherapeutics. 13 (12), 1303-1308 (2013).
- Tan, J. L., et al. Neurophysiological analysis of the clinical pull test. Journal of Neurophysiology. , (2018).
- McVey, M. A., et al. The effect of moderate Parkinson’s disease on compensatory backwards stepping. Gait and Posture. 38 (4), 800-805 (2013).
- Valls-Sole, J., et al. Reaction time and acoustic startle in normal human subjects. Neuroscience Letters. 195 (2), 97-100 (1995).
- Carlsen, A. N., Maslovat, D., Lam, M. Y., Chua, R., Franks, I. M. Considerations for the use of a startling acoustic stimulus in studies of motor preparation in humans. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 35 (3), 366-376 (2011).
- Nanhoe-Mahabier, W., et al. First trial reactions and habituation rates over successive balance perturbations in Parkinson’s disease. Neurociência. 217, 123-129 (2012).
- Aminian, K., Najafi, B. Capturing human motion using body-fixed sensors: outdoor measurement and clinical applications. Computer animation and virtual worlds. 15 (2), 79-94 (2004).
- De Luca, C. J. The use of surface electromyography in biomechanics. Journal of Applied Biomechanics. 13 (2), 135-163 (1997).
- Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
- Saito, H., Yamanaka, M., Kasahara, S., Fukushima, J. Relationship between improvements in motor performance and changes in anticipatory postural adjustments during whole-body reaching training. Human Movement Science. 37, 69-86 (2014).
- Kam, D. D., et al. Dopaminergic medication does not improve stepping responses following backward and forward balance perturbations in patients with Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 261 (12), 2330-2337 (2014).
- Peterson, D. S., Horak, F. B. The Effect of Levodopa on Improvements in Protective Stepping in People With Parkinson’s Disease. Neurorehabilitation and Neural Repair. 30 (10), 931-940 (2016).
- Haubenberger, D., et al. Transducer-based evaluation of tremor. Movement Disorders. 31 (9), 1327-1336 (2016).
- Elble, R., et al. Task force report: scales for screening and evaluating tremor: critique and recommendations. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 28 (13), 1793-1800 (2013).
- Adkin, A. L., Carpenter, M. G. New insights on emotional contributions to human postural control. Frontiers in Neurology. 9, 789 (2018).
- Huffman, J. L., Horslen, B., Carpenter, M., Adkin, A. L. Does increased postural threat lead to more conscious control of posture?. Gait and Posture. 30 (4), 528-532 (2009).
- Valls-Sole, J., Rothwell, J. C., Goulart, F., Cossu, G., Munoz, E. Patterned ballistic movements triggered by a startle in healthy humans. The Journal of Physiology. 516 (Pt 3), 931-938 (1999).
- Campbell, A. D., Squair, J. W., Chua, R., Inglis, J. T., Carpenter, M. G. First trial and StartReact effects induced by balance perturbations to upright stance. Journal of Neurophysiology. 110 (9), 2236-2245 (2013).
- Oude Nijhuis, L. B., Allum, J. H. J., Valls-Solé, J., Overeem, S., Bloem, B. R. First trial postural reactions to unexpected balance disturbances: a comparison with the acoustic startle reaction. Journal of Neurophysiology. 104 (5), 2704-2712 (2010).
