Abstrakt
Hintergrund. Schlaganfall ist die häufigste Ursache für langfristige Behinderungen in den Vereinigten Staaten (USA). Assisted Cycling Therapy (ACT) bei Trittfrequenzen von etwa 80 U/min wurde mit Verbesserungen der motorischen und klinischen Funktion in anderen klinischen Populationen in Verbindung gebracht. Die akuten Wirkungen von ACT auf die Motorik von Personen mit Schlaganfall wurden nicht untersucht. Ziele. Der Hauptzweck dieser Crossover-Studie war der Vergleich der Wirkungen von ACT, freiwilligem Radfahren (VC) und keinem Radfahren (NC) auf die motorische Funktion der oberen (Box and Blocks Test) und unteren Extremität (Lower Extremity Motor Coordination Test) in Erwachsene mit chronischem Schlaganfall (Alter: 60 ± 16 Jahre; Monate seit Schlaganfall: 96 ± 85). Der sekundäre Zweck bestand darin, die durchschnittliche Trittfrequenz beim Radfahren und Bewertungen der wahrgenommenen Anstrengung als Prädiktoren für die Veränderung der motorischen Funktion nach der Trainingseinheit zu untersuchen. Methoden. Zweiundzwanzig Teilnehmer (weiblich = 6, männlich = 16) absolvierten jeweils eine 20-minütige Sitzung von ACT (mittlere Trittfrequenz = 79,5 U / min, VC (mittlere Trittfrequenz = 51,5 U / min) und NC an separaten Tagen in quasi ausbalancierter Weise). Ergebnisse. Die Haupteffekte der Intervention unterschieden sich nicht zwischen ACT und VC. Analysen innerhalb der Intervention zeigten signifikante (p < 0,05) Veränderungen vor und nach dem Test bei allen Ergebnismessungen für ACT, aber nur im Motorkoordinationstest der unteren Extremität auf der nicht-paretischen Seite für VC. Trendanalysen zeigten eine positive Beziehung zwischen durchschnittlichen ACT-Kadenzen und Verbesserungen der motorischen Funktion der oberen und unteren Extremitäten (p < 0,05). Eine positive Beziehung zwischen durchschnittlichen VC-Trittfrequenzen und der Funktion der unteren Extremitäten wurde ebenfalls festgestellt (p < 0,05). Abschluss. ACT und VC führten zu ähnlichen akuten Verbesserungen der motorischen Funktion der paretischen und nicht-paretischen unteren Extremitäten, während die Veränderungen der motorischen Funktion der oberen Extremitäten begrenzter waren. Schnellere Trittfrequenzen scheinen mit größeren akuten Effekten verbunden zu sein.
1. Einleitung
Neuromotorische Defizite nach einem Schlaganfall sind die Hauptursache für langfristige Behinderungen bei Erwachsenen [ 1 ]. Die Erregung der kortikalen und subkortikalen motorischen Bereiche ist ein primärer Mechanismus bei der Wiederherstellung der motorischen Funktion während der Neurorehabilitation [ 2 ]. Übung ist eine therapeutische Modalität, die diese Bereiche aktivieren und die Hochregulierung von trophischen und Wachstumsfaktorkaskaden stimulieren kann, die letztendlich Neuroplastizität und motorische Erholung erleichtern [ 2 – 5 ]. Akute Wirkungen von Bewegung können manchmal auf die Wirksamkeit einer Übungsintervention hinweisen. Beispielsweise wurden nach mechanischer Stimulation der Hand mit 25 Hz im Vergleich zu 10 Hz größere normalisierte motorisch evozierte Potenziale gefunden, und die Wirkungen der 25 Hz-Stimulation schienen länger anzuhalten (1–2 Stunden nach der Stimulation). Bei Patienten mit Parkinson-Krankheit verbesserte erzwungenes Radfahren der unteren Extremitäten akut die kortikalen und subkortikalen Aktivierungsmuster während einer Greifkraftmodulationsaufgabe und 8 Wochen erzwungenes Radfahren der unteren Extremitäten waren auch mit chronischen und dauerhaften Verbesserungen der Greifkraftmodulation verbunden [ 6 , 7 ] .
Die akuten Wirkungen der Assisted Cycling Therapy (ACT) mit den unteren Extremitäten auf die untere und obere motorische Funktion nach einem Schlaganfall wurden nicht untersucht. Studien mit ACT haben vielversprechende Ergebnisse bei Personen mit Parkinson-Krankheit und Personen mit Down-Syndrom erbracht [ 8 – 11 ]. Während der Assisted Cycling Therapy (ACT) überträgt ein Elektromotor ein Drehmoment auf die Pedale eines speziellen stationären Liegerads (Theracycle-Modell von Exercycle), um die Tretbewegung der Beine zu erleichtern. Die Arme kommen bei dieser Übungsart nicht zum Einsatz. Das rechte und das linke Pedal sind gekoppelt und können nicht unabhängig voneinander bewegt werden. Normalerweise würde dies eine asymmetrische Verwendung der unteren Extremitäten fördern, da der Pedalhub des paretischen Gliedes mit Hilfe des von dem nicht-paretischen Glied erzeugten Schwungs vervollständigt werden kann. Während ACT muss sich der Fahrer jedoch nicht auf den Drehmomentbeitrag des nicht paretischen Beins verlassen. Der größte Teil des Drehmoments und der Leistungsabgabe wird vom Motor erzeugt und eine konstante Trittfrequenz wird beibehalten, was eine symmetrischere Kinematik über beide Gliedmaßen fördert [ 12 ]. Der Motor behält eine vorprogrammierte Trittfrequenz bei, unabhängig vom Kraftbeitrag des Radfahrers. ACT bei niedrigen Trittfrequenzen (30–50 U/min), oft als passives Radfahren bezeichnet, wird manchmal in der Akutphase nach einem Schlaganfall bei Patienten mit eingeschränkter Motorik und unzureichenden aktiven Muskelkontraktionen in den unteren Extremitäten für Aerobic-Übungen eingesetzt [ 12 ] und Basierend auf einem Fallbericht kann ACT auch die motorische Erholung während der chronischen Phase nach einem Schlaganfall fördern [ 13 ]. Dieser Fallbericht war jedoch auf einen Teilnehmer beschränkt und die Intervention umfasste auch das Üben von sich wiederholenden Aufgaben. Daher sind mehr Beweise über die Auswirkungen von ACT bei schnelleren Kadenzen auf die globale motorische Funktion (obere und untere Extremitäten) während der chronischen Phase nach einem Schlaganfall erforderlich. Vielversprechend ist ACT bei relativ schnellen Kadenzen ( 80 U/min) stimuliert nachweislich den Blutfluss und die neurale Aktivität bilateral in den sensomotorischen Kortexen, prämotorischen Kortexen und ergänzenden motorischen Bereichen im gleichen Maße wie aktives Radfahren bei Personen nach einem Schlaganfall, mit Ausnahme des sensomotorischen Kortex auf den nicht betroffenen Seite [ 14 ].
ACT kann besonders nützlich für Menschen mit geringer kardiorespiratorischer Fitness sein. Die maximalen aeroben Kapazitäten können nach einem Schlaganfall um 50 % reduziert werden [ 15 ] und dies kann die Fähigkeit einschränken, eine Bewegungsrate und -dauer aufrechtzuerhalten, die neuroplastische Effekte und die motorische Erholung optimieren [ 16 , 17 ]. Beispielsweise erhöhte freiwilliges Radfahren mit 50 U / min die Erregbarkeit oder Neuroplastizität bei Menschen mit chronischem Schlaganfall nicht [ 16 ]. Bei Personen mit Parkinson-Krankheit (PD) wurde jedoch eine positive Korrelation zwischen ACT-Kadenzen und Änderungen der funktionellen Konnektivität zwischen dem Thalamus und dem primären motorischen Kortex berichtet [ 18 ]. Im Durchschnitt war die unterstützte Trittfrequenz 43 % schneller als die freiwillige Trittfrequenz, und es gab keine Hinweise auf abnehmende Ergebnisse bei unterstützten Trittfrequenzen bis zu 95 U/min in Bezug auf die funktionelle Konnektivität.
Daher kann ACT bei schnellen Kadenzen (z. B. 80 U / min) am vorteilhaftesten sein, da es im Einklang mit Massentrainingsparadigmen steht [ 13 , 17 – 22 ]. ACT bei einer schnellen Kadenz ist eine Möglichkeit, mehr Wiederholungen in einer bestimmten Zeit zu absolvieren. Aus diesem Grund haben wir in der aktuellen Studie untersucht, ob die Trittfrequenz Veränderungen der motorischen Funktion vorhersagt.
In Anbetracht der bisher begrenzten Evidenz war der Hauptzweck dieser Pilotstudie der Vergleich der akuten Wirkungen von ACT, VC (freiwilliges Radfahren) und NC (kein Radfahren) auf die motorische Funktion der oberen und unteren, paretischen und nichtparetischen Extremitäten bei Menschen während die chronische Zeit nach einem Schlaganfall. Basierend auf früheren Beweisen für die Auswirkungen von ACT auf die globale motorische Funktion in anderen Populationen [ 7 , 8 , 10 , 11 , 17 , 23 ] stellten wir die Hypothese auf, dass die motorische Funktion der oberen und unteren Extremitäten stärker von ACT profitieren würde als von VC oder NC. Ein sekundäres Ziel bestand darin, den Zusammenhang zwischen Interventionsparametern (Bewertungen der wahrgenommenen Anstrengung [RPE], Herzfrequenz und Trittfrequenz) und der motorischen Ausgangsfunktion mit dem Ausmaß der Veränderung der motorischen Funktion zu untersuchen. Um die klinische Praxis zu informieren, ist es wichtig, äußere Variablen zu untersuchen, die die therapeutische Wirksamkeit von Interventionen beeinflussen können. Sullivan und Kollegen [ 24 ] fanden eine positive Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen der Trainingsintensität und der Leistung bei einer Finger-zu-Nase-Aufgabe. Wir verwendeten daher RPE und Herzfrequenz als Maß für die Trainingsintensität und als potenzielle Prädiktoren für Veränderungen der motorischen Funktion. Wir stellten eine positive Beziehung zwischen RPE und Herzfrequenz während des Radfahrens mit Veränderungen der motorischen Leistung der oberen und unteren Extremitäten auf. Basierend auf früheren Untersuchungen haben wir auch die Hypothese aufgestellt, dass die Trittfrequenz in einem positiven Zusammenhang mit Veränderungen der motorischen Leistung steht [ 18 ]. Schließlich stellten wir die Hypothese auf, dass diejenigen mit einer besseren motorischen Grundfunktion größere akute motorische Leistungsvorteile erfahren werden und dass sie in der Lage wären, mit schnelleren Trittfrequenzen zu fahren. Wenn beide Hypothesen unterstützt würden, würde dies darauf hindeuten, dass diejenigen, die mit schnelleren Trittfrequenzen Rad fahren, möglicherweise nicht nur Vorteile erfahren, weil sie schneller Rad fahren, sondern wegen ihrer besseren motorischen Grundfunktion.
2. Methoden
2.1. Teilnehmer
Die Teilnehmer wurden über Zeitungsanzeigen, aus ambulanten Rehabilitationskliniken und von Schlaganfall-Selbsthilfegruppen im Großraum Phoenix rekrutiert. Zweiundzwanzig Teilnehmer beendeten diese Studie (siehe Abbildung 1 für das Flussdiagramm). Die Teilnehmer hatten vor mindestens sechs Monaten mindestens einen einseitigen hämorrhagischen oder ischämischen Schlaganfall erlitten, hatten eine verbleibende Hemiparese, waren mindestens 18 Jahre alt, medizinisch stabil, hatten kontrollierte Blutdruckwerte (Ruheblutdruck < 140/90 mmHg), Punkte erzielt mindestens 24 beim Mini Mental State Exam (MMSE) und nicht mehr als drei Punkte auf der Modified Ashworth Scale (MAS). Personen mit schwerer Aphasie, die das Verständnis und den Abschluss der Tests ausschloss, und Personen mit anderen neurologischen Erkrankungen wurden ausgeschlossen. Siehe Tabelle 1 für Teilnehmermerkmale.
2.2. Design
Dies war ein quasi-ausgeglichener Crossover-Versuch. Jeder Teilnehmer absolvierte vier Besuche in unserem Forschungslabor im Abstand von fünf bis zehn Tagen. Der erste Besuch bestand aus dem Einwilligungsverfahren, Screening-Verfahren und der Sammlung beschreibender Maßnahmen. Die folgenden drei Besuche bestanden aus einer ACT-Sitzung, einer VC-Sitzung oder einer NC-Sitzung. Die Reihenfolge, in der die Teilnehmer diese Sitzungen absolvierten, war zwischen den Teilnehmern quasi ausbalanciert (siehe Abbildung 1 ). Wir haben 3 Sequenzen ausgewählt, die es ACT ermöglichen würden, an erster, zweiter und dritter Stelle in der Sequenz zu stehen, sowie VC und NC an erster, zweiter und dritter Stelle. Wir hielten dieses Maß an Ausgleich für ausreichend, da wir davon ausgingen, dass unsere Teilnehmer nur minimale Übertragungseffekte erfahren würden. Daher haben wir 3 Sequenzen verwendet, indem wir jede Behandlung einmal über die Sequenz und den Zeitraum verabreicht haben. Motorische Funktionstests wurden vor (dh Vortests) und unmittelbar nach jeder Sitzung (dh Nachtests) durchgeführt. Der Nachtest begann innerhalb von fünf Minuten nach Abschluss der gegebenen Interventionssitzung.
2.3. Beschreibende Maße
Alle in dieser Studie verwendeten Maßnahmen wurden von Angesicht zu Angesicht und auf einer Eins-zu-eins-Basis von einem klinisch ausgebildeten Forscher durchgeführt. The MMSE [ 25 ], Physical Activity Scale for Individuals with Physical Disabilities (PASIPD) [ 26 ], Beck Depression Inventory (BDI) [ 27 ], Fugl-Meyer Assessment for the Lower (LEFMA) and Upper Extremity (UEFMA) [ 28 ] , und die modifizierte Ashworth-Skala (MAS) [ 29 ] wurden gemäß Standardverfahren von einem ausgebildeten Kliniker verabreicht. Der LEFMA wurde als Maß für die motorische Ausgangsfunktion der unteren Extremitäten und der UEFMA als Maß für die motorische Ausgangsfunktion der oberen Extremität verwendet.
2.4. Zielparameter
Die motorische Leistungsfähigkeit der paretischen und nicht-paretischen oberen Extremitäten wurde während des Vor- und Nachtests mit dem Box-and-Blocks-Test (BBT) [ 30 – 32 ] bewertet. Der BBT wurde aufgrund seiner guten Kriteriumsvalidität und seiner breiten Anwendung in Forschung und klinischer Praxis ausgewählt, wodurch die Ergebnisse der aktuellen Studie leicht verständlich und interpretierbar sind [ 30 , 31 ]. Bei diesem Test mussten die Teilnehmer Holzwürfel (16,39 cm 3 ) von einer Kiste (25,4 cm x 25,4 cm) zu einer anderen gleich großen Kiste über eine 15,2 cm hohe Barriere bewegen. Der Test wurde nach Standardverfahren durchgeführt [ 33 ].
Die motorische Leistung der unteren Extremitäten wurde mit dem Lower Extremity Motor Coordination (LEMOCOT)-Test getestet. Der Test wurde nach standardisierten Verfahren durchgeführt [ 34 ]. Es wurde in einer sitzenden Position durchgeführt und die Teilnehmer mussten abwechselnd zwei rote Punkte mit ihrem großen Zeh auf einem Brett berühren, das vor dem Teilnehmer auf dem Boden platziert wurde. Die Punkte waren 30 cm voneinander entfernt und proximal und distal auf der Schnittlinie der sagittalen und transversalen Ebene vor dem Teilnehmer angeordnet, wobei der proximale Punkt direkt unter der Ferse des Teilnehmers platziert wurde, wenn das Knie um 90 Grad gebeugt war. Die Teilnehmer mussten die Punkte abwechselnd so schnell wie möglich mit ihrem großen Zeh berühren. Diese Aufgabe erforderte eine zyklische Kniestreckung und -beugung, eine leichte plantare und dorsale Flexion des Knöchels und eine sehr leichte Hüftflexion und -extension, ähnlich den muskuloskelettalen Anforderungen beim Radfahren. Die Teilnehmer absolvierten einen 5- bis 10-sekündigen Übungsversuch und dann drei 20-sekündige Testversuche mit einer einminütigen Pause zwischen den Versuchen. Dies wurde zuerst mit dem nicht paretischen Bein und dann mit dem paretischen Bein abgeschlossen. Als Ergebnismaß wurde der Durchschnitt des zweiten und dritten Versuchs verwendet [ 35 ].
2.5. Eingriffe
Alle Radfahrsitzungen dauerten 25 Minuten und wurden auf einem stationären Liegerad-Forschungsprototyp-Radergometer (Theracycle) absolviert, der von der Exercycle Company (Franklin, MA) gebaut wurde. Der im Fahrrad verbaute Elektromotor konnte die Pedale unabhängig vom Kraftbeitrag des Teilnehmers mit bis zu 95 U/min drehen. Die Pedale waren spezielle Plattformpedale mit Metallschalen und Klettverschlüssen, die verhinderten, dass die Füße in irgendeiner Richtung von den Pedalen rutschten. Für eine ausführliche Beschreibung des Fahrrads siehe Ringenbach et al. [ 36 , 37 ]
ACT-Sitzungen begannen mit einem fünfminütigen freiwilligen Aufwärmen ohne die Hilfe des Motors. Wir strebten an, dass die Ziel-ACT-Trittfrequenz 1,8-mal höher ist als die durchschnittliche Aufwärm-Trittfrequenz, da frühere Untersuchungen mit Personen mit DS (Down-Syndrom) gezeigt haben, dass eine ACT-Trittfrequenz, die 80 % höher ist als die freiwillige Trittfrequenz, für die Motorik von Vorteil sein kann Leistung und kognitive Funktion [ 11 , 36 , 37 ]. Die minimale Zieltrittfrequenz betrug jedoch 80 U/min, da sich eine unterstützte Trittfrequenz von mindestens 80 U/min als vorteilhaft für die klinische, motorische und kognitive Funktion von Personen mit PD [ 7 , 23 , 38 , 39] und Personen mit DS erwiesen hat [7, 23, 38, 39 ]. 8 , 9 , 11 , 36 , 37 ]. Die einzige frühere ACT-Studie bei einem einzelnen Teilnehmer mit Schlaganfall verwendete eine Kadenz von 80 U / min, die nach 12 Sitzungen allmählich erreicht wurde, und eine Startkadenz von 70 U / min [ 13 ]. Nach dem fünfminütigen Aufwärmen wurde der Motor eingeschaltet und die Kadenz für 5 Minuten auf den Durchschnitt des Aufwärmens und die Zielkadenz eingestellt, damit sich die Teilnehmer mit ACT vertraut machen konnten. Anschließend wurde der Motor so programmiert, dass er die Zielkadenz für 15 Minuten beibehielt. Wenn sich die Teilnehmer bei der vorgeschriebenen Zieltrittfrequenz unwohl fühlten, wurde die Trittfrequenz in Schritten von 5 U / min verringert, bis sich der Teilnehmer wohl fühlte. Die Teilnehmer wurden nicht ermutigt, schneller als die Zielkadenz zu treten.
Für VC-Sitzungen wurden die Teilnehmer angewiesen, ein fünfminütiges Aufwärmen durch Radfahren in ihrer eigenen bevorzugten Trittfrequenz zu absolvieren und dann 20 Minuten lang in ihrer bevorzugten Trittfrequenz weiter zu fahren. Der Motor wurde nicht eingeschaltet und die Teilnehmer wurden zu keinem Zeitpunkt aufgefordert, schneller oder langsamer zu treten. Der Widerstand, gegen den die Teilnehmer radelten, betrug 0,5 kp.
Während der NC-Sitzungen saßen die Teilnehmer auch mit festgeschnallten Füßen in den Pedalen auf dem Fahrrad, aber sie fuhren nicht Rad. Während der 25-minütigen NC-Sitzung führten die Teilnehmer ein Gespräch über ihre körperlichen Aktivitätsgewohnheiten mit dem Forscher, das immer damit endete, dass der Forscher den Teilnehmer über die Empfehlungen zur körperlichen Aktivität nach einem Schlaganfall informierte [ 40 ].
2.6. Statistische Analysen
Die Ergebnismaße wurden in Änderungswerte umgewandelt, indem die Ergebnisse vor dem Test von den Ergebnissen nach dem Test subtrahiert wurden. Somit zeigt ein positiver Änderungswert eine Verbesserung an. Zahlreiche Veränderungswerte waren je nach Zustand nicht normalverteilt, wie durch Shapiro-Wilk-Tests angezeigt. Daher wurden alle Änderungswerte als inverse Einheit (1/x) transformiert. Zuerst wurden alle Werte mit -1 multipliziert und dann vor der Invertierung zu allen Werten 1 addiert, da im Nenner keine 0 stehen darf. Nach Abschluss der Transformation war die Reihenfolge der Daten identisch mit den Originaldaten. Die transformierten Veränderungswerte waren innerhalb jeder Intervention normal verteilt, wie mit Shapiro-Wilk-Tests verifiziert wurde.
Linear Mixed Model (LMM)-Analysen wurden verwendet, um die Haupteffekte von Sequenz und Intervention zu testen. Tukeys HSD-Post-Hoc-Analysen wurden verwendet, um Unterschiede zwischen den Änderungswerten der drei Interventionen zu testen. Die Modelle wurden mit und ohne die folgenden Kovariaten berechnet: BDI, Monate seit Schlaganfall und MAS-Scores. Zusätzlich wurden LEFMA-Scores als Kovariate für die LEMOCOT-Veränderungs-Scores und UEFMA für die BBT-Veränderungs-Scores eingegeben. Der Koffeinkonsum vor dem Laborbesuch und die Monate seit dem Schlaganfall wurden ebenfalls als Kovariaten eingeschlossen. Koffeinkonsum wurde als Kovariate aufgenommen, da gezeigt wurde, dass er die grobmotorische Leistung fördert und möglicherweise die feinmotorische Leistung beeinträchtigt [ 41 , 42 ]. Um Effekte innerhalb der Intervention zu testen, wurden t-Tests mit gepaarten Stichproben mit Pre- und Post-Test-Scores durchgeführt, getrennt für jede Intervention.
Als nächstes wurden lineare Regressionsmodelle der kleinsten Quadrate (OLS) berechnet, um die Assoziationen von RPE, Prozent der Herzfrequenzreserve (% HRR), Trittfrequenz, LEFMA und UEFMA mit Änderungswerten in motorischen Ergebnismessungen zu analysieren, um die zu untersuchen Wirkungen der Bewegungsgeschwindigkeit, der Trainingsintensität und der motorischen Grundfunktion auf den Grad der Veränderung der motorischen Maße. Diese linearen Trends wurden für jede Intervention separat analysiert. Alle aufgeführten β- Werte sind nicht standardisiert. Wir haben auch Pearson-r-Korrelationskoeffizienten zwischen LEFMA-Scores und ACT- und VC-Trittfrequenzen berechnet, um die Beziehung zwischen motorischer Ausgangsfunktion und Trittfrequenz beim Radfahren zu beurteilen. Die Analysen wurden mit SPSS v. 22 abgeschlossen. Die Wahrscheinlichkeit eines zweiseitigen Typ-I-Fehlers wurde auf α = 0,05 gesetzt.
3. Ergebnisse
3.1. Behandlungstreue
Während oder infolge der Interventionen traten keine unerwünschten Ereignisse auf. Alle 22 Teilnehmer absolvierten alle drei Interventionssitzungen und keine Sitzung wurde vorzeitig beendet. Interventionsparameter sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Die mittlere ACT-Trittfrequenz war 83,8 ± 23,9 % (Mittelwert ± SD) schneller als die freiwillige Aufwärm-Trittfrequenz. Drei Teilnehmer fühlten sich jedoch nicht wohl dabei, die vorgeschriebenen Mindestdrehzahlen von 80 U/min zu fahren. Ihre maximalen Trittfrequenzen während ACT waren 66 U/min, 70 U/min und 74 U/min, was immer noch mindestens 73 % schneller war als ihre VC-Trittfrequenz. Die mittlere VC-Trittfrequenz war signifikant langsamer als die mittlere ACT-Trittfrequenz, aber die Herzfrequenzen unterschieden sich nicht zwischen ACT und VC (siehe Tabelle 2 ).
3.2. Haupt- und Interventionseffekte
Die LMM-Ergebnisse unterschieden sich nicht, ob Kovariaten eingeschlossen waren oder nicht, und keine der Kovariaten war signifikant. Daher geben wir nur die Statistiken der Modelle ohne Kovariaten an. Es gab keinen Haupteffekt der Sequenz, was darauf hinweist, dass es keine Carryover-Effekte gab. Analysen ergaben einen signifikanten Interventionseffekt für das LEMOCOT auf der paretischen Seite (F(2,41) = 3,74; p = 0,036) und der nicht-paretischen Seite (F(2,41) = 16,42; p < 0,001) und für die BBT auf der nichtparetischen Seite (F(2,41) = 11,13; p < 0,001). Die Post-hoc-Analysen zeigten, dass der Veränderungswert für den LEMOCOT auf der paretischen Seite für ACT größer war als für NC, aber VC unterschied sich nicht signifikant von ACT oder NC. Die Veränderungswerte für den LEMOCOT auf der nicht-paretischen Seite waren größer für ACT und VC im Vergleich zu NC. Schließlich waren die Änderungswerte für den BBT auf der nichtparetischen Seite größer für ACT und VC im Vergleich zu NC (siehe Tabelle 3 ). Bei jedem Test (LEMOCOT und BBT) gab es sechs Teilnehmer, die während des Vor- und Nachtests keinen einzigen erfolgreichen Toe-Touch oder Blocktransfer ausführen konnten. Daher waren ihre Ergebnisse vor und nach dem Test für diese Tests null. Wir haben die Daten dieser Teilnehmer eliminiert und die LMM-, Post-hoc- und gepaarten Stichproben-t-Test-Analysen erneut durchgeführt. Die Ergebnisse änderten sich nicht: Es gab signifikante Interventionseffekte für LEMOCOT-P (F(2,29) = 4,17; p = 0,026), LEMOCOT-NP (F(2,29) = 16,08; p < 0,001) und BBT -NP (F(2,29) = 7,64; p = 0,002), aber nicht für BBT-P (F(2,29) = 0,87; p = 0,430). Der Kürze halber werden wir die Post-hoc- und t-Test-Ergebnisse bei gepaarten Stichproben hier nicht aufführen, da sie mit den Post-hoc- und t-Test-Ergebnissen bei gepaarten Stichproben aus dem vollständigen Datensatz identisch waren. Die Mittelwerte und Standardabweichungen vor und nach dem Test für jeden Test durch Intervention sowie die t-Testergebnisse für gepaarte Stichproben sind in Tabelle 3 aufgeführt.
3.3. Trendanalysen
Die Trendanalysen ergaben für die ACT-Intervention folgendes. Ein negativer linearer Trend wurde für die RPE- und BBT-NP-Veränderungswerte gefunden (F(1,19) = 6,01; p < 0,05; R 2 = 0,23; β = -0,91). Ein positiver linearer Trend wurde für Kadenz und LEMOCOT-P (F(1,19) = 10,54; p < 0,05; R 2 = 0,36; β = 0,19) sowie BBT-P (F(1,19) = 5,91) gefunden ; p < 0,05; R 2 = 0,16; β = 0,16). In Bezug auf die VC-Intervention zeigten die Trendanalysen einen negativen linearen Zusammenhang zwischen RPE und LEMOCOT-P (F(1,19) = 5,66; p < 0,05; R 2 = 0,26; β = -6,30) und einen positiven linearen Zusammenhang für die Trittfrequenz und LEMOCOT-P (F(1,19) = 16,02; p < 0,001; R 2 = 0,45; β = 0,16) und für Kadenz und LEMOCOT-NP (F(1,19) = 4,64; p < 0,05; R 2 = 0,17; β = 0,16). Siehe Abbildung 2 für die grafischen Darstellungen der signifikanten Trends zwischen Kadenz- und Änderungswerten. Während ACT oder VC und motorischen Messungen wurde kein signifikanter Trend für %HRR gefunden. Bei den LEFMA-Scores und den LEMOCOT-P-Change-Scores für ACT oder VC wurde kein signifikanter Trend gefunden. Ein positiver linearer Trend zeigte sich bei den UEFMA-Scores und den BBT-P-Change-Scores sowohl für ACT (F(1,19) = 6,96; p < 0,05; R 2 = 0,26; β = 0,07) als auch für VC (F(1,19) = 5,37; p < 0,05; R2 = 0,20; β = 0,08). LEFMA-Scores korrelierten nicht signifikant mit VC-Trittfrequenzen (r = 0,293; p = 0,175) oder ACT-Trittfrequenzen (r = 0,126; p = 0,575).
4. Diskussion
4.1. Interventionscharakteristika und Haupteffekte der Interventionen
Die mittlere ACT-Trittfrequenz betrug 79,5 U/min und die mittlere VC-Trittfrequenz betrug 51,5. Herzfrequenz, %HRR und RPE unterschieden sich nicht zwischen ACT und VC, aber diese Messwerte waren während NC signifikant niedriger (siehe Tabelle 2 ). Somit war der einzige offensichtliche Unterschied zwischen ACT und VC die Bewegungsgeschwindigkeit, während sich die kardiorespiratorische und die wahrgenommene Trainingsintensität nicht unterschieden.
Die Ergebnisse stützen nur teilweise unsere Hypothese eines stärkeren Anstiegs der BBT- und LEMOCOT-Scores nach ACT im Vergleich zu VC oder NC. Die Hauptinterventionseffekte zeigten einen signifikanten Unterschied zwischen den Interventionen für alle Assessments mit Ausnahme des BBT-P. Die Post-hoc-Analysen zeigten keinen Unterschied in der motorischen Leistungsfähigkeit der unteren oder oberen Extremitäten bei Parese oder Nichtparese zwischen ACT und VC. Die Veränderungswerte für ACT und VC waren jedoch typischerweise größer als die Veränderungswerte für NC, mit der Ausnahme, dass sich die Veränderungswerte zwischen VC und NC für LEMOCOT-P nicht unterschieden. Analysen innerhalb der Intervention zeigten einen signifikanten positiven Effekt von ACT auf alle Bewertungen. Die einzigen anderen signifikanten Verbesserungen vor und nach dem Test wurden für VC an der nicht-paretischen unteren Extremität (LEMOCOT-NP) und NC an der nicht-paretischen oberen Extremität (BBT-NP) gefunden. Daher scheinen unsere Ergebnisse deutlichere Wirkungen von ACT im Vergleich zu VC oder NC auf die nicht-paretische und paretische motorische Leistung der oberen und unteren Extremitäten zu zeigen. Die Verbesserung der Funktion der paretischen oberen Extremität nach dem Training der unteren Extremität steht im Einklang mit anderen Arbeiten [ 43 ].
Andere Studien haben auch festgestellt, dass ACT in Bezug auf die motorische Kontrolle von Personen mit PD [ 7 , 23 , 38 , 39 ] oder Personen mit DS [ 8 , 9 , 11 , 36 , 37 ] wirksamer als VC ist. Es sollte beachtet werden, dass sich die Herzfrequenzen zwischen ACT und VC unabhängig von der Studie, einschließlich dieser, nicht unterscheiden. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Vorteile von ACT auf der schnelleren als freiwilligen Trittfrequenz und der damit verbundenen verstärkten afferenten kortikospinalen Stimulation beruhen und nicht auf kardiovaskulärem Stress oder Erregung [ 7 , 17 , 18 , 23 , 44 , 45 ]. Es ist auch plausibel, dass die höhere Umdrehungszahl während der ACT einen Übungseffekt erzeugte, der teilweise für die beobachteten Veränderungen verantwortlich sein könnte [ 21 , 22 ].
4.2. Beziehungen zwischen Interventionsparametern und akuter Reaktion
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie unterstützen teilweise unsere Hypothese der positiven Beziehungen zwischen Trittfrequenz und motorischer Leistung. Wir fanden positive lineare Beziehungen zwischen der ACT-Kadenz und Veränderungen in der motorischen Leistungsfähigkeit der unteren und oberen Extremitäten bei Parese. Wir fanden auch eine positive Beziehung zwischen der VC-Kadenz und Veränderungen in der Leistung der paretischen und nicht-paretischen unteren Extremitäten. Es scheint jedoch, dass Kadenzen nahe oder über 80 U/min notwendig sind, damit Veränderungen in der motorischen Leistung der oberen Extremitäten bei Parese auftreten. Dies steht im Einklang mit der fehlenden Wirkung des Radfahrens bei 50 U / min auf die Erregbarkeit und Neuroplastizität des motorischen Kortex nach einem Schlaganfall [ 16 ]. Die Beziehung zwischen ACT, aber nicht VC-Trittfrequenz, und paretischer Leistung der oberen Extremitäten weist darauf hin, dass schnellere als willkürliche Trittfrequenzen erforderlich sein können, um Vorteile bei nicht aufgabenspezifischen oder globalen Veränderungen der motorischen Leistung zu erzielen.
Im Gegensatz zu unserer Hypothese bestand ein signifikanter negativer linearer Zusammenhang zwischen RPE und der Änderung des BBT-NP für die ACT-Intervention und zwischen RPE und der Änderung des LEMOCOT-P für die VC-Intervention. Diese Trends deuten darauf hin, dass ein höheres Maß an wahrgenommener Anstrengung für akute Veränderungen der motorischen Leistung möglicherweise nicht von Vorteil ist. Dies steht im Einklang mit einer negativen Beziehung zwischen der Wahrnehmung von Anstrengung und dem zentralen motorischen Antrieb bei Personen mit chronischem Erschöpfungssyndrom [ 46 ]. Ein relativ hohes RPE während des Trainings kann zu zentraler Ermüdung führen [ 47 – 50 ], was wiederum die kortikale und subkortikale Leistung beeinträchtigen kann [ 46 , 51 ]. Es wird angenommen, dass Bewegungsaktivitäten einen großen Teil der Rechenkapazität von retikulären Formationen, subkortikalen und kortikalen Bereichen beanspruchen [ 47 ]. Diese Forderung könnte bei Personen mit Schlaganfall-induzierter Hemiparese aufgrund von Schwierigkeiten bei der Kontrolle der paretischen Extremitäten verschärft werden [ 50 ].
Die Hypothese positiver Zusammenhänge zwischen motorischer Grundfunktion und Grad der Veränderung der motorischen Leistungsfähigkeit wird nur teilweise unterstützt. Wir fanden keine Beziehungen zwischen der Ausgangsfunktion der unteren Extremitäten und Veränderungen der motorischen Leistung der unteren Extremitäten nach ACT oder VC. Wir fanden jedoch positive lineare Trends zwischen der Grundlinie der motorischen Funktion der oberen Extremitäten und Veränderungen in der motorischen Leistung der oberen Extremitäten. Daher sind die Veränderungen in der motorischen Leistung der unteren Extremitäten eher der Bewegungsgeschwindigkeit während des Radfahrens als der motorischen Funktion der unteren Extremitäten zuzuschreiben. Dies wird durch die fehlende Korrelation der motorischen Ausgangsfunktion der unteren Extremitäten mit ACT- oder VC-Radfahrrhythmen unterstützt. Dieser letzte Befund widersprach unserer Hypothese einer positiven Beziehung zwischen motorischer Ausgangsfunktion und Trittfrequenz beim Radfahren.
Wir fanden signifikante Verbesserungen der motorischen Leistungsfähigkeit der paretischen oberen Extremität nach ACT. Wie bereits erwähnt, stehen diese Verbesserungen in positivem Zusammenhang mit der ACT-Fahrradkadenz und sie stehen in positivem Zusammenhang mit der Grundlinie der motorischen Funktion der oberen Extremitäten. Es gibt jedoch keine theoretische Grundlage für eine Beziehung zwischen der Grundlinie der motorischen Funktion der oberen Extremitäten und der Trittfrequenz beim Radfahren der unteren Extremitäten. Daher können die ACT-Radfahrfrequenz und die motorische Ausgangsfunktion der oberen Extremitäten unabhängig voneinander zu den beobachteten Verbesserungen der motorischen Leistung der oberen Extremitäten beigetragen haben. Die Annahmen einer vermittelnden Rolle der Trittfrequenz beim Radfahren zwischen der Grundlinie der motorischen Funktion der oberen Extremitäten und den Veränderungen der motorischen Leistung der oberen Extremitäten nach dem Training werden verletzt. Die Verletzung einer Mediation ist auf das Fehlen einer Beziehung, entweder theoretisch oder statistisch, zwischen der unabhängigen Variablen (obere bzw. untere Grundlinie der motorischen Funktion) und der vermittelnden Variablen (Radtrittfrequenz) zurückzuführen. Daher übten die motorische Ausgangsfunktion der oberen Extremitäten und die Trittfrequenz beim Radfahren wahrscheinlich unabhängige Wirkungen auf akute Veränderungen der motorischen Leistung aus. Der Einfluss der motorischen Ausgangsfunktion der oberen Extremitäten auf Veränderungen der motorischen Leistung der oberen Extremitäten nach dem Radfahren zeigte sich auch bei der VC-Intervention, wo die Ausgangs-UEFMA und die Veränderung des BBT-P einen positiven Trend teilten. Allerdings war die Veränderung des BBT-P nach VC nicht signifikant, was wiederum darauf hindeutet, dass die VC-Kadenzen insgesamt nicht ausreichend waren, um eine positive Veränderung der motorischen Leistung hervorzurufen. Der Einfluss der motorischen Ausgangsfunktion auf die Veränderungen der motorischen Leistung der oberen und unteren Extremitäten scheint jedoch begrenzt zu sein, da die UEFMA- und LEFMA-Scores als Kovariaten in die LMM-Analysen (Haupteffekte) eingegeben wurden, aber einen signifikanten Betrag der Varianz in nicht erklärten die LEMOCOT- und BBT-Werte ändern sich jeweils.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die beobachteten Trends zwischen Trittfrequenz- und motorischen Leistungsänderungen sowie RPE und motorischer Leistung keine Dosis-Wirkungs-Beziehungen darstellen, da die Dosis nicht manipuliert, sondern auf der Grundlage von Teilnehmereigenschaften, wie z. B. einer Toleranz, ausgewählt wurde dann konstant gehalten. Somit wurden die Radfahrrhythmen während ACT von den Vorlieben der Teilnehmer beeinflusst. Die Frage, ob das Aufzwingen einer schnelleren ACT- oder VC-Kadenz auf die Teilnehmer einen größeren Nutzen gebracht hätte, bleibt zu beantworten. Es scheint, dass ACT effektiver sein kann als VC, um die motorische Leistung akut zu steigern, aber vielleicht ist dies nur der Fall, solange die ACT-Kadenz eine bestimmte Toleranzgrenze nicht überschreitet. Die Ergebnisse unserer Studie scheinen zu implizieren, dass die ACT-Trittfrequenz einen positiven Zusammenhang mit akuten Änderungen der motorischen Leistungsfähigkeit aufweist, solange die ACT-Trittfrequenz von der freiwilligen Fahrradtrittfrequenz beeinflusst wird und ein bestimmtes Komfortniveau nicht überschreitet. Zukünftige Forschung muss untersuchen, ob eine „unfreiwillige“ Erhöhung der ACT-Trittfrequenz den akuten Nutzen für diejenigen erhöht, die sonst zu langsam fahren würden, um positive Leistungsänderungen zu erfahren.
4.3. Einschränkungen
Die BBT- und LEMOCOT-Tests litten beide unter einem Bodeneffekt. Für jeden Test gab es sechs Teilnehmer, die nicht einmal eine erfolgreiche Blockübertragung oder Zehenberührung mit dem paretischen Glied entweder im Vor- oder im Nachtest durchführen konnten. Daher waren diese Tests möglicherweise nicht in der Lage, Veränderungen bei Teilnehmern mit sehr schlechter motorischer Funktion zu erkennen. Tests, die sehr kleine Veränderungen erkennen können, wie z. B. Range-of-Motion-Tests, sollten in zukünftige Studien aufgenommen werden. Die signifikanten Vor- und Nachveränderungen sprechen jedoch für die Wirksamkeit der Intervention, obwohl sechs Teilnehmer keine nachweisbare Veränderung erfahren haben.
4.4. Abschluss
ACT war für alle unsere Teilnehmer durchführbar und sicher und die durchschnittliche Herzfrequenz blieb bei etwa 90 Schlägen pro Minute. Daher darf ACT nicht übermäßig ermüdend sein und es ermöglichen, dass anschließend Ergo- und Physiotherapiesitzungen stattfinden. Andere Stress- und Belastungsmaße sollten jedoch überwacht werden (z. B. RPE), da sie mit negativen Auswirkungen auf die motorische Leistung verbunden sein können. Es scheint, dass schnellere Kadenzen mit größeren akuten motorischen Leistungsvorteilen verbunden sind, und ACT scheint ein effektiver Weg zu sein, um relativ hohe Kadenzen ohne starke Anstrengung zu erreichen. Die während VC erreichten Trittfrequenzen waren bei ähnlichen Herzfrequenzen und RPE-Werten etwa 28 U/min niedriger.
ACT und VC führten zu ähnlichen akuten Steigerungen der motorischen Leistungsfähigkeit, obwohl die Veränderungen nach ACT etwas größer erscheinen. Die akuten Vorteile der motorischen Leistungsfähigkeit nach ACT mit den unteren Extremitäten scheinen global zu sein, da die oberen Extremitäten ebenfalls davon profitierten, obwohl sie nicht an der Übung beteiligt waren.
Zukünftige Studien sollten untersuchen, ob ACT bei schnellen Fahrradrhythmen die Erregbarkeit des motorischen Kortex ähnlich wie bei der transkraniellen Magnetstimulation erhöht und ob ipsiläsionale oder kontraläsionale Erregbarkeit mit einer Verbesserung der motorischen Leistung auf der paretischen Seite verbunden ist. Es sollte auch untersucht werden, ob kortikale Erregbarkeit und Veränderungen der motorischen Leistungsfähigkeit mit der Leistungsabgabe des paretischen und nicht-paretischen Beins assoziiert sind. Dies könnte über Kraftmessplatten in den Pedalen oder bilaterale Leistungsmesser gemessen werden. Um mehr Licht auf die interindividuelle Variabilität der motorischen Erholung als Reaktion auf ACT oder VC zu werfen, sollte zukünftige Forschung die Wirkung des Beinradfahrens auf die Aktivierung des kontralateralen sensomotorischen Kortex untersuchen. Der Grad der Aktivität des kontralateralen sensomotorischen Kortex als Reaktion auf passive Bewegung kann die motorische Erholung vorhersagen [ 52 ].
Datenverfügbarkeit
Die zur Stützung der Ergebnisse dieser Studie verwendeten Daten sind auf Anfrage beim korrespondierenden Autor erhältlich.
Offenlegung
Ein Teil der Daten für dieses Manuskript wurde auf dem Jahrestreffen 2017 der North American Society for the Psychology of Sport and Physical Activity in San Diego, Kalifornien, mündlich präsentiert.
Interessenskonflikte
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu erklären, einschließlich finanzieller, beratender, institutioneller und anderer Beziehungen.
Danksagungen
Diese Arbeit basiert auf der Dissertation von Simon D. Holzapfel, Ph.D. ( https://repository.asu.edu/attachments/186222/content/Holzapfel_asu_0010E_16736.pdf ) und wurde vom Athletics Research Grant Program der Graduate and Professional Student Organization der Arizona State University unterstützt.
"ZITIEREN"
https://www.hindawi.com/journals/rerp/2019/9028714/#results
