Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Objektive Erfassung der motorischen Fatigue bei Patienten mit Multipler Sklerose: ein neuer Weg

11.09.2015

Motorische Fatigue gehört bei Patienten mit Multipler Sklerose zu einem der häufigsten Symptome mit negativen Auswirkungen auf alltägliche Aktivitäten und geht einher mit einer deutlichen Reduzierung der Lebensqualität.

Die bisherigen Versuche, die motorische Fatigue objektiv zu erfassen, brachten keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Eine Arbeitsgruppe unter der Leitung vom Prof. Dr. Christian Dettmers und Prof. Dr. Manfred Vieten hatte das Ziel, der Untersuchung und objektiven Erfassung motorischer Fatigue bei MS-Patienten. Mit Hilfe einer neuen Methode konnte die motorische Fatigue zum ersten Mal sowohl auf der Gruppen- als auch auf der Individualebene objektiv erfasst werden.


Erfassung der kinematischen Daten

Lurija Institut


Differenz zweier Attraktoren

Sehle et al.

Im Rahmen des Projektes zur objektiven Erfassung motorischer Fatigue wurden insgesamt vier aufeinander aufbauende empirische Studien durchgeführt:

In Studie Nr. 1 wurde ein erster Versuch unternommen, die motorische Fatigue bei MS-Patienten mit Hilfe einer konventionellen Gangbildanalyse zu erfassen. An dieser Untersuchung nahmen insgesamt 14 MS-Patienten teil. Sie gingen auf dem Laufband bei einer für sie komfortablen Gehgeschwindigkeit bis zur subjektiven körperlichen Erschöpfung. Dabei wurden die kinematischen Daten des Bewegungsmusters der Teilnehmer am Anfang und am Ende des Gehens erfasst (siehe Abb. 1).

Der Studie lag die Annahme zu Grunde, dass sich das Bewegungsmuster bei Patienten mit motorischer Fatigue im erschöpften Zustand verändern wird. Dies bestätigte sich im Ergebnis auf Gruppenebene. Auf der Gruppenebene konnten deutliche Veränderungen sowohl in den Gangparametern als auch in der Gangvariabilität festgestellt werden. Die Variabilität der Bewegungen hatte mit der körperlichen Erschöpfung deutlich zugenommen.

Um auch für einzelne Patienten die individuelle Veränderungen darstellen zu können, wurde in Studie Nr. 2 ein neues Verfahren zur Quantifizierung von Veränderungen im Gangmuster entwickelt. Hierbei wurden die Eigenschaften des Grenzzyklus-Attraktors herangezogen, der auf der Theorie dynamischer Systeme (Chaostheorie) aufbaut.

Ziel war es, mit Hilfe von Attraktoreigenschaften die Unterschiede im Gangmuster in verschiedenen Situationen sowohl auf Gruppen- als auch auf Individualebene zu identifizieren und zu klassifizieren. Das neuartige Verfahren erkennt Unterschiede in der Gangcharakteristik und in der Gangvariabilität. Derzeit ist keine andere Methode bekannt, die präzise genug ist, eine Quantifizierung des Bewegungsmusters auf dieser Art anzubieten. Der neu entwickelte Ansatz versucht, diese Lücke zu schließen.

In dieser Studie nahmen 30 Gesunde teil. Diese wurden an zwei verschiedenen Tagen beim Gehen auf einem Laufband unter drei verschiedenen Bedingungen getestet: Gehen ohne Aufgabe, „dual task“-Gehen mit einer mentalen Aufgabe und Gehen mit Gewichten an den Füssen.

Die Daten wurden durch Beschleunigungssensoren an den Füßen gewonnen und mit Hilfe der neuartigen Methode analysiert. Hierfür wurde für jeden Probanden und jeden Messzeitpunkt die Änderung von Attraktor δM und Bewegungsvariation δD berechnet: δM ist ein Maß für die Differenz zweier Attraktoren (die Abweichung bei zwei gleichen Bewegungen) (siehe Abb. 2). δD zeigt den Unterschied in der Bewegungsvariation um die zugehörigen Attraktoren an (ein Maß für die Änderungen in Bewegungsvariation).

Abschließend wurde δF gebildet: δF ist eine Kombination der beiden vorher berechneten Parameter und ein repräsentativer Index der Bewegungsänderung.

Mit der neuen Methode konnte erfolgreich zwischen den drei verschiedenen Bedingungen des Gehens unterschieden werden. Die Reproduzierbarkeit, die durch wiederholte Messungen überprüft wurde, zeigte eine hervorragende Reliabilität für δM und eine gute Reliabilität für δD.

In Rahmen der Studie Nr. 3 wurde das neu entwickelte Verfahren zur Quantifizierung der motorischen Fatigue bei Patienten mit Multipler Sklerose herangezogen. Wie bereits in der vorherigen Studie beschrieben wurde, erkennt das neuartige Verfahren die Unterschiede in der Gangcharakteristik und in der Gangvariabilität.

Diese Unterschiede können Änderungen neurologischer Natur zugeordnet werden. Damit wird dieses Verfahren zum Diagnostik-Instrument, welches motorische Fatigue bei Patienten mit Multipler Sklerose (MS) quantifizieren kann. Das Grundprinzip besteht darin, dass das Bewegungsmuster beim Einsetzen von Fatigue Veränderungen zeigt. Durch Ausschließen anderer Ursachen wird Fatigue als Grund für Änderungen im Bewegungsmuster und in der Bewegungsvariabilität identifiziert. Dies ermöglicht motorische Fatigue erstmalig zu quantifizieren.

An den klinischen Untersuchungen haben insgesamt 40 MS-Patienten und 20 gesunde Probanden teilgenommen. Die Teilnehmer wurden einer körperlichen Belastung am Laufband ausgesetzt. Mit Hilfe von 3D-Aufnahmen wurden die kinematischen Daten über die Bewegungsabläufe auf einem Laufband vor und nach der auftretenden Fatigue gewonnen.

Die kinematischen Daten wurden mit Hilfe der neuen Methode zur Quantifizierung der Datenzeitreihen analysiert. Hierfür wurde für jeden Probanden und jeden Messzeitpunkt die Änderung des Attraktors (δM) und seiner Standardabweichung (δD) berechnet. Zur abschließenden Beurteilung des Betroffenheitsgrades durch Fatigue wurde für jeden Probanden ein Fatigue Index Kliniken Schmieder (FKS) gebildet.

In der Auswertung auf Gruppenebene wurde erkennbar, dass die MS-Patienten mit Fatigue im Gegensatz zu MS-Patienten ohne Fatigue und gesunden Probanden ein anderes Gangbild zeigten; sowohl am Anfang als auch am Ende des Gehens. Mit dieser neuen Methode können zum ersten Mal auf der individuellen Ebene die Veränderungen des Gangbildes unter Erschöpfung objektiv erfasst und mit Hilfe vom FKS motorische Fatigue im Einzelfall sicher dokumentiert und diagnostiziert werden. Die neuen Erkenntnisse sollen eine schnelle, objektive und zuverlässige Beurteilung des Betroffenheitsgrades durch motorische Fatigue mit Hilfe der kinematischen Ganganalyse ermöglichen.

In Studie Nr. 4 wurde der Fatigue Index Kliniken Schmieder zur Messung der motorischen Fatigue bei Patienten nach einem Schlaganfall eingesetzt. Das Ziel dieser Untersuchung war, einen Vergleich der motorischen Fatigue anhand der empirischen Daten zwischen den Patienten nach Schlaganfall und Patienten mit Multipler Sklerose durchzuführen. Fatigue gehört auch bei Patienten nach einem Schlaganfall zu einem der häufigsten und zu einem der am meisten belastenden Symptome. Im Gegensatz zur MS-Forschung ist die Erforschung der Fatigue bei Schlaganfallpatienten noch in ihren Anfängen.

An dieser Studie nahmen 10 chronische Schlaganfallpatienten teil. Alle Schlaganfallpatienten zeigte eine chronische Hemiparese. Mit allen Patienten wurde ein identischer Belastungstest mit denselben Messinstrumenten wie bei den MS-Patienten durchgeführt. Somit konnte zunächst überprüft werden, ob der FKS für eine objektive und präzise Erfassung von motorischer Fatigue auch bei Patienten nach einem Schlaganfall eingesetzt werden kann. Weiterhin konnte das Ausmaß von motorischer Fatigue zwischen den beiden Patientengruppen (Schlaganfall und MS) verglichen werden. Dafür wurden die Daten von MS-Patienten aus der vorherigen Studie herangezogen. Außerdem es wurde untersucht, ob bereits bestehende Gangbildbeeinträchtigungen den FKS negativ beeinflussen können.
In dieser Studie zeigten die Patienten nach einem Schlaganfall ein ähnliches Ausmaß an motorischer Fatigue wie die Patienten mit Multipler Sklerose. Der Fatigue Index Kliniken Schmieder erwies sich dabei als robust gegenüber den bestehenden chronischen Gangbeeinträchtigungen.

Publikationen
1. Sehle et al. (2011). Objective assessment of motor fatigue in multiple sclerosis using kinematic gait analysis: a pilot study. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 2011 8:59. doi:10.1186/1743-0003-8-59

2. Vieten MM, Sehle A, Jensen RL (2013). A Novel Approach to Quantify Time Series Differences of Gait Data Using Attractor Attributes. PLoS ONE 8(8): e71824. doi:10.1371/journal.pone.0071824

3. Sehle A, Vieten M, Sailer S, Muendermann A, Dettmers C (2014). Objective assessment of motor fatigue in multiple sclerosis: the Fatigue index Kliniken Schmieder (FKS) Journal of Neurology; 261(9):1752-62. doi: 10.1007/s00415-014-7415-7

4. Sehle A, Vieten M, Mündermann A and Dettmers C (2014). Difference in motor fatigue between patients with stroke and patients with multiple sclerosis: a pilot study. Front. Neurol. 5:279. doi: 10.3389/fneur.2014.00279

Weitere Informationen:

http://www.kliniken-schmieder.de/lurija-institut/news/aktuelles-detail.html?no_c...

Lisa Friedrich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Stoßlüften ist besser als gekippte Fenster
29.03.2017 | Technische Universität München

nachricht Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome
28.03.2017 | Wilhelm Sander-Stiftung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten