Die Rolle der Ganganalyse in therapeutischen Trainingsprogrammen von Betagten

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1 Z Gerontol Geriat 37:15 19 (2004) DOI /s BEITRAG ZUM THEMENSCHWERPUNKT R. W. Kressig O. Beauchet Die Rolle der Ganganalyse in therapeutischen Trainingsprogrammen von Betagten Gait analysis and tailored exercise prescription in older adults n Zusammenfassung Das Gangstudium von alten Menschen verbessert unser Verständnis der motorischen Kontrolle in dieser Population und hilft, die Effizienz präventiver Interventionen zu verbessern. Im Erwachsenenalter ist Gehen eine automatisierte, regelmäßige motorische Aktivität, die weitgehend vom Unterbewusstsein und somit von subkortikalen Hirnregionen kontrolliert wird. Im Betagtenalter erfordert Gehen vermehrte Aufmerksamkeit, was auf eine zunehmende kortikale Abhängigkeit der motorischen Kontrolle schließen lässt. Dies hat einen direkten Einfluss auf die Schritt-zu-Schritt-Variabilität, die Eingegangen: 5. November 2003 Akzeptiert: 10. Dezember 2003 Dr. med. Reto W. Kressig ()) Dr. med. Olivier Beauchet Leitender Arzt MOBEQ (Rehabilitationsprogramm für Mobilitäts- und Gleichgewichtsstörungen) Department für Rehabilitation und Geriatrie Hôpitaux Universitaires de Genève 1226 Thônex-Genève, Switzerland Tel.: / Fax: / reto.kressig@hcuge.ch bei stürzenden alten Menschen besonders hoch ist. Die wachsende Zahl von klinischen Ganganalyse-Systemen ermöglicht es heute, die Gangvariabilität und das Sturzrisiko bei betagten Menschen zu eruieren. Im Design von Sturzpräventionsinterventionen, die eine Verminderung der Gangvariabilität anstreben, müssen grundsätzliche Mechanismen aus dem motorischen Lernprozess und dem motorischen Gedächtnis einbezogen werden. Vormals unterbewusste, automatisierte Bewegungsabläufe müssen wiedererlernt und im motorischen Gedächtnis abgespeichert werden. Neben regelmäßigem Gehtraining scheint T ai Chi mit seinen langsamen, hochkontrollierten Bewegungssequenzen in diesem Wiedererlernprozess besonders wirksam zu sein. Weitere Forschungsprojekte sind notwendig, um Interventionen zu finden, welche die Gangvariabilität betagter Menschen günstig zu beeinflussen vermögen. n Schlüsselwörter Gangvariabilität Motorische Kontrolle Sturzprävention T ai Chi n Summary Examining gait characteristics in older adults enhances our understanding of movement control in this population and helps to better target preventive interventions. Walking is a highly automated, regular motor behavior that is mostly controlled by subcortical locomotor brain regions. With increasing age, walking requires higher levels of attention and thus more cortical involvement in motor control. This can affect gait regularity by increasing stride-tostride variability that is characteristically high among fallers. A growing number of clinical gait analysis systems is now available to determine gait variability and thus the falling risk in older adults. Interventions targeting high gait variability in older adults need to consider basic principles of motor learning. Previously common and automatic gait patterns have to be relearned and again brought up to a highly automated level of motor control. Regular walking exercise, and particularly T ai Chi with its emphasis on sequenced, slow, and highly controlled movements, might be helpful in this relearning process. Further research is needed to explore other interventions that could favorably affect stride-to-stride variability of older adults. n Key words Gait variability motor control fall prevention T ai Chi ZGG 205

2 16 Zeitschrift für Gerontologie und Geriatrie, Band 37, Heft 1 (2004) Steinkopff Verlag 2004 Einleitung Gehen und sich bewegen können sind wichtige Grundpfeiler für ein autonomes Leben mit erfolgreicher sozialer Integration. Zweifellos gehört das meist im Kindesalter stattfindende Lernen von Bewegungen zum Kern des Erwerbs bewegungskultureller Kompetenz [1], die es während des ganzen Lebens zu vervollkommnen und im letzten Lebensabschnitt primär zu erhalten gilt. Das medizinischwissenschaftliche Interesse an Mobilität im Alter gründete in den letzten zehn Jahren in erster Linie auf der Suche nach verlässlichen Sturzprädiktoren und der Entwicklung effizienter Sturzpräventionsstrategien. Die nachgewiesenermaßen wirksamsten Sturzpräventionsinterventionen konzentrieren sich heute auf das Individuum und nicht mehr auf dessen Umgebung [2]. Zunehmend werden auch mobilitätsassoziierte psychosoziale Aspekte (wie z. B. Sturzangst [3], sitzender Lebensstil, Vereinsamung und Isolation) im Interventionsdesign einbezogen, was neben klassischen, vielfach monotonen Trainingsprogrammen auch unkonventionellere Formen der Bewegungstherapie ermöglicht [4]. Der folgende Beitrag soll aufzeigen, wie anhand von spezifischen sturz-assoziierten Gangveränderungen ein erhöhtes Sturzrisiko erkannt und die notwendigen Therapiebedürfnisse definiert werden können. Physiologische und pathologische Gangveränderungen im Alter Bei gesunden und fitten Betagten nimmt mit zunehmendem Alter Gehgeschwindigkeit und Schrittlänge ab. Die Schrittkadenz (Anzahl Schritte pro Minute) bleibt bis ins hohe Alter von ca. 80 Jahren unverändert (ca. 120/min) [5, 6]. Der physiologische Altersprozess hat keinen Einfluss auf die Gang-Regelmäßigkeit. Das heißt, dass die von Schritt zu Schritt gemessenen Gangparameter kaum variieren und nahezu identisch sind. Ein unregelmäßiger Gang zeichnet sich aus durch eine hohe Schritt-zu-Schritt-Variabilität, was rechnerisch mit einem hohen Variations-Koeffizienten (VK) ausgedrückt wird (Abb. 1). Abb. 2 Klinische Ganganalyse mittels druckempfindlichem elektronischem Teppich (GAITRite -System) (Photo MOBEQ, Genf) Eine hohe Gangvariabilität bei unabhängigen und zuhause lebenden alten Menschen gilt heute als einer der verlässlichsten Sturzprädiktoren für ein Beobachtungsintervall von 6 12 Monaten [7, 8]. Nachdem bereits kleinste Variationen der Schrittlänge von weniger als 2 Zentimetern das Sturzrisiko verdoppeln [7], ist eine Gangevaluation bei einem Betagten von bloßem Auge vielfach unzureichend. Wir verwenden deshalb am Genfer MOBEQ-Zentrum (Rehabilitationsprogramm für Mobilitäts- und Gleichgewichtsstörungen) ein klinisch validiertes Ganganalysesystem mittels elektronischen Teppichs (GAITRite ) [9], welches über Druckrezeptoren sämtliche räumlichen und zeitlichen Gangparameter erfasst und das Ausmaß der Gangvariabilität erkennt (Abb. 2). Gangvariabilität und motorisches Gedächtnis Beim Erlernen von neuen Bewegungsaktivitäten (wie z. B. Maschinenschreiben, Instrument spielen, Walzer Abb. 1 Definition der Gangvariabilität: Schrittzu-Schritt-Veränderungen ausgedrückt in Variations-Koeffizient (VK =(Standard-Deviation/Mittelwert) 100) (%). Beispiel: Schritt-zu-Schritt- Veränderung der Zykluslänge links

3 R.W. Kressig und O. Beauchet Die Rolle der Ganganalyse in therapeutischen Trainingsprogrammen von Betagten 17 tanzen etc.), führen wir die vorerst unvertrauten Bewegungen sehr langsam und mit größter Konzentration aus. Nach mehrmaliger Wiederholung werden die gleichen Bewegungen zunehmend schneller und automatisierter, bis sie letztlich ohne wesentliche Konzentration oder Aufmerksamkeit ausgeführt werden können [10]. Gehen ist eine Aktivität, die im frühen Kindesalter erlernt werden muss und sehr schnell einen hohen Automatisierungsgrad erreicht. Die Kontrolle der Gangmotorik benötigt minimale oder keine Aufmerksamkeitsressourcen und vollzieht sich weitgehend im Unterbewusstsein (subkortikale Hirnregionen). Bedingt durch sensorielle Defizite (verminderte Sehkraft, Verlust der Tiefensensibilität etc.), längere Reaktionszeit und körperliche Inaktivität, erfordert Gehen beim Betagten wieder vermehrte Aufmerksamkeit und Konzentration, was z. B. die Kombination mit gleichzeitigen anderen, ebenfalls Aufmerksamkeit benötigenden Tätigkeiten erschwert oder gar verunmöglicht. Dies kann mit wesentlichen Konsequenzen für den Alltag eines betagten Menschen einhergehen. Lundin et al. [11] zeigte, dass Senioren, die nicht gleichzeitig gehen und sprechen können, ein erhöhtes Risiko haben, in den kommenden 6 Monaten zu stürzen. Theoretisch ist es denkbar, dass selbst bei Betagten, die Gehen mit einer Sprechtätigkeit kombinieren können Gangveränderungen auftreten. Wir haben dazu eine Gruppe von älteren, gesunden Probanden gehen und gleichzeitig rückwärtszählen lassen. Im Vergleich zum alleinigen Gehversuch, stieg die Gangvariabilität mit gleichzeitigem Rückwärtszählen signifikant an. Eine Vergleichsgruppe junger Probanden zeigte hingegen eine unveränderte Gangvariabilität für beide Gehbedingungen (Tab. 1, [12]). Basierend auf diese Pilotstudie gehen wir heute davon aus, dass Gangvariabilität sowohl ein Indikator des Sturzrisikos wie auch der für den Gang benötigten Aufmerksamkeitsressourcen darstellt. Diese Erkenntnis sollte wenn Tab. 1 Schrittlängen-Variationskoeffizienten für Gehen allein und Gehen mit Rückwärtszählen bei gesunden jungen (22,5± 2,4 Jahre) und betagten Probanden (83,4± 7,7 Jahre) [12] Junge Probanden (n =12) Schrittlängen- Variationskoeffizient (%) Betagte Probanden (n = 12) Schrittlängen- Variationskoeffizient (%) * Wilcoxon rank-sum Test Gehen allein Gehen mit Rückwärtszählen P* 2,3±0,8 2,7±1,2 0,308 3,9±1,6 10,2±9,3 0,023 möglich in therapeutische Überlegungen bei betagten Menschen mit hoher Gangvariabilität einbezogen werden. Denkbare therapeutische Interventionen bei hoher Gangvariabilität Theoretisch scheinen alle Interventionen plausibel, die auf eine Auffrischung des motorischen Gedächtnisses und eine weitgehende Automatisierung der Gehbewegung zielen. Einfaches Gehtraining kann deshalb ein guter Lösungsansatz sein. Möglicherweise sind aber andere Trainingsformen wirksamer, die mehr Aufmerksamkeitsressourcen mobilisieren und damit die Effizienz des motorischen Wiedererlernprozesses verbessern. Die langsamen, mit hoher Präzision und Aufmerksamkeit ausgeführten Bewegungen von T ai Chi, einer ursprünglich chinesischen Kampfsportart, kommen diesem Therapieprinzip nahe. Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass eine 15-wöchige Intervention von T ai Chi bei gesunden Betagten die Sturzinzidenz um 47,5% reduzierte [13]. Die dabei verwendeten T ai Chi-Formen wurden an die motorischen Fähigkeiten der Betagten angepasst [14] und seither, in nochmalig modifizierter Form, auch bei Patienten mit mildem zerebrovaskulärem Insult verwendet, wo die Wiedererlernung verlorener motorischer Funktionen von ganz besonderer Bedeutung ist [15]. T ai Chi reduziert die Sturzangst und gehört zu den moderat intensiven Trainingsformen mit guter Langzeit-Compliance. Fünfunddreißig Prozent der Teilnehmer obgenannter Studie fuhren nach Studienschluss weiter, T ai Chi zu praktizieren [13]. Kognitiv beeinträchtigte Patienten stürzen nicht nur häufiger, sondern haben auch eine erhöhte Gangvariabilität. Die Gangvariabilität nimmt mit dem Schweregrad der Demenz zu und ist direkt mit dem Sturzrisiko korreliert [16]. Die Anwendung von auf T ai Chi basierenden Bewegungsformen ist auch hier möglich, allerdings mittels Anwendung von Hilfsmitteln (Gymnastik-Ball, Stöcke, Ringe etc.) (Abb. 3) [17]. Dabei wird der demente Patient in seiner Bewegung geführt oder er arbeitet im Spiegelbild des T ai Chi-Lehrers. Unsere präliminären Erfahrungen in MOBEQ mit T ai Chi bei leicht bis gemäßigt dementen Patienten (bis CDR 2) zeigen nicht nur Interventionseffekte auf die motorischen Fähigkeiten, sondern auch auf Verhaltens- und Schlafstörungen. Ob und inwieweit T ai Chi das Gangbild modifiziert ist zur Zeit Gegenstand mehrer laufenden Studien. Vieles deutet daraufhin, dass T ai Chi- Praktizierende ihre Gangsicherheit erhöhen, indem sie die spontane Gehgeschwindigkeit reduzieren [13].

4 18 Zeitschrift für Gerontologie und Geriatrie, Band 37, Heft 1 (2004) Steinkopff Verlag 2004 Abb. 3 Anwendung von T ai Chi-Prinzipien in adaptierter Form bei kognitiv beeinträchtigte Patienten. Die Verwendung von Hilfsmitteln erlaubt eine gezielte Bewegungsführung durch den T ai Chi-Lehrer. (Photo MOBEQ, Genf) [17] Tab. 2 Fallbeispiel (81-jähriger Mann): Gangveränderungen für Gehen allein und mit Rückwärtszählen nach intensivem T ai Chi-Training während 3 Monaten Geschwindigkeit (cm/s) Schrittlänge (cm) Gangbreite (cm) Gehen allein Baseline 76,3 ± 2,5 79,1 ± 3,3 17,7 ± 1,6 [9,0] 115,8 Nach 3 Monaten 76,6 ± 3,0 77,3 ± 4,1 18,5 ± 1,1 [5,9] 118,6 Gehen+ Zählen Baseline 86,0 ± 2,5 81,2 ± 3,4 18,2 ± 1,0 [5,3] 128,4 Nach 3 Monaten 86,3 ± 1,8 72,4 ± 3,2 19,9 ± 0,5 [2,6] 142,0 [VK*] Kadenz (Schritte/min) * VK: Variations-Koeffizient Eigene Fallstudien haben auch Veränderungen in der Gangbreite und der Gangbreitenvariabilität gezeigt (Tab. 2). Falls es gelingt, T ai Chi-spezifische Gangveränderungen zu identifizieren und damit die sturzprotektiven Wirkungsmechanismen von T ai Chi besser zu ergründen, dann könnten im Design neuer Sturzpräventionsinterventionen diese Gangparameter spezifisch angegangen werden. Die Bedeutung der sensoriellen Information fürs Gehen Die altersbedingte Abnahme der Seh- und Hörkraft, aber auch der peripheren Propriozeption hat direkten Einfluss aufs Gangbild von Betagten. Die Gehgeschwindigkeit nimmt ab und die Gangbreite zu. Maximale sensorielle Information vermittelt ein verbessertes Körpergefühl, eine verbesserte Bewegungskontrolle und eine erhöhte Gangsicherheit. Nicht von ungefähr wird T ai Chi normalerweise barfuß Tab. 3 Gangparameter von 4 Polyneuropathie-Patientinnen (Durchschnittsalter 85,3 ± 4,1) mit eigenen Schuhen (vor) und Schuhen (nach), die MOBEQ-Kriterien * entsprachen Gangparameter Vor Nach * p Mittelwert Geschwindigkeit (cm/s) 73,1 ± 7,7 83,2 ± 4,3 0,063 Schrittlänge (cm) 83,1 ± 2,1 86,7 ± 5,2 0,066 Schrittbreite (cm) 12,9 ± 2,9 12,4 ± 1,8 0,062 * Schuhe mit dünner, fester Sohle, niedrigem und breitem Absatz und auf Knöchelhöhe haltgebendem Verschluss oder in Socken praktiziert, was das Standbewusstsein und die aktive Eingliederung in die Umgebung fördert. Wir empfehlen deshalb Senioren, für Trainingsaktivitäten wie auch im täglichen Leben, hochschließendes Schuhwerk mit relativ dünner, harter Sohle und flachen Absätzen zu tragen. Fallbeispiele bei Patienten mit peripherer Polyneuropathie zeigen, wie sich das Gangbild durch einen Schuhwechsel verändert (Tab. 3).

5 R.W. Kressig und O. Beauchet Die Rolle der Ganganalyse in therapeutischen Trainingsprogrammen von Betagten 19 Schlussbemerkungen Eine erhöhte Gangvariabilität ist assoziiert mit einer Verschlechterung des motorischen Gedächtnisses, mit einem erniedrigten Automatisierungsgrad der Gehbewegung mit vermehrter Mobilisierung der Aufmerksamkeitsressourcen, sowie einem erhöhten Sturzrisiko. Alle Interventionen, die auf die Rememorisierung von Bewegungen abzielen sind potenziell in der Lage, die motorische Leistungsfähigkeit zu verbessern und möglicherweise das Sturzrisiko zu vermindern. Laufende und geplante Studien werden ermöglichen, die Effizienz von Sturzpräventionsinterventionen wesentlich zu verbessern. Literatur 1. Scherer HG (1999) Lernen und Lehren von Bewegung. In: Laging R (ed) Bewegungslernen in Bildung und Erziehung. Hamburg, S Gill TM (1999) Preventing falls: to modify the environment or the individual? J Am Geriatr Soc 47(12): Kressig RW, Wolf SL, Sattin RW et al (2001) Associations of demographic, functional, and behavioral characteristics with activity-related fear of falling among older adults transitioning to frailty. J Am Geriatr Soc 49: Judge JO (2003) Blance training to maintain mobility and prevent disability. Am J Prev Med 25: Winter DA, Patla AE, Frank JS, Walt SE (1990) Biomechanical walking pattern changes in the fit and healthy elderly. Phys Ther 70: Perry J (1992) Gait analysis: normal and pathological function. Slack Inc, Thorofare, NJ 7. Maki BE (1997) Gait changes in older adults: predictors of falls or indicators of fear. J Am Geriatr Soc 45: Hausdorff JM, Rios DA, Edelberg HK (2001) Gait variability and fall risk in community-living older adults: a 1- year prospective study. Arch Phys Med Rehabil 82: Bilney B, Morris M, Webster K (2003) Concurrent related validity of the GAITRite walkway system for quantification of the spatial and temporal parameters of gait. Gait Posture 17: Hikosaka O, Nakahara H, Rand MK et al (1999) Parallel neural networks for learning sequential procedures. Trends Neurosci 22: Lundin-Olsson L, Nyberg L, Gustafson Y (1997) Stops walking when talking as a predictor of falls in elderly people. Lancet 349: Beauchet O, Kressig RW, Najafi B, Aminian K, Dubost V, Mourey F (2003) Age-related decline of gait control under a dual-task condition. J Am Geriatr Soc 51(8): Wolf SL, Barnhart HX, Kutner NG et al (1996) Reducing frailty and falls in older persons: an investigation of T ai Chi and computerized balance training. Atlanta FICSIT Group. Frailty and Injuries: Cooperative Studies of Intervention Techniques. J Am Geriatr Soc 44: Wolf SL, Coogler C, Xu T (1997) Exploring the basis for T ai Chi Chuan as a therapeutic exercise approach. Arch Phys Med Rehabil 78: Kressig RW, Wolf SL (2001) Exploring guidelines for the application of T ai Chi to patients with stroke. Neurology Report 25: Nakamura T, Meguro K, Sasaki H (1996) Relationship between falls and stride length variability in senile dementia of the Alzheimer type. Gerontology 42: Kressig RW, Beauchet O, Tharicharu J (2003) Practical aspects of T ai Chi in older adults. Rev Med Suisse Romande 123: