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The use of functional music in gait training termed rhythmic auditory stimulation (RAS) and treadmill training (TT) have both been shown to be effective in stroke patients (SP). The combination of RAS and treadmill training (RAS-TT) has not been clinically evaluated to date. The aim of the study was to evaluate the efficacy of RAS-TT on functional gait in SR The protocol followed the design of an explorative study with a rater-blinded three arm prospective randomized controlled parallel group design. Forty-five independently walking SP with a hemiparesis of the lower limb or an unsafe and asymmetrical walking pattern were recruited. RAS-TT was carried out over 4 weeks with TT and neurodevelopmental treatment based on Bobath approach (NDT) serving as control interventions. For RAS-TT functional music was adjusted individually while walking on the treadmill. Pre and post-assessments consisted of the fast gait speed test (FGS), a gait analysis with the locometre (LOC), 3 min walking time test (3MWT), and an instrumental evaluation of balance (IEB). Raters were blinded to group assignments. An analysis of covariance (ANCOVA) was performed with affiliated measures from pre-assessment and time between stroke and start of study as covariates. Thirty-five participants (mean age 63.6 +/- 8.6 years, mean time between stroke and start of study 42.1 +/- 23.7 days) completed the study (11 RAS-TT, 13 TT, 11 NDT). Significant group differences occurred in the FGS for adjusted post-measures in gait velocity [F-(2,F- (34)) = 3.864, p = 0.032; partial eta(2) = 0.205] and cadence [F-(2,F- 34) = 7.656, p = 0.002; partial eta(2) = 0.338]. Group contrasts showed significantly higher values for RAS-TT. Stride length results did not vary between the groups. LOC, 3MWT, and IEB did not indicate group differences. One patient was withdrawn from TT because of pain in one arm. The study provides first evidence for a higher efficacy of RAS-TT in comparison to the standard approaches TT and NDT in restoring functional gait in SP. The results support the implementation of functional music in neurological gait rehabilitation and its use in combination with treadmill training.
The use of functional music in gait training termed rhythmic auditory stimulation (RAS) and treadmill training (TT) have both been shown to be effective in stroke patients (SP). The combination of RAS and treadmill training (RAS-TT) has not been clinically evaluated to date. The aim of the study was to evaluate the efficacy of RAS-TT on functional gait in SR The protocol followed the design of an explorative study with a rater-blinded three arm prospective randomized controlled parallel group design. Forty-five independently walking SP with a hemiparesis of the lower limb or an unsafe and asymmetrical walking pattern were recruited. RAS-TT was carried out over 4 weeks with TT and neurodevelopmental treatment based on Bobath approach (NDT) serving as control interventions. For RAS-TT functional music was adjusted individually while walking on the treadmill. Pre and post-assessments consisted of the fast gait speed test (FGS), a gait analysis with the locometre (LOC), 3 min walking time test (3MWT), and an instrumental evaluation of balance (IEB). Raters were blinded to group assignments. An analysis of covariance (ANCOVA) was performed with affiliated measures from pre-assessment and time between stroke and start of study as covariates. Thirty-five participants (mean age 63.6 +/- 8.6 years, mean time between stroke and start of study 42.1 +/- 23.7 days) completed the study (11 RAS-TT, 13 TT, 11 NDT). Significant group differences occurred in the FGS for adjusted post-measures in gait velocity [F-(2,F- (34)) = 3.864, p = 0.032; partial eta(2) = 0.205] and cadence [F-(2,F- 34) = 7.656, p = 0.002; partial eta(2) = 0.338]. Group contrasts showed significantly higher values for RAS-TT. Stride length results did not vary between the groups. LOC, 3MWT, and IEB did not indicate group differences. One patient was withdrawn from TT because of pain in one arm. The study provides first evidence for a higher efficacy of RAS-TT in comparison to the standard approaches TT and NDT in restoring functional gait in SP. The results support the implementation of functional music in neurological gait rehabilitation and its use in combination with treadmill training.
Introduction
Balance is vital for human health and experiments have been conducted to measure the mechanisms of postural control, for example studying reflex responses to simulated perturbations. Such studies are frequent in walking but less common in running, and an understanding of reflex responses to trip-like disturbances could enhance our understanding of human gait and improve approaches to training and rehabilitation. Therefore, the primary aim of this study was to investigate the technical validity and reliability of a treadmill running protocol with perturbations. A further exploratory aim was to evaluate the associated neuromuscular reflex responses to the perturbations, in the lower limbs.
Methods
Twelve healthy participants completed a running protocol (9 km/h) test-retest (2 weeks apart), whereby 30 unilateral perturbations were executed via the treadmill belts (presets:2.0 m/s amplitude;150 ms delay (post-heel contact);100ms duration). Validity of the perturbations was assessed via mean +/- SD comparison, percentage error calculation between the preset and recorded perturbation characteristics (PE%), and coefficient of variation (CV%). Test-retest reliability (TRV%) and Bland-Altman analysis (BLA; bias +/- 1.96 * SD) was calculated for reliability. To measure reflex activity, electromyography (EMG) was applied in both legs. EMG amplitudes (root mean square normalized to unperturbed strides) and latencies [ms] were analysed descriptively.
Results
Left-side perturbation amplitude was 1.9 +/- 0.1 m/s, delay 105 +/- 2 ms, and duration 78 +/- 1 ms. Right-side perturbation amplitude was 1.9 +/- 0.1 m/s, delay 118 +/- 2 ms, duration 78 +/- 1 ms. PE% ranged from 5-30% for the recorded perturbations. CV% of the perturbations ranged from 19.5-76.8%. TRV% for the perturbations was 6.4-16.6%. BLA for the left was amplitude: 0.0 +/- 0.3m/s, delay: 0 +/- 17 ms, duration: 2 +/- 13 ms, and for the right was amplitude: 0.1 +/- 0.7, delay: 4 +/- 40 ms, duration: 1 +/- 35 ms. EMG amplitudes ranged from 175 +/- 141%-454 +/- 359% in both limbs. Latencies were 109 +/- 12-116 +/- 23 ms in the tibialis anterior, and 128 +/- 49-157 +/- 20 ms in the biceps femoris.
Discussion
Generally, this study indicated sufficient validity and reliability of the current setup considering the technical challenges and limitations, although the reliability of the right-sided perturbations could be questioned. The protocol provoked reflex responses in the lower extremities, especially in the leading leg. Acute neuromusculoskeletal adjustments to the perturbations could be studied and compared in clinical and healthy running populations, and the protocol could be utilised to monitor chronic adaptations to interventions over time.
Die Mehrzahl der Schlaganfallpatienten leidet unter Störungen der Gehfähigkeit. Die Behandlung der Folgen des Schlaganfalls stellt eine der häufigsten Indikationen für die neurologische Rehabilitation dar. Dabei steht die Wiederherstellung von sensomotorischen Funktionen, insbesondere der Gehfähigkeit, und der gesellschaftlichen Teilhabe im Vordergrund.
In Deutschland wird in der Gangrehabilitation nach Schlaganfall oft das Neurophysiologische Gangtraining nach Bobath (NGB) angewandt, das jedoch in seiner Effektivität kritisch gesehen wird. In Behandlungsleitlinien wird zuerst das Laufbandtraining (LT) empfohlen. Für diese Therapie liegen Wirknachweise für Verbesserungen in Gehgeschwindigkeit und Gehausdauer vor. Auch für die Rhythmisch-auditive Stimulation (RAS), dem ebenerdigen Gangtraining mit akustischer Stimulation liegt vergleichbare Evidenz für Schlaganfallpatienten vor.
Ziel der durchgeführten Studie war es, zu klären ob der Einsatz von RAS die Effektivität von LT verbessert. Es wurden die Auswirkungen eines 4-wöchigen musikgestützten Laufbandtrainings auf die Gangrehabilitation von Schlaganfallpatienten untersucht.
Für die Kombinationstherapie RAS mit Laufbandtraining (RAS-LT) wurde spezielle Trainingsmusik entwickelt. Diese wurde an die individuelle Laufbandkadenz des Patienten angepasst und in Abstimmung mit der Bandgeschwindigkeit systematisch gesteigert. Untersucht wurde, ob RAS-LT zu stärkeren Verbesserungen der Gehfähigkeit bei Schlaganfallpatienten führt als die Standardtherapien NGB und LT. Dazu wurde eine klinische Evaluation im prospektiven randomisierten und kontrollierten Parallelgruppendesign mit 45 Patienten nach Schlaganfall durchgeführt. 45 Patienten mit Hemiparese der unteren Extremität oder unsicherem und asymmetrischem Gangbild wurden in der Akutphase nach Schlaganfall eingeschlossen. Bei 10 Patienten wurde die Studie während der Interventionsphase abgebrochen, davon 1 Patient mit unerwünschter Nebenwirkung in Folge des LT.
Die verwendete Testbatterie umfasste neben Verfahren zur Bestimmung der Gehfunktion wie Fast Gait Speed Test, 3-min-Walking-Time-Test und der apparativen Ganganalyse mit dem Lokometer nach Bessou eine statische Posturographie und eine kinematische 2D-Ganganalyse auf dem Laufband. Diese Methode wurde in Erweiterung der bisherigen Studienlage in dieser Form erstmals für diese Fragestellung und dieses Patientenkollektiv konzipiert und eingesetzt. Sie ermöglichte eine differenzierte und seitenbezogene Beurteilung der Bewegungsqualität.
Die primären Endpunkte der Studie waren die longitudinalen Gangparameter Kadenz, Gehgeschwindigkeit und Schrittlänge. Als sekundäre Endpunkte dienten die Schrittsymmetrie, die Gehausdauer, das statische Gleichgewicht und die Bewegungsqualität des Gehens.
Prä-Post-Effekte wurden für die gesamte Stichprobe und für jede Gruppe durch T-Tests und wenn Normalverteilung nicht gegeben war mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rangtest errechnet. Für die Ermittlung der Wirkungsunterschiede der 3 Interventionen wurde eine Kovarianzanalyse mit zwei Kovariaten durchgeführt: (1) der jeweilige Prä-Interventionsparameter und (2) die Zeit zwischen Akutereignis und Studienbeginn. Für einzelne Messparameter waren die Vorbedingungen der Kovarianzanalyse nicht erfüllt, sodass stattdessen ein Kruskal-Wallis H Test durchgeführt wurde. Das Signifikanzniveau wurde auf p < 0,05 und für gruppenspezifische Prä-Post-Effekte auf p > 0,016 gesetzt. Effektstärken wurden mit Cohens d berechnet.
Es wurden die Datensätze von 35 Patienten (RAS-LT: N = 11, LT: N = 13, NGB: N = 11) mit einem Alter von 63.6 ±8.6 Jahren, und mit einer Zeit zwischen Akutereignis und Beginn der Studie von 42.1 ±23.7 Tagen ausgewertet. In der statistischen Auswertung zeigten sich in der Nachuntersuchung stärkere Verbesserungen durch RAS-LT in der Kadenz (F(2,34) = 7.656, p = 0.002; partielles η2 = 0.338), wobei auch die Gruppenkontraste signifikante Unterschiede zugunsten von RAS-LT aufwiesen und eine Tendenz zu stärkerer Verbesserung in der Gehgeschwindigkeit (F(2,34) = 3.864, p = 0.032; partielles η2 = 0.205). Auch die Ergebnisse zur Schrittsymmetrie und zur Bewegungsqualität deuteten auf eine Überlegenheit des neuen Therapieansatzes RAS-LT hin, obgleich dort keine statistischen Signifikanzen im Gruppenvergleich erreicht wurden. Die Parameter Schrittlänge, Gehausdauer und die Werte zum statischen Gleichgewicht zeigten keine spezifischen Effekte von RAS-LT.
Die Studie liefert erstmals Anhaltspunkte für eine klinische Überlegenheit von RAS-LT gegenüber den Standardtherapien. Die weitere Entwicklung und Beforschung dieses innovativen Therapieansatzes können in Zukunft zu einer verbesserten Gangrehabilitation von Patienten nach Schlaganfall beitragen.