DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1541240
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40370594
تاريخ النشر: 2025-04-30
المؤلف: Paolo De Pasquale وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الملاحظة اضطرابات المشي لدى مرضى باركنسون (PD) من خلال مقارنة معاييرهم الحركية والديناميكية والكهربائية الحيوية مع تلك الخاصة بالأفراد الأصحاء. خضع ما مجموعه تسعة وستون مريضًا من مرضى باركنسون لتقييمات سريرية وآلية شاملة، والتي شملت تقييمات للإعاقة، والتوازن، ومخاطر السقوط، وأنشطة الحياة اليومية. استخدمت التقييمات الآلية أنظمة ضوئية إلكترونية، وألواح قوة، وتخطيط كهربائي للعضلات (EMG) في مختبر تحليل الحركة. استخدمت التحليلات الإحصائية اختبارات غير معلمية وطرق تجميع لتحديد الأنماط في البيانات.
كشفت النتائج عن اختلافات كبيرة في الحركيات بين مرضى باركنسون والمجموعة الضابطة الصحية، والتي تميزت بزيادة في المعايير الزمنية وتقليل في المعايير المكانية. تم تصنيف المرضى إلى أربع مجموعات متميزة بناءً على التقييمات السريرية، مما يدل على تباين في ميزات المشي المتأثرة بالمقاييس السريرية والخوف المدرك من السقوط (FoF). من الجدير بالذكر أن الدراسة خلصت إلى أن المقاييس السريرية التقليدية قد تغفل عن بعض الشذوذات الطفيفة في المشي، خاصة في المراحل المبكرة من PD، حيث إنها تقيم بشكل أساسي الوظائف الحركية العامة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر المرضى الذين يعانون من FoF أعلى تغييرات بيوميكانيكية فريدة، مما يشير إلى تفاعل معقد بين التغيرات الحركية والعوامل النفسية. يدعو المؤلفون إلى إجراء دراسات طولية أكبر لتوضيح هذه الشذوذات في المشي وإبلاغ استراتيجيات إعادة التأهيل الشخصية.
مقدمة
مرض باركنسون (PD) هو اضطراب عصبي تنكسي شائع يؤثر بشكل أساسي على المادة السوداء، مما يؤدي إلى اضطرابات حركية وإدراكية وأوتونومية كبيرة. تشمل المظاهر المبكرة لمرض باركنسون شذوذات مميزة في المشي مثل تقليل طول الخطوة، وزيادة التباين، وانخفاض سرعة المشي، والتي تتفاقم تدريجياً مع تقدم المرض. من الجدير بالذكر أن اضطرابات المشي تتطور من خلال مراحل متميزة، حيث يظهر المرضى في المرحلة المبكرة حركات غير متناظرة وتقليل في تأرجح الذراع، بينما يظهر أولئك في المرحلة الخفيفة إلى المتوسطة صعوبات مشي أكثر تناظرًا ولكنها مكثفة، بما في ذلك التزحلق والتحديات في بدء الحركة. تسهم هذه التغيرات في المشي في تقليل القدرة على الحركة وزيادة الخوف من السقوط (FoF)، والذي يرتبط بميزات بيوميكانيكية معينة مثل بطء سرعة المشي وعيوب التوازن.
توفر التقييمات السريرية الحالية، بما في ذلك مقياس هوهن ويار ومقاييس تقييم مختلفة مثل مقياس تينتي ومقياس توازن بيرغ، رؤى قيمة حول شدة مرض باركنسون والحالة الوظيفية. ومع ذلك، غالبًا ما تفشل في التقاط التغيرات الطفيفة في المشي التي يمكن أن تكشف عنها التقييمات الآلية. تقدم أنظمة التقاط الحركة المتقدمة، بما في ذلك الأدوات الضوئية الإلكترونية، تقييمًا أكثر موضوعية للمعايير الحركية والديناميكية، وهو أمر ضروري لفهم اضطرابات المشي في مرض باركنسون. تهدف هذه الدراسة إلى قياس هذه المعايير باستخدام إعداد شامل لمختبر تحليل المشي واستكشاف الفروق البيوميكانيكية بين مرضى باركنسون بناءً على مقاييس التقييم السريرية، مما يعزز استراتيجيات إعادة التأهيل الشخصية ومراقبة تقدم المرض.
النتائج
كشفت نتائج الدراسة عن اختلافات كبيرة في المعايير الحركية الزمنية والمكانية بين المشاركين المصابين بمرض باركنسون (PD) والبيانات الطبيعية. تضمنت النتائج الرئيسية زيادة في مدة الخطوة، ومدة الوقوف، ومدة التأرجح (p < 0.001)، إلى جانب قيم أعلى لمرحلة الوقوف ومرحلة الدعم المزدوج، بينما كانت مدة مرحلة التأرجح ومرحلة الدعم الفردي أقل. أظهر المشاركون انخفاضًا في السرعة، والتردد، وطول الخطوة، وطول الخطوة، مع زيادة في عرض الخطوة، وكلها أظهرت دلالة إحصائية (p < 0.001). بالإضافة إلى ذلك، كانت درجة ملف المشي أعلى من الطبيعي، بينما كان مؤشر انحراف المشي أقل، مما يدل على شذوذات مميزة في المشي لدى مرضى باركنسون. حدد تحليل التجميع أربع مجموعات تعكس درجات متفاوتة من الإعاقة الحركية، مع اختلافات كبيرة في المقاييس السريرية مثل مقياس توازن بيرغ (BBS) واختبار النهوض والذهاب (TUG) (p < 0.001). من الجدير بالذكر أن مقياس الخوف من السقوط (FES-I) كشف عن تصورات مختلفة للخوف عبر المجموعات. أظهرت المعايير الآلية، بما في ذلك الحركيات الزمنية والقياسات الديناميكية، اختلافات كبيرة عبر المجموعات، مع تأثر معايير معينة بعضوية المجموعة ودرجات FES-I. أكدت تحليل القوة بعد التجربة على قوة النتائج، مما يدل على قوة إحصائية عالية للمقارنات بين مرضى باركنسون والقيم الطبيعية (1-β = 0.99) وحساسية كافية لاكتشاف الاختلافات بين المجموعات الأربع (القوة = 0.78). بشكل عام، توفر الدراسة تقييمًا شاملاً لخصائص المشي في مرض باركنسون، مما يبرز العلاقة بين المقاييس السريرية والمعايير البيوميكانيكية.
المناقشة
في هذه الدراسة، نؤكد على الدور الحاسم لتحليل المشي الآلي (GA) في تعزيز التقييمات السريرية لمرضى باركنسون (PD). من خلال مقارنة البيوميكانيكا للمشي بين مرضى باركنسون والأفراد الأصحاء، نقدم تقييمًا شاملاً يتضمن تحليلات حركية وديناميكية وكهربائية حيوية (EMG). تكشف نتائجنا عن اختلافات كبيرة في المعايير الحركية، مثل زيادة في القياسات الزمنية (مدة الخطوة، ومدة الوقوف، ومدة التأرجح) وتقليل في القياسات المكانية (طول الخطوة وطول الخطوة) لدى مرضى باركنسون مقارنة بالقيم الطبيعية. تؤكد هذه النتائج الأدبيات الحالية وتبرز نقص تمثيل قياسات الزاوية للمفاصل في الدراسات السابقة. من الجدير بالذكر أن تحليل التجميع لدينا يشير إلى أن بعض معايير GA الآلية لا تتماشى مع نتائج المقاييس السريرية، مما يبرز ضرورة التقييمات الموضوعية لإبلاغ استراتيجيات إعادة التأهيل المصممة لتلبية احتياجات المرضى الفردية.
علاوة على ذلك، حددنا أنماط مشي بيوميكانيكية متميزة بين مرضى باركنسون المصنفين حسب مستويات خوفهم من السقوط (FoF). أظهر المرضى الذين يعانون من FoF مرتفع اضطرابات مشي محددة، بما في ذلك انخفاض سرعة المشي وتغيرات في خصائص الخطوة، مما قد يسهم في دورة من زيادة الحذر ونفقات الطاقة. كما كشفت تحليلاتنا عن اختلافات كبيرة في المعايير الديناميكية عبر مجموعات المرضى، مما يشير إلى أن تقدم المرض يؤثر على الآليات التعويضية في المشي. تدعو نتائج الدراسة إلى دمج GA الآلي في الممارسة السريرية، حيث توفر رؤى قيمة حول الفيزيولوجيا المرضية المعقدة لمرض باركنسون وتوجه التدخلات العلاجية المستهدفة التي تهدف إلى تحسين استقرار المشي وتقليل مخاطر السقوط.
القيود
في هذه الدراسة، أكدنا على أهمية دمج تحليل المشي الآلي (GA) والتقييمات الحركية السريرية لتقييم الميزات الحركية والبيوميكانيكية بشكل كمي لدى مرضى باركنسون (PD). تشمل نقاط قوتنا تحليلًا شاملاً لمجموعة متنوعة من المعايير البيوميكانيكية—الحركيات، والديناميات، والبيانات الكهربائية الحيوية—باستخدام نظام التقاط الحركة الضوئية الإلكترونية جنبًا إلى جنب مع منصات القوة وأجهزة EMG، وهو نهج نادر في الأدبيات. ومع ذلك، تشمل قيود الدراسة حجم العينة الصغيرة، مما يحد من إمكانية تعميم نتائجنا وقد يؤدي إلى وجود اتجاهات فقط بدلاً من اختلافات ذات دلالة إحصائية لبعض معايير المشي. على الرغم من أن تحليلات القوة بعد التجربة أشارت إلى أن عيّنتنا كانت كافية لاكتشاف تأثيرات متوسطة إلى كبيرة، إلا أن البحث المستقبلي مع مجموعات أكبر ضروري لكشف الفروق الأكثر دقة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يكون غياب بعض البيانات السريرية، مثل تاريخ السقوط والوظائف الإدراكية، قد قيد نتائجنا. كما أننا لم نقم بإجراء تحليل قوة رسمي مسبق، حيث كانت مجموعة بياناتنا مستمدة من التقييمات السريرية الروتينية. على الرغم من أننا اعتمدنا على مجموعات بيانات طبيعية من الأدبيات، قد توجد تحيزات محتملة تتعلق بإجراءات التسجيل. أخيرًا، لم تقيم الدراسة بشكل صريح التعدد الخطي بين معايير المشي، مما قد يؤدي إلى تكرار في النتائج. يجب أن تعالج الدراسات المستقبلية هذه القيود وأن تأخذ في الاعتبار تأثير الخوف من السقوط (FoF) على أداء المشي، حيث إنه عامل مهم يؤثر على الجوانب الحركية والديناميكية والكهربائية الحيوية للمشي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1541240
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40370594
Publication Date: 2025-04-30
Author(s): Paolo De Pasquale et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This observational study investigates gait dysfunctions in patients with Parkinson’s disease (PD) by comparing their kinematic, kinetic, and electrophysiological parameters to those of healthy individuals. A total of sixty-nine PD patients underwent comprehensive clinical and instrumental evaluations, which included assessments of impairment, balance, fall risk, and daily living activities. Instrumental evaluations utilized optoelectronic systems, force plates, and electromyography (EMG) in a motion analysis laboratory. Statistical analyses employed non-parametric tests and clustering methods to identify patterns in the data.
The findings revealed significant differences in gait kinematics between PD patients and healthy controls, characterized by increased temporal and reduced spatial parameters. Patients were categorized into four distinct clusters based on clinical evaluations, indicating variability in gait features influenced by clinical scales and the perceived fear of falling (FoF). Notably, the study concluded that traditional clinical scales may overlook subtle gait abnormalities, particularly in the early stages of PD, as they primarily assess gross motor functions. Additionally, patients with higher FoF exhibited unique biomechanical changes, suggesting a complex interplay between motor alterations and psychological factors. The authors advocate for larger longitudinal studies to further elucidate these gait abnormalities and inform personalized rehabilitation strategies.
Introduction
Parkinson’s disease (PD) is a prevalent neurodegenerative disorder primarily affecting the substantia nigra, leading to significant motor, cognitive, and autonomic dysfunctions. Early manifestations of PD include distinctive gait abnormalities such as reduced stride length, increased variability, and diminished walking speed, which progressively worsen as the disease advances. Notably, gait impairments evolve through distinct stages, with early-stage patients exhibiting asymmetrical movements and reduced arm swing, while those in the mild-to-moderate stage demonstrate more symmetric but intensified gait difficulties, including shuffling and challenges with movement initiation. These gait alterations contribute to decreased mobility and an increased fear of falls (FoF), which is correlated with specific biomechanical features such as slow gait speed and balance deficits.
Current clinical assessments, including the Hoehn and Yahr scale and various rating scales like the Tinetti and Berg Balance Scale, provide valuable insights into PD severity and functional status. However, they often fail to capture subtle gait changes that instrumental assessments can detect. Advanced motion capture systems, including optoelectronic tools, offer a more objective evaluation of kinematic and kinetic parameters, essential for understanding gait impairments in PD. This study aims to quantify these parameters using a comprehensive gait analysis laboratory setup and to explore biomechanical differences among PD patients based on clinical rating scales, thereby enhancing personalized rehabilitation strategies and monitoring disease progression.
Results
The results of the study revealed significant differences in temporal and spatial kinematic parameters between participants with Parkinson’s disease (PD) and normative data. Key findings included increased stride duration, stance duration, and swing duration (p < 0.001), alongside higher values for stance phase and double support phase, while swing phase and single support phase durations were lower. Participants exhibited reduced speed, cadence, stride length, and step length, with an increased step width, all showing statistical significance (p < 0.001). Additionally, the gait profile score was higher than normal, while the gait deviation index was lower, indicating distinct gait abnormalities in PD patients. Cluster analysis identified four groups reflecting varying degrees of motor impairment, with significant differences in clinical scales such as the Berg Balance Scale (BBS) and Timed Up and Go (TUG) test (p < 0.001). Notably, the Fear of Falling Scale (FES-I) revealed differing perceptions of fear across clusters. Instrumental parameters, including temporal kinematics and kinetic measurements, demonstrated significant variations across clusters, with specific parameters influenced by both cluster membership and FES-I scores. The post hoc power analysis confirmed the robustness of the findings, indicating high statistical power for comparisons between PD patients and normative values (1-β = 0.99) and adequate sensitivity for detecting differences among the four clusters (power = 0.78). Overall, the study provides a comprehensive assessment of gait characteristics in PD, highlighting the relationship between clinical scales and biomechanical parameters.
Discussion
In this study, we emphasize the critical role of instrumental gait analysis (GA) in enhancing clinical assessments of Parkinson’s Disease (PD) patients. By comparing gait biomechanics between PD patients and healthy individuals, we provide a comprehensive evaluation that includes kinematic, kinetic, and electromyographic (EMG) analyses. Our findings reveal significant differences in kinematic parameters, such as increased temporal measures (stride, stance, and swing duration) and reduced spatial measures (stride and step length) in PD patients compared to normative values. These results corroborate existing literature and highlight the underrepresentation of joint angular measurements in previous studies. Notably, our clustering analysis indicates that certain instrumental GA parameters do not align with clinical scale outcomes, underscoring the necessity of objective assessments to inform rehabilitation strategies tailored to individual patient needs.
Moreover, we identified distinct biomechanical gait patterns among PD patients categorized by their levels of fear of falling (FoF). Patients with high FoF exhibited specific gait dysfunctions, including reduced gait speed and altered step characteristics, which may contribute to a cycle of increased cautiousness and energy expenditure. Our analysis also revealed significant differences in kinetic parameters across patient clusters, suggesting that disease progression influences compensatory mechanisms in gait. The study’s findings advocate for the integration of instrumental GA into clinical practice, as it provides valuable insights into the complex pathophysiology of PD and informs targeted rehabilitation interventions aimed at improving gait stability and reducing fall risk.
Limitations
In this study, we emphasized the importance of combining instrumental gait analysis (GA) and clinical motor assessments to quantitatively evaluate motor and biomechanical features in patients with Parkinson’s Disease (PD). Our strengths include a comprehensive analysis of various biomechanical parameters—kinematics, kinetics, and electrophysiological data—using an optoelectronic motion capture system alongside force platforms and EMG probes, which is a rare approach in the literature. However, the study’s limitations include a small sample size, which restricts the generalizability of our findings and may have resulted in only trends rather than statistically significant differences for some gait parameters. While post hoc power analyses indicated that our sample was adequate for detecting medium to large effects, future research with larger cohorts is necessary to uncover subtler distinctions.
Additionally, the absence of certain clinical data, such as fall history and cognitive functioning, may have limited our findings. We also did not conduct a formal priori power analysis, as our dataset was derived from routine clinical evaluations. Although we relied on normative datasets from the literature, potential biases related to recording procedures could exist. Lastly, the study did not explicitly assess multicollinearity among the gait parameters, which could lead to redundancy in results. Future studies should address these limitations and consider the impact of fear of falling (FoF) on gait performance, as it is a significant factor that influences kinematic, kinetic, and electrophysiological aspects of walking.