Untersuchung der Auswirkung von Dual Tasks auf das Gangbild gesunder älterer Erwachsener

Abstract

Für die vorliegende Arbeit wurde das Gangbild sowie der freie Stand innerhalb einer Gruppe gesunder älterer Probanden mittels eines intertialen Sensorsystems untersucht. Neben dem natürlichen Gangbild wurden zudem mögliche Veränderungen durch die zeitgleiche Bearbeitung einer Zweitaufgabe - Dual Tasking - sowie gegebenenfalls Zusammenhänge mit der kognitiven Leistungsfähigkeit der Probanden beurteilt. Diese wurde mittels des Montreal Cognitive Assessment eingestuft. Dual Task Untersuchungen sollen Herausforderungen des Alltags simulieren und so ein realistischeres Gangbild unter Versuchsbedingungen reproduzieren. An den Untersuchungen nahmen 35 Probanden teil (Alter 66,1 ± 9,8; männlich: n=18, Alter 63,4 ± 11,5 (41-80); weiblich n=17, Alter 69,1 ± 6,8 (53-77)). Mittels sechs Sensoren an Armen, Beinen und Rumpf wurde das Gangbild registriert. Für die Messungen wurden Sensoren des APDM Mobility Labs verwendet, welche je ein Gyroskop und Akzelerometer in einer ca. 25 g schweren Messeinheit vereinen. Die Ganganalyse erfolgte auf einer kürzeren, ca. sieben Meter messenden und auf einer etwa 20 m langen Strecke. Auf beiden Strecken wurde als Ausgangsmessung das natürliche Gangbild ohne Zusatzaufgabe vermessen. Im Anschluss erfolgten je zwei weitere Messabläufe mit unterschiedlichen Zusatzaufgaben. Als kognitive Herausforderung sollten die Probanden auf der kürzeren Strecke fortlaufend Kopfrechnen, auf der längeren Runde eine Audiodatei anhören und nach Abschluss der Aufgabe Fragen zu dem Gehörten beantworten. Für die motorische Zusatzaufgabe übergaben die Teilnehmer fortlaufend Ringe aus einer in die andere Hand. Während des freien Stehens wurden in verschiedenen Messdurchgängen die visuellen Informationen durch das Öffnen und Schließen der Augen beeinflusst. Zudem erfolgten ebenfalls Messungen mit kognitiven Zusatzaufgaben bei geöffneten sowie geschlossenen Augen. Während des freien Gehens ohne Beeinflussung bestanden auf beiden Streckenlängen geschlechtsspezifische Unterschiede. Das Gangbild der Frauen zeigte eine signifikant höhere Schrittfrequenz und kürzere Dauer eines Gangzyklus. Auf der kürzeren Strecke zeigten sich durch beide Zusatzaufgaben Veränderungen in Richtung eines unsicheren Gangbildes. Die Schrittlänge, -geschwindigkeit und frequenz nahmen neben dem Bewegungsumfang in Unterschenkel und Knie ab. Die Dauer eines Gangzyklus, die Zeit eines Gangzyklus zu welcher beide Füße Kontakt mit dem Boden haben und der Bewegungsumfang des Oberkörpers nahmen zu. Unter der kognitiven Zusatzaufgabe waren alle Veränderungen, außer des Bewegungsumfangs des Oberkörpers in der frontalen Ebene sowie des Bewegungsumfangs des Knies, signifikant (p < 0,001). Während der motorischen Aufgabe erreichten alle Veränderungen, abgesehen vom Bewegungsumfang des Oberkörpers in der horizontalen Ebene, das Signifikanzniveau (je p < 0,001). Auf der längeren Strecke konnten durch eine kognitive Aufgabe alle genannten Beobachtungen, abgesehen von den Bewegungen des Oberkörpers und der Abnahme der Schrittlänge, reproduziert werden (pGCT = 0,003; sonstige Parameter je p <0,001). Entgegen der Ergebnisse auf der kurzen Strecke nahmen die Bewegungen des Oberkörpers während der kognitiven Aufgabe ab. Die motorische Aufgabe bewirkte auf der längeren Strecke keine Veränderung des Gangbildes bei gesunden Erwachsenen. Zwischen den Geschlechtern konnte kein eindeutiger Unterschied im Ansprechverhalten auf die gestellten Zweitaufgaben nachgewiesen werden. Ein größerer Bewegungsumfang des Oberkörpers korrelierte positiv mit der kognitiven Leistungsfähigkeit (ß = +1,1; p=0,002), ebenso wie eine größere Schrittlänge (ß = +0,2; p<0,001). Die benötigte Zeit für das Aufstehen von einem Stuhl korrelierte hingegen negativ mit der Punktzahl des MoCA (ß = –3,3; p<0,001). Für den freien Stand zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Geschlechtern. Ebenso konnte kein Einfluss einer kognitiven Zusatzaufgabe auf die Probanden nachgewiesen werden. Neben einer Zunahme der zurückgelegten Köperschwingungen während der Messung mit geschlossenen Augen, bestand ebenfalls kein Einfluss der visuellen Informationen auf das generierte Standbild. Es lässt sich zusammenfassend festhalten, dass gesunde ältere Probanden durch zeitgleich gestellte Zusatzaufgaben in der Stabilität ihres Gangbildes beeinflusst werden können. Eine kognitive Zusatzaufgabe war hierfür besser geeignet, ebenso wie ein anspruchsvollerer Versuchsablauf, für welchen eine Strecke mit einer Drehung sowie dem Aufstehen und Hinsetzen kombiniert wurde. Auf das freie Stehen hatten Zusatzaufgaben hingegen keine Auswirkung.

In project, gait pattern as well as the free stance of healthy elderly participants was examined using an inertial sensor system. In addition to the natural gait pattern, possible changes due to the simultaneous processing of a second task - dual tasking - as well a potential relationship to cognitive performance were assessed. Cognitive performance was tested applying the Montreal Cognitive Assessment. Dual task investigations are intended to simulate everyday challenges and thus reproduce a more realistic gait pattern under test conditions. 35 subjects participated in this study. (age 66.1 ± 9.8; male: n = 18, age 63.4 ± 11.5 (41-80); female n = 17, age 69.1 ± 6.8 (53-77)). Gait pattern was registered using six sensors fixed to the arms, legs and trunk. For the measurements, sensors from the APDM Mobility Lab were used, which each combine a gyroscope and an accelerometer in a measuring unit weighing approx. 25 g. The gait analysis was carried out on a shorter, approx. Seven meter long and over an approx. 20 m long distance. On both distances, the natural gait pattern was measured as the initial measurement without any additional task. This was followed by two further measurement runs with different additional tasks. As a cognitive challenge, the participants were asked to do mental arithmetic on the shorter route, listen to an audio file on the longer circuit and answer questions about what they heard after completing the task. For the additional motor task, the participants continuously passed rings from one hand to the other. During the free stance, the visual information was influenced by opening and closing the eyes. Measurements with additional cognitive tasks were carried out with both eyes open and closed. During free walking without interference, there were gender-specific differences. Gait pattern of women showed a significantly higher step frequency and shorter gait cycle time. On the shorter route, both additional tasks resulted in changes in the same direction. The stride length, speed and frequency decreased along with the range of motion in the lower legs and knees. Gait cycle time, double support time and the range of motion of the upper body increased. Under the additional cognitive task, all changes except for the range of motion of the upper body in the frontal plane and the range of motion of the knee were significant (p <0.001). During the motor task, all changes, apart from the range of motion of the upper body in the horizontal plane, reached the level of significance (each p <0.001). Over the longer distance, a cognitive task reproduce all of the above-mentioned observations, apart from the movements of the upper body and the decrease in stride length (pGCT = 0.003; other parameters each p <0.001). Contrary to the results on the short distance, the movements of the upper body decreased during the cognitive task. In contrast to the results of the short distance, motor task did not change the gait pattern in healthy adults. No clear difference in response behavior to the second tasks posed could be demonstrated between the sexes. A greater range of motion in the upper body correlated positively with cognitive performance (ß = +1.1; p = 0.002), as did a greater step length (ß = +0.2; p <0.001). The time required to get up from a chair, however, correlated negatively with the MoCA score (ß = -3.3; p <0.001). There were no differences between the sexes for free stance. Likewise, no influence of an additional cognitive task on the subjects could be proven. In addition to an increase in the distance of body sway during the measurement with closed eyes, there was also no influence of the visual information on the generated still image. In summary, it can be said that healthy older people can be influenced in the stability of their gait pattern by simultaneously asked additional tasks. An additional cognitive task was better suited for this, as was a more demanding test procedure, for which a stretch was combined with a turn as well as standing up and sitting down. However, additional tasks had no effect on free stance.