Učinki treninga gibalne predstave na funkcionalno okrevanje po celotni kolenski artroplastiki

Osteoarthritis (OA) is a major cause of disability among older adults. When conservative treatments have failed, a total knee arthroplasty (TKA) is a surgical replacement of a degenerated or malformed joint, that is prescribed to patients with OA. TKA successfully relieves pain, corrects the deformity, and improves function. However, most patients never reach the functional level of the age-matched OA asymptomatic population even years after surgery. Quadriceps strength is a major determinant of general physical function following TKA. In the early post-surgery period, patients experience loss of more than half of their pre-surgery strength, a likely consequence of the alterations of motor control at a central level induced by surgery. Motor imagery (MI), mental simulation of a movement without overt muscle contraction, has been largely used to improve general motor tasks. However, this is still to be investigated in TKA patients. Therefore, the primary aim of the present doctoral thesis is to investigate how and to which extent will MI practice (MIp) intervention influence the recovery of neuromuscular and locomotor function following TKA. More specifically, we aimed to examine effects of MIp on a) maximal isometric strength (MVS) of knee extensorsb) maximal voluntary activation (VMA) levelc) Spatio-temporal gait parameters during different gait velocities under single- and dual-task conditionsd) self-reported measures of lower extremity function such as Oxford Knee Score (OKS) and lower extremity functional score (LEFS)e) contractile muscle parametersf) electromechanical efficiency index (EME)and g) pain level assessed by Visual Analogue Scale (VAS). Given that Questionnaires used in planned research were not cross-culturally adapted to Slovenian speaking community, and their psychometric properties were not investigated we aimed answer to this challenge as well. To answer on objectives/question mentioned above a different types of research were conducted. Study I aimed to investigate whether MI intervention can meaningfully improve maximal voluntary strength in healthy adults and to investigate the dose-response relationship of MIp. Meta-analysis showed (i) that MI is an effective method for maximal strength development in healthy adults, while there is no convincing evidence that the combination of MI and physical practice is more effective than conventional strength training (CST) alone(ii) The following MI variables were associated with enhanced strength: a training period of 4 weeks, a training frequency of three sessions per week, a training volume of two to three sets, 25 repetitions per set, and single session duration of 15 minutes(iii) Cortical representation of the involved muscle has minor modulating power, suggesting that both large and small cortically represented muscles can almost equally benefit from MI. In Study II, a systematic review of literature was conducted to investigate alterations of maximal voluntary strength (MVS), voluntary muscle activation (VMA), and the cross-sectional area (CSA) of the quadriceps muscle, up to 33 months after the TKA. Results showed that quadriceps MVS markedly declines in the early postoperative period, after which it slowly and linearly recovers over time. However, the same phenomenon was not observed for VMA and CSA, which were not significantly altered after the TKA. Furthermore, a meta-regression analysis revealed that the change in VMA accounted for 39% of the relative change in quadriceps strength in the early postoperative period. Patients treated with TKA had considerable weakness of the quadriceps muscle, which was detectable up to 3 months after surgery, regarding rehabilitation practice applied. In Study III, we aimed to validate the Slovenian version of Motor Imagery Questionnaire (MIQ-3). Results showed that the Slovenian translation of the MIQ-3 is culturally and linguistically equivalent to the original English version. In study IV, we aimed to validate cross-culturally adapted versions of both the OKS and LEFS questionnaires to Slovenian language speaking community and to determine their feasibility, test-retest reliability, internal consistency and congruent validity. In study V, we aimed to investigate whether a MI focused on maximal isometric knee extension strength, causes additional specific and general adaptations upon neuromuscular and functional variables when compared routine physical therapy only, in patients submitted to TKA. Results showed that significant differences in treatment effects were observed for the MIp group compared to CON: the MIp showed less strength decreasefaster self-selected speed under single and dual-task conditionsbrisk-pace gait speed during single and dual-task conditionsimproved chair sit-to-stand performanceand a higher score on MI ability questionnaires for kinaesthetic imagery and internal visual imagery scales, respectively. In study VI, we aimed to investigate whether MIp will influence the contractile muscle properties of OA patients following TKA. Results did not show significant alterations of either parameter when compared to the CON group, that performed routine physical therapy only. However, when data were pooled results showed that TKA treatment altered physical function as well as contractile properties of the main skeletal muscles surrounding the involved joint in the early period after surgeryhowever, alterations showed to be both limb and muscle-specific. These findings might provide clinicians and physiotherapist with additional information on how to adapt rehabilitation to the needs of an individual patient. The overall findings explain how MIp can be used to improve motor performance in patients following TKA. Also, it illustrates that central neural processes underlying such improvements. Finally, in study VII, we explored whether the addition of MIp to routine physical therapy reduces the deterioration of quadriceps MVS and VMA as well as other variables related to motor performance in patients after TKA. Significantly better rehabilitation outcomes were evident on the operated leg for the MIp group compared to CON: at POST, the MIp showed lower strength decrease and unaltered VMA, that was significantly greater than CON. There were no significant differences in knee flexion and extension range of motion and pain level. Further, MIp patients performed better in Timed up to go test and reported better OKS scores. The non-operated leg showed no significant differences in any outcomes at POST. In addition, multiple linear regression analysis showed that the failure of VMA explained 47% of the quadriceps muscle strength loss, with no significant difference in perceived level of pain. Overall findings support that motor imagery practice as a type of cognitive training can be used as an efficient method to enhance motor performance in both healthy individuals and patients who were scheduled for total knee arthroplasty. Additionally, we validated and cross-culturally adapted Motor Imagery Questionnaire (MIQ-3), Oxford Knee Score (OKS) and Lower Extremity Functional Score (LEFS) questionnaires to Slovenian language speaking community. These new tools will enable all practitioners and scientist from the field to successfully conduct and evaluate the results of their practices and/or research.Osteoartritis (OA) je glavni vzrok za invalidnost med starejšimi odraslimi. Kadar običajno zdravljenje ni uspešno, se bolnikom z OA predpiše celotna kolenska artroplastika (TKA), tj. kirurška zamenjava degeneriranega ali deformiranega sklepa. TKA uspešno lajša bolečine, popravi deformacijo in izboljša funkcijo sklepa. Vendar pa večina bolnikov celo več let po operaciji ne doseže funkcionalne ravni enako stare populacije brez simptomatike OA. Moč kvadricepsa je glavni določevalec splošnega telesnega fitnesa in funkcionalne sposobnosti posameznika po TKA. V zgodnji fazi po operaciji pride pri bolnikih do izgube več kot polovice predoperativne moči, kar je verjetno posledica sprememb motoričnega nadzora na centralni ravni, povzročenih z operacijo. Motorična imaginacija (MI), gibalna predstava gibanja brez vidnega krčenja mišic, dokazano pripomore k izboljšanemu izvajanju gibalnih nalog. Te mehanizme je pri bolnikih s TKA še treba raziskati. Glavni cilj doktorske disertacije je torej raziskati, kako in koliko bo intervencija MI (MI) vplivala na nevromišično in gibalno delovanje bolnika po TKA. Podrobneje želimo raziskati učinke MI na: a) maksimalno izometrično moč (MVS) iztegovalk kolenab) raven maksimalne hotene aktivacije (MVA)c) prostorsko časovne parametre hoje pri različnih hitrostih hoje pod pogoji enojne in dvojne naloged) s strani bolnika poročane (subjektivne) meritve funkcije spodnjih okončin, kot so oxfordska kolenska lestvica (OKS) in lestvica funkcionalnosti spodnjih okončin (LEFS)e) kontraktilne lastnosti spremljanih mišicf) indeks elektromehanske učinkovitosti (EME) in g) raven bolečine, ocenjeno z vizualno analogno lestvico (VAS). Glede na to, da vprašalniki, ki se uporabljajo v načrtovanih raziskavah, še niso bili navzkrižno kulturno prilagojeni slovensko govoreči skupnosti in njihove psihometrične lastnosti še niso bile raziskane, smo poskušali odgovoriti tudi na ta izziv. Da bi odgovorili na omenjena vprašanja, so bile izvedene različne raziskave. Izvedene so bile tri izvirne študije z različno metodologijo. Najprej bomo na kratko predstavili metodologijo eksperimentalne študije in dveh diagnostičnih. Eksperimentalna raziskava je bila randomizirane nadzorovane eksperimentalne narave in je potekala v skladu s smernicami konsolidiranih standardov poročevalskih preizkušanj (CONSORT). Postopki vpisa, randomizacije in končne analize so prikazani v diagramu pretoka CONSORT (slika 1, Figure 1). To raziskavo smo izvajali v Ortopedski kliniki Valdoltra (Ankaran, Slovenija, EU) od avgusta 2017 do junija 2018. Protokol kliničnega preizkušanja je bil registriran na ClinicalTrials.gov, identifikator NCT03684148. Vsi postopki so bili izvedeni v skladu z etičnimi standardi Helsinške deklaracije in jih je odobril odbor za medicinsko etiko Ortopedske klinike Valdoltra (odobritev št. 16/2016, izdana 7. decembra 2016). Vsi vključeni bolniki so dali pisno soglasje. Po začetni izbiri bolnikov s pomočjo splošne podatkovne baze bolnišnice so bili vsi tisti, ki so zadovoljevali vključitvena merila, enakovredno randomizirano dodeljeni v eno od dveh skupin, in sicer v eksperimentalno MI v kombinaciji s skupino RPT (MIp) oziroma v samo RPT (CON). Udeleženci so bili ocenjeni dan pred kirurškim posegom (PRE) in mesec dni po operaciji (POST) z izbranimi meritvami, ki so se izvedle v ločenem mirnem prostoru, da so se preprečile kakršne koli zunanje motnje iz bolnišničnega okolja. Vsi bolniki so prejeli tripredelno, cementirano TKA z medialno parapatelarnim kirurškim pristopom. Operativne posege so opravili trije izkušeni kirurgi. Bolniki so bili izključeni, če so bili mlajši od 50 let in/ali starejši od 85 let, če so bili predvideni za revizijo TKA, če so imeli dvostransko TKA, če so imeli indeks telesne mase (ITM) 40 kg/m2 ali več, nenadzorovano hipertenzijo ali sladkorno bolezen, anamnezo kakršne koli nevrološke motnje, vključno s cerebralno žilno boleznijo, multiplo sklerozo, ali Parkinsonovo boleznijo, če so imeli revmatoidni artritis ali aktivnega raka, trombozo, kontralateralni kolenski OA (kot je opredeljeno z bolečino, večjo od 4/10 med dejavnostjo, in prisotnostjo OA, ugotovljene z radiografskim pregledom), če niso bili vključeni v nobeno predoperativno rehabilitacijsko zdravljenje ali so imeli druga nestabilna ortopedska stanja spodnjih okončin po operaciji, kot je krvavitev. Po TKA so bili vsi bolniki hospitalizirani povprečno 6 dni (4–8 dni). Neodvisno od skupinske dodelitve so vsi bolniki sledili enakemu bolnišničnemu rehabilitacijskemu programu. Vadbeni program je bil usmerjen v izboljšanje splošne mobilnosti bolnikov s pasivnim in aktivnim upogibanjem kolena in kolka, vajami za raztegovanje in krepitev mišic, hojo z berglami in brez njih itd. Sprva so bili deležni 45 minut neprekinjenega pasivnega razgibavanja na dan, ki ga je opravil in spremljal certificirani fizioterapevt. Bolnikom so bile dodatno ponujene različne funkcionalne vaje vsakodnevnih gibov, ki vključujejo premik iz ležečega v sedeči položaj s premikom v stojo in obratno, učenje hoje z berglo in brez nje, hojo po stopnicah navzgor in navzdol, vaje obremenitve s težo itd. Podroben opis vadbenega programa je na voljo na ClinicalTrials.gov, identifikator NCT03684148. Potem ko so bili odpuščeni iz bolnišnice, so bolniki iz obeh skupin prejeli program terapevtske vadbe, ki ga je bilo treba izvajati doma in je vseboval enako vadbo, kot so jo izvajali med bolnišnično oskrbo, razen uporabe naprave za neprekinjeno pasivno gibanje, ki je v domačem okolju niso uporabljali. Da bi spremljali njihovo izvajanje predpisanega programa vadbe, smo bolnike preverjali prek telefona. Poleg RPT (bolnišnične rehabilitacijske) vadbe so bili bolniki iz skupine MIp deležni tudi vadbe MI, ki se je začela takoj po intenzivni oskrbi. V okviru vadbe MI so si predstavljali maksimalne prostovoljne izometrične kontrakcije (MViC). V skladu s tem so bolniki v dveh tednih izvedli dva sklopa 25 ponovitev z 2-minutnimi vmesnimi počitki. Za uskladitev z osnovnimi načeli treninga moči, tj. postopnost obremenjevanja in napredovanja, smo v 3. in 4. tednu dodali 10 dodatnih preizkušanj. Vsaka ponovitev MViC je trajala pet sekund, sledil je 5-sekundni počitek med ponovitvami. Poleg tega so imeli udeleženci po vsakem petem krčenju 20 sekund počitka. Po 5 dneh vadbe MI so imeli udeleženci dvodnevni odmor. V povprečju so bolniki med hospitalizacijo izvedli tri sklope MI. Po odpustu iz bolnišnice so udeleženci iz skupine MIp prejeli zvočni opis (datoteka MP3) smernic za vadbo MI, ki so jo nadaljevali doma. Scenarij MI je bil strukturiran kot en sklop treninga (na primer dva sklopa 25 ponovitev v prvih dveh tednih), ki je bil sestavljen iz informacij za vključitev bolnikov v motorično in vizualno MI. Bolnikom je bilo naročeno, naj se udobno namestijo na navadnem stolu in si predstavljajo iste okoliščine, kot med ocenjevanjem MViC. Morali so sedeti na stolu in si predstavljati, da je bila noga, s katero so delali, pokrčena za 60° v kolenskem sklepu, medtem ko so poslušali zvočni zapis s podrobnimi navodili za vajo. Bolniki iz kontrolne skupine so pet dni na teden (enkrat na dan) sledili istemu pooperacijskemu rehabilitacijskemu programu, kot je opisan zgoraj, vendar niso izvajali MI. Vsakega bolnika iz kontrolne skupine smo enkrat tedensko poklicali po telefonu, da smo v obeh skupinah zagotovili podobno raven motivacije. Med vsakim telefonskim klicem je terapevt udeleženca vprašal o njegovem subjektivnem zdravstvenem stanju, upoštevanju predpisanega zdravljenja in rehabilitacijskem napredku. Ocenili smo različne parametre telesnega fitnesa, kot je bilo že omenjeno, pred operacijo in mesec dni po njej. Cilj prve diagnostične študije je bila potrditev slovenske različice vprašalnika o motorični imaginaciji (MIQ-3). Prevod vprašalnika je izvedel slovenski raziskovalec s potrdilom o znanju angleškega jezika po tem, ko je bila prevedena različica v slovenščini ponovno prevedena v angleško različico s strani maternega govorca slovenščine, ki je 30 let študiral in delal v Združenih državah Amerike, in je bila nato ponovno preverjena s strani ameriških maternih govorcev angleščine. V končni fazi postopka prilagajanja je bila preizkušena predkončna različica. Predpreizkus predkončne slovenske različice glede razumljivosti 10 naključno izbranih tem ni pokazal nobenih nadaljnjih težav z vprašalnikom, nato so avtorji potrdili vprašalnik za uporabo v preizkusnem okolju. Vzorec smo zbrali s pomočjo natisnjenega reklamnega materiala in so ga sestavljali različni prebivalci, ki živijo, delajo in/ali študirajo v slovenski primorski regiji. Vsi udeleženci so bili starejši od 18 let. Ocenili smo starost (mlajši proti starejšim od 50 let), spol (moški proti ženskam) in trenutni gibalni status in/ali ravni (športnik proti nešportniku) udeležencev. Za športnike smo upoštevali le tiste udeležence, ki so aktivno sodelovali na tekmovalni ravni katere koli športne panoge. V celoti je vprašalnik izpolnilo 86 oseb v času 1. Protokol študije je odobril lokalni odbor za raziskave in etiko Ortopedske klinike Valdoltra (številka 16/2016). Pred udeležbo smo pridobili obveščeno soglasje vsakega posameznika. Najprej (čas 1) je vprašalnik izpolnilo 86 oseb (povprečje ± SDstarost 35,26 ± 16,1 leta), med njimi je bilo 47,7 % žensk. Da bi ovrednotili ponovljivost (zanesljivost preizkusa-ponovnega preizkusa) vprašalnika, je približno čez teden dni (± 2 dni, čas 2) 80 oseb isti vprašalnik izpolnilo pod enakimi pogoji. Subjekte smo pozvali, naj med preizkušanjem nadaljujejo svoje običajne vsakodnevne dejavnostmi zaradi nadzora morebitnih motenj v sposobnosti izvajanja MI, do katerih bi lahko prišlo.Da bi se izognili (premagali) mogoči variabilnosti razumevanja navodil, je raziskovalec pojasnil protokol in pokazal gibanja v skladu z navodili. MIQ-3 je vprašalnik, sestavljen iz skupno 12 postavk za oceno posameznikovih sposobnosti. Posameznik si predstavlja štiri premike (dvig noge, skok, razširitev in pritegnitev rok, fleksija kolka v stoječem položaju (upogibanje naprej) z uporabo vizualne imaginacije (VI) (iz notranje (IVI) ali zunanje (EVI) perspektive) in kinestetične imaginacije (KI). Vsaka lestvica obsega sedem mogočih odzivov (7-točkovna Likertova lestvica), pri katerih se je rezultat na postavko posledično gibal od 1 (»zelo težko«) do 7 (»zelo enostavno«) (vprašalnik v prilogi 1). Za vsako lestvico (VI in KI) in vsakega udeleženca je bil pridobljen povprečen rezultat od 1 do 7, pri čemer višja ocena ponazarja boljšo sposobnost mentalne imaginacije glede na testirano modalnost. Izvajanje testa traja približno 15 minut. Notranja doslednost vprašalnika je bila ocenjena z izračunom standardiziranega Cronbachovega alfakoeficienta. Notranja doslednost na splošno velja za sprejemljivo pri koeficientu, večjem od 0,7, za dobro pri najmanj 0,8, in odlično pri več kot 0,9. Ponovljivost (preizkus-ponovni preizkus) rezultatov na vsaki lestvici (vizualni in kinestetični) je bila ocenjena s primerjavo rezultatov, zabeleženih za čas 1 in čas 2. Relativna zanesljivost vseh odvisnih spremenljivk je bila ocenjena z uporabo korelacijskega koeficienta znotraj razreda (ICC), dvosmernim naključnim modelom (vrsta doslednosti). Vrednosti ICC so bile obravnavane kot zelo visoke, če so bile > 0,90, kot visoke, če so bile med 0,70 in 0,89, in kot zmerne, če so bile med 0,50 in 0,69. Standardna napaka pri oceni (SEM) in tej sledeč koeficient variacije (CV) sta bila izračunana kot merilo absolutne zanesljivosti, kar kaže na variacijo v posameznih osebkih, kot je že bilo navedeno v literaturi. Za nadaljnjo obravnavo vprašanja zanesljivosti podatkov je bila izračunana minimalna zaznavna sprememba (MDC), ukrep minimalnega zneska sprememb, ki ni povezan z variacijami ocene, kot je bilo navedeno drugje. Najprej je bila veljavnost preverjena z raziskovalno faktorsko analizo. Na podlagi pridobljenih podatkov in podatkov iz predhodnih raziskav je bila uporabljena potrdilna faktorska analiza, da bi preizkusili veljavnost konstrukcije. Za preverjanje primernosti podatkov z vidika pričakovanih modelov smo uporabili te indekse popravkov: primerjalni fitindeks, Tucker-Lewisov indeks (za oba indeksa se vrednosti, večje od 0,90, običajno štejejo kot zadovoljive), RMSEA, RMSR in SRMS (za vse kažejo vrednosti približno 0,05 dobro ujemanje modela s podatki, vrednosti okoli 0,08 pa razumno ujemanje modela). Cilj druge diagnostične študije je bila validacija medkulturno prilagojenih različic vprašalnikov OKS in LEFS v slovensko govoreči skupnosti ter določitev njihove izvedljivosti, zanesljivosti testiranja, notranje doslednosti in skladne veljavnosti. Prevod vprašalnikov je izvedel slovenski raziskovalec s potrdilom o znanju angleškega jezika. Po prevedeni različici v slovenščini pri predpreizkušanju razumljivosti predkončnih slovenskih različic (tj. OKS-Slo in LEFS-Slo) pri 20 naključno izbranih osebkih ni bilo nobenih nadaljnjih težav pri razumevanju vprašalnika. Končna faza postopka prilagajanja je bila odločitev, da se (čas 1F) vprašalnik prvič uporabi v intervjuju, ki sta ga izvedla raziskovalec in subjekt, da bi se izognili nesporazumom, po tednu dni (čas 2) pa je isti raziskovalec vprašalnik uporabil tudi v telefonskem intervju. Avtorji so vprašalnike odobrili za uporabo v raziskovalne namene. Vzorec je vseboval 123 preiskovancev, od tega 78 bolnikov, ki so bili sprejeti v Ortopedsko kliniko Valdoltra (Ankaran, Slovenija) za TKA. Vsi udeleženci so bili materni govorci slovenskega jezika, vključeni med avgustom 2017 in junijem 2018. Na splošno je bil vzorec pridobljen na osnovi oglaševanja in sestavljen iz posameznikov, ki živijo v slovenski primorski regiji, medtem ko je bil vzorec bolnikov v glavnem pridobljen z bolnišničnega čakalnega seznama klinike Valdoltra. Vsi udeleženci so bili vključeni po tem, ko so dali soglasje. Udeleženci so bili upravičeni do vključitve, če so bili starejši od 50 let, izpolnjevali merila za primarni TKA (samo populacija bolnikov) ter so lahko razumeli in izpolnili samoocenjevalne vprašalnike. Izključitvena merila so vključevala kolensko artroplastiko iz drugega razloga kot kolenski OA. Poleg tega sta bili merili za izključitev tudi druga pomembna bolezen v spodnji okončini in bolečina v križu. Protokol študije je odobril lokalni raziskovalni in etični odbor Ortopedske Klinike Valdoltra (številka 16/2016). Pred udeležbo smo pridobili soglasje vsakega posameznika. Najprej (čas 1) je vprašalnik izpolnilo 123 oseb (povprečje ± SDstarost 66,1 ± 7,3 le