DZSM

Listed in:

  • Research Alert
  • Focus On: Sports Science & Medicine
  • SciVerse Scopus
  • CrossRef
  • EBSCO SPORTDiscus
  • Google Scholar
  • Chemical Abstracts Service

The German Journal of Sports Medicine is directed to translational science and clinical practice of Sports Medicine and its adjacent fields, which investigate the influence of physical activity, exercise, training and sports, as well as a lack of exercise affecting healthy people and patients of all age-groups. It addresses implications for prevention, diagnosis, therapy, rehabilitation and physical training as well as the entire Sports Medicine and research in sports science, physiology and biomechanics.

The Journal is the leading and most widely read German journal in the field of Sports Medicine. Readers are physicians, physiologists and sports scientists as well as physiotherapists, coaches, sport managers, and athletes. The journal offers to the scientific community online open access to its scientific content and online communication platform.

. .


Spotmedizin
KURZBEITRAG
MOTORISCHES LERNEN UND PARKINSON

Motorisches Lernen als Therapie beim Idiopathischen Parkinson Syndrom

Motor Learning as a Therapy in Idiopathic Parkinson’s Disease

ZUSAMMENFASSUNG

Das Idiopathische Parkinson Syndrom (IPS) ist eine neurodegenerative Erkrankung. Neben medikamentöser Therapie gilt die Bewegungstherapie als förderliche Methode zur Symptombehandlung. Die Analyse der Literatur zeigt, dass Patienten I) in höherem Maß von neuen verglichen zu herkömmlichen Therapiemethoden profitieren, dass II) Betroffene ebenso wie gleichaltrige Gesunde von kurzen Übungseinheiten profitieren, nicht jedoch von längeren Einheiten und dass III) der Therapieeffekt durch das Anwenden externer Stimuli höher ist als ohne Stimuli. Der Erfolg durch das Training mit externen Stimuli wird nach Erkenntnissen von del Olmo (2006) dem Ansprechen unbeeinträchtigter Areale und dem Umgehen der pathologischen Netzwerke der Basalganglien zugeschrieben. Da beim motorischen Neulernen ebenfalls von der Erkrankung unbeeinträchtigte Areale angesprochen werden, wird postuliert, dass diese positiven Effekte möglicherweise auf dem Neuheitsfaktor der Therapien beruhen. Folglich wird die Hypothese aufgestellt, dass eine Bewegungstherapie mit einem hohen Lernanteil die motorische Kompetenz von IPS Patienten in höherem Maß erhält als eine Therapie mit bekannten Inhalten.

Schlüsselwörter: Parkinson, motorisches Lernen, Bewegungstherapie

SUMMARY

Idiopathic Parkinson's disease (IPD) is a neurodegenerative disorder. Apart from pharmacological  treatment,  movement  therapy  shows  beneficial  effects  on  the symptoms. The reviewed literature reveals that I) patients show better improvements from new  therapies  compared  to  conventional  therapies,  that  II)  like  healthy  age matched controls, patients benefit from short-term practice in contrast to longterm practice, that III) effects from cue training are superior to training without cues.  According  to  del  Olmo  (2006),  improvements  after  cue  training  probably result from an access to unimpaired pathways, avoiding access to impaired basal ganglia networks. During  initial  phases  of  motor  learning,  unimpaired  pathways  are  likewise activated. Hence, it is postulated that positive outcomes depend on the fact that therapies are new. It is hypothesized that movement therapy with a high demand on  motor  learning  is  more  effective  in  maintaining  motor  performance  of  IPD patients than movement therapy with well-known motor tasks.

Key words: Parkinson, motor learning, movement therapy

DIE PATHOLOGIE DER BASALGANGLIEN

Das  Idiopathische  Parkinson  Syndrom  (IPS)  ist  eine neurodegenerative  Erkrankung,  die  durch  Tremor,  Rigor  und Bradykinese und posturale Instabilität gekennzeichnet ist (14).
Ein Verlust an  dopaminergen Neuronen in der Schwarzen Substanz (substantia nigra) der Basalganglien (BG) wird für die  Symptomatik verantwortlich  gemacht.  Bis  zum  heutigen  Tag  ist  die  Ursache des Zellsterbens ungeklärt.  Der  Dopaminneuronenverlust  im Striatum führt zu einem erhöhten Output der BG (2). Die Folge ist eine gestörte Funktion der supplementärmotorischen Areale und des  dorsolateralen  präfrontalen  Kortex,  die  mit  einer  gestörten Bewegungsplanung und -umsetzung einhergeht (44).

ERKENNTNISSE VON STUDIEN ZUR BEWEGUNGSTHERAPIE

Neben der medikamentösen Therapie gilt die Bewegungstherapie als „potentiell förderliche“ Methode zur Parkinsonbehandlung (Goodwin et al. (8) in einem Review über Bewegungstherapien bei Parkinson).

  1. Musiktherapie  (18),  Vibrationstraining  (7)  und  Laufbandtraining  unter  Körpergewichtsentlastung  (13)  stellen sich bei vergleichenden Studien der herkömmlichen Physiotherapie als überlegen dar. 
  2. Patienten  profitieren  ebenso  wie  gleichaltrige  Gesunde von kurzen Übungseinheiten, nicht aber von langen Übungseinheiten (1, 17)
  3. Training mit externen Stimuli verbessert den Gang und das Gleichgewicht (15), weist anhaltende Effekte auf (12) und ist dem Training ohne Stimuli überlegen (24).

MÖGLICHE MECHANISMEN DES THERAPIEEFFEKTS

Beim  motorischen  Lernen  zeigen  abhängig  vom  erworbenen Fertigkeitsstadium  verschiedene  Hirnregionen  ihre  maximale Aktivität (10). In frühen Phasen des Lernens ist neben einer erhöhten  Aktivierung  im  Kleinhirn  (2010)  eine  Steigerung  der Aktivierung  im  präfrontalen  und  lateralen  prämotorischen Kortex  (10)  zu  erkennen.  Mit  zunehmender  Übung  kann  eine Aktivitätssteigerung der BG, frontaler Areale (19) sowie posteriorer supplementärmotorischer Areale (10) beobachtet werden, jedoch keine signifikante Aktivierung im Kleinhirn (20).
Die  Basalganglien  sind  bei  der  Kontrolle  von  extern  getriggerten Bewegungen kaum involviert (16, 23). Während einer selbst initiierten Bewegung (intern getriggert) aktiviert ein Gesunder neben anderen Arealen insbesondere die supplementär motorischen Areale und den dorsolateralen präfrontalen Kortex (11). IPS Patienten hingegen zeigen bei dieser Aufgabe eine pathologische  Aktivierung  in  den  genannten  Arealen  (923). In  den  lateralen  prämotorischen  Feldern,  die  bei  Ausführung extern getriggerter Bewegungen involviert sind (3, 19), ist kein Unterschied  zwischen  Gesunden  und  Patienten  evident  (10). Daher  entsprechen  sich  die  erhobenen  Aktivitätsmuster  von Patienten  und  Gesunden  bei  der  Durchführung  extern  getriggerter Bewegungen (9).
Es  fällt  auf,  dass  bei  der  Durchführung  von  motorischen Handlungen, die extern getriggert werden, ähnliche Areale und Bahnen  angesprochen  werden  wie  beim  motorischen  Lernen initialer Lernphasen.
Bewegungstherapien,  in  denen  extern  getriggerte  Bewegungen  durchgeführt  werden,  berichten  von  Erfolgen.  Thaut und  Mitarbeiter  (24)  konnten  diese  Erfolge  bereits  an  biomechanisch  erhobenen  Größen  nachweisen.  Positive  Effekte  auf die  Symptomatik  des  IPS  infolge  von  Training  mit  externen Stimuli  werden  der  Nutzung  unbeeinträchtiger  Areale  zugeschrieben  (6).  Da  beim  motorischen  Lernen  initialer  Stadien ebenso weitestgehend unbeeinträchtigte Areale angesprochen werden,  könnte  motorisches  Neulernen  eine  effektive  Therapiemethode  sein.  Das  Ansprechen  unbeeinträchtigter  Areale durch eine neue Therapie könnte auch begründen, weshalb einige Studien von höheren Effekten durch eine für die Patienten neue Therapie gegenüber einer bekannten Therapie berichten und weshalb durch kurze Übungseinheiten größere Erfolge erzielt  werden  können  als  durch  lange  Übungseinheiten.  Somit sind möglicherweise nicht die Inhalte der Therapie, sondern die Konfrontation mit neuem für die Verbesserungen der Motorik verantwortlich.
Ausgehend  von  der  Tatsache,  das  beherrschte  oder  automatisierte Bewegungen sich der bei IPS gestörten neuronalen Netzwerke  der  Basalganglien  bedienen,  scheint  die  Wiederholung dieser Bewegungen im Rahmen einer Therapie als fragwürdig.
Daher  wird  die  Hypothese  aufgestellt,  dass  eine  Therapie mit  hohem  motorischen  Lernanteil  die  beeinträchtigte  Motorik von IPS Betroffenen in höherem Maße beeinflussen kann als eine  Therapie  mit  ständig  wiederkehrenden  Inhalten.  Es  wird postuliert,  dass  das  wiederholte  Ansprechen  des  Motoneuronenpools durch Bewegungen, die über nicht beeinträchtigte Areale gesteuert werden, die vormals gestörte Motorik bei IPS verbessert.  Somit  kann  der  Motoneuronenpool  von  intakten Strukturen  gesteuert  werden.  Da  die  motorischen  Einheiten nicht beeinträchtigt sind, werden infolge eines Trainings Änderungen für die inter- und intramuskuläre Koordination bei zyklischen Bewegungen in Form einer ökonomischeren Koaktivierung, einem klar definierten Ein- und Ausschalten der Muskeln, sowie eine geringere Variabilität erwartet. Hierdurch werden in der Bewegungskinematik Verbesserungen im Timing, in der Bewegungspräzision, Geschwindigkeit und Variabilität erwartet.

ÜBERPRÜFUNG DER HYPOTHESE

In einer Untersuchung der Universität Stuttgart wurde die oben dargelegte Hypothese mit 24 IPS Patienten (65 ±10 Jahre, Hoehn&Yahr Stadium 2-2,5) überprüft (5). Die Patienten wurden in der Baselineperiode (10 Wochen) der Studie im 3-wöchigen Abstand 4-mal untersucht.  Hiernach  folgte  die  Trainingsperiode,  in  der  die  Patienten über 12 Wochen 2-mal wöchentlich entweder I) gleichbleibende  Inhalte/konventionelle  Therapie  (Gang,  Ausdauer,  Kraft, Beweglichkeit  oder  II)  motorisches  Neulernen  mit  aufmerksamkeitsfordernden  Inhalten  trainierten.  In  dieser  Periode  erfolgten ebenfalls 4 Untersuchungen im 3-wöchigen Abstand.
Das  Untersuchungsprotokoll beinhaltete die Analyse der Fein- und  Alltagsmotorik  mittels  Elektromyographie  (EMG)  und  Kinemetrie.  Ausserdem  wurde  die  motorische  Kompetenz  während Reaktions-  und  Zielaufgaben,  schneller  repetitiver  Bewegungen, statischer  und  dynamischer  Standstabilitätsaufgaben,  als  auch beim Gehen und Aufstehen geprüft. Zusätzlich wurde der UPDRS erfasst (Unified Parkinson Disease Rating Scale).
Bezüglich  des  Gangs  und  der  statischen  und  dynamischen Standstabilität  konnte  durch  die  Therapie  II  (motorische Lerntherapie) ein höherer Effekte erzielt werden als durch Therapie  I  (immer  wiederkehrende  Inhalte  in  der  Therapie).  Therapie  I wies  bezüglich  der  Feinmotorik  höhere  Effekte  auf.  Unterschiede zwischen den Therapiestrategien fielen sehr gering aus.
Den untersuchten motorischen Aufgaben  lagen  unterschiedliche motorische Kontrollmechanismen zugrunde.  Erfolge beider Therapien (bspw. Gang) lassen sich durch eine erhöhte Aufmerksamkeit begründen. Bei erhöhter Aufmerksamkeit ist das durch die Erkrankung beeinträchtigte  Automatisationszentrum nicht mehr wesentlich  an  der  Bewegungskontrolle  beteiligt  (6).  Verbesserungen  der statischen und dynamischen Standstabilität der Untersuchung werden dadurch erklärt, dass die Steuerung des Körpergleichgewichts primär dem Zerebellum unterliegt (5). Unterliegt die Steuerung einer Aufgabe jedoch den beeinträchtigten Arealen der Basalganglien (vgl. schnelle repetitive Bewegungen), so ist die Verbesserung durch eine Bewegungstherapie nur schwer zu erreichen (5).
Somit  scheint  die  Beeinflussung  der  motorischen  Kompetenz  maßgeblich  durch  die  Steuerung  der  Aufgabe  determiniert zu sein und Verbesserungen kinematischer und neuromuskulärer Parameter resultieren daher vermutlich aus der Nutzung spinaler Motoneuronen über unbeeinträchtigte Bahnen.

EMPFEHLUNGEN FÜR DIE PRAXIS

Aspekte, welche die Wirkung eines Trainings beeinflussen (bspw. Dauer,  Dichte,  Intensität)  wurden  bei  bis  dato  publizierten Studien zur Trainingstherapie (Übersicht in (5)) mit IPS Patienten nur marginal untersucht. Die Mehrzahl der Untersuchungen versuchte die Frage zu klären, wie sich bestimmte Therapieinhalte auf gezielte Parameter der Motorik auswirken.
Generelle  Empfehlungen  zu  geben,  ist  aufgrund  der  mannigfaltigen  Ausprägungsformen  des  Parkinson  Syndroms  sehr schwierig. Übungen sollten immer an die individuellen Voraussetzungen des Patienten angepasst werden und es sollte beachtet werden, dass ein Patient selbst unterschiedliche Voraussetzungen mit sich bringt (bspw. Unterschiede zwischen der mehr und weniger betroffenen Körperseite). Bezüglich der Trainingsinhalte sollte dies ebenfalls berücksichtigt werden. Die oben beschriebene Studie gibt Grund zur Annahme, dass  nicht  die  Trainingsinhalte  an  sich,  sondern  die  Steuerung der  Aufgabe  über  den  Grad  der  Trainierbarkeit  bestimmen. Grundsätzlich  stellt  das  Trainieren  von  Neuem  eine  durchaus empfehlenswerte  Ergänzung  zu  bislang  durchgeführten  Therapieprogrammen beim IPS dar.
Eine detaillierte Übersicht zu Sport bei Parkinson, auch in Abhängigkeit  des  Krankheitsstadiums, findet  sich  in  der  Deutschen Zeitschrift für Sportmedizin von Reuter und Engelhardt 2007 (22).

Angaben zu finanziellen Interessen und Beziehungen, wie Patente, Honorare oder Unterstützung durch Firmen: Keine.

LITERATUR

  1. Agostino R, Curra A, Soldati G, Dinapoli L, Chiacchiari L, Modugno N, Pierelli F, Berardelli A: Prolonged practice is of scarce benefit in improving motor performance in parkinson’s disease. Mov Disord 19 (2004) 1285–1293.
  2. Albin RL, Young AB, Penney JB: The functional anatomy of basal ganglia disorders. Trends Neurosci 12 (1989) 366–375.
  3. Bradshaw JL, Georgiou N, Phillips JG, Iansek R, Chiu E, Cunnington R, Sheppard D: Motor sequencing problems in parkinson’s disease, huntington’s disease, and tourette’s syndrome 1: A review of basal ganglia involvement. In J.P. Piek, editor, Motor Behavior and Human Skil l, a Multidisciplinary Approach, 305–317. Champaign: Human Kinetics, 1998.
  4. Bühlmeier J, Alt W: Motor learning therapy in Parkonson`s disease: a longitudinal trial. Proceedings of the 13th Annual Congress of the European College of Sports Science: 9-12 July, Estoril.
  5. Brooks DJ: Imaging basal ganglia function. J Anat 196 (2000) 543–554.
  6. del Olmo MF, Arias P, Furio MC, Pozo MA, Cudeiro J: Evaluation of the effect of training using auditory stimulation on rhythmic movement in parkinsonian patients–a combined motor and [18f ]-fdg pet study. Parkinsonism Relat Disord 12 (2006) 155–164.
  7. Ebersbach G, Edler D, Kaufhold O, Wissel J: Whole body vibration versus conventional physiotherapy to improve balance and gait in parkinson’s disease. Arch Phys Med Rehabil 89 (2008) 399–403.
  8. Goodwin VA, Richards SH, Taylor RS, Taylor AH, Campbell JL: The effectiveness of exercise interventions for people with parkinson’s disease: a systematic review and meta-analysis. Mov Disord 23 (2008) 631–640.
  9. Jahanshahi M, Jenkins IH, Brown RG, Marsden CD, Passingham RE BrooksDJ: Self-initiated versus externally triggered movements. i. an investigation using measurement of regional cerebral blood flow with pet and movement-related potentials in normal and parkinson’s disease subjects. Brain 118 (1995) 913–933.
  10. Jenkins IH, Brooks DJ, Nixon PD, Frackowiak RS, Passingham RE: Motor sequence learning: a study with positron emission tomography. J Neurosci 14 (1994) 3775–3790.
  11. Jenkins IH, Jahanshahi M, Jueptner M, PassinghamR. E, Brooks DJ: Self-initiated versus externally triggered movements. ii. the effect of movement predictability on regional cerebral blood flow. Brain,123 (2000) 1216–1228.
  12. Marchese R, Diverio M, Zucchi F, Lentino C, Abbruzzese G.: The role of sensory cues in the rehabilitation of parkinsonian patients: a comparison of two physical therapy protocols. Mov Disord 15 (2000) 879–883.
  13. Miyai I, Fujimoto Y, Yamamoto H, Ueda Y, Saito T., Nozaki S, KangJ: Long-term effect of body weight-supported treadmill training in parkinson’s disease: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil 83 (2002) 1370–1373.
  14. Morris M: Locomotor training in people with Parkinson disease. Phys Ther 86 (2006) 1426–1435.
  15. Nieuwboer A, Kwakkel G , Rochester L, Jones D, van Wegen E, Willems AM, Chavret F, Hetherington V, Baker K, Lim I: Cueing training in the home improves gait-related mobility in parkinson’s disease: the rescue trial. J Neurol Neurosurg Psychiatry 78 (2007) 134– 140.
  16. Nowak DA, Tisch S, Hariz M, Limousin P, Topka H, Rothwell JC: Sensory timing cues improve akinesia of grasping movements in parkinson’s disease: a comparison to the effects of subthalamic nucleus stimulation. Mov Disord 21 (2006) 166–172.
  17. Nutt JG, Lea ES, Van Houten L, Schuff RA, Sexton GJ: Determinants of tapping speed in normal control subjects and subjects with parkinson’s disease: differing effects of brief and continued practice. Mov Disord 15 (2000) 843–849.
  18. Pacchetti C, Mancini F, Aglieri R, Fundaro C, Martignoni E, Nappi G: Active music therapy in parkinson’s disease: an integrative method for motor and emotional rehabilitation. Psychosom Med 62 (2000) 386–393.
  19. Passingham RE: Premotor cortex and the retrieval of movement. Brain Behav. Evol. 33 (1989) 189–192.
  20. Penhune VB, Doyon J: Dynamic cortical and subcortical networks in learning and delayed recall of timed motor sequences. J Neurosci 22 (2002) 1397–1406.
  21. Playford ED, Jenkins IH, Passingham RE, Nutt J, Frackowiak RS, Brooks DJ: Impaired mesial frontal and putamen activation in parkinson’s disease: a positron emission tomography study. Ann Neurol 32 (1992) 151–161.
  22. Reuter I, Engelhardt M: Sport und M. Parkinson. Dtsch Z Sportmed 5 (2007) 122-131.
  23. Schenk T, Baur B, Steude U, Botzel K: Effects of deep brain stimulation on prehensile movements in pd patients are less pronounced when external timing cues are provided. Neuropsychologia 41 (2003) 783–794.
  24. Thaut MH, McIntosh GC, Rice RR, Miller R, Rathbun J, Brault JM: Rhythmic auditory stimulation in gait training for parkinson’s disease patients. Mov Disord 11 (1996) 193–200.
Korrespondenzadresse:
Dr. Julia Bühlmeier
Institut für Sport- und Bewegungswissenschaft
Biomechanische Therapieevaluation
Universität Stuttgart
Allmandring 28
70569 Stuttgart
E-Mail: wilfried.alt@sport.uni-stuttgart.de
 
zum Seitenanfang