Biosensoren bei Multipler Sklerose

Neurologie psychopraxis. neuropraxis https://doi.org/10.1007/s00739-022-00879-5 Angenommen: 25. November 2022 © Der/die Autor(en) 2022 Patrick Altmann1,2 · Rosa Stark1,2 · Bernhard Fasching1,2 1 2 Universitätsklinik für Neurologie, Medizinische Universität Wien, Wien, Österreich Comprehensive Center for Clinical Neurosciences and Mental Health, Medizinische Universität Wien, Wien, Österreich Biosensoren bei Multipler Sklerose Neue Perspektiven im Erfassen von Bewegungsmustern Biosensoren stellen eine bedeutsame technische Entwicklung dar. In der Betreuung von Menschen mit multipler Sklerose bilden sie das Bewegungsverhalten Betroffener ab. Dabei bestechen sie durch ihre Objektivität und ihre hohe zeitliche Auflösung. Biosensoren und Akzelerometrie Biosensorenzählenzu Anwendungender Mobile Health (mHealth), dabei handelt es sich um tragbare Systeme, die verschiedene Körperfunktionen aktiv und passiv aufzeichnen. Folglich geben Biosensoren Informationen über den Gesundheitszustand wieder. Zu den bekanntesten Beispielen für diese Technologie zählen Akzelerometer. Sie werden häufig in Wearables, also tragbaren Geräten oder Anwendungen wie Smartphones und Smartwachtes, verbaut. Historisch gesehen waren sogenannte Pedalometer die ersten Sensoren, die die Schrittzahl von Träger:innen aufzeichnen konnten. Akzelerometer verstehen sich als Weiterentwicklung dieses Konzepts. Sie registrieren zusätzlich zur Schrittzahl eine Veränderung der Geschwindigkeit bzw. eine Beschleunigung von Menschen oder Objekten in einer oder mehreren Ebenen. Daraus ergibt sich ihre Fähigkeit, Veränderungen einer Position im Raum zu messen, weshalb sie die Gehfähigkeit, Sturzgefahr, allgemeine physische Aktivität oder den Energieverbrauch von Menschen mit Multipler Sklerose (MS) analysieren können. Darüber hinaus existieren noch spezifischere Biosensoren, die z. B. Funktionen von Augenbewegungen, Herzaktivität oder Körpertemperatur messen. Pedalometer: die ersten »Biosensoren, die die Schrittzahl aufzeichnen konnten Die erste wissenschaftliche Beschreibung von Biosensoren stammt aus dem Jahr 1975 und widmete sich der Tremoranalyse. Die Technologie und Methodologie der letzten beiden Jahrzehnte haben einen neuen Zugang zu Biosensoren verschafft. Hierzu behelfen wir uns leistungsfähiger Batterien sowie der Entwicklung von mobilen Endgeräten mit Bluetoothverbindungen. Auf der methodologischen Seite trägt die Forschungslandschaft dazu bei, Biosensorsignale zu validieren und klinisch relevante Richtwerte („cut-offs“) zu definieren. Aktuell existiert die meiste klinische Evidenz für die Verwendung von Akzelerometern. Wissenschaftliche Forschung konnte beispielsweise zeigen, dass subjektive Angaben über den Bewegungsumfang von Menschen mit MS nicht immer mit deren tatsächlichen physischen Leistung übereinstimmt. Akzelerometer liefern eine objektive Größe für das tatsächliche Bewegungsausmaß. Dank des bestehenden Wissens über Bewegungsmuster von Menschen mit MS liefern akzelerometrischen Messungen einerseits Endpunkte in klinischen Studien und ermöglichen damit auch Vergleichswerte zu anderen Populationen, etwa Menschen mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung, Parkinson-Syndromen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder nach Unfällen. Dies ist mitunter bedeutsam, um wichtige Maßnahmen für individuelle Rehabilitationsprogramme bei Gangstörungen zu ermöglichen. Akzelerometer können eine Veränderung der Geschwindigkeit in einer (uniaxial) zwei (biaxial) oder drei (triaxial) Ebenen detektieren. In Observationsstudien von Menschen mit abnormen Bewegungsmustern, etwa wie bei Trisomie 21, Parkinson-Syndrom oder MS, erwiesen sich triaxiale Akzelerometer als besonders zuverlässig. Im Rahmen einer Übersichtsarbeit wurden 2018 etwa 30 wissenschaftliche Publikationen, die Akzelerometer bei Menschen mit MS untersuchten, beschrieben. Ihre Messergebnisse korrelierten am stärksten mit der tatsächlich zurückgelegten Gehstrecke. Uniaxiale Akzelerometer waren in 2/3 der Fälle die häufigsten angewandten Sensoren zur objektiven Messung des Beweglichkeitsniveaus. Schrittzähler (15 %) und Multisensorsysteme (3 %) waren seltener in Verwendung. Über alle Studien hinweg fanden sich gute Korrelationen der Akzelerometrie mit bekannten klinischen Endpunkten wie etwa dem „timed 25-foot walk test“ (T25FWT) oder „Patient-reported outcome scale“ zur Gehfähigkeit beispielsweise dem MSWS-12 („multiple sklerosis walking psychopraxis. neuropraxis Neurologie Fallbeispiele und neueste Erkenntnisse zu Analysen von Bewegungsmustern Abb. 1 8 Abstrakte Illustration einer dreidimensionalen Ganganalyse durch das Anbringen mehrerer Biosensoren. Durch die Verwendung verschiedener Marker am Körper können Erkenntnisse über dreidimensionale Bewegungsparameter gewonnen werden (z. B. Gelenkswinkel, Gelenksgeschwindigkeit, Beschleunigungen, Bewegungsmoment etc.). (Copyright Patrick Altmann) scale“) oder den PDDS („patient-determined disease steps“). Es gibt sogar belastbare Hinweise auf gute Korrelationen von Akzelerometerdaten mit der Expanded disability status scale („EDSS“). Darüber hinaus ist mittlerweile gut untersucht, ob Biosensoren die körperliche Aktivität derart abbilden können, um zwischen Menschen mit MS und „gesunden“ Kontrollpersonen zu unterscheiden. Eine Studie an 102 Menschen mit MS und 22 Kontrollpersonen fand hierbei relevante Unterschiede in den Akzelerometriedaten. Auf Kohortenniveau ist die Schrittlänge bei Menschen mit MS verkürzt und die Schrittgeschwindigkeit verlangsamt. Die Ergebnisse orientierten sich eng am EDSS bzw. dem pyramidalen Funktionsscore. Die Autor:innen konstatierten, dass Akzelerometer somit eine sinnvolle Methode sind, um Gangstörungen bei Menschen mit MS nachzuweisen. psychopraxis. neuropraxis Insgesamt lässt sich festhalten, dass Studiendaten zur Akzelerometrie bei Menschen mit MS dazu beigetragen haben, subtile Gangstörungen zu erkennen, ein mögliches Folgerisiko geringerer körperlicher Aktivität aufzuzeigen, die Erfassung einer posturalen Instabilität zu ermöglichen oder moderne Ergebnisparameter nach rehabilitativen Maßnahmen zu entwickeln. Die PROMS Initiative („global patient reported outcomes for multiple sclerosis initiative“) hat schließlich anerkannt, dass Wearables bzw. Biosensoren in der Lage sein können, Patient-reported outcomes passiv und elektronisch zu erfassen (ePROMS). Wir sprechen in diesem Zusammenhang von einer hohen zeitlichen Auflösung. Das bedeutet, dass Akzelerometer eine große Masse an Daten generieren können, mehr wie etwa Einzelmessungen oder Erhebungen durch einen Fragebogen. Eine Quantifizierung des Gangbilds kann (I) beobachtend, (II) kinematisch (2-D, 3-D, andere Sensoren), (III) kinetisch (Kräfte, Druck) oder (IV) mittels einer Analyse der Muskelaktivität (Oberflächen-EMG, Dünndraht-EMG) erfolgen. Zu den kinetischen Verfahren zählen Sensorenflächen, die zeitlich-räumliche Komponenten erfassen, z. B. die Schrittlänge (initialer Bodenkontakt zwischen einem Fuß und dem initialen Bodenko (...truncated)