Asymmetry, dual task and intersegmental coordination in gait of people with Parkinson's disease

Abstract

Motor disorders caused by asymmetry in Parkinson’s disease (PD) are not limited to classic motor symptoms; they are also evident in the gait of people with PD (pwPD). Gait asymmetry (GA) tends to intensify in scenarios involving obstacles or dual-task conditions, where increased cognitive demands can interfere with gait control and diminish its automaticity. As the disease progresses, disruptions in cortical connectivity may further exacerbate asymmetry and reduce coordination. These findings suggest that higher-level cognitive functions may influence specific aspects of gait. The primary goal of this thesis (study #1) was to examine the effects of asymmetry, dual-tasking, and intersegmental coordination on the gait of pwPD. To achieve this, three studies were conducted. The first study aimed to systematically review the current literature and perform a meta-analysis to compare GA in pwPD to neurologically healthy older individuals (NHI). Additionally, the study evaluated the impact of dopaminergic medication on GA. Study #2 investigated whether obstacle circumvention to the more or less affected side in pwPD, performed concomitantly with a dual task (DT), would lead to worse intersegmental coordination. Seventeen pwPD and 17 NHI were asked to avoid an obstacle while listening to an audio recording of random numbers. Before starting the task, participants were instructed to focus on a specific number. At the end of each trial, their response was recorded. A total of 20 trials were conducted—10 for each side—with half performed under DT conditions. Parameters of asymmetry and intersegmental coordination, including axial coordination and coordination between the lower limbs, were analyzed. Study #3 evaluated gait under various DT conditions in 15 pwPD and 15 NHI. The level of task difficulty was categorized into six conditions: no dual task, very easy, easy, moderate, reasonably difficult, and difficult task. Similar to Study #2, participants listened to an audio recording of random numbers and were asked to memorize how many times a specific number appeared. The level of difficulty increased with the number of digits to be memorized. Spatial-temporal asymmetry and cortical activity were analyzed during these tasks. The main findings are highlighted as follow: Study #1 revealed that pwPD exhibited greater gait asymmetry across most spatial-temporal variables compared to NHI. Swing time asymmetry was identified as the most sensitive indicator of gait asymmetry in PD. Study #2 demonstrated group differences, with pwPD displaying worse intersegmental coordination, particularly axial coordination, compared to NHI. However, the most affected side did not significantly impair coordination during obstacle circumvention. Study #3 revealed greater spatial-temporal and cortical asymmetry in pwPD compared to NHI. The effects of task difficulty on cortical asymmetry were observed exclusively in pwPD. This thesis confirms that pwPD are more asymmetric in both spatial-temporal and cortical parameters compared to NHI. Furthermore, intersegmental coordination, particularly axial coordination, is more affected in PD. However, the influence of challenging environments and dual-task conditions warrants further investigation.

As alterações ocasionadas pela assimetria não se limitam aos sinais motores clássicos, ela também é verificada no andar de pessoas com DP. Em situações com a presença de obstáculos ou sob a condição de duplas tarefas, a assimetria no andar (GA) parece ser ainda mais intensificada. Em ambas as situações altas demandas cognitivas podem influenciar no controle da marcha, comprometendo sua automaticidade. Com o avanço da doença, alterações na conectividade de áreas corticais também podem ser comprometidas. Com isso, manifestações assimétricas e menos coordenadas podem ocorrer, sugerindo que alguns aspectos da marcha podem ser influenciados por funções cognitivas de nível superior. Sendo assim, o objetivo dessa tese foi verificar o efeito da assimetria, dupla tarefa e coordenação intersegmentar no andar de indivíduos com doença de Parkinson. Para isso, uma sequência de três estudos foi desenvolvida. O estudo #1 teve como objetivo verificar sistematicamente a literatura atual e realizar uma meta-análise para investigar as diferenças entre a GA em pwPD em comparação com idosos neurologicamente saudáveis (GC) e avaliar o efeito da medicação dopaminérgica na GA. O estudo #2 verificou se o desvio para o lado mais ou menos afetado pela DP concomitante a uma DT levaria a uma pior coordenação intersegmentar. Dezessete indivíduos com DP e 17 NHI realizaram o desvio de um obstáculo enquanto um áudio contendo números aleatórios era falado. Antes de iniciar a avaliação do andar, era dito ao indivíduo qual o número ele deveria prestar atenção. Ao final da tentativa, foi verificado contabilizada a resposta. Foram realizadas 20 tentativas no total, 10 para cada lado, sendo metade delas com a realização da dupla tarefa concomitante. Os parâmetros de assimetria e coordenação intersegmentar axial e entre membros inferiores foi verificado. No estudo #3, 15 indivíduos com DP e 15 GC realizaram a avaliação do andar livre sob várias condições de dupla tarefa. O grau de dificuldade foi caracterizado em 6 condições: sem dupla tarefa (ST), muito fácil, fácil, moderada, razoavelmente difícil e difícil. Assim como no estudo #2, os indivíduos deveriam escutar um áudio contendo números aleatórios e memorizar quantas vezes um número “x” era falado. Com o aumento do nível de dificuldade da tarefa, a quantidade de números a memorizar era aumentada. Durante a realização dessas tarefas, foi analisada a assimetria espaço-temporal e da atividade cortical. Os resultados do estudo #1 evidenciaram que indivíduos com DP apresentaram maior assimetria dos parâmetros espaçotemporais comparados ao GC. A variável mais sensível para detectar a assimetria no andar de indivíduos com DP é o tempo de balanço. O estudo #2 também revelou diferenças entre os grupos: pessoas com DP apresentaram pior coordenação intersegmentar axial e de membros inferiores que o GC. Entretanto, o lado mais afetado pela DP não comprometeu o padrão de coordenação com grandes impactos durante o desvio de um obstáculo. Por fim, no estudo #3, indivíduos com DP exibiram maior assimetria dos parâmetros espaço-temporais e corticais comparados ao GC. Embora, os efeitos da dificuldade da tarefa na assimetria cortical tenham sido exclusivos em indivíduos com DP. Como principal conclusão da tese, é possível assumir que indivíduos com DP são mais assimétricos que seus pares neurologicamente sadios para os parâmetros espaço-temporais e corticais. Além disso, a coordenação intersegmentar, especialmente a axial, é mais comprometida. Os efeitos de ambientes desafiadores e duplas tarefas precisam de mais investigações.