Short-term Efficacy of Hand-Arm Bimanual Intensive Training on Upper Arm Function in Acute Stroke Patients

Meng, G., Meng, X., Tan, Y., Yu, J., Jin, A., Zhao, Y., & Liu, X. (2018). short-term efficacy of hand-arm Bimanual intensive Training on Upper arm Function in acute stroke Patients: a randomized controlled Trial. Frontiers in neurology, 8, 726.

Short-term Efficacy of Hand-Arm Bimanual Intensuve Training 

on Upper Arm Function in Acute Stroke Patients

뇌졸중은 전 세계적은 흔히 볼 수 있는 건강문제이며, 이러한 상태는 성인병의 주요 원인 중 하나로 널리 간주된다. 급성 뇌졸중의 임상적 증상은 편측마비, 운동 약화, 운동성의 감소, 실어증, 반맹, 편측무시, 그리고 인지 장애를 포함한다. 또한, 급성 뇌졸중 생존자의 약 50%에서 상지와 손의 만성 기능 장애가 있다. 이러한 손상은 환자의 일상생활과 뇌졸중 후 환자의 삶의 질을 떨어뜨릴 수 있어 재활훈련의 치료효과에 심각한 영향을 미친다. 따라서 상지 기능의 재활은 중요한 문제이다.

이전 연구들은 과제-지향적 훈련, 구속유도운동치료(CIMT), 양측훈련, 오류-기반 피드백, 로봇보조운동, 장애중심훔련, 가상현실치료, 게임학습기반 활성운동, 정신상상훈련, 비침습적 전기자극, 점진적 과제특이적 반복훈련, 그리고 동기부여증강과 결합된 기술습득훈련을 포함한 뇌졸중 재활관리에 중점을 두었다(Hatem SM, Saussez G, Della Faille M, Prist V, Zhang X, Dispa D, et al. Rehabilitation of motor function after stroke: a multiple systematic review focused on techniques to stimulate upper extremity recovery. Front Hum Neurosci (2016) 10:442. doi:10.3389/fnhum.2016.00442).한 메타 분석에 따르면 앞서 언급한 접근법들 중에서 가장 효과적인 것은 양측 훈련이 아니라 로봇보조치료와 CIMT라고 했다. 그러나 확실한 설득력 있는 새로운 연구 결과는 뇌졸중 환자의 효과적인 재활 프로토콜로서 양손훈련을 뒷받침하는 증거를 제공한다. CIMT는 대뇌피질 흥분이 훈련 중에 증가하고 감각 운동회복을 향상시키는 원리를 기반으로 하는 견고한 이론적 기반을 가진 널리 적용 되고 있는 접근법이다. 그럼에도 불구하고 

CIMT는 환자와 임상가 모두에 대한 등록, 배상, 높은 강도, 그리고 준수에 있어서 제한때문에 표준 재활 훈련으로 일관되게 적용되지 않았다. 따라서 한계가 없으며 유사한 효능을 가진 접근법이 분명히 필요하다.

HABIT(Hand-Arm Bimanual Intensuve Training)은 편측성 뇌성 마비를 앓고 있는 어린이의 상지에 특유한 장애를 해결하는 양측 재활 접근법으로 CIMT와 비교할 만한 긍정적인 결과를 나타냈다. HABIT은 평범한 양측의 결합이나 거울운동뿐만 아니라 운동 학습의 원칙(연습의 특수성, 연숩의 유형 및 피드백)과 신경생식(즉, 반복적인 연습에 의한 뇌의 변화, 운동의 복잡성, 동기부여 및 보상 증가)을 사용하는 양손의 비대칭 운동에 기반을 두고 있다. HABIT 접근법에는 기능적 목표 달성을 위해 양손과 반복의 사용을 필요로 하는 기능적 활동의 복잡성의 증가도 포함한다.

성인 모집단의 HABIT에 대한 연구가 부족하다. 그럼에도 불구하고 소아 연구 및 뇌 기형, 뇌실 주위 뇌손상, 중간 대뇌 동맥 경색 등 뇌졸중 및 뇌성 마비에서 볼수 있는 뇌 손상과 관련이 있는 유사한 메커니즘에 근거하여 HABIT가 급성 뇌졸중 후 성인의 예후를 향상 시킨다는 가설을 세울 수 있다. 따라서 본 연구는 급성 뇌졸중을 겪고 있는 성인 환자의 재활 훈련으로서의 HABIT에 대한 첫 번째 보고서이다.

본 연구는 HABIT의 잠재력을 탐구하고 최적의 재활 가능성을 제공하기 위해 기존의 재활 프로그램(CRP)과 비교하여 급성 뇌졸중 환자의 상지의 운동기능 회복에 대한 HABIT의 효능을 평가하고자 하였다.

자료와 방법

환자 및 모집

단일 맹검법 무작위 실험은 Shanghai병원 신경학과에서 2016년 5월 1일부터 12월 1일까지 급성 뇌졸중으로 진단을 받은 외래환자와 입원환자를 대상으로 하였다.

선정 기준은 1) 임상적으로 또는 CT 또는 MRI상 뇌졸중으로 진단된 환자, 2) 45-75세의 환자, 3) 안정적인 활력 징후와 GCS점수 8점 이상, 4) 뇌졸중이 처음 발병되었고 개인 또는 대리인에 의해 사전 동의를 제공받은 자, 5) 발병 후 48시간 이내에 손상을 초래하는 편마비 증상과 MRC 기준척도의 근육수준 2를 넘는 상지 근력, 그리고 6) 간이정신상태검사에서 점수가 24이상인 심각한 인지장애가 없는 자를 선정하였다.

제외기준은 1) 제공된 지침을 명확히 이해하지 못하거나, 2) 중증 심폐 합병증이 있고, 3) 이전에 동일한 측면에 뇌졸중으로 인해 상지 기능이 손상되거나 뇌출혈이 발생하며, 4) 뇌졸중을 나타내기 전에 상단 사지의 사용을 제한하는 조건, 5) 간질이 있거나, 6) 심박박동기의 유무, 9) 환자가 재활훈련을 재개하지 못하게 하는 갑작스런 악화 상태가 있는 경우 제외하였다.

본 연구는 중국 상하이에 위치한 동양종합병원의 지역 윤리위원회의 승인을 획득하였다. 본 연구는 중국 임상시험 등록부에 등록되었다.

연구설계

무작위로 추출된 실험 설계가 사용되었다. 기준을 충족한 환자는 컴퓨터로 작성한 무작위 번호 표를 사용하여 HABIT 또는 CRT군에 무작위로 할당되었다. 분류는 컴퓨터로 만든 무작위 번호 표가 들어있는 불투명한 봉인 봉투를 사용하여 보이지 않게 하였다. 실험군을 지정하기 위하여 봉투는 참가자의 동의를 얻은 후 연구원에 의해 순차적으로 개봉되었다. 기존의 재활 프로그램과 HABIT는 신체적, 직업적, 언어 치료를 포함한 종합적인 재활프로그램에 기반을 두고 있다. 두 접근법 사이의 차이는 물리치료 요소 측면에서만 관찰되었다. 작업치료와 언어치료 외에도 CRT군은 전통적인 재활훈련으로 치료되었고 HABIT군은 HABIT로 치료되었다. 총 치료기간은 2주였다.

모든 치료법은 승인된 전문 자격증을 소지하고 전국적으로 인정받은 동일한 물리치료사와 작업치료사에 의해 수행되었다. 무작위 및 단일 맹검법 연구설계였기 때문에 평가자와 분석에 참여한 연구원은 그룹화 절차에 대하여 어떤 정보도 알지 못하였다.

일차적인 종료점은 Fugle-Meyer 운동평가(FMA)와 상지기능평가(ARAT)에 따른 임상운동의 기능적 효과를 분석하였다. 2차적인 종료점은 운동유발 전위크기(AMP), 휴식동작 임계치(RMT)와 중추운동전달시간(CMCT)에 대하여 기록된 점수에 따른 신경생리학적 평가의 향상을 분석하였다.

중재

전통적 재활 프로그램은 위치훈련, 편마비 측면의 체중지지, 신체감각훈련, 교각운동, tuck 운동, 손가락 끼우기에서 자가 참여, 그리고 앞서 설명한 관절운동의 능동적훈련과 수동적훈련에 대한 특정한 과제훈련과 문제해결 능력훈련을 포함하는 손상된 사지의 운동과 기능학습의 원리를 이용하였다(21).

HABIT 훈련은 다른 연구자들이 이전에 설명되었던 버전(22)에서 수정되었으며 다음 지침을 포함한다: 1) 흉부조절능력 훈련; 흉부 근육을 강화시키고 체중 부하 및 저항 조건에 대한 흉부의 근력 및 안정성을 향상시킨다. 2) 촉각 지각 훈련; 다양한 질감, 모양, 크기의 물건을 사용한 촉각 감각, 지각 및 식별에서 점차적인 양손 훈련, 3) 서로 다른 옷을 입거나 벗거나, 다른 모양의 단추가 달린 옷을 손으로 입는 것과 같은 몸의 양쪽을 사용하는 협응 운동, 4) 중앙선을 가로지르는 글쓰기나 그림그리기, 그리고 가위의 사용이나 종이접기를 포함한 손의 기능적훈련. 예를 들면, 환자들은 양손을 이용하여 종이를 접고 다시 펴서 종이의 중앙에 줄이 생기도록 하였다; 왼손은 왼쪽 부분을 그리고 오른손은 오른쪽 부분을 그리게 하여 대칭적인 그림 그리기, 그리고 훈련하는 쪽의 손목과 손가락의 신전 그리고 보조로서 이 과제에 도움을 주는 양손을 사용하여 가위로 그림을 잘라내는 과제.

위에서 언급된 훈련에는 양손의 복잡성과 기능적 활동을 증가시키는 구조화된 훈련의 핵심적인 내용이 포함되었다. 더불어서, 훈련은 양손의 협조과제를 반복하는 것을 강조하였다. 편마비 아동에서 Gordon's HABIT의 제안과 비교해볼 때, 우리는 비디오 게임, 카드게임, 그리고 손을 이용한 과제를 없애는 것으로 첫 번째 양손 훈련시간을 하루 6시간에서 하루 2시간으로 감소시켰다.

모든 중재는 5년 이상의 경험을 가진 동일한 전문물리치료사에 의해서 이루어졌다. HABIT치료와 CRP치료는 모두 1시간 이루어졌다. 추가적으로 운동이 1시간 이내에 완료되었을 경우 1시간을 채우기 위하여 추가적인 운동이 수행되었다. 치료 세션은 하루 2세션으로 이루어졌고 연속된 2주 동안 일주일에 5번, 각 접근법에 대해 전체 20시간 이었다. 만일 환자가 피로를 호소한 경우, 훈련을 정지하고 요구된 1시간의 세션을 채우기 위하여 1시간의 휴식 이후 재개되었다. 훈련의 강도를 참을 수 없을 경우 운동은 적절히 조정되었다. 모든 평가는 치료이전 치료 1주후, 치료 2주후에 평가되었다. 같은 평가자와 통계연구자가 모든 환자를 평가하고 분석하였다.

주요 결과

임상 운동기능 효과

Fugl-Meyer Motor Assessment

평가는 상지반사 활성, 굴곡 시너지 동작, 신전 시너지 동작, 시너지 동작, 풀림 운동 정상반사 활동, 손목관절 안정성이 수반된 활동을 포함시켰다. FMA평가는 다양한 운동, 반사작용 및 협응에 관한 33개 항목이 포함되었다. 각각은 0에서 2등급 매겨졌고(최대 점수 66점), 0= 수행할 수 없음, 1= 부분적으로 수행가능, 2= 완전히 수행가능. FMA는 뇌졸중환자에서 상지기능의 회복효과의 신뢰있고 타당성 있는 측정이고 주로 기능, 장애 건강의 프레임에 대한 국제 분류에서 체간기능/체간 구조 영역을 포함시켰다.

Action Research Arm Test

이 검사는 주먹쥐기, 쥐기, 집기, 해부학적인 군집운동을 포함한다. 각 점수의 범위는 0에서 3이다. 항목별 운동의 질은 4점 척도로 평정되었다. 전현 움직이지 않음(0), 작은 움직임(1), 큰 움직임(2), 완전한 정상적인 움직임(3). 환자는 테이블 위에서 손으로 운동과제를 수행하도록 요구받았다. ARAT는 주로 ICF 활동을 포함하고 FMA를 보완한다.

이차 결과

Neurophysiological Improvement Evaluation

TMS는 RMT, AMP, CMCT를 포함하는 신경생리학적 평가이다. TMS 평가는 MagVenture MagPro X100경두개 자기 자극기와 포물선 코일을 사용하여 수행되었다. 환자들은 두개자극과 척수자극을 위하여 코일의 오목한 면을 가진 의자에 편안하게 앉았다. 근전도 데이터는 Medtronic Keypoint Interactive Portable device (Medtronic, Fridley, MN, USA)을 이용하여 반대측 abductor digiti minimi (ADM) 근육에서 기록되었다. RMT는 휴식기간 동안 50mV이상의 MEPs를 유발하는 최소한의 자극강도이다. CMCT는 근육의 휴식단계 동안 7번째 경추의 자극 또는 운동피질의 자극에 의해서 유도된 MEPs 사이에서 시간차이를 말한다. 만일 반응이 획득되지 못했다면, 자극강도는 역치 이상의 20% 또는 자극기 출력의 100%까지 점차적으로 증가 되었다. AMP동안 자극강도는 최대 MEP 강도가 유도될 때 까지 자극 역치에서 5% 씩 점차적으로 증가되었다.

본 연구에서 TMS는 보조적인 재활전략으로 사용된 것이 아니라 단순히 평가도구로만 사용되었다. 환자들은 수축 없이 편안한 자세로 앉아있었다. 휴식을 보장하기 위하여 본 연구에서 표면전극이 사용되었다.

데이터 분석

표본크기의 계산은 follow-up에서 20%의 손실을 나타내주는 0.08의 1 − β value과 0.05의 α-value으로 5±의 기능의 평균향상으로서 FMA를 기반으로 수행되었다. 따라서 각 그룹에서 60명의 환자들이 요구되었다. 모든 분석은 SPSS 22.0 프로그램을 사용하여 수행되었다. 평균에 대한 Mean ± SD는 모든 계속적인 변수에 대하여 계산되었다. Kolmogorov–Smirnov test는 모든 임상 파라메터와 신경생리학적 파라메터가 등분산으로 가정되었다. 양 그룹 사이의 기초선 파라메터의 차이는 분류별 변수에 대하여 Chi-square test를 이용하여 분석되었고 연속변수에 대하여 독립표본 t검정을 이용하여 분석되었다. 우리는 중재이후 즉각적인 변화와 이들 변화가 지속적으로 유지되는지 아닌지를 검증하였다; 따라서 중재 이후 즉각적인 각 평가에 대한 차이를 평가하기 위하여 two-way (time × group) repeated measures ANOVA가 사용되었다. 이후 Bonferroni-adjusted post hoc 분석이 이루어졌다. 알파 값이 0.05미만인 p값은 통계적으로 유의하다고 간주되었다.

고찰

본 연구는 급성 뇌졸중 환자의 상지기능을 향상시키기 위하여 변형된 HABIT 전략의 효율성을 탐구하는 것을 목적으로 하였다. 그 결과, HABIT과 CRP는 급성 뇌졸중환자의 상지기능을 향상시켰다. 두 그룹 모두에서 모든 결과들의 긍정적인 변화가 나타났으며 1주간의 치료보다 2주간 치료후에 더 효과적인 결과가 나타났다. 초기 평가 점수와 치료 후 평가 점수를 직접 비교 한 결과 CRP 그룹에 비하여 HABIT그룹에서 현저한 개선이 나타났으며 FMA, ARAT, AMP에 대하여 동일한 치료기간동안 긍정적인 효과를 보였다. 이런 결과는 HABIT가 급성 뇌졸중을 보이는 성인 환자에서 CRP보다 임상적으로 효과적인 치료전략임을 밝혀주었다. HABIT이 신경생리학적 평가에 미치는 영향은 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 우리는 AMP 뿐만 아니라 CMCT와 RMT도 함께 고려되어야 한다는 것을 제안한다.

급성 뇌졸중환자의 운동기능 회복은 시간에 따른 과정이며, 운동, 감각, 균형의 협응, 관절기능의 평가와 다양한 시점에서 FMA를 이용한 환자의 운동능력의 평가는 환자의 시간에 따른 회복을 평가해주는 것으로 추측된다. FMA는 매우 신뢰도와 타당도가 있고 급성 뇌졸중환자에서 팔의 기능을 평가하는 것에 폭넓게 적용된다. FMA는 일반적으로 ARAT와 함께 사용되며, ARAT는 작은 물건을 다룰 수 있는 능력과 상지의 총 운동 능력을 평가한다. ARAT는 상지기능 장애를 평가하기 위한 특별한 평가로 간주된다. AMP는 급성 뇌졸중 환자의 예후를 효과적으로 예측할 수 있다. 급성 뇌졸중 발생 후 높아진 AMP의 크기는 운동회복과 기능적 결과의 향상된 지표로 신뢰할 수 있다. 더군다나 운동의 회복은 피질 척수로의 전도 향상과 밀접한 관련이 있으며 단축된 CMCT는 뚜렷한 운동 회복을 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 HABIT과 CRP 이후 뛰어난 접근법을 식별하는 목적을 가지고 치료효과를 평가하기 위하여 FMA, ARAT, AMP, RMT, and CMCT를 사용하였다.

상지의 운동회복 측면에서 뇌졸중 발병 이후 신경생리학적 평가와 임상적 평가 사이에는 밀접한 관계가 있으며, AMP, CMCT, RMT의 민감도와 특이성은 대부분 부분적 마비정도와 추적기간의 차이로 인해 일관성이 없었다. 예를 들면, 상지의 운동 회복을 경험한 심각한 마비환자들은 운동 회복이 검출될 수 없는 경우에도 빠른 AMP 향상을 보일 수 있다. 게다가 몇몇 연구들에서 TMS 파라메터들이 급성 허혈성 뇌졸중환자에서 운동기능회복의 측면에서 더 긴 추적기간에서 더욱 민감함을 보여주었다. 이 연구에서 2주간의 재활치료에서 CMCT와 RMT보다 AMP와 운동회복 사이에 더 명확한 연관성이 있는 것으로 보였고 이는 짧은 기간 도안 기능회복을 위한 AMP의 뛰어난 예측 능력을 가리키는 관측이었다.

급성 뇌졸중에서 양손을 이용한 집중 훈련이 체계적으로 검증되어오지 않았기 때문에 이 훈련이 가진 뇌졸중 재활에서의 궁극적인 이점이 제대로 이해되지 않고 있다. 본 연구는 급성 뇌졸중을 가진 성인들에게서 HABIT 접근법의 재사용의 가능성을 밝히기 위한 첫 번째 예비 검증이다. 따라서 이 점에서 의미 있는 비교 분석과 평가를 위한 사전 연구결과들이 부족하다. 그럼에도 불구하고, 우리는 다른 양측 훈련과 다른 관련 집단에서의 HABIT 적용을 기반으로 한 관점을 획득할 수 있었으며 이것은 HABIT 치료 이후의 손 기능을 향상시키기 위한 집중 훈련 능력을 보여주었고, 운동학습 이론과 일치한다. 운동학적 행동, 하위운동 그리고 양손 협응력을 포함한 또 다른 양측 팔 훈련 시스템은 양측 상지의 협응과 마비된 팔의 조작 기능이라는 측면에서 수용 가능한 타당성과 민감성을 보여주었다. 더군다나 능동-수동 운동을 통한 양측의 프라이밍은 대뇌피질 운동 흥분성을 재조정하고 아급성 단계에서 ARAT에 의해 측정된 상지회복을 촉진할 것으로 기대된다.

또 다른 단일 맹검법 무작위 대조 연구에서 일측성 및 양측성 상지 훈련이 비교되어졌다. 이 연구에서 양측 그룹은 더 좋은 운동조화와 더 큰 운동크기를 보였는데, 이것은 사지내 결합의 영향으로부터 명확한 이득을 보였다. 더욱이 손상된 사지와 결합하는 것에 중점을 둔 거울운동의 양측 치료가 여전히 받아들일 만한 재활효과를 보여주었다.

인간의 피질척수 시스템은 뇌졸중 발병 후 재건을 거쳐서 기능적 회복을 나타내고, 이는  HABIT가 급성 뇌졸중 이후 상지기능을 향상시킬 수 있다는 가설을 이끌어 낸다. 여러 접근법들을 비교하는 것과 양손 집중 운동 회복의 기전에 초점을 맞추기 위한 것에 추가적인 연구가 필요하다.

본 연구에서 중재는 2주간 지속되었고 5% 미만의 탈락률을 나타내었다. 이것은 아마도 입원 환자가 외래 환자보다 본질적으로 더 순응적이라는 것을 설명된다. 또한 환자가 세션을 완료할 수 없을 때 휴식 시간이 허용되어 환자의 프로그램 유지를 도왔다. 더욱이 본 연구에 포함된 모든 환자들은 근력이 2단계 이상이었기 때문에 비교적 양호한 예후를 보였고, 이것은 입원 후에 가중되거나 감소하지 않은 비교적 안정된 상태를 나타낸다.

단일 중심 무작위 조절 임상실험으로서 본 연구의 주목적은 대규모 임상실험을 설계하고 구현하기 전에 안전을 보장하기 위한 예비검증이었다. 본 연구의 대상자는 급성 뇌졸중환자였지만, 결과는 아급성 및 만성 단계에서 신경생리학적 결과를 기록하기 위해 더 긴 추적 관찰이 필요할 수 있음을 나타낸다. 또한 HABIT와 잘 알려진 CIMT간의 비교는 가까운 미래에 추가 연구가 시작될 때 본 연구소에서 확실하게 계획될 것이다. HABIT 이후 환자의 장기간 예후와 HABIT가 모든 종류의 상지 기능 장애에 적합한지에 대한 여부는 추가 조사가 필요하겠다.

그러나 본 연구에서 여전히 몇 가지 제한사항이 있다. 유지력 검사는 환자가 훈련 후 몇 주 정도만 같이 특정 운동 능력이 어느 정도 유지되었는가를 결정하기 위해, 환자가 다양한 시간대에서 과제를 학습했는지 여부를 실험하기 위해 고려되어야만 한다. 또 다른 중요한 고려사항은 동일한 치료사가 통제 편견으로 이끌수 있지만, 환자간 치료의 균일성을 보장하기 때문에 강점이 될 수도 있다는 것이다. 게다가 우울증은 환자가 재활에 완전히 참여하고 이로부터 이득을 얻으려는 동기에 영향을 미치기 때문에 기본 데이터에서 잠재적인 교란변수로 평가되어야만 한다. 더욱이 우울증은 부정적인 재활 효능에 대한 주목할 만한 위험요소이다. 마지막으로 ICF규모의 참여 끝에서 나온 모든 조치들은 본 연구에 부족하였다.

결론

CRP와 비교하여 HABIT 접근법이 급성 뇌졸중 성인 환자의 상지운동 기능향상과 신경생리학적 개선을 가져왔다. 이런한 결과들은 HABIT가 CRP보다 뇌졸중에서 보다 효과적인 전략이 될 수 있음을 보여준다.