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Organization of functional postural responses following perturbations in multiple directions in elderly fallers standing quietly

Matjačić, Zlatkoa; Sok, Davidb; Jakovljević, Miroljubc; Cikajlo, Imrea

International Journal of Rehabilitation Research: March 2013 - Volume 36 - Issue 1 - p 68–74
doi: 10.1097/MRR.0b013e3283588bac
Original articles

The objective of the study was to assess functional postural responses by analyzing the center-of-pressure trajectories resulting from perturbations delivered in multiple directions to elderly fallers. Ten elderly individuals were standing quietly on two force platforms while an apparatus delivered controlled perturbations at the level of pelvis in eight directions: ‘forward (FW)’ and ‘backward (BW)’ [anterioposterior plane (AP)], ‘left (LT)’ and ‘right (RT)’ [mediolateral plane (ML)] and four combinations of these principal directions: forward-left (FL), forward-right (FR), backward-left (BL) and backward-right (BR). Perturbations were repeated randomly four times in each direction. Peak amplitude responses (PARAP and PARML) and times to reach peak amplitude responses (TPAR-AP and TPAR-ML) were extracted for each perturbation direction from acquired center-of-pressure data. One-way analysis of variance was used to test differences between directionally-similar perturbation directions. Balance abilities were assessed by means of Berg Balance Scale. Average Berg Balance Scale for the group resulted in 33.9±5.8 points, which means that the participants were at greater risk of fall. The comparison of the group averaged PARAP and TPAR-AP in all ‘forward’ directions (FW, FL, FR) as well in all ‘backward’ directions (BW, BL, BR) have not shown statistically significant differences. The comparison of the group averaged PARML and TPAR-ML in all ‘left’ directions (LT, FL, BL) as well in all ‘right’ directions (RT, FR, BR) have not shown statistically significant differences. These results suggest that a principle of decoupled control may to a large extent be preserved also in elderly with clearly diminished balancing abilities, which implies that the accuracy in the assessment of perturbation direction may be well preserved also in very old age.

Ziel der vorliegenden Studie war die Beurteilung der funktionalen posturalen Reaktionen mithilfe der Analyse der Bahnen des Druckmittelpunktes infolge von in verschiedenen Richtungen wirkenden Störungen bei älteren sturzgefährdeten Menschen. Zehn ältere Probanden standen ruhig auf zwei Kraftmessdruckplatten, während ein Apparat unterdessen in Hüfthöhe kontrollierte Störreize in acht verschiedenen Richtungen ausübte: “vorne” und “hinten” [Standfläche in Richtung anterio-posterior], “links” und “rechts” [Standfläche in Richtung medial-lateral] sowie vier Kombinationen dieser Hauptauslenkungen der Standfläche: vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts. Die Störreize erfolgten wahllos viermal in jede Richtung. Die höchsten Amplitudenreaktionen (PARAP und PARML) sowie die Dauer beim Erreichen der höchsten Amplitudenreaktionen (TPAR-AP und TPAR-ML) wurden aus erworbenen Druckmittelpunkt-Daten für jede Störungsrichtung ermittelt. Unter Zuhilfenahme einer einseitigen Varianzanalyse wurden die Unterschiede zwischen direktional ähnlichen Störungsrichtungen überprüft. Die Gleichgewichtsregulation wurde mithilfe der Berg-Balance-Skala beurteilt. Die mediane Berg-Balance-Skala für die Gruppe ergab 33.9±5.8 Punkte, was auf eine gröβere Sturzgefahr bei den Teilnehmern hinwies. Der Vergleich der Gruppe ergab im Mittel PARAP und TPAR-AP in allen “vorwärts”-Richtungen (vorne, vorne links, vorne rechts) sowie in allen “rückwärts”-Richtungen (hinten, hinten links, hinten rechts) und somit keine statistisch signifikanten Unterschiede. Der Vergleich der Gruppe ergab im Mittel PARML und TPAR-ML in allen “links”-Richtungen (links, vorne links, hinten links) sowie in allen “rechts”-Richtungen (rechts, vorne rechts, hinten rechts) und somit keine statistisch signifikanten Unterschiede. Diese Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass ein Prinzip der entkoppelten Kontrolle in hohem Maβe auch bei älteren Menschen mit eindeutig eingeschränkter postularer Stabilität gewahrt werden kann, was andeutet, dass die Präzision bei der Beurteilung der Störungsrichtung möglicherweise bis ins hohe Alter hinein gewahrt werden kann.

El objetivo del estudio fue evaluar las respuestas posturales funcionales mediante el análisis de las trayectorias del centro de presión resultantes de las perturbaciones en múltiples direcciones que tienen lugar en las caídas en ancianos. Diez individuos de edad avanzada permanecieron de pie sobre dos plataformas de fuerza mientras un aparato provocaba una serie de perturbaciones a la altura de la pelvis en las siguientes ocho direcciones: “hacia adelante (FW)” y “hacia atrás (BW)” [plano anteroposterior (AP)], “izquierda (LT)” y “derecha (RT)” [plano mediolateral (ML)] y cuatro combinaciones de dichas direcciones principales: hacia adelante-izquierda (FL), hacia adelante-derecha (FR), hacia atrás-izquierda (BL) y hacia atrás-derecha (BR). Las perturbaciones se repitieron de forma aleatoria cuatro veces en cada dirección. Las respuestas de la amplitud pico (PARAP y PARML) y los tiempos necesarios para alcanzar las respuestas de la amplitud pico (TPAR-AP y TPAR-ML) se obtuvieron para cada una de las direcciones a partir de los datos del centro de presión obtenidos. Se utilizó un análisis de varianza en un solo sentido con el fin de determinar las diferencias entre las direcciones de las perturbaciones más similares. La capacidad de equilibrio fue evaluada mediante la Escala de Equilibrio de Berg. El resultado medio del grupo obtenido mediante la Escala de Equilibrio de Berg fue de 33.9±5.8 puntos, lo que implica que los participantes se encontraban bajo un riesgo mayor de caída. La comparación del grupo demostró que PARAP y TPAR-AP en todas las direcciones “hacia adelante”(FW, FL, FR) y en todas las direcciones “hacia atrás”(BW, BL, BR) no presentaban diferencias estadísticamente significativas. La comparación del grupo demostró que PARML y TPAR-ML en todas las direcciones “hacia la izquierda” (LT, FL, BL) y en todas las direcciones “hacia la derecha” (RT, FR, BR) no presentaban diferencias estadísticamente significativas. Estos resultados sugieren que el control separado puede utilizarse también en el caso de ancianos con una menor capacidad de equilibrio, lo cual significa que la evaluación de las direcciones de la perturbación puede ser precisa también en casos de edades avanzadas.

Cette étude avait pour objet d'évaluer les réponses fonctionnelles posturales en analysant les trajectoires du centre de pression résultant de perturbations imposées dans de multiples directions à des personnes âgées lors d’une chute. Dix personnes âgées se tenaient debout sur deux plates-formes de force tandis qu'un appareil leur imposait des perturbations contrôlées dans huit directions au niveau du bassin: «vers l’avant (AV)» et «vers l'arrière (AR)» [plan antério-posterieur (AP)], «à gauche (G)» et «à droite (D)» [plan médio-latéral (ML)] et quatre combinaisons de ces directions principales: avant-gauche (AVG), avant-droite (AVD), arrière-gauche (ARG) et arrière-droite (ARD). Les perturbations ont été répétées quatre fois au hasard dans chaque direction. Les réponses d'amplitude de crête (RACAP et RACML) et les délais pour parvenir à des réponses d'amplitude de crête (DRACAP et DRACML) ont été extraits pour chaque direction de perturbation depuis les données de centre de pression obtenues. Une analyse de variance unilatérale a été utilisée pour tester les différences entre les directions de perturbation similaires. Les capacités d'équilibre ont été évaluées au moyen de l'échelle d'équilibre de Berg. L’échelle d'équilibre de Berg moyenne pour le groupe a donné 33.9±5.8 points, ce qui signifie que les participants présentaient un plus grand risque de chute. La comparaison des données moyennes de groupe RACAP et DRACAP dans toutes les directions «avant» (AV, AVG, AVD) ainsi que dans toutes les directions «arrière» (AR, ARG, ARD) n'a pas fait apparaître de différences statistiquement significatives. La comparaison des données moyennes de groupe RACML et DRACML dans toutes les directions «gauche» (G, AVG, ARG) ainsi que dans toutes les directions «droite» (D, AVD, ARD) n’a pas fait apparaître de différences statistiquement significatives. Ces résultats suggèrent que le principe du contrôle découplé peut dans une large mesure être également préservé chez les personnes âgées avec des capacités d'équilibre nettement diminuées, ce qui implique que la précision dans l'évaluation de la perturbation de la direction peut aussi être bien conservée à un âge très avancé.

aUniversity Rehabilitation Institute, Republic of Slovenia

bDepartment of Orthopaedic Surgery, University Medical Centre Ljubljana

cFaculty of Health Sciences, University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia

Correspondence to Zlatko Matjačić, PhD, University Rehabilitation Institute, Republic of Slovenia, Linhartova 51, SI-1000 Ljubljana, Slovenia Tel: +386 1 47 58 159; fax: +386 1 43 72 070; e-mail: zlatko.matjacic@ir-rs.si

Received June 7, 2012

Accepted July 21, 2012

© 2013 Lippincott Williams & Wilkins, Inc.