Estudio y clasificación funcional de la marcha de pacientes diagnosticados de deterioro cognitivo leve y enfermedad de Alzheimer leve

Resumen

El Deterioro Cognitivo Leve (DCL) es una entidad nosológica compleja que cursa con fallos de memoria o de otros dominios cognitivos sin que exista una alteración destacable de las rutinas diarias. Diferentes estudios epidemiológicos han reportado mayores índices de conversión a demencia en pacientes con DCL, lo que ha situado a este síndrome como un importante foco de investigación para el diagnóstico temprano de la demencia y la Enfermedad de Alzheimer (EA). La alteración de la marcha se ha propuesto como un marcador que podría distinguir a pacientes con DCL dentro del proceso de conversión hacia la demencia y la EA. Sin embargo, las características de los trastornos en la habilidad de marcha y su asociación con el declive cognitivo no han sido suficientemente descritas. El Análisis Instrumental de Marcha (AIM) comprende un conjunto de herramientas precisas para la medición del patrón de movimiento que permite objetivar la fisiopatología de su alteración, por lo que puede ser de utilidad para analizar los trastornos motores en el deterioro cognitivo. El objetivo de esta tesis es describir en profundidad las alteraciones de la marcha de un grupo de 28 sujetos con DCL y un grupo de 29 pacientes con EA en grado leve (EAL), en comparación con la marcha de un grupo control (GC) de 74 sujetos voluntarios sin afectación cognitiva de características sociodemográficas similares. Para ello, hemos extraído mediante AIM un total de 19 variables espaciotemporales (ET) y 24 parámetros cinemáticos (procedentes de cinco articulaciones: -pelvis, cadera, rodilla, tobillo y antepié; - y tres planos de movimiento: -abducción-aducción, flexión-extensión y rotación) obtenidos de cinco ciclos de marcha para cada una de las extremidades a velocidad confortable y con atención plena de la tarea. Hemos tratado los datos de las variables en primer lugar con métodos de comparación entre grupos con estadística univariante. Para determinar el efecto de la edad y de cambios en la velocidad de marcha en las posibles diferencias entre los grupos GC, DCL y EAL hemos empleado modelos lineales mixtos diferentes ajustados por estadística bayesiana. También hemos medido la permutación de entropía (PE) y la cantidad de irreversibilidad (IRR) como indicadores de precisión y complejidad de todas las series temporales cinemáticas articulares del ciclo de marcha y hemos medido la correlación entre la PE y la IRR mediante dos coeficientes distintos para analizar la varianza intra-sujeto e inter-sujeto en los tres grupos y así definir la complementariedad de las dos medidas. Además, se analizó la bondad de nuestro modelo de evaluación y clasificación de los pacientes mediante clasificadores Random Forest en base a las medidas de PE e IRR de las series temporales cinemáticas teniendo en cuenta la influencia de las diferencias en velocidad de marcha. Por último, se realizó una clasificación de los sujetos en base a sus parámetros ET y cinemáticos articulares, se utilizaron modelos de Random Forest de efectos mixtos para conocer las configuraciones de variables cinemáticas articulares seleccionadas por cada grupo de sujetos para el control de la velocidad de marcha y la cadencia, y se determinó mediante Random Forest la posibilidad de predecir las puntuaciones de las pruebas de evaluación neuropsicológica mediante los patrones de marcha. Nuestros resultados del análisis comparativo con estadística convencional indican que la marcha de los dos grupos de pacientes con declive cognitivo se distinguen significativamente de la normalidad por alteraciones en variables espaciotemporales como el enlentecimiento de la marcha, la disminución de la cadencia y el aumento del tiempo en apoyo, aunque estas diferencias ET no distinguen entre pacientes de los grupos DCL y EAL. Los patrones o configuraciones cinemáticos articulares sí pueden distinguir entre los dos grupos de pacientes, como alteraciones específicas de grupo relacionadas con el movimiento de la rodilla y la posición horizontal del pie en la marcha en la condición DCL, y perturbaciones del movimiento pélvico y de cadera en la condición EAL. Nuestros resultados del análisis con modelos lineales mixtos han demostrado que la edad no es el factor determinante al explicar las diferencias entre grupos observadas para las variables ET y que solo tiene un efecto de baja significación en las diferencias entre grupos observadas en algunas variables cinemáticas de articulaciones distales. La edad tampoco explica las diferencias observadas entre los tres grupos en cuanto a las medidas de PE e IRR de las series temporales cinemáticas. Hemos demostrado también que el cambio en la velocidad de marcha impone efectos importantes en el patrón cinemático de los sujetos del GC que difieren significativamente del efecto producido en los grupos DCL y EAL, distintivos para cada grupo de pacientes. Así, las configuraciones sagitales de la rodilla y horizontales del pie en los pacientes DCL y las del movimiento de la pelvis y de la cadera en el grupo EAL distinguen estos grupos, siendo estos efectos más evidentes a velocidades de marcha más bajas. Los pacientes con DCL incrementan la complejidad de los movimientos de articulaciones distales de la extremidad inferior, como la flexión y rotación de tobillo, mientras que los pacientes con EAL reducen la complejidad de articulaciones proximales, en términos del incremento de la PE de la flexión de cadera y de la disminución de la IRR de la flexión y rotación de la cadera. Nuestro análisis del grado de correlación entre los cambios de PE e IRR observados en el mismo ciclo de marcha demuestra una correlación intra-sujeto relativamente alta y una baja correlación inter-sujeto en los tres grupos. Además, la correlación entre PE e IRR difiere entre los grupos. Todo esto determina que ambas medidas de complejidad aportan información de aspectos diferentes en la evaluación de series temporales biológicas relacionadas con la marcha. La clasificación de los pacientes en un modelo predictivo basado en nuestros métodos de análisis ha demostrado mediante Random Forest que las medidas de cambio de PE e IRR en las configuraciones cinemáticas impuestas por la velocidad de marcha permiten clasificar con bastante éxito a los pacientes con declive cognitivo llegando hasta un 84,7% en la distinción de DCL frente a GC, un 85,3% en la distinción EAL frente a GC, y un 81,1% en la distinción entre DCL y EAL. La clasificación mediante Random Forest basados en los parámetros ET y cinemáticos de marcha demuestran una muy buena capacidad clasificatoria entre pacientes con declive cognitivo frente al GC (AUC=0,865), tanto frente a DCL (AUC=0,883), como a EAL (AUC=0,817), sin embargo, el modelo no fue tan eficaz para la clasificación DCL frente a EAL (AUC= 0,749). Por otra parte, los modelos de Random Forest de efectos mixtos han demostrado que los pacientes con EAL dependen de patrones cinemáticos concretos para determinar su velocidad de marcha al caminar, mientras que los pacientes con DCL presentaron patrones menos identificables y más erráticos. Por último, el modelo de Random Forest basado en el patrón de marcha cinemático de los sujetos con DCL y EAL no demostró ninguna correlación significativa con ninguna de las pruebas neuropsicológicas empleadas para la evaluación cognitiva funcional de los pacientes con declive cognitivo. Nuestros resultados demuestran que las configuraciones cinemáticas de marcha experimentan cambios en fases tempranas de deterioro cognitivo, y que las adaptaciones de marcha a la enfermedad cerebral difieren entre pacientes con distintos grados de alteración cognitiva. Estas asociaciones son complejas y no pueden ser explicadas por evaluaciones neuropsicológicas rutinarias. La naturaleza de las adaptaciones se relaciona con la severidad del declive cognitivo, siendo más acusadas en los pacientes de EAL, en los que el número de parámetros articulares alterados es mayor y tienen predominio proximal, frente al DCL que se caracteriza por cambios de movimientos articulares distales de la extremidad. La selección de los parámetros cinemáticos articulares para el control propositivo de la velocidad de marcha presenta patrones más rígidos e identificables en la EAL. Este trabajo también contribuye a la definición del uso y la utilidad clasificatoria de las medidas de complejidad como la PE y la IRR para evaluar el proceso de adaptación o alteración ocurrido en la marcha de personas con deterioro cognitivo.