Effectiveness of a Dementia-Specific Multimodal Exercise Program on Motor and Gait Performance in Individuals with Dementia – a Randomized Controlled Trial

Hintergrund: Demenzerkrankungen kennzeichnen sich nicht nur durch Veränderungen der Kognition, sondern beeinflussen auch die motorische Leistungsfähigkeit. Im Vergleich zu kognitiv gesunden älteren Menschen, zeigen Personen mit Demenz eine reduzierte motorische Leistung und sind häufiger von motorischen Beeinträchtigungen betroffen, z. B. im Bereich des Ganges, des Gleichgewichts, der Mobilität oder der Kraft. Motorische Beeinträchtigungen führen u. a. zu einem zunehmenden Verlust der Selbstständigkeit und einem erhöhten Pflegebedarf. Sie haben einen negativen Einfluss auf die Lebensqualität und stellen eine große Herausforderung für Betroffene und ihre Angehörigen dar. Unter Berücksichtigung der hohen Demenzprävalenz besteht ein großer Bedarf an effektiven Behandlungsmöglichkeiten von Demenzerkrankungen. Bislang gibt es keine ursächlichen Therapiestrategien und medikamentöse Maßnahmen gehen mit verschiedenen Nebenwirkungen einher. Daher gewinnen nichtmedikamentöse Ansätze wie z. B. körperliche Aktivität zunehmend an Bedeutung. Zahlreiche Studien untersuchen den Einfluss körperlicher Aktivität auf die Motorik, den Gang und die Kognition bei Personen mit Demenz. Aufgrund methodischer Limitationen dieser Studien liegt bisher jedoch keine gesicherte Evidenz vor. Im Mittelpunkt dieser Thesis steht die Untersuchung der Effekte körperlicher Aktivität auf die Motorik und den Gang bei Personen mit Demenz. Hierbei werden zwei Ziele verfolgt: 1) die Erarbeitung eines qualitativ hochwertigen methodischen Ansatzes zur Untersuchung der Effektivität körperlicher Aktivität bei Personen mit Demenz und 2) die Durchführung einer qualitativ hochwertigen randomisierten kontrollierten Studie, die die Effekte eines demenzspezifischen multimodalen Bewegungsprogrammes auf die Motorik und den Gang bei Personen mit Demenz überprüft. Methoden: Die Bearbeitung der oben genannten Ziele erfolgte anhand von zwei übergeordneten und vier untergeordneten Fragestellungen, aus denen sieben Hypothesen abgeleitet wurden. In einem ersten Schritt wurde aufbauend auf einer umfangreichen Analyse des aktuellen Forschungstandes sowie bisherigen Studien ein qualitativ hochwertiges methodisches Vorgehen erarbeitet. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Bewertung der Eignung bisher verwendeter motorischer Testverfahren für Personen mit Demenz. Darüber hinaus wurde im Rahmen eines Studienprotokolls ein Studiendesign entwickelt, das aus dem Stand der Forschung abgeleitete Qualitätskriterien erfüllt und die Besonderheiten von Personen mit Demenz berücksichtigt. Dieses erarbeitete qualitativ hochwertige methodische Vorgehen wurde in einem zweiten Schritt im Rahmen einer randomisierten kontrollierten Studie eingesetzt. Hierfür wurden 319 Personen mit leichter bis mittelschwerer Demenz randomisiert einer Interventions- oder Kontrollgruppe zugeteilt. Die Interventionsgruppe absolvierte ein 16-wöchiges multimodales Bewegungsprogramm, das die Besonderheiten der Zielgruppe berücksichtigt. Zur Überprüfung der Effekte dieses Bewegungsprogrammes wurden die motorische und die Gangleistung aller Teilnehmenden vor und nach der Intervention mit einer umfangreichen Testbatterie überprüft. Neben der Bestimmung von Zeit*Gruppen Effekten auf die Motorik und den Gang, wurden mithilfe von Responder-Nicht-Responder-Analysen und multiplen linearen Regressionen Voraussetzungen und zugrundeliegende Anpassungen identifiziert, die mit den beobachteten Änderungen der Gangleistung zusammenhängen. Ergebnisse: Anhand von Limitationen bisheriger Studien, die in aktuellen systematischen Reviews identifiziert wurden, wurden verschiedene methodische Qualitätskriterien definiert. Neben einem allgemeinen qualitativ hochwertigen methodischen Vorgehen, wurden v. a. die Verwendung von geeigneten motorischen Testverfahren und an die Zielgruppe angepassten Interventionen als wesentliche Qualitätsmerkmale ermittelt. Eine qualitative Überprüfung bisher eingesetzter motorischer Tests unterstreicht die Bedeutung von für die Zielgruppe geeigneten Verfahren. Zudem wurde die Verwendung eines sequenziellen Ansatzes, eine Auswahl an acht motorischen Testverfahren sowie das Zulassen von standardisierten Wiederholungen der Instruktionen und des Einsatzes von gängigen Hilfsmitteln empfohlen. Basierend auf einer quantitativen Bewertung wurden acht motorische Tests empfohlen, die sich durch ausreichende relative Reliabilität, angenommene Sensitivität und häufige Verwendung in bisherigen Studien auszeichnen. Allerdings sind diese Testverfahren aufgrund ihrer ungenügenden absoluten Reliabilität nur begrenzt geeignet um intraindividuelle Veränderungen der motorischen Leistung zu erfassen. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse zu geeigneten motorischen Testverfahren, wurde ein qualitativ hochwertiges Studiendesign entwickelt. Darüber hinaus zeigte eine randomisierte kontrollierte Studie zur Überprüfung der Wirksamkeit körperlicher Aktivität keine statistisch signifikanten Zeit*Gruppen Effekte auf die motorische und die Gangleistung von Personen mit Demenz. In weiteren explorativen Analysen wurden Unterschiede in der Ausgangsleistung des Ganges, der Mobilität, der Kraft und dem Grad der kognitiven Beeinträchtigung zwischen Positiv-, Nicht- und Negativ-Respondern beobachtet. Zudem erklären Änderungen der Kraft und Funktion der unteren Extremitäten, der Mobilität, der exekutiven Funktion, der Aufmerksamkeit und des Arbeitsgedächtnisses 39.4 % der Varianz der Änderung der Gangleistung. Schlussfolgerungen: Die vorliegende Thesis leistet einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der methodischen Qualität von Studien zur Überprüfung der Wirksamkeit körperlicher Aktivität auf die motorische und die Gangleistung von Personen mit Demenz. Sie beinhaltet eine umfangreiche Auseinandersetzung mit motorischen Testverfahren, die für Personen mit Demenz geeignet sind, und schlägt ein qualitativ hochwertiges allgemeines methodisches Vorgehen vor, an dem sich zukünftige Studien orientieren können. Dennoch besteht weiterer Forschungsbedarf zur Verbesserung des methodischen Vorgehens im Forschungsfeld. Beispielsweise müssen die theoretisch erarbeiteten Empfehlungen für motorische Testverfahren in entsprechenden Studien überprüft und neue motorische Tests speziell für Personen mit Demenz entwickelt und untersucht werden. Neben diesen methodischen Empfehlungen und Forschungsperspektiven liefert die Thesis wichtige Erkenntnisse für die Gestaltung und Umsetzung von Bewegungsprogrammen, die an die Besonderheiten der Zielgruppe angepasst sind. Die Hypothese, dass ein demenzspezifisches multimodales Bewegungsprogramm sich positiv auf die motorische und die Gangleistung von Personen mit Demenz auswirkt, konnte nicht bestätigt werden. Damit lässt sich zeigen, dass ein standardisiertes Bewegungsprogramm für die heterogene Zielgruppe von Personen mit Demenz nur begrenzt geeignet ist. Ein Anteil von bis zu 40 % an Positiv-Respondern sowie die Identifizierung von notwendigen Voraussetzungen und Anpassungen der zugrundeliegenden motorischen und kognitiven Leistung, erlauben die Annahme, dass die Wirksamkeit körperlicher Aktivität auf komplexeren Mechanismen beruht und eine Berücksichtigung des Individuums erfordert. Daher bieten Ansätze aus der individualisierten Medizin vielversprechende Perspektiven. Es wird davon ausgegangen, dass die Effektivität körperlicher Aktivität gesteigert werden kann, wenn Interventionen an die individuellen Voraussetzungen der Teilnehmenden angepasst sind. Entsprechende Ansätze müssen in zukünftigen Studien konkretisiert und untersucht werden. Beispielsweise stellt die Identifikation charakteristischer Merkmale eine vielversprechende Forschungsperspektive dar, die es erlaubt Personen mit Demenz besser zu beschreiben und verschiedene Cluster mit unterschiedlichen Anforderungen zu definieren. Neben der Ableitung zahlreicher Forschungsperspektiven erlauben die Ergebnisse dieser Thesis wichtige anwendungsbezogene Implikationen, die ihre praktische Relevanz unterstreichen. Hierzu zählen grundlegende Hinweise zur Gestaltung und Umsetzung von Bewegungsprogrammen für Personen mit Demenz, aber auch die konkrete Anwendung der Empfehlungen zu motorischen Testverfahren und des multimodalen Bewegungsprogrammes im Alltag von Pflegeeinrichtungen. Körperliche Aktivität bietet ein großes Potential für den Umgang mit Demenzerkrankungen in unserer Gesellschaft. Qualitativ hochwertige Forschung wie diese Thesis tragen dazu bei, dass dieses Potential ausgeschöpft werden kann und möglichst viele von der Erkrankung betroffene Personen und ihre Angehörigen die Möglichkeit haben von den positiven Effekten körperlicher Aktivität zu profitieren

Effectiveness of a 16-Week Multimodal Exercise Program on Individuals With Dementia: Study Protocol for a Multicenter Randomized Controlled Trial

Background: The increasing prevalence of dementia in the next decades is accompanied by various societal and economic problems. Previous studies have suggested that physical activity positively affects motor and cognitive skills in individuals with dementia (IWD). However, there is insufficient evidence probably related to several methodological limitations. Moreover, to date adequate physical activity interventions specifically developed for IWD are lacking. Objective: This study aims to investigate the effectiveness of a multimodal exercise program (MEP) on motor and cognitive skills in IWD in a high-quality multicenter trial. Methods: A multicenter randomized controlled trial with baseline and postassessments will be performed. It is planned to enroll 405 participants with dementia of mild to moderate stage, aged 65 years and older. The intervention group will participate in a 16-week ritualized MEP especially developed for IWD. The effectiveness of the MEP on the primary outcomes balance, mobility, and gait will be examined using a comprehensive test battery. Secondary outcomes are strength and function of lower limbs, activities of daily living, and cognition (overall cognition, language, processing speed, learning and memory, and visual spatial cognition). Results: Enrollment for the study started in May 2015. It is planned to complete postassessments by the beginning of 2017. Results are expected to be available in the first half of 2017. Conclusions: This study will contribute to enhancing evidence for the effects of physical activity on motor and cognitive skills in IWD. Compared to previous studies, this study is characterized by a dementia-specific intervention based on scientific knowledge, a combination of motor and cognitive tasks in the intervention, and high standards regarding methodology. Findings are highly relevant to influence the multiple motor and cognitive impairments of IWD who are often participating in limited physical activity

Morphology of the First Zoeal Stage of Platypodiella spectabilis (Herbst, 1794) (Decapoda, Brachyura, Xanthidae) Obtained in the Laboratory

Ovigerous females of the xanthid crab Platypodiella spectabilis (Herbst, 1794) were obtained from 2 widely separated localities: the Ubatuba coast (Félix Beach, São Paulo) of Brazil and Guana Island in the British Virgin Islands (BVI). First stage zoea larvae were obtained from females at both locations. Those from Brazil are described and illustrated. The first zoea bears dorsal, rostral, and lateral carapace spines, plus a well-developed and spinose antennal protopod that bears a greatly reduced exopod with 2 minute setae. This antennal morphology, along with other characters, places the species among the “Group I” xanthid zoeas of Rice (1980) and Martin (1984, 1988). Differences between larvae from Brazil and those from the BVI are minor and are attributed to within-species variation. Characters that serve to separate these larvae from those of cooccuring xanthids are presented. Comments on the distribution and size of Platypodiella spectabilis are included

Usability and effectiveness of an individualized, tablet-based, multidomain exercise program for people with dementia delivered by nursing assistants: Protocol for an evaluation of the InCoPE-App

BACKGROUND: The COVID-19 pandemic has had drastic consequences on everyday life in nursing homes. Limited personnel resources and modified hygiene and safety measures (eg, no external exercise instructors, no group settings) have often led to interrupted physical exercise treatments. As a consequence, people with dementia benefiting from individualized exercise programs are affected by the pandemic’s impact. OBJECTIVE: Our goal is to develop an easily applicable mobile application (Individualized Cognitive and Physical Exercise [InCoPE] app) allowing nursing assistants to test cognitive function and physical performance and subsequently train people with dementia through a multidomain, individualized exercise program. METHODS: We will evaluate the usability and effectiveness of the InCoPE-App by applying a mixed method design. Nursing assistants will use the InCoPE-App for 18 weeks to assess the cognitive function and physical performance of 44 people with dementia every 3 weeks and apply the individualized exercise program. We will record overall usability using questionnaires (eg, Post-Study System Usability and ISONORM 9241/10), log events, and interviews. Perceived hedonic and pragmatic quality will be assessed using the AttrakDiff questionnaire. Effectiveness will be evaluated by considering changes in quality of life as well as cognitive function and physical performance between before and after the program. RESULTS: Enrollment into the study will be completed in the first half of 2022. We expect an improvement in the quality of life of people with dementia accompanied by improvements in cognitive function and physical performance. The usability of the InCoPE-App is expected to be rated well by nursing assistants. CONCLUSIONS: To date, there is no scientifically evaluated app available that enables nursing assistants without expertise in sports science to deliver an individualized exercise program among people with dementia. A highly usable and effective InCoPE-App allows nursing assistants to test cognitive function and physical performance of people with dementia and, based thereon, select and deliver an appropriate individualized exercise program based on the cognitive and physical status of an individual, even in times of a pandemic. TRIAL REGISTRATION: German Register of Clinical Trials DRKS00024069; https://www.drks.de/drks_web/navigate.do?navigationId=trial.HTML&TRIAL_ID=DRKS00024069 INTERNATIONAL REGISTERED REPORT IDENTIFIER (IRRID): DERR1-10.2196/3624

ICT-Based Individualized Training of Institutionalized Individuals With Dementia. Evaluation of Usability and Trends Toward the Effectiveness of the InCoPE-App

Physical activity interventions can alleviate the course of disease for individuals with dementia (IWD) who have been extraordinarily affected by the COVID-19 pandemic. Information and Communication Technology (ICT) provides new opportunities not only to mitigate negative effects of the pandemic but also to sustainably improve everyday life of IWD in nursing homes. The aim of the present study was to evaluate the ICT-based InCoPE-App, which was used to assess physical and cognitive performance and deliver individualized exercise for IWD, with regard to 1) user experience of nursing assistants, and 2) trends toward the effectiveness of the intervention on physical and cognitive performance of IWD. An 18-week individualized multidomain intervention (2 × 60 min/session) was delivered to an intervention group (IG; n = 10, mean age 88.4 ± 5.6, 70% female) by nursing assistants (n = 10, mean age 56.1 ± 10.4, 90% female) using the InCoPE-App. A control group (CG; n = 3, mean age 87.3 ± 3.5, 100% female) received conventional treatment. User experience was assessed among nursing assistants by different questionnaires, i.e., PSSUQ and ISONORM 9241/110-S for usability, and AttrakDiff2 for pragmatic (PQ), hedonic quality-identity and stimulation (HQI and HQS), and attractiveness (ATT). Trends toward the effectiveness of the intervention were assessed using MMSE (global cognitive function), FICSIT-4 (balance), 6MWT and TUG (mobility), and m30CST (function of lower limbs). Usability of the InCoPE-App was rated as high by nursing assistants (mean ± SD; overall PSSUQ 2.11 ± 0.75; overall ISONORM 9241/110-S 1.90 ± 0.88; ATT 1.86 ± 1.01; PQ 1.79 ± 1.03; HQI 1.8 ± 0.79; and HQS 1.37 ± 0.69). Dropout was high in the total sample (36.7%). Trends toward the effectiveness were observed within IG in nine IWD who showed positive or neutral trends in at least two physical performance outcomes. Seven participants had positive or neutral trends in the FICSIT-4, seven participants in m30CST, and four and seven participants in 6MWT and TUG, respectively. In conclusion, the InCoPE-App has good nursing assistant-rated usability, whereas training effects and intervention adherence were rather low most likely due to COVID-19 restrictions. Single-subject research revealed more positive than negative trends in IG of IWD. Further research is needed to evaluate feasibility, suitability, and effectiveness of the InCoPE-App

Effects of a 16-week multimodal exercise program on gait performance in individuals with dementia: a multicenter randomized controlled trial

Background There is a high prevalence of gait impairments in individuals with dementia (IWD). Gait impairments are associated with increased risk of falls, disability, and economic burden for health care systems. Only few studies have investigated the effectiveness of physical activity on gait performance in IWD, reporting promising but inconsistent results. Thus, this study aimed to investigate the effectiveness of a multimodal exercise program (MEP) on gait performance in IWD. Methods In this parallel-group randomized controlled trial, we enrolled 319 IWD of mild to moderate severity, living in care facilities, aged ≥ 65 years, and being able to walk at least 10 m. The control group (n = 118) received conventional treatment, whereas the intervention group (n = 201) additionally participated in a 16-week MEP specifically tailored to IWD. We examined the effects of the MEP on spatiotemporal gait parameters and dual task costs by using the gait analysis system GAITRite. Additionally, we compared characteristics between positive, non-, and negative responders, and investigated the impact of changes in underlying motor and cognitive performance in the intervention group by conducting multiple regression analyses. Results Two-factor analyses of variance with repeated measurements did not reveal any statistically significant time*group effects on either spatiotemporal gait parameters or dual task costs. Differences in baseline gait performance, mobility, lower limb strength, and severity of cognitive impairments were observed between positive, non-, and negative responders. Positive responders were characterized by lower motor performance compared to negative and non-responders, while non-responders showed better cognitive performance than negative responders. Changes in lower limb strength and function, mobility, executive function, attention, and working memory explained up to 39.4% of the variance of changes in gait performance. Conclusions The effectiveness of a standardized MEP on gait performance in IWD was limited, probably due to insufficient intensity and amount of specific walking tasks as well as the large heterogeneity of the sample. However, additional analyses revealed prerequisites of individual characteristics and impacts of changes in underlying motor and cognitive performance. Considering such factors may improve the effectiveness of a physical activity intervention among IWD

Effects of a 16-week multimodal exercise program on activities of daily living in institutionalized individuals with dementia

We aimed to examine the effects of a 16-week multimodal exercise program (MEP) on activities of daily living (ADL) in individuals with dementia (IWD). Furthermore, we investigated the participants’ individual response to the MEP and whether baseline cognitive and motor performance explain ADL performance. We conducted a multicenter randomized controlled trial (RCT) involving 319 participants aged ≥ 65 years with mild to moderate dementia. ADL were assessed at baseline and after the 16-week intervention using the Barthel Index (BI), the Erlangen Test of Activities of Daily Living (E-ADL) and the 7‑item Physical Performance Test (PPT-7). We additionally assessed cognitive and motor performance using standardized and validated assessments. Intervention effects were examined through two-factor analysis of variance with repeated measurements applying a per protocol and an intention-to-treat analysis. We compared baseline cognitive and motor performance between positive-responders (positive-R), non-responders (non-R), and negative-responders (negative-R) and examined cognitive and motor performance as potential cofounders of ADL by conducting multiple regression analyses. There were no significant time×group effects on ADL. Between 20 and 32% of participants responded positively to the intervention, i.e., improved ADL performance from baseline to follow-up. Positive-R had worse baseline motor performance compared to non-R. Cognitive and motor performance explained up to 51.4% of variance in ADL. The MEP had no significant overall effect on ADL in IWD. This may be related to insufficient exercise intensity. However, our results indicate that the response to the MEP depends on individual prerequisites which should thus be considered in further research on individual exercise approaches

Effects of a 16-week multimodal exercise program on activities of daily living in institutionalized individuals with dementia: A multicenter randomized controlled trial [Auswirkungen eines 16-wöchigen multimodalen Trainingsprogramms auf die Aktivitäten des täglichen Lebens bei Heimbewohnern mit Demenz: Eine multizentrische randomisierte kontrollierte Studie]

We aimed to examine the effects of a 16-week multimodal exercise program (MEP) on activities of daily living (ADL) in individuals with dementia (IWD). Furthermore, we investigated the participants’ individual response to the MEP and whether baseline cognitive and motor performance explain ADL performance. We conducted a multicenter randomized controlled trial (RCT) involving 319 participants aged ≥ 65 years with mild to moderate dementia. ADL were assessed at baseline and after the 16-week intervention using the Barthel Index (BI), the Erlangen Test of Activities of Daily Living (E-ADL) and the 7‑item Physical Performance Test (PPT-7). We additionally assessed cognitive and motor performance using standardized and validated assessments. Intervention effects were examined through two-factor analysis of variance with repeated measurements applying a per protocol and an intention-to-treat analysis. We compared baseline cognitive and motor performance between positive-responders (positive-R), non-responders (non-R), and negative-responders (negative-R) and examined cognitive and motor performance as potential cofounders of ADL by conducting multiple regression analyses. There were no significant time×group effects on ADL. Between 20 and 32% of participants responded positively to the intervention, i.e., improved ADL performance from baseline to follow-up. Positive-R had worse baseline motor performance compared to non-R. Cognitive and motor performance explained up to 51.4% of variance in ADL. The MEP had no significant overall effect on ADL in IWD. This may be related to insufficient exercise intensity. However, our results indicate that the response to the MEP depends on individual prerequisites which should thus be considered in further research on individual exercise approaches

A Metabolic Labeling Strategy for Relative Protein Quantification in Clostridioides difficile

Clostridioides difficile (formerly Clostridium difficile) is a Gram-positive, anaerobe, spore-forming pathogen, which causes drug-induced diseases in hospitals worldwide. A detailed analysis of the proteome may provide new targets for drug development or therapeutic strategies to combat this pathogen. The application of metabolic labeling (ML) would allow for accurate quantification of significant differences in protein abundance, even in the case of very small changes. Additionally, it would be possible to perform more accurate studies of the membrane or surface proteomes, which usually require elaborated sample preparation. Such studies are therefore prone to higher standard deviations during the quantification. The implementation of ML strategies for C. difficile is complicated due to the lack in arginine and lysine auxotrophy as well as the Stickland dominated metabolism of this anaerobic pathogen. Hence, quantitative proteome analyses could only be carried out by label free or chemical labeling methods so far. In this paper, a ML approach for C. difficile is described. A cultivation procedure with 15N-labeled media for strain 630Δerm was established achieving an incorporation rate higher than 97%. In a proof-of-principle experiment, the performance of the ML approach in C. difficile was tested. The proteome data of the cytosolic subproteome of C. difficile cells grown in complex medium as well as two minimal media in the late exponential and early stationary growth phase obtained via ML were compared with two label free relative quantification approaches (NSAF and LFQ). The numbers of identified proteins were comparable within the three approaches, whereas the number of quantified proteins were between 1,110 (ML) and 1,861 (LFQ) proteins. A hierarchical clustering showed clearly separated clusters for the different conditions and a small tree height with ML approach. Furthermore, it was shown that the quantification based on ML revealed significant altered proteins with small fold changes compared to the label free approaches. The quantification based on ML was accurate, reproducible, and even more sensitive compared to label free quantification strategies