1  

Upper  Limb  Retraining  A1er  Stroke  

Karl  Schurr  Physiotherapist  

Bankstown-­‐Lidcombe  Hospital  2016  

Plan  •  Review  essenFal  components  and  analysis  of:  

–   Reaching  and  Grasping  •  Review  Evidence:  

– Overview  of  effecFve  intervenFons  –  Examples  of  intervenFons  for  stroke  survivors  who  are:  

•  Weak  •  Stronger  

•  PracFce  intensity  •  Outcomes:  

– Measurement  is  essenFal  •  Discussion/QuesFons  

Take-­‐Home  Messages  •  EssenFal  to  analyse  causes  of  movement  problems  carefully  

•  Know,  seek  and  train  essenFal  muscle  acFons  for  grasp  and  reaching  (essenFal  components)  

•  The  hand  drives  the  shoulder    •  High  doses  of  pracFce  are  required  •  PracFce  doesn’t  have  to  be  perfect  •  Discuss  pracFce  and  achievements  with  stroke  survivors  

•  Expect  people  to  improve:  measurement!  

EssenFal  

Components  1    

2  

Essen%al  Components  

“Those  elements  upon  which  the    ac1vity  depends  ”    [Carr,  1987]  

 •  Common  features  across  individuals  •  KinemaFc  features  (what  you  see)  •  KineFc  requirements  (forces  that  produce  what  you  see)  •  Environmental/physical  constraints  will  modify  task  performance  

Essential Components of Reaching for a Glass Transport:

  Shoulder Forward Flexion   External Rotation   Protraction   Elbow Flexion Elbow Extension

Pre-shaping: –  Wrist extension –  Ulnar/Radial deviation & Supination –  Thumb Abduction –  Thumb Conjunct Rotation –  MCP and IP Extension –  Finger abduction

Compensa%ons  

•  Strategies  adopted  by  paFents  to  achieve  desired  goals  when  essenFal  components  are  missing  or  impaired  

•  Become  subsFtutes  for  efficient  and  flexible  task  performance    

•  Become  learned  behaviours  if  these  strategies  are  successful  in  achieving  the  immediate  goal  and  are  pracFsed  

Analysis    of  Reach    to  Grasp  2  

3  

Shoulder Anatomy

The  hand  drives  the  shoulder  

Homunculus    

•  CorFcal  Sensory  &  Motor  representaFon  

ANALYSIS  AbducFon,  internal  rotaFon  of  the  shoulder  when  reaching  for  a  glass  directly  in  front    

PosiFon  of  the  thumb  on  the  glass  –  too  high?  

What  are  the  possible  causes?    

(test  hypotheses)  

Shoulder:            Forward  flexors?              External  rotators?  Forearm:  Supinators?  Wrist:  Extensors?  

Thumb/hand:    

   Finger  extensors?        Thumb  abductors?  

Possible  causes  of  shoulder  abduc0on  

✓✓

Muscle:            Weakness/Strength?            OveracFvity/Contracture?  

4  

Shoulder  internal  rotaFon  &  trunk  rotaFon  when  reaching  for  a  glass  in  front  

Why?  

ANALYSIS  

Comparison  of  

reaching  forward  

TesFng    

External  rotaFon  

Where  to  start  with  someone  who  is  paralysed/very  weak?    

Where  to  start…..?  •  Which  muscles?  •  Seek  muscle  acFvity  at  any  joint  

Training  strategies/ideas    •  Establish  a  training  ethos  from  the  beginning  

•  Reduce  demands  of  gravity  •  Minimise  fricFon  Main  goal?  •  Find  muscle  acFvity  somewhere!  

5  

Current  Evidence:    •  Task-­‐Specific  Training  •  Goals  •  Strength  Training  •  Mirror  Therapy  •  Electrical  SFmulaFon  •  Constraint  Induced  Movement  Therapy  (CIMT)  

3  2014  

Pollock  et  al  (2014)  

Moderate  quality  evidence  suggests  that  the  following  intervenFons  may  be  effecFve:  constraint-­‐induced  movement  therapy  (CIMT),  mental  prac%ce,  mirror  therapy,  task  specific  interven%ons  for  sensory  impairment,  virtual  reality  and  rela%vely  high  dose  or  repe%%ve  task  prac%ce.  Moderate  quality  evidence  also  evidence  also  indicates  that  unilateral  arm  training  (exercise  for  the  affected  arm)  may  be  more  effecFve  than  bilateral  arm  training.  

Pollock  et  al  (2014)  

6  

Evidence  of  EffecFveness:    Motor/  Physical  RehabilitaFon   2014  

Conclusions:  There  is  strong  evidence  for  PT  intervenFons  favoring  intensive  high  repeFFve  task-­‐oriented  and  task  specific  training  in  all  phases  post-­‐stroke.    Effects  are  mostly  restricted  to  the  actually  trained  funcFons  and  acFviFes.      

Mental  PracFce    -­‐  2013  -­‐    

Conclusions:  Mental  pracFce  might  have  posiFve  effects  on  performance  of  acFviFes  in  paFents  with  neurological  diseases,  but  this  review  reports  less  posiFve  results  than  earlier  published  ones.      

Electrical  sFmulaFon  

2014  

Conclusions:  Cyclical  electrical  sFmulaFon  increases  strength  and  improves  acFvity  a1er  stroke.    These  benefits  were  maintained  beyond  the  intervenFon  period  with  small-­‐to-­‐moderate  effect  size.    The  sustained  effect  on  acFvity  suggests  that  the  benefits  were  incorporated  into  daily  life.  

2015  

Volume  95,  Issue  5,  pp  934-­‐943  

Conclusions:  FES  appears  to  moderately  improve  acFvity  compared  with  both  no  intervenFon  and  training  alone.    These  findings  suggest  that  FES  should  be  used  in  stroke  rehabilitaFon  to  improve  the  ability  to  perform  acFviFes  

7  

Lancet  Neurology  2015  

CIMT  

2015  42    RCTs  

51    RCTs  

Conclusions:  The  original  and  modified  types  of  CIMT  have  beneficial  effects  on  motor  funcFon,  arm–hand  acFviFes,  and  self-­‐reported  arm–hand  funcFoning  in  daily  life,  immediately  a1er  treatment  and  at  long-­‐term  follow-­‐up,  whereas  there  is  no  evidence  for  the  efficacy  of  constraint  alone  (as  used  in  forced  use  therapy).  

Features  of  effec%ve    UL  motor  interven%ons  

Ø  Task  specificity  

Ø  Intensity  of  training  

Ø  Enable  high  repeFFons  

Strength  Training    

Mirror  Therapy  

Electrical  SFmulaFon  

[Mental  pracFce]  

CIMT  

Training  Reaching  Examples  of  ideas  for  people  with  profoundly  weak  muscles    

•  ProtracFon  •  External  rotaFon    •  Elbow  extension  

4  

Protrac%on  

Goal:  ‘Can  you  touch  the  table  with  the  straw?’  

Cylinder  to  reduce  fricFon  on  the  table  

Cardboard  cylinder  to  hold  elbow  in  extension  

Straw  atached  to  side  of  cylinder  –  to  touch  goal  marked  on  table  

Counter  to  record  repeFFons  

8  

Electrical  s%mula%on:  External  RotaFon  

Infraspinatus  

Teres  Minor  

EMG  triggered  ES  to  elicit  elbow  extension  

3  electrodes:  EMG  signal  Muscle  sFmulaFon  

Go  to  botom  of  page  ……  

Training  Pre-­‐Shaping  of  the  Forearm  &  Hand  

• Wrist  extension  •  SupinaFon  •  Thumb  AbducFon  &  RotaFon  •  Finger  MCP  Extension  

5  

Mirror  therapy  to  train  wrist  extension    via  Skype    

9  

Electrical  SFmulaFon  –  Thumb  AbducFon  

Goal

Goal:  To  move  thumb  between  the  lines  [with  ES]

Lines  drawn  on  top  of  index  finger  

ES  for  thumb  abductors  with  muscles  in  a  lengthened  posiFon  around  a  container  

Mirror  therapy:  Finger  /Wrist  Extension  Visual  feedback  for  a  stroke  survivor  

Example  1:  Short-­‐Medium  Term  Goals,  Part-­‐Whole  PracFce  

Goal

Goal:  Slide  the  cup  forward  5  cm  -­‐  stay  within  the  lines  

Goal

Goal

A          B        C  

Advanced  hand  skills  •  Analysis  of    fork  use  6  

10  

Analysis:  ManipulaFon  of  a  fork     Analysis:  ManipulaFon  of  a  fork    

Analysis: Manipulation of a fork Essential Components

Rotation at Thumb CMC joint

(vs  thumb  flexion)    

Hint:  look  for  posiFon  of  thumb  nail  

11  

Finger and Thumb Rotation (Cupping)

Other  ideas  for  dexterity/strength:  Accordion  playing    

Main  Problems:  •   ↓  Conjunct  rotaFon  •   ↓  Ring/litle  finger  flexor  strength                  in  inner  range  

Part  Prac%ce:  

Dot  or  line  as  target/goal  

Increasing  PracFce  Intensity  8  

Increasing  repe%%ons  during  Out-­‐Pa%ent  Therapy  Sessions  (Birkenmeier  et  al  2010)  

•  15  non-­‐inpaFents,  stroke  6  months+  •  Target  300  repeFFons+  per  session  

– 100+  repeFFons  per  task  x  3  tasks/session  – 3  x  1  hr  sessions  for  6  weeks  (18  hrs)  – Reaching,  grasping,  moving,  releasing  – Eg  WriFng,  typing,  Connect  4,  folding  towels  

•  Average  332  reps  (95%CI  285-­‐358)  /session  •  ARAT  mean  change  +8  pts  (95%  CI  4  to  12)  

12  

CIMT  Task-­‐specific  prac%ce:    High  intensity;  mulFple  repeFFons  

From:  Kwakkel  et  al  [2015]  p  225  

Example  of  Task-­‐Specific  PracFce:    Electric  drill  use  

       Day  2/3                                                  Day  6            Day  8  

ID   Day  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   Av/hr   Av/hr   Total  reps  

S  (JW)   1278   940   1230   1597   1469   1419   1114   948   1261   991   325   286   12,247  

S  (RB)   1293   1494   1720   1513   1141   1709   2029   1939   1507   -­‐   358   449   14,345  

S(AG)   766   1511   1168   2041   1835   1983   1916   2056   1090   1509   366   427   15,875  S(BH)   463   878   1539   1482   1013   895   1125   1153   1227   1432   359   291   11,207  S  (EP)   782   197*   -­‐   -­‐   -­‐   200*   151*   120*   -­‐   129*   200   150   1,579**  S  (CM)   491   603   628   -­‐   1186   758   771   1057   -­‐   1058   242   304   6,552  L  (JF)   1894   1838   2201   1741   2168   1699   2258   2144   -­‐   2262   492   523   18,205  L  (CM)   952   1341   1131   1452   1680   1304   1462   1652   1545   1482   328   372   14,001  L  (CD)   1724   3045   3083   3771   3439   3375   3853   3697   -­‐   3576   753   906   29,563  L  (CG)   2054   2489   1380   3206   1997   1921   2366   2647   1454   2615   556   419   19,514  L  (BM)  

 2477   2433   3274   3512   2692   3211   1373   -­‐   -­‐   -­‐   719   1146   18,972  

T  (LW)    

560   646   885   -­‐   -­‐   846   962   -­‐   857   894   174   222   5650  

T  (SM)    

722   852   1170   965   1002   799   1002   1183   900   910   236   240   9505  

T  (SS)    

410   719   619   841   793   812   772   656   843   682   169   188   7147  

T  (JT)    

765   1017   1095   1097   958   1004   1058   919   1135   919   245   252   9937  

T  (GC)    

420   660   904   673   1019   816   736   1080   1032   972   184   232   8315  

-­‐  =  Absent                        *  =  One  hour  CIMT/day  due  to  illness                  **  =  8  hour  total  CIMT  program  

Repe%%ons/day  /hour  over  2-­‐week  CIMT  programs  (n=16)  

Lowest  

Highest  

Increasing  Repe%%ons  during  Out-­‐Pa%ent  Therapy  Sessions  (Birkenmeier  et  al  2010)  

•  15  non-­‐inpaFents,  stroke  6  months+  •  Target  300  repeFFons+  per  session  

– 100+  repeFFons  per  task  x  3  tasks/session  – 3  x  1  hr  sessions  for  6  weeks  (18  hrs)  – Reaching,  grasping,  moving,  releasing  – Eg  WriFng,  typing,  Connect  4,  folding  towels  

•  Average  332  reps  (95%CI  285-­‐358)  /session  •  ARAT  mean  change  +8  pts  (95%  CI  4  to  12)  

13  

Measuring  Change  9  

EssenFal  to  measure  

•  Accuracy  of  analysis  •  Dosage  of  pracFce  •  Establish  measureable  goals:  

– Person’s  knowledge  of  achievements  

– Feedback  about  progress  within  sessions  as  well  as  long  term  

•  Determine  effecFveness  of  intervenFons  

Measuring  Change  

•   Tasks  of  provide  in-­‐built  measurements:  – Time  /  speed  (eg  1me  to  perform  2  reps)  

– Accuracy  of  performance  – Limb  trajectory  – Size  of  object  grasped  (mm)  – Distance  moved  (mm)  – %  of  correct  atempts  

•   Keep  measures  simple  and  immediate  

Standardised  measures  that  capture  change  in  people  who  are  very  weak  :  

n   Motor  Assessment  Scale  

n  Box  and  block  test    

Concentrate  on  intensifying  pracFce  ….NOT  assessing….  

Measuring  Change  

14  

Roles  10  

How  rehab  specialists  can  assist  with  implementaFon  of  evidence  for  stroke  survivors  

•  Contribute  to  development  of  team  environments  where  ongoing  examinaFon  of  evidence  is  established  

•  Team  decisions/agreement  regarding  implementaFon  of  evidence:  (eg  Botulinum  injecFons)  

•  Regular  review  of  success  of  implementaFon  •  Expect  measurement  of  change  and  clear  goal  se|ng  at  all  stroke  survivor  progress  reviews    

•  Don’t  destroy  stroke  survivors’  hopes    •  Don’t  refer  to  “my  paFents”  or  “my  staff”  

Reference  List  Barclay-­‐Goddard  E  et  al  (2011).  Mental  pracFce  for  treaFng  upper  extremity  deficits  in  individuals  with  

hemiparesis  a1er  stroke.  Cochrane  Database  of  SystemaFc  Reviews,  Issue  1,  Art  No  CD005950.  Birkenmeier  RL,  Prager  EM  &  Lang  CE  (2010).  TranslaFng  animal  doses  of  task-­‐specific  training  to  people  with  

chronic  stroke  in  1-­‐hour  therapy  sessions:  A  proof-­‐of-­‐concept  study.    NeurorehabilitaFon  and  Neural  Repair,  24(7),  620-­‐635.  

Braun  S,  et  al  (2013)  The  effects  of  mental  pracFce  in  neurological  rehabilitaFon;  a  systemaFc  review  and  meta-­‐analysis.  Front.  Hum.  Neurosci.,  02  August  

Howlet  A  et  al  (2015)  FuncFonal  electrical  sFmulaFon  improves  acFvity  a1er  stroke:  A  systemaFc  review  with  meta-­‐analysis.  Archives  of  Physical  Medicine  and  Rehabilita1on.  96  (5),  934-­‐943.  

Katalinic  OM,  Harvey  LA,  Herbert  RD,  Moseley  AM,  Lannin  NA,  Schurr  K  (2010).  Stretch  for  the  treatment  and  prevenFon  of  contractures.  Cochrane  Database  of  SystemaFc  Reviews,  Issue  9,  Art  no.  CD007455.  

Kwakkel  G    Veerbeek  J,  van  Wegen  E  &  Wolf  S  (2015)  Constraint-­‐induced  movement  therapy  a1er  stroke.  The  Lancet  Neurology.  Volume  14,  Pp  224–234  

Lannin  N.A.,  &  Ada,  L.  (2011).  Neurorehabilitaton  splinFng:  Theory  and  principles  of  clinical  use.  NeuroRehabilita1on.  28,  21-­‐28.  

Lohse,  K.R.,  Lang,  C.R.,  &  Boyd,  L.A.  (2014  -­‐  online  early).  Is  more  beter?  Using  metadata  to  explore  dose-­‐response  relaFonships  in  stroke  rehabilitaFon.  Stroke,  45,  00-­‐00.  

Nascimento  R  et  al  (2014).  Cyclical  electrical  sFmulaFon  increases  strength  and  improves  acFvity  a1er  stroke:  A  systemaFc  review.  Journal  of  Physiotherapy,  60,  22-­‐30.  

Ross,  L.F.,  Harvey,  L.A.,  &  Lannin,  N.A.  (online  early,  2016).  Strategies  for  increasing  the  intensity  of  upper-­‐limb  task-­‐specific  pracFce  a1er  acquire  brain  impairment:  A  secondary  analysis  from  a  randomised  controlled  trial.  Bri1sh  Journal  of  Occupa1onal  Therapy.  

Veerbeek  M,  et  al  (2014).  What  is  the  evidence  for  physical  therapy  post-­‐stroke?  A  systemaFc  review  and  meta-­‐analysis.  PLOS  One,  9  (2,  Feb),  e87987.