STRENGTH TRAINING AFTER STROKE: EFFECTS ON MUSCLE FUNCTION, GAIT PERFORMANCE AND PERCEIVED PARTICIPATION

Abstract

The overall aim of this thesis was to evaluate the effects of strength training on muscle function, gait performance and perceived participation in subjects with chronic mild to moderate post-stroke hemiparesis.



A main impairment after stroke is reduced muscle strength. This post-stroke weakness is a major contributor to mobility limitations, which can prevent the resumption of activities of daily living and have an adverse effect on perceived participation: persons? lived experiences of involvement in their life situation. Improving muscle function is important in stroke rehabilitation, but strengthening exercises have been controversial due to the hypothesized risk of increasing muscle tone.



To be able to evaluate changes following strength training, we need equipment and methods that provide reliable measurements of muscle strength and gait performance and also an increased knowledge about the relationships between muscle strength, gait performance and perceived participation in chronic post-stroke subjects. In the first two studies the reliability of different tests, assessing isokinetic knee muscle strength and gait performance, was evaluated. In the third study the relationships between isokinetic knee muscle strength, gait performance and perceived participation were analysed. The 50 subjects participating in these studies (mean age 58 ±6.4 years, 6-46 months post-stroke) were able to walk independently, and could understand both verbal and written information. The results showed that all measurements for isokinetic knee muscle strength and gait performance were reliable and for each measurement, limits were set to detect real improvements following an intervention. The relationship between knee muscle strength in the paretic knee muscles and gait performance was significant, and gait performance was in turn related to perceived participation. This indicates that improvements in knee muscle strength could have a potential effect on gait performance and perceived participation. To evaluate changes following an intervention, both isokinetic knee muscle strength measurements and gait performance tests are reliable and sensitive enough to detect real (clinical) improvements.



In the fourth study the effects of progressive resistance training (PRT) on knee muscle function, gait performance and perceived participation were evaluated. Twenty-four subjects (mean age 61 ±4.9 years) participated in this single-blinded randomised controlled study (ratio 2:1 training/control). All subjects were more than 6 months post stroke, could understand both verbal and written information, had muscle weakness greater than 15% in the paretic knee muscles (mean isokinetic peak torque at 60°/s) and were able to walk independently. The intervention consisted of PRT for the knee extensor and flexor muscles twice weekly, for ten weeks, at a load about 80% of maximum strength (6-8 reps, in 2 sets). Measurements of knee muscle strength, muscle tone, gait performance and perceived participation were performed before and after the intervention. The results showed that ten weeks of PRT significantly improved knee muscle strength, without any increase in muscle tone. Gait performance improved, with slow walkers at baseline having the best gains. Improvements in gait performance were, furthermore, related to improvements in perceived participation. For the control group there were some improvements in gait performance, but low or no increase in knee muscle strength and perceived participation.



In conclusion, PRT improves knee muscles strength and gait performance, without any negative effects on muscle tone and improvements in gait performance, in turn, positively affects perceived participation. Thus, PRT is an effective form of training in chronic stroke patients that can be used both as physiotherapy treatment for those with residual hemiparesis and as fitness training for those with a minor disability.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Det övergripande syftet med denna avhandling var att hos individer med kvarstående muskelsvaghet efter stroke utvärdera effekterna av progressiv styrketräning (PRT) av knäledens sträck- och böjmuskler på muskelstyrka och muskelspänning, men även att analysera om en förbättrad muskelstyrka påverkar gångförmåga och upplevd delaktighet (individens egen upplevelse av hur man fungera i vardagliga situationer).



Stroke är en vanlig sjukdom. I Sverige insjuknar årligen mer än 20 000 personer och mer än 90 000 personer lever med bestående funktionshinder efter stroke. Ett vanligt symtom efter stroke är en halvsidig muskelsvaghet. Detta påverkar individens förmåga att förflytta sig och att kunna gå igen anses som ett viktigt mål efter stroke. Inom rehabiliteringen tränas ofta muskelfunktionen för att individen skall förbättra gångförmågan och därigenom lättare kunna delta i olika vardagliga aktiviteter och fritidsintressen. Efter stroke används olika behandlingsmetoder för att förbättra muskelfunktionen, men PRT har under lång tid ansetts kontraindicerat. Anledningen till detta har varit rädslan för att öka den muskelspänning (spasticitet) som förekommer efter stroke och som indirekt ansetts bidra till muskelsvagheten. Detta synsätt är nu ifrågasatt och orsaken till den nedsatta muskelstyrkan anses idag huvudsakligen vara en verklig svaghet i muskeln.



För att kunna utvärdera effekterna av PRT behövs ökad kunskap om det går att mäta muskelstyrka och gångförmåga på ett reproducerbart sätt. Det behövs även mer kunskap om vilka samband som finns mellan muskelstyrka, gångförmåga och delaktighet hos individer i en kronisk fas efter stroke. I de två första delarbetena har olika mätmetoders reproducerbarhet studerats. Dessa mätmetoder används för att bedöma muskelstyrka i knäets sträck- och böjmuskler samt gångförmåga. I det tredje delarbetet har sambanden mellan styrkan i knäledens sträck- och böjmuskler, gångförmåga och upplevd delaktighet utvärderats. Totalt 50 försökspersoner ingick i dessa delarbeten (medelålder 58 ±6.4 år, 6-46 månader efter stroke) med en kvarvarande muskelsvaghet efter den första rehabiliteringsperioden. Samtliga individer var självständiga gångare minst 300 m, samt hade en god förståelse för muntlig och skriftlig information. Resultaten visade att mätning av styrkan i knäledens sträck- och böjmuskler samt olika tester av gångförmågan kunde utföras på ett reproducerbart sätt. För varje mätmetod har gränsvärden tagits fram som visar när en förändring är kliniskt säkerställd och dessa värden har sedan använts för att utvärdera träningseffekterna av en intervention. Det fanns även ett starkt samband mellan styrkan i det ben som var mest påverkat efter stroke och gångförmågan samt mellan gångförmågan och personens upplevda delaktighet efter stroke. Både muskelstyrka i knäets sträck- och böjmuskler samt gångförmåga går alltså att mäta på ett reproducerbart sätt och mätmetoderna är tillräckligt känsliga för att kunna utvärdera effekterna av en intervention. Dessutom skulle en förbättring av lårmuskelstyrkan kunna påverka i första hand gångförmågan positivt, men även kunna ha viss effekt på upplevd delaktighet.



I det fjärde delarbetet har effekterna av progressiv styrketräning av knäledens sträck- och böjmuskler undersökts. Studien har genomförts som en enkel-blind randomiserad, kontrollerad studie (relationen 2:1 mellan tränings- och kontrollgrupp). I studien ingick 24 försökspersoner (medelålder 61 ±4.9 år). Det hade förflutit minst 6 månader sedan det akuta sjukdomstillståndet. Alla deltagare hade en muskelsvaghet på mer än 15% (medelvärdet av isokinetisk styrka i knäledens böj- och sträckmuskler), var självständiga gångare minst 200 m och hade en god förståelse för muntlig och skriftlig information. Den progressiva styrketräningen, som var dynamisk, utfördes 2 ggr/vecka under 10 veckor med en belastning på ungefär 80 % av maximala styrka (6-8 reps i 2 set). För att utvärdera resultaten genomfördes mätningar före och efter avslutad intervention. Studien visar att 10 veckors progressiv styrketräning signifikant förbättrade styrkan i knäledens sträck- och böjmuskler utan någon ökning av muskelspänningen. Även gångförmågan förbättrades med den största förbättringen hos de individer som hade den långsammaste gånghastigheten från början. Dessutom fanns ett signifikant samband mellan denna förbättring av gångförmåga och förbättringarna i upplevelsen av delaktighet.



Slutsatsen av detta avhandlingsarbete är att PRT förbättrar muskelstyrkan i knäets sträck- och böjmuskler utan att ge någon ökad muskelspänning. Styrkeökningen påverkar i sin tur gångförmågan positivt, med de största förbättringarna för de individer som är gångare med en nedsatt gånghastighet, och för dessa individer påverkas även upplevelsen av delaktighet positivt. Sammanfattningsvis, PRT är en effektiv träningsform i en kronisk fas efter stroke, som kan användas både som en sjukgymnastisk behandlingsinsats för att öka muskulär styrka, men kan även ingå i allmän fysisk träning och friskvård för de individer som har en liten styrkenedsättning efter stroke.

• author: Flansbjer, Ulla-Britt
• supervisor: Jan Lexell
• opponent: Professor i sjukgymnastik Nyberg, Lars, Institutionen för hälsovetenskap, Luleå tekniska Universtet, Luleå
• organization: Geriatric Medicine (research group)
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Gerontology, specializing in Medical and Health Sciences
• keywords: neuropsychology, neurophysiology, Reproducibility, Neurology, Rehabilitation, sceletal, Muscle, Cerebrovascular Accident, Gait, Neurologi, neuropsykologi, neurofysiologi
• in: Doctoral Dissertation Series
• volume: 2006:135
• pages: 142 pages
• defense location: Jubileumsaulan, Universitetssjukhuset MAS, Malmö
• defense date: 2006-12-15 14:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-57-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: U-B Flansbjer, AM Holmbäck, D Downham and J Lexell. 2005. What change in isokinetic knee muscle strength can be detected in men and women after stroke? Clinical Rehabilitation, vol 9 pp 514-522.; U-B Flansbjer, AM Holmbäck, D Downham, C Patten and J Lexell. 2005. Reliability of gait performance tests in men and women with hemiparesis after stroke. Journal of Rehabilitation Medicine, vol 37 pp 75-82.; U-B Flansbjer, D Downham and J Lexell. 2006. Knee muscle strength, gait performance, and perceived participation after stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, vol 87 pp 974-980.; U-B Flansbjer, M Miller, D Downham and J Lexell. . Progressive resistance training after stroke: Effects on muscle function, gait performance and perceived participation. (manuscript)
• id: ea855a2f-db09-499e-a074-0c812330cef2 (old id 547652)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:16:00
• date last changed: 2019-05-21 13:17:43