Advancements in the assessment of physical function in older persons: methodologies, devices, and metrics

Study 1 - Technologies employed for the functional evaluation of persons affected by Chronic Obstructive Pulmonary Disease: a Systematic Review of the literature. This study aimed to systematically review the technologies currently used to assess physical function in persons affected by COPD. In total, 24 studies were included. A variety of devices were used, such as wearable accelerometers, instrumented mattresses, motion capture and gait analysis systems, as well as surface electromyography and near-infrared spectroscopy. Gait was the most commonly assessed function, although evaluation protocols varied across studies (on treadmill, during the 6-minute walking test, straight walking on short paths). The parameters retrieved from the instrumental evaluation were heterogeneous: spatiotemporal parameters of gait, signal features (median, ranges, root mean squared, variance), simple activity counts (i.e.: number of steps) and measures of cadence were among the most evaluated metrics. A variety of devices, with different technical and economical characteristics, are currently employed in the instrumental evaluation of persons with COPD; however, small sample sizes and the lack of standardization in the protocols used for the functional evaluation hinder the implementation of instrumental assessment of physical function in current practice. Study 2 - Frailty and objectively measured physical activity in older persons: results from the Swedish National Study on Aging and Care in Kungsholmen (SNAC-K) Using data from a large Swedish population-based study, we aimed to investigate the association between frailty and objectively measured metrics of physical activity (PA) in older community-dwellers. Frailty was assessed using a validated frailty index, whereas several metrics of PA volume, intensity, fragmentation, and time spent in different positions (i.e.: sitting) were retrieved from tri-axial accelerometers worn by 656 persons for at least 4 days. Frailty was linearly associated with the majority of the PA metrics investigated. As secondary aim, we proposed a model (ridgepenalized logistic regression) able to identify older persons affected by severe or severe-to-moderate frailty exploiting only metrics derived from the accelerometers. In the internal validation subsample, both models exhibited good-to-optimal discriminative ability in the identification of persons with frailty. Study 3 - Gait smoothness in persons with increased risk of falling: a pilot case-control study In a small age-sex-matched case-control study conducted in Montichiari (Brescia, Italy), we investigated the role of movement smoothness in discriminating older persons at high and low risk of falling. In total, 10 participants (5 persons who reported an injurious fall in the previous 2 years and 5 controls) underwent a physical and cognitive evaluation (including short physical performance battery, frailty phenotype, mini-mental state examination, trail making test A). All physical tests were conducted while wearing an inertial measurement unit (IMU): movement smoothness was estimated by the spectral arc length (SPARC), a validated measure based on spectrum complexity of the acceleration signal retrieved by the IMU. Although strongly limited by the sample size, cases seemed to exhibit a significant worse movement smoothness during the turn phase of walking path, in comparison with controls. Movement smoothness measured in the straight phases of the same walking path seemed to be similar between cases and controls.

L’aumento della popolazione anziana e la rilevanza assunta dalla disabilità, dalla fragilità e dall’accumulo di patologie croniche, impongono la personalizzazione dei percorsi diagnostico-terapeutici e la precoce identificazione delle persone ad elevato rischio di morte o di altri eventi negativi (ospedalizzazioni, istituzionalizzazioni, riacutizzazioni di malattie croniche). Lo studio della funzione fisica riveste un ruolo fondamentale nella valutazione globale della salute della persona anziana ed è indispensabile per l’impostazione di un modello di cura focalizzato sulla persona ed il superamento del modello centrato sulla cura di singole patologie acute. Gli sviluppi tecnologici degli ultimi decenni hanno reso facilmente disponibili numerosi dispositivi utili alla valutazione strumentale della funzione fisica. L’utilizzo di questi strumenti permette di analizzare la funzione fisica delle persone anziane al domicilio o nel proprio ambiente, senza la necessità di ricorrere a valutazioni anamnestiche o basate su test ambulatoriali. I nuovi sensori, inoltre, permettono di limitare la variabilità inter- ed intra-operatore che caratterizza l’attuale valutazione clinica della funzione. Da ultimo, questi strumenti consentono una stima quantitativa di aspetti della funzione che spesso vengono solo qualitativamente descritti (come la variabilità del passo durante il cammino, la simmetria dell’andatura o i disturbi dell’equilibrio). Al fine di ottenere un’implementazione clinica su larga scala della valutazione strumentale della funzione fisica, però, è necessario superare le sfide tecniche e metodologiche poste da questi dispositivi. Questa tesi di dottorato è composta da tre studi. Il primo consiste in una revisione sistematica della letteratura volta ad indagare l’attuale utilizzo di tecnologie per la valutazione strumentale della funzione fisica in persone affette da broncopneumopatia cronica ostruttiva. Lo studio mostra come, nel campo della ricerca, siano già utilizzati numerosi dispositivi per la valutazione strumentale della funzione fisica. Inoltre, sottolinea come l’eterogeneità dei protocolli di valutazione della funzione, delle caratteristiche tecniche dei dispositivi e dei parametri analizzati rendano difficile la generalizzazione dei risultati e l’implementazione su larga scala di questi dispositivi. Il secondo studio ha lo scopo di investigare l’associazione tra misure obiettive di attività fisica, ottenute tramite un accelerometro triassiale, e la fragilità, valutata tramite un frailty index validato, in un grande studio di popolazione svedese. Inoltre, viene proposto (ed internamente validato) un modello volto all’identificazione delle persone affette da fragilità sfruttando esclusivamente misure accelerometriche. Il frailty index si è mostrato linearmente associato a numerose misure di volume, intensità e frammentazione dell’attività fisica. Queste misure, quando utilizzate in un modello di regressione logistica penalizzata “ridge”, permettono di identificare le persone affette da fragilità con una buona capacità discriminativa. L’ultimo studio esplora le differenze in termini di “fluidità del movimento” (“movement smoothness”), analizzata tramite una misura validata (“Spectral Arc Length”), in diversi momenti del cammino, tra persone ad alto e a basso rischio di caduta. I partecipanti a questo studio caso-controllo sono stati sottoposti ad un turn-test (composto da un percorso rettilineo e da una curva di 180°) mentre indossavano un dispositivo di misura inerziale. Lo studio, per quanto fortemente limitato dalla numerosità campionaria, suggerisce che l’andatura delle persone ad elevato rischio di caduta sia meno fluida rispetto a quella dei controlli, in particolare durante la modifica della direzione (“turn phase”).