מדידת תקופה שקטה קונטרלטרלית המושרה על ידי גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בפולס יחיד כדי לחקור עיכוב קורטיקוספינלי M1

Summary

הערכת התקופה השקטה הנגדית (cSP) היא סמן ביולוגי מבטיח לאינדקס עוררות קליפת המוח ותגובה לטיפול. אנו מדגימים פרוטוקול להערכת cSP המיועד לחקר עיכוב קורטיקוספינלי M1 של הגפיים העליונות והתחתונות.

Abstract

תקופה שקטה קונטרלטרלית (cSP) היא תקופה של דיכוי בפעילות השרירים החשמליים ברקע שנלכדה על ידי אלקטרומיוגרפיה (EMG) לאחר פוטנציאל מעורר מנוע (MEP). כדי להשיג זאת, MEP מופעל על ידי פולס גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) המועבר לקליפת המוח המוטורית העיקרית (M1) של שריר המטרה שנבחר, בעוד המשתתף מספק כיווץ שריר מטרה רצוני סטנדרטי. cSP הוא תוצאה של מנגנונים מעכבים המתרחשים לאחר MEP; הוא מספק הערכה טמפורלית רחבה של עיכוב עמוד השדרה ב~ 50 מילישניות הראשוניות שלו, ועיכוב קליפת המוח לאחריו. חוקרים ניסו להבין טוב יותר את המנגנון הנוירוביולוגי שמאחורי cSP כדי לאמת אותו כסמן ביולוגי פוטנציאלי לאבחון, פונדקאית ומנבא למחלות נוירופסיכיאטריות שונות. לכן, מאמר זה מתאר שיטה למדידת M1 cSP של הגפיים התחתונות והעליונות, כולל מבחר שרירי מטרה, מיקום אלקטרודות, מיקום סליל, שיטה למדידת גירוי כיווץ רצוני, הגדרת עוצמה וניתוח נתונים לקבלת תוצאה מייצגת. יש לו את המטרה החינוכית של מתן קו מנחה חזותי בביצוע פרוטוקול cSP אפשרי, אמין וניתן לשחזור עבור הגפיים התחתונות והעליונות ולדון באתגרים מעשיים של טכניקה זו.

Introduction

התקופה השקטה (SP) היא תקופה של דממה אלקטרומיוגרפית (EMG) העוקבת אחר פוטנציאל מוטורי-מעורר (MEP) המושרה על ידי גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) המופעל במהלך כיווץ שרירים מתמשך. דופק TMS suprathreshold יכול להיות מיושם על קליפת המוח המוטורית הראשונית הנגדית או האיפסילטרלית (M1) של שריר המטרה שממנו נרשמת פעילות EMG ומניבה שתי תופעות: תקופה שקטה קונטרלטרלית (cSP) ותקופה שקטה איפסילטרלית (iSP).

למרות ש- iSP ו- cSP חולקים תכונות דומות, הם עשויים לשקף רכיבים שונים במקצת. הראשון נחשב כמשקף עיכוב טרנסקלוסלי ולכן הוא כולו ממקור קליפת המוח ^1,2. לעומת זאת, cSP נחקר כתחליף אפשרי לעיכוב קורטיקוספינלי, ככל הנראה בתיווך קולטני חומצה גמא-אמינובוטירית (GABA) B בתוך M1 ^3,4,5.

תמיכה בתפקיד של cSP במסלולים בתיווך GABA, עבודות קודמות מצאו עלייה משך cSP לאחר מתן אוראלי של רכיבים משפרי GABA 5,6,7,8. ובכל זאת, תהליכים בעמוד השדרה מעורבים גם בשינוי משכו. השלב המוקדם יותר (<50 מילישניות) של cSP קשור לירידה בערכי H-רפלקס^3-רפלקס שהוא תוצר של מעגלים עצביים היקפיים ומכמת את ההתרגשות של נוירונים בעמוד השדרה⁹. עיבוד עמוד השדרה נחשב מתווך באמצעות הפעלת תאי רנשו, מוטונורון לאחר היפרפולריזציה, ועיכוב פוסט-סינפטי על ידי נוירונים בין-עצביים בעמוד השדרה 10,11,12,13,14.

למרות תרומת עמוד השדרה, cSP נובע בעיקר מהפעלת נוירונים מעכבים בקליפת המוח, אשר אחראים ליצירת החלק המאוחר יותר של cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16. מבחינה זו, החלק המוקדם של משך cSP נקשר למנגנוני עיכוב בעמוד השדרה, בעוד ש- cSPs ארוך מבקש מנגנוני עיכוב קליפת המוח גדולים יותר 3,13,17,18.

לכן, cSP הוא סמן ביולוגי מבטיח מועמד לחוסר הסתגלות קורטיקוספינלית עקב הפרעות נוירולוגיות, בעוד משכי cSP משמעותיים יותר עשויים לשקף עלייה בעיכוב קורטיקוספינלי ולהיפך ^5,11. בהתאם לכך, עבודות קודמות מצאו קשר בין משך cSP לבין פתולוגיות כגון דיסטוניה, מחלת פרקינסון, כאב כרוני, שבץ מוחי ומצבים נוירודגנרטיביים ופסיכיאטריים אחרים 19,20,21,22. לשם המחשה, בקבוצת אוסטיאוארתריטיס בברך, עיכוב תוך-קורטיקלי גבוה יותר (כפי שאינדקס על ידי cSP) היה קשור לגיל צעיר יותר, ניוון סחוס גדול יותר וביצועים קוגניטיביים נמוכים יותר בסולם ההערכה הקוגנטיבית^{של מונטריאול 23}. יתר על כן, שינויים cSP יכול גם אינדקס אורך התגובה לטיפול התאוששות מוטורית 24,25,26,27,28,29,30.

עד כמה שתפקידו של cSP בתחום הנוירופסיכיאטריה מבטיח, היבט מאתגר של הערכתו הוא שהוא יכול להיות רגיש מדי לשינויים בפרוטוקול. לדוגמה, משך cSP (~ 100-300 ms)¹¹ ניתן להבחין בין הגפיים העליונות והתחתונות. סלרנו ועמיתיו מצאו משך cSP ממוצע של 121.2 מילישניות (± 32.5) עבור השריר הבין-גובי הראשון (FDI) ו-75.5 מילישניות (± 21) עבור שריר הטיביאליס הקדמי (TA), במדגם של חולי פיברומיאלגיה³¹. לפיכך, הספרות מעבירה מספר עצום של הבדלים בפרמטרים המשמשים ליצירת cSPs, אשר בתורו מסכן את יכולת ההשוואה בין מחקרים ומעכב את התרגום לפרקטיקה קלינית. באוכלוסייה דומה, הפרוטוקולים היו הטרוגניים לגבי הגדרת הדופק TMS העליונה המשמשת לגירוי M1 ושריר המטרה, למשל. נוסף על כך, החוקרים לא דיווחו כראוי על הפרמטרים המשמשים בפרוטוקולים שלהם.

לכן, המטרה היא לספק הנחיה חזותית כיצד ליישם פרוטוקול cSP אפשרי, אמין וקל לשחזור להערכת רגישות קורטיקוספינלית M1 של הגפיים העליונות והתחתונות ולדון באתגרים המתודולוגיים המעשיים של הליך זה. כמו כן, כדי לעזור להמחיש את ההיגיון לבחירת הפרמטרים, ערכנו סקירת ספרות לא ממצה על Pubmed/MEDLINE כדי לזהות מאמרים שפורסמו על cSP באוכלוסיות כאב כרוני ושיקום, תוך שימוש במונח החיפוש: שיקום (Mesh) או שיקום או כאב כרוני או שבץ ומונחים כגון גירוי מגנטי תוך גולגולתי ודופק יחיד או תקופה שקטה קליפת המוח. לא הוגדרו קריטריוני הכללה לחילוץ, והתוצאות המצטברות מוצגות בטבלה 1 להמחשה בלבד.

Protocol

פרוטוקול זה כולל מחקר בנושאים אנושיים והוא עולה בקנה אחד עם הנחיות מוסדיות ואתיות של ועדות אתיות מקומיות והצהרת הלסינקי. הסכמה מדעת התקבלה מהנבדקים לשימוש בנתונים שלהם במחקר.

1. הליכים טרום ניסיוניים

1. הקרנת הנושא. סנן את הנושא עבור שתלים תוך גולגולתיים, אפילפסיה, היסטוריה של התקפים, והריון. השתמש בהנחיות לשאלונים כדי להבטיח עמידה באמצעי בטיחות עדכניים³².
   1. משלוח של פולסים אלקטרומגנטיים עם TMS הוא התווית עבור אנשים עם שתלים תוך גולגולתיים של חומר פרומגנטי, כגון רסיסים, קליפים מפרצת, או שברים מריתוך. נקוט אמצעי זהירות עם אנשים בסבירות מוגברת להתקפים.
   2. הערכת TMS אינה מהווה סיכון עוברי לנשים בהריון אשר מומלץ לנקוט עמדה שמרנית כאשר הן מתמודדות עם אוכלוסייה זו. בטוח ליישם TMS באוכלוסיות ילדים, להתקדם בזהירות בשלבים התפתחותיים מסוימים (למשל, סגירת הפונטנלה, הבשלה של עוררות קליפת המוח, וצמיחה של תעלת השמע החיצונית)³³.
2. הכנת חומרים. לצורך הליך זה, מלבד מכשירי TMS ו-EMG, עומדים לרשותכם כובע ים, רפידות אלכוהול (עם הכנה של 70% אלכוהול איזופרופיל), ג'ל מוליך ומחשב המופעל עם התקנת תוכנת EMG ודינמומטר המתאים לשריר הנחקר (ראה טבלת חומרים).
   הערה: לכובעי שחייה יש יתרון בכך שהם האפשרות הזולה והנגישה ביותר שעדיין מאפשרת הערכות TMS אמינות וניתנות לשחזור מבלי לגרום לאי הנוחות של סימון ראש הנבדקים.

2. הנחיות מתאימות למטופלים

1. הסבר את השלבים הבסיסיים של ההליך וכמה זמן זה ייקח.
2. הנחו את המשתתף להישאר ער אך לא לבצע פעילויות קוגניטיביות הדורשות תשומת לב ו/או מיקוד נוספים (למשל, חישובים מתמטיים, מדיטציה וכו') וצפו שהוא עלול לחוות עוויתות ביד/לסת או תופעות לוואי סבירות. אירועים כאלה עשויים להיראות בלתי צפויים עבור נושא חסר ניסיון ובכך לסכן את ההליך.
   הערה: TMS עם דופק יחיד ודופק זוגי נקשר רק לתופעות לוואי קלות, חולפות, כולל כאבי ראש, כאב מקומי, כאבי צוואר, כאבי שיניים ונימול. התקפים הם נדירים, ולא נמצאו תופעות לוואי חמורות אחרות³³. לבטיחות נוספת, מומלץ להציע אטמי אוזניים, בשל האפשרות של צלילים מזיקים, ובלוקים נשיכה עבור התכווצות מסה אפשרית³⁴.

3. הליכים ניסיוניים (איור 1)

1. בחר את השריר למיקום האלקטרודות.
   1. בקשו מהנבדק להניח את ידו על השולחן, במצב נוטה. בחר את שריר FDI, הממוקם בין הגלוסקמה המטקרפלית הראשונה והשנייה. כדי לזהות את ה-FDI, בקש מהנבדק לחטוף את האצבע המורה שלו כנגד התנגדות, תוך שמירה על שאר היד ללא תזוזה והנחת על השולחן, בזמן שאתה ממשש את האזור.
   2. חשוף את האזור שנבחר. השתמשו בסכין גילוח חד פעמי כדי לגלח את האזור כדי לשפר את מגע האלקטרודות עם העור, במידת הצורך, ונקו את האזור עם רפידות אלכוהול כדי להסיר שמני עור וגורמים אחרים שעלולים להגביר את העכבה. אשרו שיש עור פנוי כדי להבטיח מגע עם האלקטרודה.
      הערה: בעת הערכת פעילות הגפיים התחתונות, השתמש בשריר TA למיקום אלקטרודות. הוא ממוקם בצד הצדדי של השוקה ונמצא ליד שטחי העור. זה יכול להיות מזוהה על ידי dorsiflexion הקרסול.
2. מקם את אלקטרודות ה- EMG של פני השטח
   1. כאשר האזור חשוף ומנוקה, יש למרוח את הג'ל המוליך על כל אלקטרודה של התעלה כדי להבטיח עכבה טובה.
   2. מניחים את האלקטרודה השלילית על בטנו של שריר ה-FDI (המרכז או הבליטה הבולטת ביותר של בטן השריר) ואת האלקטרודה החיובית על המפרק הבין-פלנגאלי הדיסטלי, עם מרחק אינטר-אלקטרודה של 1.5 ס"מ לפחות. הניחו את אלקטרודת הייחוס (נייטרלית) על פרק כף היד, מעל תהליך הסטילואיד האולנרי.
      הערה: נוכחות של נקודות קצה מוטוריות, גידי שרירים או שרירים פעילים אחרים יכולה להשפיע על יציבות ההקלטות, ולכן חשוב להימנע ממקומות אלה³⁵. עבור שריר TA, יש למקם את האלקטרודות בשליש על הקו המחבר בין קצה הפיבולה לקצה המליאולוס המדיאלי. ספק מרחק של 20 מ"מ בין הקוטב של כל אלקטרודה ומקם את אלקטרודת הייחוס בקרסול.
3. קבע את כוח כיווץ השרירים הנדרש
   1. השתמש בדינמומטר צביטה דיגיטלי ובתמיכת פירמידה מרובעת כדי למזער עיוותים מכניים ולהעלות את הרגישות למינימום התכווצויות.
   2. מקם את הדינמומטר בין האצבע הראשונה והשנייה בעזרת התמיכה הפירמידלית. ודא כי האצבעות השלישית, הרביעית והחמישית מונחות ללא תזוזה על השולחן, בעוד 1^st ו^{2 nd} לייצר את הכוחות של תנועת צביטה.
   3. עם המיקום הקבוע, בקשו מהמשתתף ללחוץ על הדינמומטר עם האצבע הראשונה ועל צד הפירמידה עם האצבע המורה, לסחוט את מערכת פירמידת הדינמומטר בכוח המרבי שלהם וליצור כיווץ חזק של שריר ה- FDI.
   4. באמצעות ערך זה כהפניה, קבע את 20% הכוח המרבי. על המשתתף לתרגל שמירה על היעד של 20% מהתכווצות מתמשכת. אפשר וריאציות של 15%-25% MVC.
      הערה: לחלופין, במקרה של חוסר זמינות של דינמומטר שיכול לתפוס את פעילות השרירים המבודדים הנחקרת, השתמש במשוב EMG כדי לתקנן כוח. תוכנת ההקלטה תמדוד את המשרעת המקסימלית משיא לשיא המתאימה לכוח המרבי של הנבדק, ובאמצעות ערך זה כייחוס, תקבע את ה- MVC של 20%. הנבדקים יכולים לקבל רמזים חזותיים ו / או שמיעתיים מתי 20% מושגים.
4. זיהוי המיקום הראשוני לחיפוש בנקודה חמה
   1. שים כובע ים על ראשו של המצולם. כל נקודות הייחוס יסומנו עליו.
   2. למדוד את היקף הקשת של הראש מן האף (הנקודה בין המצח והאף) אל האינון (הנקודה הבולטת ביותר באזור העורפי). חלק ערך זה בשניים וסמן את הנקודה האמצעית על הראש.
   3. סמן את מיקום האף של המטופל, inion, הסליל של אוזניים חיצוניות ימין ושמאל, ורכס supraorbital ימין ושמאל. זאת על מנת לאשר כי הכובע לא החליק במהלך ההליך, ו/או כי בניסויים עתידיים הוא יוצב באופן שווה על ראשו של המטופל.
   4. כפי שתואר לעיל, מדדו את המרחק בין טרגוס לטרגוס והוסיפו סימן באמצע הדרך. סמן את ההצטלבות ביניהם, נקודה המזוהה כקודקוד (Cz).
   5. מן הקודקוד, לנוע 5 ס"מ לרוחב במקביל לקו midsagittal, בצד contralateral לשריר שנבחר. סימן זה מזהה בקירוב את (M1), באותה רמה של העטרה כמו קליפת המוח המוטורית של היד. השתמש באפשרות זו כנקודה הראשונה כדי להתחיל בחיפוש אחר הנקודה החמה.
   6. הנקודה החמה היא האזור בקליפת המוח המוטורית שבו ניתן לזהות את הסף המוטורי הנמוך ביותר. הגדר עוצמה נמוכה (לדוגמה, 30% מתפוקת המגרה המרבית [MSO]) והתחל את החיפוש על-ידי העברת פולסים מרובים לנקודה הראשונה.
   7. יש להמשיך במרווחים קטנים עד לזיהוי הגירוי הנמוך ביותר המזהה תגובה צמודת אינדקס EMG (כלומר, MEP). למסירת הגירויים, יש לסובב את סליל הספרה שמונה בזווית של 45° ביחס לקו האמצע-סגיטלי כאשר הידית מכוונת לכיוון החלק האחורי של המטופל.
   8. כדי לוודא שהנקודה הטובה ביותר זוהתה, הסתובב סביב הנקודה הראשונה ובדוק את ~ 3 MEPs הבאים ב 1 ס"מ קדמי, 1 ס"מ לרוחב, 1 ס"מ מדיאלי ו 1 ס"מ אחורי אליו. חזור על הליך זה כמה פעמים שנדרש לתגובה עקבית; היצמדו למקום שמעורר את חבר הפרלמנט האירופי^{הגדול ביותר 36}.
   9. לאחר מציאת הנקודה החמה, סמן את הנקודה בראשו של המטופל (כובע שחייה). השתמש במיקום זה במהלך ניסוי זה וביקורי המעקב הפוטנציאליים. היזהר כדי לא לגרום אי נוחות לנושא עקב לחץ נוסף. השתמש בשתי הידיים כדי לתמוך בסליל על ראשו של הנבדק.
5. קביעת סף מנוע מנוחה (RMT)
   1. הערך את סף המנוע כעוצמה המינימלית הנדרשת לקידום MEP של משרעת מינימלית הניתנת לגילוי (בדרך כלל לפחות 50-100 μV).
   2. כדי לקבוע את הסף המוטורי, הפעילו עשרה גירויים רצופים בנקודה החמה ובחרו את העוצמה הנמוכה ביותר שיצרה MEP עם משרעת שיא לשיא של לפחות 50 μV על שריר המטרה, ב-50% מהניסויים.
      הערה: פרוטוקול זה יכול להיעשות עם שריר המטרה במנוחה (סף מנוע במנוחה [RMT]) או במהלך כיווץ פעיל (סף מוטורי פעיל [AMT]). שניהם יכולים לשמש גם כסימוכין לפעימות TMS סופרת'רזיות. רכישת AMT מועדת יותר לשונות מכיוון שהיא מסתמכת על סטנדרטיזציה של MVC, מה שיכול להוות בעיה עבור מחקרי אורך עם הערכות מרובות.
6. פרוטוקול CSP
   1. לספק גירויים suprathreshold כדי לעורר MEPs במהלך כיווץ רצוני טוניק של שריר המטרה.
   2. לספק 10 גירויים עם עוצמת גירוי (SI) של 120% של RMT עם תקופה של 10 שניות ביניהם. במהלך יישום הגירויים, בקשו מהמטופל לשמור על 20% מהתכווצות המוטורית המקסימלית של שריר המטרה, כפי שמתורגל עם הדינמומטר.
   3. כדי להבטיח לכידת SP שלם, ודא שחלון הזמן של EMG ארוך מספיק כדי ללכוד עד 400 אלפיות השנייה של פעילות EMG. לא לעתים רחוקות - בהתאם למחלה הנחקרת - נבדקים עשויים לדרוש SIs גבוהים יותר עבור cSP מוצלח להתקבל .

תוצאות

לאחר ביצוע ההליך שלב אחר שלב, העברת פולס TMS suprathreshold (120% מה-RMT) תעורר MEP נצפה ברישום EMG של שריר המטרה, ותקופה עוקבת של דיכוי פעילות EMG ברקע של כ-150 מילישניות עד 300 מילישניות (איור 2). מתבנית EMG זו, ניתן לחשב את מדדי cSP. התוצאות המדווחות ביותר הן משך הזמן (בטווח של ms) של SP יחסי ומוחלט. ה-SP ...

Discussion

ברירת המחדל SI להפקת MEP ו- SPs עשויה להשתנות בהתאם לאוכלוסייה. עוצמות נמוכות כמו 80% RMT הוכחו לעורר cSP אצל אנשים בריאים³⁹, עדיין מחקרים על אוכלוסיות בריאות וחולות כאחד השתמשו בעוצמות גבוהות כמו 150% RMT 49,50,51. למרות שמקור זה של הטרוגניות...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol pads	Medline		Preparation with 70% isopropyl alcohol
Conductive gel	Weaver and Company		Used on the electrode
Echo Pinch	JTECH medical	0902A302	Digital dynamometer.
Mega-EMG	Soterix Medical	NS006201	Digital multiple channel EMG with built in software.
MEGA-TMS coil	Soterix Medical	NS063201	8 shaped TMS coil
Mega-TMS stimulator	Soterix Medical	6990061	Single Pulse TMS
Neuro-MEP.NET	Soterix Medical		EMG software used to analyse the muscles eletrical activity.
Swim cap	Kiefer