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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Viene presentato un nuovo metodo di riabilitazione per riequilibrare il sistema vestibolare nei pazienti con risposte asimmetriche, che consiste in rotazioni unidirezionali verso il lato più debole. Modificando direttamente il percorso vestibolare piuttosto che migliorare gli aspetti multisensoriali della compensazione, l'asimmetria può essere normalizzata entro 1-2 sessioni e mostrare effetti duraturi.

Abstract

Il sistema vestibolare fornisce informazioni sul movimento della testa e media i riflessi che contribuiscono al controllo dell'equilibrio e alla stabilizzazione dello sguardo durante le attività quotidiane. I sensori vestibolari si trovano nell'orecchio interno su entrambi i lati della testa e si proiettano ai nuclei vestibolici nel tronco encefalico. La disfunzione vestibolare è spesso dovuta a un'asimmetria tra l'input dei due lati. Ciò si traduce in input neurali asimmetrici dalle due orecchie, che possono produrre un'illusione di rotazione, che si manifesta come vertigini. Il sistema vestibolare ha un'impressionante capacità di compensazione, che serve a riequilibrare il modo in cui le informazioni asimmetriche provenienti dagli organi finali sensoriali su entrambi i lati vengono elaborate a livello centrale. Per promuovere la compensazione, vengono utilizzati vari programmi di riabilitazione nella clinica; tuttavia, usano principalmente esercizi che migliorano l'integrazione multisensoriale. Recentemente, l'addestramento visivo-vestibolare è stato utilizzato anche per migliorare il vestibulo-riflesso oculare (VOR) negli animali con lesioni unilaterali compensate. In questo caso, viene introdotto un nuovo metodo per riequilibrare l'attività vestibolare su entrambi i lati in soggetti umani. Questo metodo consiste in cinque rotazioni unidirezionali al buio (velocità di picco di 320 os) verso il lato più debole. L'efficacia di questo metodo è stata dimostrata in uno studio clinico sequenziale a doppio cieco in 16 pazienti con asimmetria VOR (misurata dalla preponderanza direzionale in risposta alle rotazioni sinusoidali). Nella maggior parte dei casi, l'asimmetria VOR è diminuita dopo una singola sessione, ha raggiunto valori normali all'interno delle prime due sessioni in una settimana e gli effetti sono durati fino a 6 settimane. L'effetto di ribilanciamento è dovuto sia ad un aumento della risposta VOR dal lato più debole sia a una diminuzione della risposta dal lato più forte. I risultati suggeriscono che la rotazione unidirezionale può essere utilizzata come metodo di riabilitazione supervisionata per ridurre l'asimmetria del VOR nei pazienti con disfunzione vestibolare di lunga data.

Introduzione

La disfunzione vestibolare è un disturbo comune con una prevalenza del 35% negli adulti sopra i 40 anni1. La maggior parte dei disturbi vestibolici provocano un'asimmetria tra l'input da entrambi i lati, con conseguente illusione di rotazione chiamata vertigine. In assenza di normale funzione vestibolare, anche semplici attività quotidiane possono essere impegnative. La disfunzione vestibolare è spesso quantificata dal riflesso vestibolo-oculare (VOR). Durante le attività naturali, come camminare o correre, il VOR muove gli occhi nella direzione opposta e con la stessa velocità del movimento della testa. Questo riflesso ha una breve latenza di 5 ms, ed è mediato nel piano orizzontale attraverso un semplice arco a tre neuroni2. L'informazione viaggia dai recettori vestibolici ai nuclei vestiboli, quindi ai neuroni motori abducens. Questi movimenti oculari si traducono in stabilizzazione dello sguardo orizzontale durante le attività quotidiane. La simmetria del VOR in risposta alle rotazioni in senso orario e antiorario è un importante test della funzione vestibolare.

La disfunzione vestibolare unilaterale produce cambiamenti compensativi centrali e cambiamenti periferici guidati centralmente per superare il VOR asimmetrico difettoso e il conseguente squilibrio vestibolare. Anche dopo lesioni vestibolali permanenti, come una neurectomia vestibolare unilaterale, la vertigine e i sintomi di accompagnamento migliorano in un breve periodo (giorni a settimane) di tempo. A causa di questa abilità, il sistema vestibolare è stato un modello per studiare l'adattamento e la compensazione nei percorsi neurali. È stato precedentemente dimostrato3 che i cambiamenti nei percorsi vestibolali centrali possono essere implementati da una rotazione unidirezionale sulla base di un'ipotesi proposta da uno degli autori (N.R.) circa 20 anni fa. Altri studi hanno anche dimostrato cambiamenti compensativi in diverse parti del percorso sensoriale, compresi i nuclei vestibolici (VN)4,5,6,7,8, percorsi commissurali tra il VN su entrambi i lati9, cerebellar ingressi10, e la periferia vestibolare11. Questi cambiamenti compensativi si traducono in un nuovo equilibrio nell'attività dei neuroni VN su entrambi i lati.

Nonostante l'impressionante capacità del sistema vestibolare di compensare gli input asimmetrici delle due orecchie, la ricerca ha dimostrato che le risposte ai movimenti veloci non sono mai completamente compensate12,13. Ora è noto che la compensazione vestibolare naturale non utilizza la piena capacità del sistema, e la risposta VOR compensata può essere migliorata negli animali che hanno partecipato alla formazione visiva-vestibolare14,15. È noto da tempo che gli esercizi di riabilitazione vestibolare migliorano la compensazione nei pazienti con problemi di squilibrio cronico migliorando la natura multisensoriale (non vestibolale) del controllo dell'equilibrio16,17, 18 mi lato , 19 del 12 , 20 anni , 21. L'obiettivo di questi esercizi di riabilitazione vestibolare è quello di utilizzare approcci fisiologici o comportamentali per migliorare i sintomi, nonché la qualità della vita e l'indipendenza del paziente22,23.

Descritto qui è un metodo di riabilitazione che utilizza rotazioni unidirezionali verso il lato "più debole" (Figura1A). L'idea di base per questo metodo deriva dalla plasticità hebbiana, in cui le connessioni neurali diventano più forti quando vengono stimolate. Questo metodo modifica specificamente gli input vestibulari piuttosto che migliorare l'integrazione multisensoriale, che è la base per altri esercizi di riabilitazione vestibolare. Ricerche precedenti hanno dimostrato che le rotazioni unidirezionali diminuiscono l'asimmetria VOR in 1-2 sessioni in pazienti con disfunzione vestibolare unilaterale3. Questo effetto è dovuto principalmente ad un aumento dell'attività del lato con una risposta più bassa (LR), nonché ad una leggera diminuzione dell'attività del lato con una risposta più alta (HR). Questo cambiamento è molto probabilmente mediato da modifiche nei percorsi centrali (ad esempio, il rafforzamento di percorsi afferenti, come connessioni VN o cambiamenti negli input commissurali). In effetti, questa tecnica può essere utilizzata come metodo supervisionato per la riabilitazione vestibolare in quelli con asimmetria vestibolare di lunga data.

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Protocollo

I dati qui presentati e precedentemente pubblicati3 sono stati ottenuti da studi condotti secondo le raccomandazioni del Comitato Etico di Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Teheran, Iran e un protocollo che è stato approvato dal Institutional Review Board dell'Università.

1. Screening e preparazione dei partecipanti

  1. Reclutare partecipanti che hanno avuto una storia di problemi di equilibrio per più di un anno.
    NOTA: La compensazione vestibolare avviene in modo più efficace nel primo mese dopo una lesione. Il timepoint di un anno è stato scelto per fornire abbastanza tempo per la compensazione naturale per raggiungere il suo altopiano e anche garantire che il paziente non abbia un disturbo vestibolare fluttuante.
  2. Utilizzare i seguenti criteri di esclusione per i pazienti:
    1. Storia dei problemi del sistema nervoso centrale (ad esempio, trauma cranico, ictus, tumore al cervello, ecc.) che possono influenzare le vie vestibolali centrali, che sono necessarie per una corretta compensazione.
    2. Diagnosticato con una malattia vestibolare fluttuante (ad esempio, vertigini posizionali parossistici benigni [BPPV] o malattia di Meniere).
    3. Dovrebbero essere esclusi i pazienti che utilizzano altre forme di riabilitazione vestibolare o tipi di attività fisica (ad esempio, gli atleti) che possono migliorare la compensazione vestibolare indipendentemente dalla riabilitazione della rotazione unidirezionale.
      NOTA: Questo criterio è suggerito solo a scopo di ricerca e per il controllo delle variabili estranee.
  3. Non limitare i partecipanti in base all'età o al sesso.
    NOTA: Simile ad altre compensazioni, questo metodo di riabilitazione dovrebbe avere effetti meno pronunciati nei soggetti più anziani.
  4. Istruire i partecipanti ad astenersi dall'utilizzo di farmaci che sopprimono il sistema nervoso centrale, compresi gli antistaminici o qualsiasi farmaco anti-vertigine per almeno 1 giorno prima di ogni sessione sperimentale.
  5. Istruire i partecipanti a non utilizzare stimolanti del sistema nervoso, tra cui anfetamine e caffeina per almeno 1 giorno prima di ogni sessione sperimentale.
  6. Istruire i partecipanti ad astenersi dal bere bevande alcoliche in quantità che compromettono il normale funzionamento, in quanto ciò può interferire con il funzionamento del sistema vestibolare e influenzare i risultati.

2. Misurazione del riflesso vestibulo-oculare (VOR)

  1. Utilizzare il videoninnografia (VNG) o l'elettrogenetica (ENG) per misurare la risposta del VOR durante la rotazione dell'intero corpo.
    NOTA: i dati presentati nella sezione dei risultati sono stati registrati da ENG. L'attrezzatura corrente mostrata nel filmato utilizza VNG.
  2. Eseguire tutte le registrazioni al buio, con la testa posizionata 30 s naso-giù.
    NOTA: ai fini della visualizzazione, il video associato non viene eseguito al buio.
  3. Chiedere ai partecipanti di sedersi sulla sedia rotante, fissarli sulla sedia con l'imbracatura, mettere gli occhiali infrarossi e fissare la testa nel poggiatesta in una posizione naso-giù di 30 dollari.
  4. Dopo che i partecipanti si sono avvicinati al buio, calibrare il segnale oculare chiedendo loro di guardare i bersagli laser proiettati sulla parete con angoli di 10 gradi (ad esempio, a destra, a sinistra, sopra e sotto la linea mediana).
  5. Iniziare a eseguire il protocollo una volta che l'eye tracker è calibrato con precisione, quando i soggetti sono pronti.
  6. Mantenere i soggetti attenti e distratti durante tutti i test vestibolari ponendo loro domande o facendoli fare aritmetica mentale (ad esempio, contare all'indietro da 100).

3. Stimolo di rotazione unidirezionale

  1. Con il soggetto seduto sulla sedia rotante, utilizzare una rotazione unidirezionale che consiste in un profilo di velocità triangolare asimmetrico con un'accelerazione di 80 / s2 su 4 s per raggiungere una velocità massima di 320 s / s, quindi decelerare lentamente a 10 per fermarsi in circa 30 s.
    NOTA: La decelerazione lenta è particolarmente importante per avere una sosta liscia al fine di evitare di stimolare il lato opposto.
  2. Esegui cinque di queste rotazioni con intervalli di 1 min. Le cinque rotazioni insieme sono considerate una sessione di riabilitazione (Figura 1B).
  3. Tenere il soggetto sulla sedia dopo l'ultima rotazione unidirezionale per testare la simmetria con un test di rotazione armonica sinusoidale bidirezionale (SHA) a 40 min e 70 min rotazione post-unidirezionale.
    NOTA: Mantenere il paziente sulla sedia diminuirà la variabilità.
  4. Eseguire il test SHA utilizzando un'ampia gamma di rotazioni sinusoidali a frequenze di 0,05 Hz, 0,2 Hz e 0,8 Hz, con una velocità di picco di 60 os.
    NOTA: per i dati presentati nei risultati, è stata utilizzata una rotazione sinusoidale a 0,2 Hz (40/ s) per tutte le valutazioni.

4. Progettazione dell'esperimento

  1. Valutare i soggetti con una batteria completa di test vestibulari durante la sessione iniziale (vedi sotto) al fine di testare l'asimmetria VOR ed escludere eventuali problemi centrali.
  2. Una settimana dopo, esporre i soggetti alla rotazione unidirezionale e un test SHA (passaggi 3.1–3.4).
  3. Ripetere questo processo 2x a settimana durante le prime 2 settimane, poi 1x a settimana per le prossime 2 settimane (per un totale di sei sessioni).
  4. Amministrare un test SHA all'inizio (passaggio 3.4) e terminare (passaggi 3.3 e 3.4) di ogni sessione e calcolare il preponderanza direzionale (DP) come misura dell'asimmetria:
    figure-protocol-5884
    Dove: VHR e VLR rappresentano velocità oculari di picco durante le rotazioni verso il lato con risposte più alte (HR) e risposte inferiori (LR), rispettivamente.
    NOTA: la preponderanza direzionale fornisce una misura normalizzata della differenza nella velocità oculare di picco per le rotazioni nelle due direzioni. Mentre viene utilizzato principalmente per misurare l'asimmetria nelle risposte caloriche, può essere (ed è) utilizzato per quantificare l'asimmetria VOR in SHA24,25,26,27,28.
  5. Come sessione finale, eseguire un altro test SHA (passaggio 3.4) 1 settimana dopo l'ultima sessione di riabilitazione.

5. Dettagli delle sessioni

  1. Sessione iniziale
    1. Durante la prima visita, prendi una breve storia dei problemi di squilibrio del paziente per verificare la durata dell'asimmetria vestibolare e garantire nessuna indicazione di un disturbo fluttuante.
    2. Eseguire una serie completa di test vestibolare, tra cui saccades, inseguimento liscio, optokinetic, gaze holding, posizionale e posizionamento, test calorici e rotazionali.
    3. Recluta solo i pazienti con asimmetria VOR durante la rotazione che hanno una chiara preponderanza direzionale anomala (DP), in genere con valori di asimmetria superiori al 10%. Questo sarà considerato il DP iniziale (base) per ogni soggetto.
      NOTA: apparecchiature diverse potrebbero fornire intervalli normali diversi ed è consigliabile utilizzare l'intervallo specificato per il dispositivo o basare l'intervallo normale su dati normativi specifici del laboratorio.
    4. Spiegare chiaramente ai soggetti la procedura di rotazione unidirezionale (5 volte in una sessione) e il numero totale di sessioni (sei volte in totale).
    5. Chiedi ai soggetti di firmare un modulo di consenso che è stato approvato dal Institutional Review Board locale (o equivalente, per esperimenti effettuati al di fuori degli Stati Uniti), informandoli chiaramente che possono abbandonare lo studio in qualsiasi momento e per qualsiasi motivo.
  2. Sessioni di rotazione unidirezionale (sei sessioni)
    1. Esporre i soggetti alla rotazione unidirezionale (passaggi da 3.1 a 3.4) durante sei sessioni (passaggi 4.3 e 4.4).
    2. All'inizio di ogni sessione di riabilitazione, eseguire un test SHA (passaggio 3.4) e calcolare il valore DP.
      NOTA: Questo fornirà il DP pre-riabilitazione per quella sessione e DP post-riabilitazione a lungo termine per la sessione precedente.
    3. Non eseguire la riabilitazione rotazionale unidirezionale se il valore DP pre-riabilitazione rientra nell'intervallo normale (<10%) in una qualsiasi delle sessioni e istruire il soggetto a tornare per la sessione successiva.
    4. Se il DP pre-riabilitazione è nella gamma anormale, attendere 5 min dopo il test SHA ed eseguire la riabilitazione rotazionale unidirezionale.
    5. Eseguire un secondo test SHA 40 min e 70 min dopo la fine della riabilitazione di rotazione unidirezionale (passaggio 3.4) e calcolare il DP post-riabilitazione per questa sessione.
    6. Indicare ai soggetti di tornare per la sessione successiva.
  3. Sessione finale (settimana sette)
    1. Eseguire solo un test SHA (passaggio 3.4) e calcolare il valore DP.
      NOTA: Questo servirà come misura finale dell'asimmetria.
    2. Non utilizzare la rotazione unidirezionale in questa sessione.

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Risultati

Gli effetti a breve termine della rotazione unidirezionale sono stati valutati misurando il VOR con un test di rotazione sinusoidale di 0,2 Hz (40/s) a 70 min dopo la riabilitazione3. Nella figura 2 vengono illustrate le velocità oculari di picco durante le risposte VOR alle rotazioni nelle due direzioni (Figura 2A) e la modifica del DP (Figura 2B). Dopo la rotazione unidirez...

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Discussione

Il metodo di riabilitazione qui presentato consiste in ripetute rotazioni unidirezionali al buio verso il lato meno reattivo (LR) in pazienti con squilibrio vestibolare e asimmetria VOR. La maggior parte delle tecniche di riabilitazione migliora l'integrazione multisensoriale al fine di migliorare l'equilibrio16,17,18,19,20. Il metodo qui presentato si rivolge...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Riconoscimenti

N. R. è stato sostenuto da un fondo di ricerca della Shahid Beheshti University of Medical Sciences and Health Services. S. G. S. è stato supportato dalla sovvenzione NIDCD R03 DC015091.

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
VEST operating and analysis softwareNeuroKinetics
ElectronystagmographNicoletSpirit Model 1992Equipment used for collecting the data presented in the Results section
I-Portal NOTC (Neurotologic Test Center)NeuroKineticsEquipment shown for current studies and shown in the movie

Riferimenti

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