Terapeutické účinky elektrické vestibulární stimulace (EVS) na rovnováhu a chůze (VST)

Pozadí a zdůvodnění

Rovnováha a stabilní chůze jsou udržovány integrací senzorické zpětné vazby z vizuální, somatosenzorické (svalové, kůže, šlachy a kloubní receptory) a vestibulárních systémů. Kvalita této zpětné vazby a schopnost centrálního nervového systému (mozek a mícha) tyto signály integrovat a generovat vhodné motorické reakce diktuje rovnováhu a výkon chůze. Pokles rovnováhy související s věkem, klinicky známý jako presbystasis, je jedním z nejviditelnějších a vysilujících příznaků stárnutí. Více než 60 milionů lidí v USA ve věku 40 let žije s poruchou rovnováhy souvisejících s věkem, která zvyšují jejich rizika zranění souvisejících s pádem a stále více ztěžují pokračování v životu aktivně a nezávisle. 1-in-3 dospělí nad 65 let padá každý rok a pády jsou hlavní příčinou úmrtí u seniorů. V USA je však méně než 20 000 klinických specialistů s nástroji k diagnostice poruch rovnováhy, takže pro většinu lidí se však prosazuje jen málo pro řešení klesající rovnováhy, dokud nedojde ke zranění souvisejícím s pádem. Řešením nabízené většině starších dospělých je mechanická rovnováha, jako je Walker, jehož dlouhodobé použití pouze dále destabilizuje rovnováhu.

Vestibulární dysfunkce byla identifikována jako primární příčina poklesu rovnováhy u více než 55% dospělých starších 50 let, nebo asi 34 milionů lidí v USA Tato dysfunkce ovlivňuje jak periferní vestibulární orgány ve vnitřním uši, tak ve středním vestibulárním zpracování v mozku a také byla spojena s kognitivním poklesem. Současné terapeutické možnosti pro obnovení funkce ztracené rovnováhy jsou omezeny na vysoce rizikové chirurgické vestibulární implantáty. Současnou standardem péče je terapie založená na cvičení, jejímž cílem je pomoci kompenzovat pokles vestibulární rovnováhy, ale zůstává kritická mezera: neexistuje žádné široce dostupné neinvazivní řešení k obnovení ztracené vestibulární funkce nebo zabránění dalšímu zhoršení.

Rostoucí část výzkumu naznačuje, že nízkoúrovňová, neinvazivní elektrická stimulace systému vestibulární rovnováhy (EVS) může indukovat neuroplastické změny jak na buněčných, tak na úrovni obvodu, účinně obnovit periferní a centrální vestibulární funkce. Obnovená vestibulární funkce byla také spojena s obnovenou kognitivní funkcí. Vyšetřovatelé vyvinuli novou sub-prahotou širokopásmovou stochastickou neuroplastickou stimulaci EVS (SWSEVS), která se zaměřuje na periferní a centrální vestibulární dráhy. Více studií prokázalo, že frekvence SWSEV a současných úrovní jsou bezpečné, pohodlné, dobře tolerované a nemají žádné nepříznivé vedlejší účinky. Tyto studie také prokázaly, že protokol terapeutického léčby s 18 dvacetiminutovými sezeními SWSEV poskytovanými v průběhu 5-6týdenního období vedl k významnému zlepšení rovnováhy u jinak zdravých dospělých ve věku 50–98 let. Tato vylepšení jsou připisována neuroplastickému obnovení periferní i centrální vestibulární funkce. Pozorovaná zlepšení přetrvávala po dobu nejméně 3-6 měsíců a stačila k rekategorizaci jednotlivců s vysokým pádem, aby snížily riziko pádu.

Cíle

S navrhovanou předklinickou studií se vyšetřovatelé snaží určit bezpečnost, proveditelnost, účinnost a přetrvávání výše uvedených neinvazivních SWSEV za účelem zlepšení rovnováhy a výkonu chůze u zdravých jedinců po celou dobu životnosti. Konkrétně naším cílem je měřit výkon rovnováhy a chůze před, během a po expozici jednotlivých relací a napříč opakovanými sekvencemi SWSEV na více studijních partnerských místech. Vyšetřovatelé předpovídají, že neuroplasticita indukovaná SWSEVS může podporovat regeneraci vestibulární funkce prostřednictvím zdokumentovaných mechanismů, které zahrnují: 1) regenerace vestibulárních vlasových buněk; 2) Zvýšení synaptického zisku ve vestibulárním systému, 3) zvýšení vestibulární aferentní/efferentní vodivosti nervových vláken a excitability a 4) zvýšila centrální nervová integrace senzorických signálů (vestibulární, vizuální, somatosenzorická) pro řízení motoru. Naše hlavní hypotéza s tímto výzkumem je proto, že expozice opakovaným sekvencím SWSEV zvýší rovnováhu a výkon chůze (např. Chůze kadence, stabilita atd.).

Sekundárním cílem této studie je zjistit, zda změny vestibulární funkce jsou doprovázeny měřitelnými změnami kognitivní funkce.

A konečně, terciárním cílem tohoto výzkumu je zjistit, zda SWSEV má potenciální přínos pro účastníky trpící příležitostnými bolestmi hlavy. Existují určité neoficiální důkazy, že EV by mohly pomoci s bolesti hlavy, zejména pro takzvané „vestibulární migrény“; K dnešnímu dni však nebylo formálně studováno.

Účastníci

V této studii budou přijati zdravé mladé a starší dospělí účastníci (ve věku 18 - 100 let). Účastníci budou přijati na každém studijním místě z jejich místní komunity ústně, studijními příspěvky a na webových stránkách Ucalgary. Všichni účastníci dostanou podrobná písemná a ústní vysvětlení experimentálních cílů a postupů a protokol bude schválen UCALGARY's Clinical Health Research Ethics Board (CHREB). Účastníci poskytnou písemný informovaný souhlas před účastí.

Metodologie

Účast v tomto experimentu bude zahrnovat 18 testovacích sezení po dobu 5-6 týdnů, stejně jako 3 týdny, 6týdenní, 3měsíční a 6měsíční sledování. Každá testování a následná relace vydrží méně než 1 hodinu. Navrhovaný projekt použije šest primárních technik: (i) elektrická vestibulární stimulace (SWSEV); ii) akcelerometrie; (iii) testy chůze a rovnováhy založené na smartphonu; (iv) Clinik-spravované funkční hodnocení chůze; (v) testy statické a dynamické rovnováhy pomocí platformy pro vyvážení instrumentované; (vi) Kognitivní hodnocení. Správci testů SWSEVS také shromažďují informace o jakýchkoli nežádoucích událostech během každé návštěvy a od poslední návštěvy. Účastníci také vyplní dotazníky po vstupu a opuštění studie, aby posoudili prevalenci a závažnost bolesti hlavy, poznání, závratě, úroveň fyzické aktivity a aby zjistili, zda tyto bolesti hlavy způsobují jakékoli významné postižení.

(i) Elektrická vestibulární stimulace (EVS) zahrnuje elektricky aktivaci periferního vestibulárního systému průchodem malých elektrických proudů prostřednictvím elektrod umístěných na mastoidních procesech (za ušima) prostřednictvím izolovaných stimulátorů s konstantním proudem baterie. Tato neinvazivní, bezpečná a bezbolestná bioelektronická stimulační technika běžně využívá buď stochastický signál (bílý šum) nebo monopolární nebo bipolární pulzy čtvercové nebo sinusové vlny. EV obvykle používaly různé šířky pásma stimulace, od širokopásmové (0-1 kHz) až po úzká pásma (0-2 Hz) .evs může být také aplikováno v různých stimulačních amplitudách, od těch, které jsou pod úrovní evokující jakýkoli pocity účastníkem („sub-prahy“; „0,5 ma), na ty, které evokují zkryté vestibulární a rovnováhu“; > 0,5 mA). Neuroplastická obnova SWSEVS v této studii poskytuje podprahové, širokopásmové, stochastické podněty prostřednictvím 2 párů jednorázových elektrod jedno použití připojených ke každému mastoidu a zadní části krku. EVS nikdy nepřesáhne +/- 3 Ma (Hardware and Software Limited), což mu poskytuje vynikající bezpečnostní profil napříč velkým a rostoucím množstvím vědecké literatury.

(ii) Akcelerometrie: Účastníci budou vybaveni nositelnými akcelerometry (Phybrata Sensor; ProtXX Inc.) na hlavě přes vrchol pravého mastoidního procesu a také na vrcholu každé nohy. Senzor umístěný na hlavě byl validován jako míra chůze a rovnováhy ve více předchozích studiích. Senzory umístěné na horní části nohy budou během testování chůze použity k rekonstrukci kinematiky umístění nohou. Senzory připevněné k hlavě budou připevněny k pokožce s jednorázovou oboustrannou lékařskou lepicí páskou po vyčištění kůže pomocí alkoholu. Senzory aplikované na nohu během testování chůze budou připevněny lékařskou páskou. Accelerometry automaticky shromažďují a předávají kinematická data do systému založeného na smartphonech.

(iii) Testování chůze a rovnováhy založené na smartphonu: Hodnocení chůze a rovnováhy bude prováděno pomocí aplikace smartphonu vyvinuté společností ProtXX Inc. Aplikace vede uživatele prostřednictvím experimentálních postupů prostřednictvím pokynů na obrazovce a sluchové pípnutí. Vyšetřovatelé použijí aplikaci k provedení hodnocení tichého postavení (3 x 2 minuty intervalů stojícího a uvolněného s jejich pažemi po stranách; 1 minutové oči otevřené, 1 minutové oči zavřené), stejně jako standardní načasovaný a Go (TUG) a úkol nadměrné země. Pro úkol TUG začnou účastníci sedět na židli, pak, když je výzvou aplikací, postaví se, projdou 3 m vpřed na pilon na podlaze, otočí kolem 180 stupňů, pak se vrátí na židli a posadí se. Pro úkol nadměrného hlediska začnou účastníci jednoduše stát se svými prsty přes páskovou linii na podlaze, pak půjdou dopředu (<50 ') k konečnému cílovému pilonu.

(iv) Functional Gait Assessment (FGA): The investigators will have trained clinicians administer the FGA, which involves timing 10 different tests of mobility, including: 1) level surface walking (20'), 2) 'change-in-gait-speed' task alternating between 'slow' and 'fast' speeds (5' each), 3) walking with horizontal head turns every 3 steps (20'), 4) walking with vertical head turns every 3 steps (20'), 5) walking with pivot turn to reverse direction and stop (5'), 6) walking with a step over a 9" obstacle (i.e., the height of 2 shoe boxes), 7) walking with narrow base of support (i.e., stepping 'heel-to-toe') for 10 steps, 8) walking with eyes closed (20'), 9) walking backwards (20'), and 10) walking up and down a set of 4 steps, using a railing if necessary.

(v) Kognitivní hodnocení: Kognitivní hodnocení využije papírové formy dotazníku v úloze hodnocení symbolu (SDMT) a montrealského kognitivního hodnocení (MOCA).

Přehled experimentu

Během jejich počáteční relace v oblasti studie na místě studie podstoupí všichni účastníci testování prahu EVS, aby se stanovily normalizované úrovně EV, které vedou k poruchám rovnováhy. Toto prahové testování EVS bude prováděno podáváním velmi nízkých proudů (počínaje ~ 0,1 Ma) účastníkům stojícím se zavřenýma očima a zvýšením současné úrovně napříč pokusy, dokud nebude stanovena prahová hodnota EVS.

Během všech 18 následných testovacích relací provedou účastníci testy chůze a rovnováhy podávané prostřednictvím aplikace smartphonu (viz níže) před a po jediné nepřetržité relaci SWSEV (<20 minut). Během každé relace SWSEVS se účastníci střídají mezi sezením, stojícím na tvrdé podlaze a stojící na pěnové podložce s intervaly, že mají oči otevřené a zavřené. Vyšetřovatel bude vždy poblíž účastníků, aby je chránil před pádem a v případě potřeby poskytoval posturální podporu.

Kognitivní testování a dotazníky hlavy budou vyplněny během prvního a posledního z 18 léčebných sezení.

Během 3 týdnů, 6týdenních, 3-měsíčních a 6měsíčních sledovacích relací budou účastníci opakovat testy chůze a rovnováhy, aby posoudili přetrvávání jakýchkoli zlepšení výkonnosti měřených po 18 testovacích sezeních.

Statistický design

Pro stanovení terapeutické účinnosti opakovaných relací EV budou závislé proměnné podrobeny opakovaným opatřením ANCOVA s typem stimulací („sub-praha“, „supra-prach“) a pohlaví („samce“, „žena“) mezi předmětovými faktory a věkem jako kovariát. Další průzkumná analýza vztahů mezi věkem a různými závislými proměnnými bude provedena pomocí Pearsonových korelací. Jako prahová hodnota statistické významnosti pro všechny testování bude použita hladina alfa 0,05.