Efectos terapéuticos de la estimulación vestibular eléctrica (EV) sobre el equilibrio y la marcha (VST)

Antecedentes y justificación

El equilibrio permanente y la marcha estable se mantienen a través de la integración de la retroalimentación sensorial de los receptores visuales, somatosensorios (músculo, piel, tendón y articular) y sistemas vestibulares. La calidad de esta retroalimentación y la capacidad del sistema nervioso central (cerebro y médula espinal) para integrar estas señales y generar respuestas motoras apropiadas dicta el equilibrio y el rendimiento de la marcha. La disminución del equilibrio relacionada con la edad, clínicamente conocida como Presbystasis, es uno de los signos más visibles y debilitantes de envejecimiento. Más de 60 millones de personas en los Estados Unidos mayores de 40 años viven con impedimentos de equilibrio relacionados con la edad que aumentan sus riesgos de lesiones relacionadas con la caída y hacen que sea cada vez más difícil continuar viviendo de manera activa e independiente. 1 de cada 3 adultos mayores de 65 caídas cada año y caídas son la principal causa de muerte en las personas mayores. Pero hay menos de 20,000 especialistas clínicos en los EE. UU. Con las herramientas para diagnosticar las impedimentos de equilibrio, por lo que para la mayoría de las personas, se hace poco para abordar la disminución del equilibrio hasta después de que ocurra una lesión relacionada con la caída. La solución ofrecida a la mayoría de los adultos mayores es una ayuda de equilibrio mecánico, como un caminante, cuyo uso prolongado solo desestabiliza aún más el equilibrio.

La disfunción vestibular se ha identificado como la causa principal del equilibrio en más del 55% de los adultos mayores de 50 años, o alrededor de 34 millones de personas en los EE. UU. Esta disfunción afecta tanto los órganos vestibulares periféricos en el oído interno como el procesamiento vestibular central en el cerebro, y también se ha relacionado con el deterioro cognitivo. Las opciones terapéuticas actuales para restaurar la función de equilibrio perdido se limitan a implantes vestibulares quirúrgicos de alto riesgo. El estándar actual de atención es la terapia basada en el ejercicio que tiene como objetivo ayudar a compensar la disminución del equilibrio vestibular, pero sigue habiendo una brecha crítica: no existe una solución no invasiva ampliamente disponible para restaurar la función vestibular perdida o evitar un mayor deterioro.

Un creciente cuerpo de investigación indica que la estimulación eléctrica no invasiva de bajo nivel del sistema de equilibrio vestibular (EVS) puede inducir cambios neuroplásticos a niveles celulares y de circuito, restaurando efectivamente las funciones vestibulares periféricas y centrales. La función vestibular restaurada también se ha relacionado con la función cognitiva restaurada. Los investigadores han desarrollado una nueva estimulación neuroplástica de EVS estocásticos de banda ancha sub-umbral (SWSEV), que se dirige a vías vestibulares periféricas y centrales. Múltiples estudios han demostrado que las frecuencias SWSEV y los niveles actuales son seguros, cómodos, bien tolerados y no tienen efectos secundarios adversos. Estos estudios también han demostrado que un protocolo de tratamiento terapéutico con 18 sesiones SWSEV de veinte minutos entregadas durante un período de 5-6 semanas dio como resultado mejoras significativas en el rendimiento del equilibrio en adultos sanos de 50 a 98 años. Estas mejoras se atribuyen a la restauración neuroplástica de la función vestibular periférica y central. Las mejoras observadas persistieron durante al menos 3-6 meses y fueron suficientes para recategorizar a las personas de alto riesgo de caída para reducir el riesgo de caída.

Objetivos

Con el estudio preclínico propuesto, los investigadores tienen como objetivo determinar la seguridad, la viabilidad, la eficacia y la persistencia de los SWSEV no invasivos anteriores para mejorar el equilibrio y el rendimiento de la marcha en individuos sanos a lo largo de la vida útil. Específicamente, nuestro objetivo es medir el equilibrio y el rendimiento de la marcha antes, durante y después de la exposición a sesiones individuales y a través de secuencias repetidas de SWSEV en múltiples sitios de socios de estudio. Los investigadores predicen que la neuroplasticidad inducida por SWSEV puede promover la recuperación de la función vestibular a través de mecanismos documentados que incluyen: 1) regeneración de células ciliadas vestibulares; 2) Un aumento en la ganancia sináptica en el sistema vestibular, 3) un aumento en la conductividad y la excitabilidad de la fibra nerviosa aferente/eferente vestibular, y 4) aumento de la integración neuronal central de las señales sensoriales (vestibular, visual, somatosensorial) para el control del motor. Como tal, nuestra hipótesis principal con esta investigación es que la exposición a secuencias repetidas de SWSEV mejorará el equilibrio y el rendimiento de la marcha (por ejemplo, cadencia para caminar, estabilidad, etc.).

Un objetivo secundario de este estudio es determinar si los cambios en la función vestibular van acompañados de cambios medibles en la función cognitiva.

Finalmente, un objetivo terciario de esta investigación es determinar si SWSEV tiene algún beneficio potencial para los participantes que sufren dolores de cabeza ocasionales. Hay alguna evidencia anecdótica de que los EV podrían ayudar con los dolores de cabeza, particularmente para las llamadas "migrañas vestibulares"; Sin embargo, hasta la fecha, esto no se ha estudiado formalmente.

Participantes

Los participantes saludables para jóvenes y adultos mayores (de 18 a 100 años) serán reclutados en este estudio. Los participantes serán reclutados en cada sitio de estudio de su comunidad local por boca a boca, publicaciones de anuncios de estudio y el sitio web de UCalgary Particy. Todos los participantes recibirán explicaciones detalladas por escrito y oral de los objetivos y procedimientos experimentales, y el protocolo será aprobado por la Junta de Ética de Investigación de Salud Clínica (CHREB) de Ucalgary. Los participantes proporcionarán consentimiento informado por escrito antes de la participación.

Metodología

La participación en este experimento implicará 18 sesiones de prueba durante un período de 5-6 semanas, así como sesiones de seguimiento de 3 semanas, 6 semanas, 3 meses y 6 meses. Cada sesión de prueba y seguimiento durará menos de 1 hora. El proyecto propuesto empleará seis técnicas principales: (i) estimulación vestibular eléctrica (SWSEV); (ii) acelerometría; (iii) pruebas de marcha y equilibrio basadas en aplicaciones de teléfonos inteligentes; (iv) evaluaciones de la marcha funcional administradas por el clínico; (v) pruebas de equilibrio estático y dinámico utilizando una plataforma de equilibrio instrumentado; (vi) Evaluaciones cognitivas. Los administradores de pruebas SWSEV también recopilarán información sobre cualquier evento adverso durante cada visita y desde la última visita. Los participantes también completarán cuestionarios al ingresar y salir del estudio para evaluar la prevalencia y la gravedad de los dolores de cabeza, la cognición, los mareos, el nivel de actividad física, así como para determinar si estos dolores de cabeza están causando alguna discapacidad notable.

(i) La estimulación vestibular eléctrica (EV) implica activar eléctricamente el sistema vestibular periférico pasando pequeñas corrientes eléctricas a través de electrodos colocados en los procesos mastoides (detrás de los oídos) a través de estimuladores aislados de corriente constantes y alimentados por batería. Esta técnica de estimulación bioelectrónica no invasiva, segura e indolora utiliza comúnmente una señal estocástica (ruido blanco) o pulsos monopolares o bipolares de onda cuadrada o sinusoidal. Los EV típicamente usaban diferentes anchos de banda de estimulación, desde banda ancha (0-1 kHz) hasta banda estrecha (0-2 Hz) .EV también se pueden aplicar a diferentes amplitudes de amplitud de estimulación, que van desde las que están por debajo del nivel de evocar cualquier sensación por parte de los participantes ("subtreshold"; típicamente <0.5 mA), hasta las que evitan las sensaciones vestibulares y las respuestas de equilibrio ("umbral"; " 0.5 mA). La restauración neuroplástica SWSEVS en el presente estudio ofrece estímulos estocásticos, de banda ancha, a través de 2 pares de electrodos de uso único desechables unidos a cada mastoides y la parte posterior del cuello. EVS nunca excede +/- 3 Ma (hardware y software limitado), lo que le da un excelente perfil de seguridad en un gran y creciente cuerpo de literatura científica.

(ii) Acelerometría: los participantes serán instrumentados con acelerómetros portátiles (Sensor Phybrata; Protxx Inc.) en su cabeza sobre el proceso mastoideo derecho, así como en la parte superior de cada pie. El sensor colocado en la cabeza ha sido validado como una medida del rendimiento de la marcha y el equilibrio en múltiples estudios anteriores. Los sensores colocados en la parte superior del pie se utilizarán para reconstruir la cinemática de colocación paso a paso del pie durante la prueba de la marcha. Los sensores unidos a la cabeza se colocarán en la piel con cinta adhesiva médica de doble cara desechable, después de limpiar la piel con un hisopo de alcohol. Los sensores aplicados al pie durante la prueba de la marcha se fijarán con cinta médica. Los acelerómetros recopilan y transmiten automáticamente los datos cinemáticos a un sistema basado en aplicaciones de teléfonos inteligentes.

(iii) Pruebas de balanza y balanza basadas en la aplicación de teléfonos inteligentes: las evaluaciones de la marcha y el balance se realizarán utilizando una aplicación para teléfonos inteligentes desarrollados por ProtXX Inc. La aplicación guía al usuario a través de los procedimientos experimentales a través de instrucciones en pantalla y pitidos auditivos. Los investigadores utilizarán la aplicación para realizar evaluaciones de una posición tranquila (intervalos de 3 x 2 minutos de estar quieto y relajados con los brazos a los lados; 1 min o los ojos abiertos, 1 minente cerrado), así como la tarea estándar de cronometraje y go (remolcadora) y una tarea de caminar en exceso. Para la tarea de tirón, los participantes comenzarán a sentarse en una silla, luego, cuando la aplicación se lo solicite, se pondrá de pie, caminarán 3 m hacia adelante a un pilón en el piso, girarán alrededor de 180 grados, luego regresarán a la silla y se sentará. Para la tarea de caminar demasiado terrestre, los participantes simplemente comenzarán a estar de pie con los dedos de los pies sobre una cinta en el piso, luego caminarán hacia adelante (<50 ') hasta un pilón final.

(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 necesario.

(v) Evaluaciones cognitivas: las evaluaciones cognitivas utilizarán formas de cuestionario en papel de la tarea de correspondencia de dígitos de símbolos (SDMT) y la evaluación cognitiva de Montreal (MOCA).

Descripción general del experimento

Durante su sesión de admisión inicial en el sitio de estudio, todos los participantes se someterán a pruebas de umbral de EVS para determinar los niveles normalizados de EV que dan como resultado perturbaciones de equilibrio. Esta prueba de umbral de EVS se llevará a cabo administrando corrientes muy bajas (a partir de ~ 0.1 mA) a los participantes de pie con los ojos cerrados y aumentando el nivel actual entre los ensayos hasta que se determina un umbral de equilibrio de EVS.

Durante las 18 sesiones de prueba posteriores, los participantes realizarán pruebas de marcha y equilibrio administradas a través de una aplicación para teléfonos inteligentes (ver más abajo) antes y después de una sola sesión continua de SWSEV (<20 min). Durante cada sesión de SWSEV, los participantes se alternarán entre sentarse, pararse en el piso duro y pararse sobre una almohadilla de espuma, con intervalos de tener los ojos abiertos y cerrados. Un investigador siempre estará cerca de los participantes para protegerlos de la caída y proporcionar apoyo postural si es necesario.

Las pruebas cognitivas y los cuestionarios de dolor de cabeza se completará durante el primero y el último de las 18 sesiones de tratamiento.

Durante las sesiones de seguimiento de 3 semanas, 6 semanas, 3 meses y 6 meses, los participantes repetirán las pruebas de marcha y equilibrarán las pruebas para evaluar la persistencia de cualquier mejoras de rendimiento medidas después de las 18 sesiones de prueba.

Diseño estadístico

Para determinar la eficacia terapéutica de las sesiones de EVS repetidas, las variables dependientes se someterán a medidas repetidas ANCOVA con el tipo de estimulación ('subtumbral', 'supra-umbral') y sexo ('masculino', 'hembra') como entre los factores sujetos y la edad como un covariado. Se realizará un análisis exploratorio adicional de las relaciones entre la edad y las diferentes variables dependientes utilizando correlaciones de Pearson. Se utilizará un nivel alfa de 0.05 como el umbral de significación estadística para todas las pruebas.