Effetti della stimolazione elettrica transcranica negli individui colpiti da ictus

L’ictus è una delle principali cause di morte e disabilità nel mondo. La prevalenza dell’ictus è elevata nei paesi in via di sviluppo; in Tailandia, ad esempio, l’ictus è una delle principali cause di morte e disabilità. La prevalenza stimata tra gli adulti di età pari o superiore a 45 anni è dell'1,88% e il tasso di mortalità per ictus ha continuato ad aumentare negli ultimi 5 anni. A livello globale, l’87% delle persone colpite da ictus ha sofferto di ictus ischemico mentre il 13% ha sofferto di ictus emorragico. Il 57% dei casi di ictus rimane una disabilità segnalata dall'organizzazione mondiale per l'ictus. La disabilità motoria è uno dei principali limiti post-ictus e influenza le attività della vita quotidiana. Compromissioni cognitive (cioè funzioni esecutive, attenzione e memoria) sono comunemente osservate nei sopravvissuti all'ictus e possono portare a una diminuzione della capacità funzionale e influenzare l'efficacia della riabilitazione in caso di ictus.

L'ictus è definito come un'improvvisa esplosione neurologica causata da un'alterata perfusione attraverso i vasi sanguigni al cervello. L'ictus ischemico è causato da un flusso sanguigno insufficiente e da un insufficiente apporto di ossigeno al cervello, mentre l'ictus emorragico è causato da sanguinamento o perdita di vasi sanguigni, con conseguente morte cellulare. Dopo l'ictus, l'eccitabilità corticale diminuisce nell'emisfero ipsilesionale e aumenta nell'emisfero controlesionale. Di conseguenza, c'è uno squilibrio nell'inibizione interemisferica (IHI) tra entrambi gli emisferi. L'esordio dello squilibrio IHI nei pazienti con ictus rimane poco chiaro, sebbene si sia verificata una compromissione motoria sin dall'esordio. Tuttavia, lo squilibrio IHI permane per tutta la durata dell’ictus. Si è scoperto che lo squilibrio dell'IHI era correlato negativamente con il recupero motorio dell'ictus; uno squilibrio maggiore era associato ad una prestazione motoria peggiore. Lo squilibrio IHI non è una causa di scarso recupero motorio, ma potrebbe invece essere la conseguenza di processi di recupero sottostanti.

L'elettroencefalografia (EEG) è uno strumento di misurazione non invasivo ad alta risoluzione temporale in grado di rilevare una sintesi dei segnali elettrici postsinaptici dei neuroni piramidali negli strati corticali. L'EEG è una misurazione utile dopo un ictus. È stato riscontrato che diversi parametri sono correlati al recupero in tutte le fasi dell’ictus. Una recente revisione del 2022 ha riportato che l’indice di simmetria cerebrale (BSI) e la potenza spettrale sono le metriche più efficaci da utilizzare per prevedere il recupero dall’ictus. Il BSI è uno dei parametri derivati ​​dall'EEG più popolari utilizzati per quantificare l'asimmetria spettrale media tra i due emisferi. Ha un intervallo normale compreso tra 0 e 1, dove 0 indica la perfetta simmetria, mentre 1 indica la massima asimmetria. Il BSI era significativamente più alto nei pazienti con ictus indicando asimmetria cerebrale rispetto ai controlli sani. Van Putten e Tavy hanno dimostrato nei soggetti con ictus ischemico acuto che il BSI era invariato entro 24 ore dall'ictus, tuttavia aveva una correlazione positiva tra la National Institutes of Health Stroke Scale ( NIHSS); una maggiore compromissione, una maggiore asimmetria cerebrale. È stato riportato che valori BSI più elevati nella fase acuta e subacuta erano associati a prestazioni motorie inferiori nelle 4 settimane successive, il che implica che il BSI potrebbe eventualmente aiutare nella prognosi dell'esito motorio durante la fase di recupero dell'ictus. Inoltre, l’analisi della potenza spettrale negli individui colpiti da ictus ha mostrato una fluttuazione dell’oscillazione cerebrale causata dalla morte cellulare, come un aumento della potenza a bassa frequenza (delta e theta) nell’emisfero ipsilesionale che si è verificato già un minuto dopo l’ictus, mentre la potenza ad alta frequenza (alfa e beta) sono diminuiti. Anche un aumento dell’attività delta post-ictus era correlato negativamente al funzionamento cognitivo. L'attività corticale nella fase di recupero può rappresentare il recupero motorio e la funzione cognitiva post-ictus. Un aumento delle onde cerebrali ad alta frequenza (ad es. banda beta) è correlato al miglioramento del recupero motorio nelle fasi subacute e croniche dell'ictus. Inoltre, l’aumento della banda alfa e la diminuzione della banda delta sono correlati al miglioramento della funzione cognitiva nei sopravvissuti all’ictus.

Il recupero motorio post-ictus aumenta rapidamente entro i primi 3 mesi (fase acuta-subacuta precoce) e un recupero meno significativo successivamente nella fase subacuta tardiva (3-6 mesi), quindi il recupero spontaneo porta ad una stabilità al limite nella fase cronica ( >6 mesi), ma il recupero può espandersi fino a 2 anni dopo l'ictus dopo aver ricevuto la riabilitazione. Pertanto, la riabilitazione può migliorare il recupero dall’ictus oltre il recupero spontaneo nelle fasi subacuta e cronica. Ci sono 2 fattori che influenzano il recupero dall’ictus: 1) fattori intrinseci che sono età, sesso, insorgenza dell’ictus, tipo di ictus, gravità, comorbilità, stato socioeconomico e profili genetici, 2) fattori estrinseci come supporto del caregiver, farmacologia e riabilitazione programma in cui si articolano approcci dal basso verso l’alto e dall’alto verso il basso. Si raccomanda la riabilitazione post-ictus per migliorare il recupero e ridurre la disabilità a lungo termine. Le linee guida dell'American Stroke Association (ASA) hanno raccomandato che i pazienti con ictus necessitino di un intervento terapeutico di almeno 3 volte a settimana per 20-60 minuti per sessione.

La stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS), ovvero la stimolazione elettrica transcranica (tES), è un approccio top-down che è stato raccomandato come intervento aggiuntivo nella riabilitazione post-ictus. Le tecniche tES più comuni utilizzate nella ricerca sono 1) stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) e 2) stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS). La differenza tra queste due tecniche tES sono le forme attuali suscitate.

1. tDCS fornisce una debole corrente continua per modulare l'eccitabilità corticale con effetti specifici della polarità. Entro una dose limitata, la tDCS anodica migliora l'eccitabilità corticale mentre la tDCS catodica la diminuisce. Numerosi studi hanno riportato l'effetto della tDCS sulle prestazioni fisiche e cognitive in soggetti sani e in persone con disturbi neurologici. Per promuovere il riequilibrio dell'IHI, la tDCS viene utilizzata applicando simultaneamente l'elettrodo anodico sull'emisfero ipsilesionale e l'elettrodo catodico sull'emisfero controlesionale, chiamato tDCS duale o bilaterale. Molte meta-analisi e studi individuali hanno dimostrato che la tDCS bilaterale sulla corteccia motoria primaria (M1) era più efficiente nel migliorare le prestazioni motorie degli arti superiori e inferiori rispetto ad altri montaggi. La maggior parte degli studi precedenti utilizzava diverse intensità di 2 mA con una durata di stimolazione di 20 minuti. Tuttavia, una recente meta-analisi ha suggerito che una durata della stimolazione superiore a 20 minuti per aumentare la durata della stimolazione e il numero di sessioni di stimolazione durante 15-20 sessioni erano efficaci per migliorare l'effetto della tDCS sulla funzione motoria. Per la funzione cognitiva, una recente meta-analisi ha riportato l'effetto positivo della tDCS applicata sulla corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC) sul recupero della funzione cognitiva rispetto alla simulazione nella popolazione colpita da ictus. Uno studio precedente ha riportato che la tDCS mirata a M1 combinata con l’allenamento motorio potrebbe migliorare le prestazioni motorie e cognitive, sebbene l’effetto possa essere inferiore rispetto al targeting DLPFC.
2. tACS fornisce corrente elettrica alternata per modulare l'eccitabilità corticale e l'oscillazione endogena del cervello con frequenza specifica. L'attività della frequenza alfa (8-12 Hz) e beta (13-30 Hz) è prominente nella corteccia sensomotoria umana durante lo stato di riposo. Da una meta-analisi, la tACS erogata nell’intervallo di frequenza beta potrebbe aumentare l’eccitabilità corticale della corteccia motoria primaria. Questo effetto è particolarmente pronunciato quando l'intensità della stimolazione era superiore a 1 mA. Nelle popolazioni sane, alcuni studi hanno dimostrato che un beta-tACS applicato sull'M1 potrebbe migliorare l'apprendimento motorio ed è stato riscontrato un effetto maggiore rispetto all'alfa-tACS. La stessa osservazione è stata riportata nella popolazione colpita da ictus, beta-tACS (20 Hz) a 1 mA ha indotto maggiori effetti di modulazione rispetto ad alfa-tACS (10 Hz a 1 mA nelle regioni legate al motore. Dieci sessioni di tACS a 2 mA sull'M1 dell'emisfero interessato con allenamento dell'andatura potrebbero migliorare le prestazioni dell'andatura nei soggetti con ictus cronico. La tACS sembra avere un potenziale di recupero motorio post-ictus come gli altri NIBS, ma un numero rilevante di studi randomizzati e controllati (RCT) nella popolazione colpita da ictus sono molto limitati rispetto a quelli della tDCS. Sia tDCS che tACS sono portatili, facili da usare e inducono solo lievi effetti avversi. Ad oggi, ci sono pochi studi che confrontano gli effetti della tDCS con quelli della tACS. In termini di efficacia nell’alterazione dell’eccitabilità corticale, con modelli di stimolazione simili (1,0 mA e 10 minuti), la tACS ha aumentato significativamente l’eccitabilità corticale rispetto alla simulazione nei soggetti sani, tuttavia la tDCS non è stata maggiore rispetto alla simulazione. In termini di prestazioni motorie, sia la beta-tACS (20 Hz) che la anodica-tDCS su M1 potrebbero aumentare il tempo di reazione nei soggetti sani, senza differenze significative nel recupero. Tuttavia, nelle persone con deterioramento cognitivo lieve, è stato dimostrato che la tACS (40 Hz) applicata sulla DLPFC a 2 mA aumenta l'attività beta e la funzione cognitiva rispetto a 2 mA-tDCS e sham. tACS sembrava essere superiore a tDCS nel migliorare i risultati cognitivi.

Fino ad ora, non esistono studi che confrontino gli effetti della tDCS e della tACS nella popolazione colpita da ictus, in particolare sulle prestazioni motorie. Per migliorare le prestazioni motorie, l'M1 è l'obiettivo più comune della stimolazione elettrica. Inoltre, è stato segnalato che la stimolazione M1 insieme all'allenamento motorio migliora le prestazioni motorie e cognitive. Il presente studio indagherà gli effetti di tDCS e tACS applicati su M1 combinati con la terapia fisica sull'attività corticale, sugli esiti motori e cognitivi in ​​individui con ictus in fase subacuta e cronica entro 2 anni dall'ictus. Entrambe le tecniche tES saranno combinate con la terapia fisica convenzionale per 15 sessioni (3 giorni a settimana, 5 settimane) seguite dall'allenamento motorio come raccomandato dall'ASA. L'attività corticale sarà valutata mediante EEG e servirà come risultato primario. Verrà analizzata la potenza spettrale assoluta di ciascuna banda di frequenza (alfa, beta, delta, theta). Inoltre, l'analisi dell'attività cerebrale sarà focalizzata sull'indice di simmetria cerebrale (BSI) che rappresenta l'equilibrio tra gli emisferi controlesionale e ipsilesionale. I risultati clinici verranno forniti come risultato secondario, poiché le valutazioni delle prestazioni degli arti superiori consisteranno nella valutazione Fugl-Meyer della parte superiore (FMA-UE) e nel test della funzione motoria del lupo (WMFT). Per le prestazioni degli arti inferiori verrà effettuata la valutazione Fugl-Meyer degli arti inferiori (FMA-LE) e il Timed Up and Go test (TUG). Five Time Sit to Stand (FTST), analisi dell'andatura ed equilibrio utilizzando il software e la piattaforma Zebris Force Distribution Measurement-T (FDM). La funzione cognitiva sarà esaminata dal Montreal Cognitive Assessment (MoCA) nella versione tailandese. Tutti i risultati saranno valutati prima, dopo l'intervento e nei follow-up a 1 e 3 mesi.