Effetti terapeutici della stimolazione vestibolare elettrica (EV) su equilibrio e andatura (VST)

Background e logica

L'andatura stabile e l'andatura stabile vengono mantenute attraverso l'integrazione del feedback sensoriale dal sistema visivo, somatosensoriale (muscolo, pelle, tendine e recettori articolari) e sistemi vestibolari. La qualità di questo feedback e la capacità del sistema nervoso centrale (cervello e midollo spinale) di integrare questi segnali e generare appropriate risposte motorie determina l'equilibrio e le prestazioni dell'andatura. Il declino dell'equilibrio legato all'età, clinicamente noto come Presbystasis, è uno dei segni di invecchiamento più visibili e debilitanti. Più di 60 milioni di persone negli Stati Uniti di età superiore ai 40 anni vivono con disturbi dell'equilibrio legati all'età che aumentano i loro rischi di lesioni legate alla caduta e rendono sempre più difficile continuare a vivere attivamente e in modo indipendente. 1 su 3 adulti sopra i 65 anni cade ogni anno e le cadute sono la principale causa di morte negli anziani. Ma ci sono meno di 20.000 specialisti clinici negli Stati Uniti con gli strumenti per diagnosticare le menomazioni dell'equilibrio, quindi per la maggior parte delle persone, si fa poco per affrontare il calo dell'equilibrio fino a quando non si verifica un infortunio a caduta. La soluzione offerta alla maggior parte degli adulti più anziani è un aiuto per l'equilibrio meccanico come un deambulatore, il cui uso prolungato destabilizza solo l'equilibrio.

La disfunzione vestibolare è stata identificata come la causa principale del calo dell'equilibrio in oltre il 55% degli adulti di età superiore ai 50 anni, o circa 34 milioni di persone negli Stati Uniti Questa disfunzione influisce sia sugli organi vestibolari periferici nell'orecchio interno che nell'elaborazione vestibolare centrale nel cervello, ed è stata anche legata al declino cognitivo. Le attuali opzioni terapeutiche per ripristinare la funzione di equilibrio perso sono limitate agli impianti vestibolari chirurgici ad alto rischio. L'attuale standard di cura è la terapia basata sull'esercizio che mira ad aiutare a compensare il declino dell'equilibrio vestibolare, ma rimane un divario critico: non esiste una soluzione non invasiva ampiamente disponibile per ripristinare la funzione vestibolare persa o prevenire ulteriori deterioramenti.

Un corpus di ricerca in crescita indica che la stimolazione elettrica non invasiva di basso livello del sistema di equilibrio vestibolare (EVS) può indurre cambiamenti neuroplastici sia a livello cellulare che a circuito, ripristinando efficacemente le funzioni vestibolari periferiche e centrali. Anche la funzione vestibolare restaurata è stata collegata alla funzione cognitiva restaurata. Gli investigatori hanno sviluppato una nuova stimolazione neuroplastica di EV stocastici a banda larga sub-soglia (SWSEV), che si rivolge a percorsi vestibolari periferici e centrali. Numerosi studi hanno dimostrato che le frequenze SWSEV e i livelli attuali sono sicuri, comodi, ben tollerati e non hanno effetti collaterali avversi. Questi studi hanno anche dimostrato che un protocollo di trattamento terapeutico con 18 sessioni SWSEV da venti minuti consegnate in un periodo di 5-6 settimane ha comportato miglioramenti significativi nelle prestazioni dell'equilibrio negli adulti altrimenti sani di età compresa tra 50 e 98 anni. Questi miglioramenti sono attribuiti al ripristino neuroplastico della funzione vestibolare sia periferica che centrale. I miglioramenti osservati sono persistiti per almeno 3-6 mesi e sono stati sufficienti a recaterare gli individui ad alto rischio di caduta per ridurre il rischio di caduta.

Obiettivi

Con lo studio pre-clinico proposto, gli investigatori mirano a determinare la sicurezza, la fattibilità, l'efficacia e la persistenza degli SWSEV non invasivi di cui sopra per migliorare l'equilibrio e le prestazioni dell'andatura in individui sani per tutta la vita. In particolare, il nostro obiettivo è misurare l'equilibrio e le prestazioni dell'andatura prima, durante e dopo l'esposizione a singole sessioni e attraverso sequenze ripetute di SWSEV in più siti di partner di studio. Gli investigatori prevedono che la neuroplasticità indotta da SWSEV può promuovere il recupero della funzione vestibolare attraverso meccanismi documentati che includono: 1) rigenerazione delle cellule ciliate vestibolari; 2) un aumento del guadagno sinaptico nel sistema vestibolare, 3) un aumento della conduttività e eccitabilità delle fibre nervose afferenti/efferenti vestibolari e 4) aumento dell'integrazione neurale centrale dei segnali sensoriali (vestibolare, visivo, somatosensoriale) per il controllo motorio. Pertanto, la nostra principale ipotesi con questa ricerca è che l'esposizione a sequenze ripetute di SWSEV migliorerà le prestazioni dell'equilibrio e dell'andatura (ad esempio, cadenza a piedi, stabilità, ecc.).

Un obiettivo secondario di questo studio è determinare se i cambiamenti nella funzione vestibolare sono accompagnati da cambiamenti misurabili nella funzione cognitiva.

Infine, un obiettivo terziario di questa ricerca è determinare se SWSEV ha qualche potenziale beneficio per i partecipanti che soffrono di mal di testa occasionali. Esistono alcune prove aneddotiche che i veicoli elettrici potrebbero aiutare con il mal di testa, in particolare per le cosiddette "emicranie vestibolari"; Tuttavia, ad oggi questo non è stato formalmente studiato.

Partecipanti

In questo studio saranno reclutati partecipanti ad adulti giovani e più anziani sani (18-10 anni). I partecipanti saranno reclutati in ogni sito di studio dalla loro comunità locale da passaparola, pubblicazioni di annunci di studio e sito Web di partecipazione di Ucalgary. A tutti i partecipanti verranno fornite spiegazioni scritte e orali dettagliate di obiettivi e procedure sperimentali e il protocollo sarà approvato dal Clinical Health Research Ethics Board (CHREB) di Ucalgary. I partecipanti forniranno il consenso informato scritto prima della partecipazione.

Metodologia

La partecipazione a questo esperimento coinvolgerà 18 sessioni di test per un periodo di 5-6 settimane, nonché sessioni di follow-up di 3 settimane, 6 settimane, 3 mesi e 6 mesi. Ogni sessione di test e follow-up durerà meno di 1 ora. Il progetto proposto impiegherà sei tecniche primarie: (i) stimolazione vestibolare elettrica (SWSEV); (ii) accelerometria; (iii) test di andatura e equilibrio basati su app per smartphone; (iv) valutazioni dell'andatura funzionale somministrate dal medico; (v) test di bilanciamento statico e dinamico utilizzando una piattaforma di bilanciamento strumentata; (vi) valutazioni cognitive. Gli amministratori di test SWSEV raccolteranno anche informazioni su eventuali eventi avversi durante ogni visita e dall'ultima visita. I partecipanti completeranno anche questionari quando entrano e usciranno allo studio per valutare la prevalenza e la gravità di mal di testa, cognizione, vertigini, livello di attività fisica, nonché per determinare se questi mal di testa stanno causando una notevole disabilità.

(i) La stimolazione vestibolare elettrica (EV) prevede l'attivazione elettrica del sistema vestibolare periferico passando piccole correnti elettriche attraverso gli elettrodi posizionati sui processi mastoidi (dietro le orecchie) tramite stimolatori isolati a batteria, a batteria. Questa tecnica di stimolazione bioelettronica non invasiva, sicura e indolore utilizza comunemente un segnale stocastico (rumore bianco) o impulsi monopolari o bipolari quadrati o onde sinusoidali. EVS in genere usava diverse larghezze di banda di stimolazione, dalla banda larga (0-1 kHz) a banda stretta (0-2 Hz). EV possono anche essere applicati a diverse ampie di stimolazione, che vanno da quelle che sono al di sotto del livello di evocazione di qualsiasi sensazione da parte del partecipante ("sotto-soglia"; in genere <0,5 Ma), a quelli che evocavano i sensazioni palegose e l'equilibrio di sopravvivenza ". 0,5 Ma). Il ripristino neuroplastico SWSEVS nel presente studio fornisce stimoli stocastici sotto soglia, a banda larga tramite 2 coppie di elettrodi monouso usa e usabili attaccati a ciascun mastoide e alla parte posteriore del collo. EVS non supera mai +/- 3 Ma (hardware e software Limited), dandogli un eccellente profilo di sicurezza attraverso un grande e crescente corpus di letteratura scientifica.

(ii) Accelerometria: i partecipanti saranno strumentati con accelerometri indossabili (sensore Phybrata; Protxx Inc.) sulla testa sopra il processo mastoide giusto, nonché sulla parte superiore di ciascun piede. Il sensore posizionato sulla testa è stato validato come misura delle prestazioni dell'andatura e dell'equilibrio in più studi precedenti. I sensori posizionati sulla parte superiore del piede verranno utilizzati per ricostruire la cinematica del posizionamento del piede passo-passo durante il test dell'andatura. I sensori attaccati alla testa verranno fissati sulla pelle con nastro adesivo medico a doppia faccia usa e getta, dopo aver pulito la pelle con un tampone di alcol. I sensori applicati al piede durante i test dell'andatura saranno fissati con nastro medico. Gli accelerometri raccolgono e trasmettono automaticamente i dati cinematici a un sistema basato su app per smartphone.

(iii) test di andatura e equilibrio basati su app per smartphone: le valutazioni dell'andatura e del bilanciamento verranno eseguite utilizzando un'app per smartphone sviluppata da Protxx Inc. L'app guida l'utente attraverso le procedure sperimentali attraverso istruzioni sullo schermo e segnali acustici uditivi. Gli investigatori useranno l'app per eseguire valutazioni della piedi tranquilla (intervalli di 3 x 2 minuti di fermo e rilassati con le braccia ai lati; 1 minuto di occhi aperti, 1 minuto di occhi chiusi), nonché il compito di cronometraggio standard (rimorchia) e un compito di camminata a terra. Per l'attività di rimorchiatore, i partecipanti inizieranno a sedere su una sedia, quindi quando spinti dall'app, si alzano, camminerà per 3 m in avanti verso un pilone sul pavimento, girano intorno a 180 gradi, quindi torneranno sulla sedia e si siedono. Per il compito di camminata da terra, i partecipanti inizieranno semplicemente a stare con le dita dei piedi su una linea di nastro sul pavimento, quindi cammineranno in avanti (<50 ') fino a un Pilon bersaglio finale.

(iv) Valutazione dell'andatura funzionale (FGA): gli investigatori avranno i medici addestrati somministrando la FGA, che prevede il tempismo di 10 diversi test di mobilità, tra cui: 1) a livello di superficie di livello (20 '), 2) "cambio-gait-gait" che si alternano tra i passi da 3 passi da 3) con una pausa a 3 passi (20) con una pausa a 3 passi (20 passi) con una pausa di verticale a 3 passi da 3) (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) Valutazioni cognitive: le valutazioni cognitive utilizzeranno le forme del questionario basato su carta del compito di abbinamento della cifra del simbolo (SDMT) e della Montreal Cognitive Assessment (MOCA).

Panoramica dell'esperimento

Durante la loro sessione di assunzione iniziale nel sito di studio, tutti i partecipanti subiranno test di soglia EVS per determinare i livelli normalizzati di veicoli elettrici che si traducono in perturbazioni dell'equilibrio. Questo test di soglia EVS verrà effettuato somministrando correnti molto basse (a partire da ~ 0,1 mA) ai partecipanti in piedi con gli occhi chiusi e aumentando l'attuale livello attraverso le prove fino a quando non viene determinata una soglia di bilancio EVS.

Durante tutte le 18 sessioni di test successive, i partecipanti eseguiranno test per andatura e equilibrio amministrati tramite un'app per smartphone (vedi sotto) prima e dopo una singola sessione continua di SWSEV (<20 min). Durante ogni sessione SWSEVS, i partecipanti si alterneranno tra seduti, in piedi sul pavimento duro e in piedi su un cuscinetto in schiuma, con intervalli di aprire gli occhi e chiusi. Un investigatore sarà sempre nelle vicinanze dei partecipanti per proteggerli dalla caduta e fornire supporto posturale se necessario.

Test cognitivi e questionari sul mal di testa saranno completati durante la prima e l'ultima sessione di trattamento.

Durante le sessioni di follow-up di 3 settimane, 6 settimane, 3 mesi e 6 mesi, i partecipanti ripeteranno i test di andatura ed equilibrio per valutare la persistenza di eventuali miglioramenti delle prestazioni misurati dopo le 18 sessioni di test.

Design statistico

Per determinare l'efficacia terapeutica delle ripetute sessioni di veicoli elettrici, le variabili dipendenti saranno sottoposte a misure ripetute ANCOVA con tipo di stimolazione ("sotto-soglia", "sopra-soglia") e sesso ("maschio", "femmina") tra i fattori del soggetto e l'età come covariata. Ulteriori analisi esplorative delle relazioni tra età e diverse variabili dipendenti verranno eseguite usando le correlazioni di Pearson. Un livello alfa di 0,05 verrà utilizzato come soglia di significatività statistica per tutti i test.