Effecten van trillingen op de motorische functie van overlevenden van een chronische beroerte

Elk jaar krijgen ruim 600.000 Amerikaanse burgers een zware beroerte. Na acute zorg houdt 30-40% van deze overlevenden blijvende motorische beperkingen op. De motorische symptomen van een beroerte omvatten verlies van spiercontrole aan één kant van het lichaam, spasticiteit en verlies van coördinatie ("dysynergie"). Binnen enkele dagen na de beroerte beginnen overlevende patiënten met fysiotherapie om de beweging te herstellen, waarbij sommigen volledig herstellen. Er zijn echter alleen al in de VS meer dan 5 miljoen mensen die niet zijn hersteld en voor de rest van hun leven ernstig arbeidsongeschikt zijn. Herstel van de functie bereikt doorgaans een plateau binnen 6-12 maanden na een beroerte. Dit functieherstel brengt vermoedelijk 'plastische' veranderingen in de hersenschors met zich mee, waarin nieuwe neurale circuits zich organiseren om de door het letsel beschadigde circuits te vervangen. De oorsprong van verlamming of parese (dat wil zeggen gedeeltelijk bewegingsverlies) en de oorzaak van spasticiteit zijn bij veel patiënten met een beroerte onduidelijk. In een kleine subgroep is het door de beroerte gewonde hersenweefsel gelokaliseerd in de ‘primaire motorische cortex’, die de zenuwcellen bevat die bewegingssignalen naar de spieren sturen. Bewegingsverlies is bij deze personen gemakkelijk te begrijpen. Bij veel beroertes bevindt het letsel zich echter in andere delen van de hersenen of is het diffuser, en het bewegingsverlies is niet zo eenvoudig te verklaren. In veel delen van de hersenen wordt sensorische informatie uit verschillende bronnen, waaronder het proprioceptieve systeem, geïntegreerd en vervolgens doorgegeven aan de motorische cortex om beweging te produceren.

Proprioceptie is het gevoel van lichaamspositie en beweging, dat afkomstig is van sensorische receptoren in spieren, pezen, huid en gewrichten. Uit onderzoek van de afgelopen twintig jaar blijkt dat proprioceptie nauw betrokken is bij de motorische coördinatie. In feite zijn individuen die een snel verlies van proprioceptie lijden, gedurende een bepaalde periode functioneel verlamd. De hypothese die ten grondslag ligt aan onze benadering van revalidatie na een beroerte is dat bij veel overlevenden van een beroerte de schade aan de hersenen een of meer feedbacklussen verstoort die de proprioceptieve ontvangstgebieden van de primaire somatosensorische cortex verbinden (gebieden 1, 2, 3a en 3b). naar de primaire en pre-motorische cortex (gebieden 4 en 6). Zonder proprioceptieve informatie die het motoroutputcentrum binnenkomt, kunnen de hersenen de spieren die nodig zijn om beweging te laten plaatsvinden niet 'lokaliseren'. Onze hypothese is dat de synchrone en repetitieve activiteit van de input- en outputgebieden van de cortex de reorganisatie van de hersenbanen stimuleert, waardoor de feedbacklus(sen) worden gesloten die door de beroerte zijn verstoord. In deze context is het doel van ons onderzoek om het effect te identificeren van een pols-/elleboogrobotondersteunde training in combinatie met proprioceptieve training die wordt gegeven door repetitieve trillingsstimuli in de pezen van de spieren die betrokken zijn bij pols-/elleboogflexie en -extensie op willekeurige bewegingen zoals de het bereiken van bewegingen bij personen met een chronische beroerte.

Bij deze benadering van revalidatie bij een beroerte streven de onderzoekers ernaar de plastische veranderingen in de hersenen na het letsel te versterken door herhaaldelijk de zenuwcellen in de primaire somatosensorische cortex synchroon te laten vuren met zenuwcellen in de functioneel gerelateerde delen van de motorische cortex. Deze aanpak is ontworpen om de verbindingen tussen inkomende proprioceptieve input en uitgaande motoroutput opnieuw op te bouwen.

Het onderzoeksdoel is het ontwikkelen van procedures om deelnemers > 1 jaar na een beroerte te rehabiliteren die, door middel van conventionele therapieën, niet tot een niveau van maximaal herstel worden gebracht. Het doel van het voorgestelde project is om een ​​reeks gegevens te verkrijgen van in totaal 20 deelnemers aan een chronische beroerte, allemaal met ernstige beperkingen aan de bovenste ledematen, tussen de 18 en 85 jaar oud, met behulp van een robottherapeutisch apparaat dat in een biomechanisch laboratorium in het Shirley-laboratorium is geplaatst. Ryan AbilityLab. Met deze gegevens kunnen we kwantificeren in welke mate een combinatie van robotondersteunde oefeningen en peestrilling secundair herstel na een beroerte in de bovenste extremiteit induceert.

Het voorgestelde onderzoeksplan omvat een machine met twee hoofdcomponenten: een reeks bewegingssensoren en sensorische stimulatoren (d.w.z. mechanische vibrators). De bewegingscomponent van de machine roteert het aangetaste gewricht (bijvoorbeeld pols of elleboog) en registreert positie en kracht. De taak van de deelnemer bestaat uit het samentrekken van spieren om te helpen bij de toegepaste beweging. Visuele feedback van de hoeveelheid kracht of elektromyografische (EMG) activiteit geproduceerd door de deelnemer wordt weergegeven op een computerscherm. De geassisteerde beweging activeert de zenuwcellen in de motorische cortex van de hersenen. Terwijl de gecombineerde inspanningen van het robotapparaat en de deelnemer de paretische pols/elleboog van de deelnemer herhaaldelijk in flexie en extensie draaien, levert een paar vibrators hoogfrequente stimulatie (60 pulsen per seconde) aan de corresponderende pezen aan de kant van het gewricht tegenover de patiënt. de agonistische spieren. Het is bekend dat trillingen een effectieve stimulus zijn voor spierspoelen, de belangrijkste sensorische receptoren die bijdragen aan proprioceptie. De trillingsprikkel verhoogt de natuurlijke reactie van de spierspoelen op de gewrichtsrotatie met een factor meerdere. Alleen de verlengingspees wordt op een bepaald moment getrild. De door trillingen geïnduceerde activering van spierspoeltjes in de zich verlengende spier(en) dient om de zenuwcellen in de somatosensorische cortex van de hersenen te activeren. Zo activeert geassisteerde oefening zenuwcellen in het motorische outputgebied van de cortex, terwijl trillingen tegelijkertijd de functioneel gerelateerde zenuwcellen in het sensorische inputgebied activeren, waardoor een stimulans ontstaat om nieuwe verbindingen te ontwikkelen of bestaande verbindingen tussen de twee gebieden te versterken.