Therapeutische effecten van elektrische vestibulaire stimulatie (EV's) op balans en loop (VST)

Achtergrond en reden

Standsaldo en stabiele loop worden gehandhaafd door de integratie van sensorische feedback van de visuele, somatosensorische (spier-, huid-, pees- en gewrichtsreceptoren) en vestibulaire systemen. De kwaliteit van deze feedback, en het vermogen van het centrale zenuwstelsel (hersenen en ruggenmerg) om deze signalen te integreren en geschikte motorische reacties te genereren, bepaalt de balans en loopprestaties. Leeftijdsgebonden balansdaling, klinisch bekend als presbystasis, is een van de meest zichtbare en slopende tekenen van veroudering. Meer dan 60 miljoen mensen in de VS ouder dan 40 jaar leven met leeftijdsgerelateerde evenwichtsstoornissen die hun risico's van valgerelateerde verwondingen vergroten en het steeds moeilijker maken om actief en onafhankelijk te blijven leven. 1-op-3 volwassenen ouder dan 65 jaar daalt elk jaar en valt zijn de belangrijkste doodsoorzaak bij senioren. Maar er zijn minder dan 20.000 klinische specialisten in de VS met de tools om evenwichtsstoornissen te diagnosticeren, dus voor de meeste mensen wordt er weinig gedaan om de dalende balans aan te pakken tot na een valgerelateerd letsel. De oplossing die aan de meeste oudere volwassenen wordt aangeboden, is een mechanische balanshulp zoals een wandelaar, wiens langdurig gebruik de balans alleen maar destabiliseert.

Vestibulaire disfunctie is geïdentificeerd als de primaire oorzaak van evenwichtsdaling bij meer dan 55% van de volwassenen ouder dan 50, of ongeveer 34 miljoen mensen in de VS. Deze disfunctie heeft invloed op zowel de perifere vestibulaire organen in het binnenoor als de centrale vestibulaire verwerking in de hersenen, en het is ook gekoppeld aan cognitieve achteruitgang. De huidige therapeutische opties om de verloren balansfunctie te herstellen, zijn beperkt tot risicovolle chirurgische vestibulaire implantaten. De huidige zorgstandaard is op inspanningen gebaseerde therapie die tot doel heeft te helpen compenseren voor het afnemen van de vestibulaire balans, maar er blijft een kritieke kloof: er bestaat geen breed beschikbare niet-invasieve oplossing om de verloren vestibulaire functie te herstellen of verdere achteruitgang te voorkomen.

Een groeiend aantal onderzoek geeft aan dat lage, niet-invasieve elektrische stimulatie van het vestibulaire balanssysteem (EVS) neuroplastische veranderingen op zowel cellulaire als circuitniveaus kan induceren, waardoor de perifere en centrale vestibulaire functies effectief worden hersteld. Herstelde vestibulaire functie is ook gekoppeld aan een herstelde cognitieve functie. De onderzoekers hebben een nieuw subdrempelwideband stochastische EV's (SWSEV's) neuroplastische stimulatie ontwikkeld, die zich richt op perifere en centrale vestibulaire routes. Meerdere studies hebben aangetoond dat de SWSEVS-frequenties en de huidige niveaus veilig, comfortabel, goed verdragen zijn en geen negatieve bijwerkingen hebben. Deze studies hebben ook aangetoond dat een therapeutisch behandelingsprotocol met 18 twintig minuten SWSEVS-sessies over een periode van 5-6 weken resulteerde in significante verbeteringen in de balansprestaties bij anders gezonde volwassenen van 50-98 jaar oud. Deze verbeteringen worden toegeschreven aan neuroplastisch herstel van zowel perifere als centrale vestibulaire functie. De waargenomen verbeteringen bleven ten minste 3-6 maanden bestaan ​​en waren voldoende om individuen met een hoge herfstrisico opnieuw te categoriseren om het valrisico te verlagen.

Doelstellingen

Met de voorgestelde pre-klinische studie willen de onderzoekers de veiligheid, haalbaarheid, werkzaamheid en persistentie van de bovengenoemde niet-invasieve SWSEV's bepalen om de balans en loopprestaties bij gezonde personen gedurende de levensduur te verbeteren. In het bijzonder is ons doel om de balans- en loopprestaties te meten vóór, tijdens en na blootstelling aan enkele sessies en over herhaalde sequenties van SWSEV's op meerdere studiepartnersites. De onderzoekers voorspellen dat door SWSEV's geïnduceerde neuroplasticiteit het herstel van de vestibulaire functie kan bevorderen via gedocumenteerde mechanismen die: 1) regeneratie van vestibulaire haarcellen omvatten; 2) Een toename van synaptische versterking in het vestibulaire systeem, 3) een toename van vestibulaire afferente/efferente zenuwvezelsgeleidbaarheid en exciteerbaarheid, en 4) verhoogde centrale neurale integratie van sensorische signalen (vestibulaire, visuele, somatosensorische) voor motorische controle. Als zodanig is onze belangrijkste hypothese met dit onderzoek dat blootstelling aan herhaalde sequenties van SWSEV's de balans- en loopprestaties zal verbeteren (bijv. Walking cadans, stabiliteit, enz.).

Een secundaire doelstelling van deze studie is om te bepalen of veranderingen in de vestibulaire functie gepaard gaan met meetbare veranderingen in de cognitieve functie.

Ten slotte is een tertiaire doelstelling van dit onderzoek om te bepalen of SWSEVS een potentieel voordeel heeft voor deelnemers die lijden aan incidentele hoofdpijn. Er is enig anekdotisch bewijs dat EV's kunnen helpen bij hoofdpijn, met name voor zogenaamde "vestibulaire migraine"; Tot op heden is dit echter niet formeel bestudeerd.

Deelnemers

Gezonde jonge en oudere volwassen deelnemers (18 - 100 jaar oud) zullen in deze studie worden aangeworven. Deelnemers worden op elke studiesite van hun lokale gemeenschap geworven via mond -tot -mondreclame, studieadvertenties en de Ucalgary Deelname -website. Alle deelnemers krijgen gedetailleerde schriftelijke en mondelinge verklaringen van experimentele doelen en procedures, en het protocol wordt goedgekeurd door Ucalgary's Clinical Health Research Ethics Board (CHREB). Deelnemers geven voorafgaand aan deelname schriftelijke geïnformeerde toestemming.

Methodologie

Deelname aan dit experiment omvat 18 testsessies gedurende een periode van 5-6 weken, evenals 3 weken durende, 6 weken, 3 maanden en 6 maanden follow-upsessies. Elke test- en follow-up sessie duurt minder dan 1 uur. Het voorgestelde project zal zes primaire technieken gebruiken: (i) elektrische vestibulaire stimulatie (SWSEV's); (ii) versnellingsbak; (iii) smartphone-app-gebaseerde loop- en balanstests; (iv) door clinicus toegediende functionele loopbeoordelingen; (v) statische en dynamische balansstests met behulp van een instrumentaal balansplatform; (vi) Cognitieve beoordelingen. SWSEVS -testbeheerders verzamelen ook informatie over eventuele bijwerkingen tijdens elk bezoek en sinds het laatste bezoek. Deelnemers zullen ook vragenlijsten invullen bij het betreden en verlaten van de studie om de prevalentie en ernst van hoofdpijn, cognitie, duizeligheid, niveau van fysieke activiteit te beoordelen, en om te bepalen of deze hoofdpijn een opmerkelijke handicap veroorzaakt.

(I) Elektrische vestibulaire stimulatie (EV's) omvat het elektrisch activeren van het perifere vestibulaire systeem door kleine elektrische stromen door elektroden te passeren die op de mastoïde processen (achter de oren) worden geplaatst via batterij -aangedreven, constante stroom geïsoleerde stimulatoren. Deze niet-invasieve, veilige en pijnloze bio-elektronische stimulatietechniek maakt gewoonlijk gebruik van een stochastisch signaal (witte ruis) of monopolaire of bipolaire vierkante of sinusgolfpulsen. EV's gebruikten meestal verschillende bandbreedtes van stimulatie, van breedband (0-1 kHz) tot smalband (0-2 Hz). EV's kunnen ook worden toegepast bij verschillende stimulatie-amplitudes, variërend van die welke lager zijn dan het niveau van het oproepen van elke sensatie door de deelnemer ("sub-threshold"; typisch <0,5 ma), die evoke ingedient en balansies ("supra-toedel"; 0,5 mA). De SWSEVS-neuroplastische restauratie in de huidige studie levert subdrempel, wideband, stochastische stimuli via 2 paren wegwerp-elektroden voor één gebruik bevestigd aan elke mastoïde en de achterkant van de nek. EVS overschrijdt nooit +/- 3 MA (Hardware and Software Limited), waardoor het een uitstekend veiligheidsprofiel heeft in een grote en groeiende hoeveelheid wetenschappelijke literatuur.

(ii) Accelerometrie: deelnemers worden geïnstrumenteerd met draagbare versnellingsmeters (phybrata -sensor; Protxx Inc.) op hun hoofd bovenop het juiste mastoïde proces, evenals aan de bovenkant van elke voet. De sensor die op het hoofd is geplaatst, is gevalideerd als een maat voor het loop- en balansprestaties in meerdere eerdere studies. De sensoren die op de bovenkant van de voet worden geplaatst, worden gebruikt om stapsgewijze kinematica te reconstrueren tijdens de looptests. Sensoren die aan het hoofd zijn bevestigd, worden op de huid bevestigd met wegwerp dubbelzijdige medische lijmband, na het reinigen van de huid met een alcoholstaafje. Sensoren die tijdens het lopen op de voet worden toegepast, worden aangebracht met medische tape. De versnellingsmeters verzamelen en geven de kinematische gegevens automatisch door naar een smartphone-app-gebaseerd systeem.

(iii) Smartphone-app-gebaseerde loop- en balanstests: loop- en balansbeoordelingen worden uitgevoerd met behulp van een smartphone-app ontwikkeld door Protxx Inc. De app leidt de gebruiker door de experimentele procedures door middel van instructies op het scherm en auditieve piepjes. Onderzoekers zullen de app gebruiken om beoordelingen uit te voeren van stille staande staan ​​(3 x 2 minuten intervallen van stilstaand en ontspannen met hun armen aan hun zijkanten; 1 minuten ogen open, 1 minuten gesloten ogen), evenals de standaard getimed en go (trokken) taak en een overground wandeltaak. Voor de sleepboottaak beginnen de deelnemers in een stoel, en dan wanneer de app wordt gevraagd, sta op, loop 3 m naar een pilon op de vloer, draai 180 graden rond, keer terug naar de stoel en ga zitten. Voor de overground wandeltaak zullen deelnemers gewoon beginnen met hun tenen over een bandlijn op de vloer te staan, dan lopen ze vooruit (<50 ') naar een einddoel Pilon.

(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) Wandelen met pivot draai om de omgekeerde richting en stop (5'), 6) lopen met een stap over een 9 "obstakel (d.w.z. de hoogte van 2 schoenendozen), 7) lopen met een smalle basis van steun (d.w.z., stappen 'hiel-tot-teen') met een riet met een riet met een riet met een rieting, met een riet van een riet met een rieting, met een riet van 4 stappen.

(v) Cognitieve beoordelingen: cognitieve beoordelingen zullen gebruik maken van papiergebaseerde vragenlijstvormen van de symboolcijferige matching-taak (SDMT) en de Montreal Cognitive Assessment (MOCA).

Experimentoverzicht

Tijdens hun initiële inlaatsessie op de onderzoekslocatie zullen alle deelnemers EVS -drempels testen ondergaan om genormaliseerde niveaus van EV's te bepalen die resulteren in balansverstoringen. Deze EVS -drempeltests zullen worden uitgevoerd door zeer lage stromen (beginnend bij ~ 0,1 mA) toe te dienen aan deelnemers die met hun ogen worden gesloten en het huidige niveau over proeven verhogen totdat een EVS -balansdrempel wordt bepaald.

Tijdens alle 18 latere testsessies zullen deelnemers loop- en balansstests uitvoeren die zijn afgenomen via een smartphone -app (zie hieronder) voor en na een enkele continue sessie van SWSEV's (<20 min). Tijdens elke Swsevs -sessie zullen de deelnemers afwisselen tussen zitten, op de harde vloer staan ​​en op een schuimkussen staan, met intervallen om hun ogen open en gesloten te hebben. Een onderzoeker zal altijd in de buurt zijn van de deelnemers om hen te beschermen tegen vallen en indien nodig houdingsondersteuning te bieden.

Cognitieve testen en hoofdpijnvragenlijsten zullen worden ingevuld tijdens de eerste en laatste van de 18 behandelingssessies.

Tijdens de 3 weken durende, 6 weken, 3 maanden en 6 maanden follow-upsessies zullen deelnemers het loop- en balansstests herhalen om de persistentie van eventuele prestatieverbeteringen te beoordelen die worden gemeten na de 18 testsessies.

Statistisch ontwerp

Om de therapeutische werkzaamheid van herhaalde EVS-sessies te bepalen, zullen afhankelijke variabelen worden onderworpen aan herhaalde maatregelen ANCOVA met stimulatietype ('subdrempel', 'supra-threshold') en geslacht ('mannelijk', 'vrouwelijk') in de tussenpersonen en leeftijd als een covariaat. Verdere verkennende analyse van relaties tussen leeftijd en verschillende afhankelijke variabelen zal worden uitgevoerd met behulp van Pearson -correlaties. Een alfaniveau van 0,05 zal worden gebruikt als de statistische significantiedrempel voor alle testen.