Effekten av Theta Burst-stimulering og funksjonell elektrisk stimulering i hjerneslagrehabilitering

Bakgrunn

Nåværende behandlingsstrategier som involverer konvensjonell fysioterapi (PT) har begrenset effekt for å lette motorisk restitusjon etter hjerneslag. Å finne en effektiv intervensjon for å forbedre motorisk restitusjon hos personer med hemiplegi er svært viktig for å forbedre det funksjonelle resultatet og muliggjøre selvstendig liv.

Etter en skade gjennomgår hjernen betydelig omorganisering av funksjonene, noe som resulterer i funksjonell restitusjon, som skjer over en periode på uker til måneder. Denne postlesjonelle reorganiseringen skjer for det meste i premotorisk cortex, dorsolateral prefrontal cortex og supplerende motorisk område, som antas å spille den viktigste rollen i utvinning etter enhver type hjerneskade. Behandlingstilnærminger som kan lette denne omorganiseringsprosessen ved å forbedre den kortikale plastisiteten kan ha en svært viktig rolle i å forbedre det funksjonelle resultatet etter nevronal skade.

Både sentral og perifer stimulering har potensial til å forbedre den kortikale reorganiseringen og funksjonell utvinning etter akutt hjerneslag. Tidligere studier har fastslått at etter et akutt hjerneslag, kan den reduserte eksitabiliteten til den ipsilesionale halvkulen økes ved å stimulere den ipsilesionale halvkulen eller ved å hemme den kontralesjonelle halvkulen. Dette skjer på grunn av det faktum at en hemisfære har hemmende effekt på den andre halvkulen gjennom transcallosal hemming. I foreløpige studier har bruk av høyfrekvent repeterende transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) på motorisk cortex vist seg å gi en økning i kortikospinal eksitabilitet som fører til forbedring av motoriske funksjoner. Theta Burst Stimulation (TBS), som er en ny metode for å levere rTMS ved lavere intensiteter uten risiko for noen større uønskede effekter, har vist seg å være trygg hos kroniske og akutte slagpasienter. I denne forbindelse har intermitterende TBS (iTBS) en stimulerende effekt på hjernen og kontinuerlig TBS (cTBS) har hemmende effekt på hjernen. I foreløpige studier har intermitterende TBS (iTBS) påført den ipsilesionale hemisfæren og kontinuerlig TBS (cTBS) påført den kontralesjonelle halvkulen vist seg å forbedre de motoriske funksjonene og kortikospinalutgangen i de paretiske hendene under eksperimentelle omgivelser. Imidlertid er langsiktige effekter av denne strategien på funksjonelt resultat ikke tidligere studert. Tilsvarende har funksjonell elektrisk stimulering (FES), en form for perifer stimulering, vist seg å forbedre den funksjonelle aktiviteten i overekstremitetene hos pasienter med akutt eller subakutt slag.

Dermed har både TBS og FES et potensial for å forbedre de motoriske funksjonene og det funksjonelle resultatet etter iskemisk hjerneslag. Imidlertid har disse strategiene ikke blitt brukt i kliniske omgivelser, og deres nytte for å fremme motorisk restitusjon utover den for konvensjonell PT har ikke blitt bevist. Hvis det viser seg å være nyttig, har disse teknikkene et potensial for å forbedre det ellers dystre funksjonelle resultatet etter hjerneslag. Hensikten med denne studien er å bestemme effekten av TBS eller FES som et tillegg til fysioterapi for rehabilitering av slagpasienter.

METODER Studiesetting og deltakere Denne studien er en enkelt blind randomisert kontrollert studie for å vurdere effekten av TBS og FES for å forbedre motoriske funksjoner utover standard PT etter akutt hjerneslag. Denne studien ble utført ved Institutt for nevrologi, Sree Chitra Tirunal Institute for Medical Sciences and Technology, Trivandrum, Kerala, India. Vi rekrutterte påfølgende pasienter over en 28 måneders periode fra poliklinikkene og døgnavdelingene. Pasienter med første gang iskemisk slag i den midtre cerebrale arterieterritoriet som presenterte seg innen 10 dager til 30 dager etter debut og hadde evnen til å gi informert samtykke og forstå instruksjoner ble inkludert i denne studien. Alle pasientene gjennomgikk 1,5 T MR og hadde dokumentert enkeltinfarkt i MCA-territoriet uten annen lesjon. Alle pasientene fikk standard medisinsk og rehabiliterende behandling inkludert passiv og aktiv PT. Studien ble godkjent av den institusjonelle etiske komiteen (SCT/IEC/223). Alle pasientene ga skriftlig informert samtykke til å gjennomgå forsøket. Påfølgende pasienter som oppfylte inklusjons- og eksklusjonskriteriene ble randomisert til en av de tre gruppene: (1) de som fikk TBS i henhold til den forhåndsdefinerte protokollen sammen med standard PT (gruppe A); (2) de som mottok FES i henhold til den forhåndsdefinerte protokollen sammen med standard PT (gruppe B); og (3) de som mottok PT (PT) alene (gruppe C).

Tilfeldig tildeling og sekvensgenerering Pasientene ble tilfeldig fordelt i tre grupper etter blokkrandomiseringsmetode. Skjult tildeling ble gjort av prinsipiell etterforsker som blindt fordelte forsøkspersonene i forskjellige grupper i henhold til blokkrandomiseringstabellen for å motta den utpekte intervensjonen

Blinding Etter å ha gitt det informerte samtykket, ble et forsøksperson som oppfyller inklusjons- og eksklusjonskriteriene først vurdert av første medetterforsker for alle utfallsmålene og nevrofysiologiske parametere. Pasienter som var kvalifisert for studien ble allokert til ulike intervensjonsgrupper av prinsipiell etterforsker. Intervensjoner ble gjort av andre medetterforsker for alle forsøkspersonene. Oppfølgingsvurderinger ble gjort av den første medetterforskeren som ble blindet for tildelingen til intervensjonsgrupper.

Resultatmål Ettersom vi i hovedsak ønsket å vurdere øvre ekstremitetsfunksjoner, brukte vi Fugl Meyer Assessment (FMA) skala som det primære utfallsmålet for å vurdere de motoriske funksjonene i øvre ekstremiteter. Dette er en 66-punkts skala for å evaluere funksjoner i øvre lemmer, et standardverktøy for dette formålet. I tillegg brukte vi Modified Rankin Scale (mRS) for å vurdere globalt utfall, National Institute of Health Stroke Scale (NIHSS) for å vurdere alvorlighetsgraden av hjerneslag og Barthel Index (BI) for å vurdere dagliglivets aktiviteter. Disse tre skalaene ble brukt som sekundære utfallsmål.

Resultatskalaer ble brukt ved baseline (T1) og deretter ble påfølgende vurderinger gjort én måned (T2), tre måneder (T3), seks måneder (T4) og ett år (T5) etter innmeldingen.

Beregning av prøvestørrelse Primært utfallsmål for denne studien var Fugl Meyer Assessment av øvre lemmerfunksjoner etter ett år. Tidligere studier har vist at FMA-score øker med 16,5 ± 9,4 etter ett år hos kontrollpersoner.21 Vi antok at for et klinisk meningsfullt resultat, skulle intervensjonen gi en økning på 10 poeng utover kontrollgruppen. For å oppnå dette var det nødvendig med en prøvestørrelse på 14 pasienter i hver arm for en styrke på 80 % med alfa fast på 5 %. I en tidligere studie utført ved vårt institutt var dødeligheten etter hjerneslag 27,2 % etter ett år, av disse døde 72,1 % innen 10 dager etter hjerneslaget.2 Ettersom man har planlagt å inkludere pasienter mellom 10 og 30 dager etter oppstart, for å ta høyde for dødeligheten på 7,6 % etter 10 dager, var den nødvendige prøvestørrelsen 16 i hver gruppe. Med tanke på en frafallsprosent på 20 %, beregnet vi en prøvestørrelse på 20 pasienter i hver gruppe som tilstrekkelig.

TMS-protokoll Vi vurderte hvilemotorterskel (RMT) for begge halvkulene ved baseline ved å bruke Magstim Rapid2 (Whitland, Wales, Storbritannia) stimulator med en åttetallsspole med en ekstern sløyfediameter på 9 cm. Etter å ha fått pasienten til å sitte komfortabelt i en lenestol, ble posterior-anterior orientering brukt over den motoriske cortex (M1) for å innta den optimale hodebunnsposisjonen for å fremkalle MEP i den kontralaterale første dorsal interosseous (FDI) muskelen. RMT ble vurdert fra ipsilesional hemisfære innledningsvis og etterfulgt av kontralesjonell hemisfære i henhold til standardteknikkene. Overflateelektromyogrammer (EMG) ble registrert fra FDI-musklene bilateralt ved bruk av Ag-AgCl-elektroder med en forsterkning på 1-2 mv. Signaler ble filtrert (10Hz-10 KHz), og deretter lagret for off-line analyse. Audiovisuell tilbakemelding av EMG-signalet med høy forsterkning ble gitt for å hjelpe forsøkspersonene til å opprettholde fullstendig avslapning.

Pasienter i gruppe A ble utsatt for TBS i tillegg til standard PT som beskrevet nedenfor. Intermitterende TBS (iTBS), som er tilretteleggende, ble gitt til den ipsilesionale halvkulen og kontinuerlig TBS (cTBS), som er hemmende, ble gitt til den kontralesjonelle hemisfæren. Stimuleringen ble gitt med en intensitet på 60 % av RMT. iTBS-protokollen med 10 utbrudd av høyfrekvent stimulering (3 pulser ved 50 Hz) ble brukt ved 5 Hz hvert 10. sekund for totalt 600 pulser. Når ingen MEP ble fremkalt fra det ipsilesionale motoriske området (<0,05mV), ble 100 % stimulatorintensitet som for den kontralesjonelle halvkulen påført ved speilplasseringen av det kontralesjonelle motoriske området.14 Kontinuerlig TBS ble gitt med en intensitet på 60 % av RMT, 3 pulser ved 50 Hz, gjentatt hver 200 ms for totalt 600 plusser. Både iTBS og cTBS ble levert tre ganger i uken i fire uker.

Funksjonell elektrisk stimulering. Elektrisk stimulering ble gitt med Mega XP (Cybermedic Corporation, Sør-Korea). Pasienten mottok den elektriske stimuleringen i sittende stilling med den berørte armen plassert over puten og elektrodene ble plassert i henhold til mønster 3 [Grasp/Flexion/Extension, PATT (pattern movement)] av FES (F)-modusen til instrumentet. Stimulatorkontrollenheten til maskinen kunne levere vekselstrøm ved en frekvens på 35 Hz, pulsbredde på 200 µs og intensitet på 10~50 mA. Stimulatoren ble satt til å levere avbrutt pulstog med sammentrekning og avspenning for å simulere løfting av øvre lemmer i en funksjonell stilling. FES-gruppestimuleringsøkten ble gitt i 30 minutter for hver dag, 3 ganger i uken (alternative dager) i 4 uker, og den ble samtidig synkronisert med fysioterapien.

Behandlingsprotokoll for fysioterapi Følgende fysioterapiregimer ble fulgt for alle pasientene i studien: Passiv/aktiv bevegelsesområde (ROM) i alle ledd; vektbærende og støttende reaksjon; nå aktiviteter; gripe, holde og slippe; og dagliglivets aktiviteter i øvre ekstremiteter (ADL). Fysioterapiintervensjon ble gitt til alle pasientene fem dager per uke i en måned. Endringer i fysioterapien ble gjort av andre medetterforsker for hver pasient, slik at han eller hun var i stand til å trene selvstendig eller med assistanse fra et familiemedlem etter intervensjonen og ble instruert om å trene en time per dag. I tillegg fortsatte alle pasienter å motta hjemmefysioterapi 1-2 ganger per uke av en fysioterapeut i hjemmet som ble veiledet av andre medetterforsker. Etterforskerne brukte en loggbok for å overvåke den faktiske tiden hver pasient trente hjemme.

Statistiske metoder Vi brukte beskrivende statistikk for å oppsummere dataene. Baseline sammenlignbarhet av grupper, når det gjelder demografiske data og baseline målinger ble vurdert med kjikvadrat test og ANOVA. Ikke-normale data ble utsatt for gjensidig, logaritmisk og eksponentiell transformasjon og Komogrov-Smirnov og Shapiro-Wilks tester ble utført for å vurdere normalitet. Parametriske mål ble analysert med ANOVA etterfulgt av post-hoc analyse med bonferroni korreksjon. Gjentatt mål ANOVA ble brukt for å finne ut mellom gruppe og innenfor gruppe variabilitet. Ikke-parametriske mål ble analysert med Kruskal Wallis test etterfulgt av post hoc analyse med Mann Whitney U test. Friedmans test og Kendalls W test ble gjort for å finne endringene i tre grupper over en periode på ett år. Alle analyser ble gjort ved bruk av SPSS versjon 17.0 og p-verdi på mindre enn 0,05 ble ansett som signifikant.