Terapeutiske effekter av elektrisk vestibulær stimulering (EV) på balanse og gangart (VST)

Bakgrunn og begrunnelse

Stående balanse og stabil gangart opprettholdes gjennom integrering av sensoriske tilbakemeldinger fra den visuelle, somatosensoriske (muskel, hud, sene og leddreseptorer) og vestibulære systemer. Kvaliteten på denne tilbakemeldingen, og sentralnervesystemets evne (hjerne og ryggmarg) til å integrere disse signalene og generere passende motoriske responser dikterer balanse og gangytelse. Aldersrelatert balanseavgang, klinisk kjent som Presbystase, er et av de mest synlige og svekkende aldringstegnene. Mer enn 60 millioner mennesker i USA over 40 år lever med aldersrelaterte balansevansker som øker risikoen for fallrelaterte skader og gjør det stadig vanskeligere å fortsette å leve aktivt og uavhengig. 1-i-3 voksne over 65 fall hvert år og fall er den ledende dødsårsaken hos eldre. Men det er mindre enn 20 000 kliniske spesialister i USA med verktøy for å diagnostisere balansehemming, så for de fleste blir det gjort lite for å adressere synkende balanse til etter at en fallrelatert skade oppstår. Løsningen som tilbys de fleste eldre voksne er et mekanisk balansehjelpemiddel som en rullator, hvis langvarige bruk bare destabiliserer balansen ytterligere.

Vestibulær dysfunksjon er blitt identifisert som den viktigste årsaken til balanse i mer enn 55% av voksne over 50 år, eller rundt 34 millioner mennesker i USA Denne dysfunksjonen påvirker både perifere vestibulære organer i det indre øret og den sentrale vestibulære prosessen i hjernen, og den har også vært knyttet til kognitiv tilbakegang. Nåværende terapeutiske alternativer for å gjenopprette tapt balansefunksjon er begrenset til kirurgiske vestibulære implantater med høy risiko. Den nåværende omsorgsstandarden er treningsbasert terapi som tar sikte på å bidra til å kompensere for nedgang i vestibulær balanse, men det er fortsatt et kritisk gap: ingen allment tilgjengelig ikke-invasiv løsning eksisterer for å gjenopprette tapt vestibulær funksjon eller forhindre ytterligere forverring.

En voksende forskningsdel indikerer at lavt nivå, ikke-invasiv elektrisk stimulering av det vestibulære balansesystemet (EV) kan indusere nevroplastiske endringer ved både cellulære og kretsnivåer, og effektivt gjenopprette perifere og sentrale vestibulære funksjoner. Restaurert vestibulær funksjon har også blitt koblet til gjenopprettet kognitiv funksjon. Etterforskerne har utviklet en ny sub-terskel bredbåndstokastiske EVs (SWSEVs) nevroplastisk stimulering, som er rettet mot perifere og sentrale vestibulære veier. Flere studier har vist at SWSEVS-frekvensene og strømnivåene er trygge, komfortable, godt tolerert og har ingen bivirkninger. Disse studiene har også vist at en terapeutisk behandlingsprotokoll med 18 tjue minutters SWSevs-økter levert over en 5-6 ukers periode resulterte i betydelige forbedringer i balanseytelsen hos ellers sunne voksne i alderen 50-98 år gammel. Disse forbedringene tilskrives nevroplastisk restaurering av både perifer og sentral vestibulær funksjon. De observerte forbedringene vedvarte i minst 3-6 måneder og var tilstrekkelige til å kategorisere individer med høy høstrisiko til lavere fallrisiko.

Mål

Med den foreslåtte pre-kliniske studien har etterforskerne som mål å bestemme sikkerhet, gjennomførbarhet, effekt og utholdenhet av de ovennevnte ikke-invasive SWSEV-ene for å forbedre balansen og gangytelsen hos friske individer over hele levetiden. Spesifikt er vårt mål å måle balanse- og gangytelse før, under og etter eksponering for enkeltøkter og på tvers av gjentatte sekvenser av SWSEV på flere studiepartnernettsteder. Etterforskerne spår at SWSevs-indusert nevroplastisitet kan fremme utvinning av vestibulær funksjon via dokumenterte mekanismer som inkluderer: 1) regenerering av vestibulære hårceller; 2) En økning i synaptisk forsterkning i det vestibulære systemet, 3) en økning i vestibulær afferent/efferent nervefibersledningsevne og eksitabilitet, og 4) økt sentral nevral integrasjon av sensoriske signaler (vestibulær, visuell, somatosensorisk) for motorisk kontroll. Som sådan er vår viktigste hypotese med denne forskningen at eksponering for gjentatte sekvenser av SWSevs vil øke balansen og gangytelsen (f.eks.

Et sekundært mål med denne studien er å avgjøre om endringer i vestibulær funksjon er ledsaget av målbare endringer i kognitiv funksjon.

Til slutt er et tertiært mål med denne forskningen å avgjøre om SWSevs har noen potensiell fordel for deltakere som lider av sporadiske hodepine. Det er noen anekdotiske bevis på at EV-er kan hjelpe med hodepine, spesielt for såkalte "vestibulære migrene"; Imidlertid har dette til dags dato ikke blitt studert formelt.

Deltakere

Sunn unge og eldre voksne deltakere (18 - 100 år) vil bli rekruttert i denne studien. Deltakerne vil bli rekruttert på hvert studiested fra lokalsamfunnet med jungeltelegrafen, studere annonseinnstillinger og Ucalgary deltar nettsted. Alle deltakerne vil bli gitt detaljerte skriftlige og muntlige forklaringer på eksperimentelle mål og prosedyrer, og protokollen vil bli godkjent av Ucalgarys Clinical Health Research Ethics Board (CHREB). Deltakerne vil gi skriftlig informert samtykke før deltakelse.

Metodikk

Deltakelse i dette eksperimentet vil involvere 18 testøkter over en 5-6-ukers periode, samt 3-ukers, 6-ukers, 3-måneders og 6-måneders oppfølgingsøkter. Hver test- og oppfølgingsøkt vil vare under 1 time. Det foreslåtte prosjektet vil benytte seks primære teknikker: (i) elektrisk vestibulær stimulering (SWSEV); (ii) akselerometri; (iii) smarttelefon-appbaserte gang- og balansetester; (iv) klinikeradministrerte funksjonelle gangvurderinger; (v) statiske og dynamiske balansetester ved bruk av en instrumentert balanseplattform; (vi) Kognitive vurderinger. SWSevs testadministratorer vil også samle informasjon om eventuelle bivirkninger under hvert besøk og siden forrige besøk. Deltakerne vil også fylle ut spørreskjemaer når de kommer inn og forlater studien for å vurdere utbredelsen og alvorlighetsgraden av hodepine, kognisjon, svimmelhet, nivå av fysisk aktivitet, samt for å avgjøre om disse hodepine forårsaker noen bemerkelsesverdig funksjonshemming.

(i) Elektrisk vestibulær stimulering (EV) involverer elektrisk aktivering av det perifere vestibulære systemet ved å føre små elektriske strømmer gjennom elektroder plassert på mastoidprosessene (bak ørene) via batteridrevne, konstante strøm isolerte stimulatorer. Denne ikke-invasive, trygge og smertefrie bioelektroniske stimuleringsteknikken bruker ofte enten et stokastisk signal (hvit støy) eller monopolar eller bipolar kvadrat- eller sinusbølgepulser. EV-er brukte vanligvis forskjellige båndbredder av stimulering, fra bredbånd (0-1 kHz) til smalbånd (0-2 Hz) .EVs kan også brukes ved forskjellige stimuleringsamplituder, alt fra de som er under balansen på å fremkalle enhver sensasjon av de som er under-threshold "; ("Supra-terskel";> 0,5 mA). SWSevs nevroplastisk restaurering i denne studien leverer subthreshold, bredbånd, stokastiske stimuli via 2 par engangs engangselektroder festet til hver mastoid og baksiden av nakken. EVS overskrider aldri +/- 3 MA (maskinvare og programvare begrenset), noe som gir den en utmerket sikkerhetsprofil på tvers av en stor og voksende kropp av vitenskapelig litteratur.

(ii) Akselerometri: Deltakerne vil bli instrumentert med bærbare akselerometre (Phybrata Sensor; Protxx Inc.) på hodet over toppen av høyre mastoidprosess, så vel som på toppen av hver fot. Sensoren som er plassert på hodet er validert som et mål på gang- og balanseytelse i flere tidligere studier. Sensorene som er plassert på toppen av foten vil bli brukt til å rekonstruere trinn-for-trinns fotplassering kinematikk under gangprøving. Sensorer festet til hodet vil bli festet til huden med engangs tosidig medisinsk limtape, etter å ha renset huden med en alkoholpinne. Sensorer påført foten under gangprøving vil bli festet med medisinsk tape. Accelerometers samler automatisk og videresender de kinematiske dataene til et smarttelefon-appbasert system.

(iii) Smarttelefon-appbasert gang- og balansetesting: Gang- og balansevurderinger vil bli utført ved hjelp av en smarttelefonapp utviklet av Protxx Inc. Appen guider brukeren gjennom eksperimentelle prosedyrer gjennom instruksjoner på skjermen og auditive pip. Etterforskerne vil bruke appen til å utføre vurderinger av stille stående (3 x 2 min intervaller med å stå stille og avslappet med armene på sidene; 1 min øyne åpne, 1 min øyne lukkede), i tillegg til standard tidsbestemt og gå (tau) oppgave og en overgående gangoppgave. For TUG -oppgaven vil deltakerne begynne å sitte i en stol, og når du blir bedt om av appen, vil stå opp, gå 3 m fremover til en pilon på gulvet, snu rundt 180 grader, deretter gå tilbake til stolen og sette seg ned. For den overgående gangoppgaven vil deltakerne ganske enkelt begynne å stå med tærne over en båndlinje på gulvet, så vil de gå fremover (<50 ') til et sluttmålpilon.

(iv) Funksjonell gangvurdering (FGA): Etterforskerne vil ha trent klinikere som administrerer FGA, som involverer timing 10 forskjellige tester av mobilitet, inkludert: 1) nivå overflatevandring (20 '), 2)' endring-i-i-gange-turen), og vandret med horisens med horis. Vend hver tredje trinn (20 '), 5) gå med sving om å snu retning og stopp (5'), 6) gå med et skritt over en 9 "hindring (dvs. høyden på 2 skokasser), 7) walking med smale base (dvs. trinnsøking (20 '. 10) Å gå opp og ned et sett med 4 trinn ved å bruke et rekkverk om nødvendig.

(v) Kognitive vurderinger: Kognitive vurderinger vil bruke papirbaserte spørreskjemaer for Symbol Digit Matching Task (SDMT) og Montreal Cognitive Assessment (MOCA).

Eksperimentoversikt

Under den første inntaksøkten på studiestedet vil alle deltakerne gjennomgå EV -terskelprøving for å bestemme normaliserte nivåer av EVs som resulterer i balanseforstyrrelser. Denne EVS -terskelprøven vil bli utført ved å administrere svært lave strømmer (starter ved ~ 0,1 mA) til deltakerne som står med lukkede øyne og øker dagens nivå på tvers av forsøk til en EVS -balansertskel er bestemt.

I løpet av alle 18 påfølgende testøkter vil deltakerne utføre gang- og balansetester administrert via en smarttelefon -app (se nedenfor) før og etter en enkelt kontinuerlig økt med SWSEVS (<20 min). Under hver SWSevs -økt vil deltakerne veksle mellom å sitte, stå på det harde gulvet og stå på en skumplate, med intervaller for å ha øynene åpne og lukkede. En etterforsker vil alltid være i nærheten av deltakerne for å beskytte dem mot å falle og gi postural støtte om nødvendig.

Kognitiv testing og spørreskjemaer i hodepine vil bli fullført i løpet av den første og siste av de 18 behandlingsøktene.

I løpet av 3-ukers, 6-ukers, 3-måneders og 6-måneders oppfølgingsøkter, vil deltakerne gjenta gang- og balansetester for å vurdere utholdenheten av eventuelle ytelsesforbedringer målt etter de 18 testøktene.

Statistisk design

For å bestemme den terapeutiske effekten av gjentatte EVS-økter, vil avhengige variabler bli sendt til gjentatte tiltak ANCOVA med stimuleringstype ('under-terskel', 'supra-terskel') og sex ('mann', 'kvinnelig') som mellom fagfaktorer og alder som et kovariat. Ytterligere utforskende analyse av sammenhenger mellom alder og forskjellige avhengige variabler vil bli utført ved bruk av Pearson -korrelasjoner. Et alfa -nivå på 0,05 vil bli brukt som den statistiske signifikanseterskelen for all testing.