Skutki przezczaszkowej stymulacji elektrycznej u osób po udarze

Udar mózgu jest główną przyczyną zgonów i niepełnosprawności na świecie. Częstość występowania udaru jest wysoka w krajach rozwijających się; na przykład w Tajlandii udar jest jedną z głównych przyczyn zgonów i niepełnosprawności. Szacunkowa częstość występowania udaru mózgu wśród dorosłych w wieku 45 lat i starszych wynosi 1,88%, a współczynnik zgonów z powodu udaru mózgu w ciągu ostatnich 5 lat stale rośnie. Na całym świecie 87 procent osób po udarze cierpiało na udar niedokrwienny, a 13% na udar krwotoczny. Pięćdziesiąt siedem procent przypadków udaru mózgu to nadal niepełnosprawność zgłoszona przez Światową Organizację ds. Udaru Mózgu. Upośledzenie ruchowe jest głównym ograniczeniem po udarze i wpływa na codzienne czynności. U osób po udarze często obserwuje się zaburzenia funkcji poznawczych (tj. funkcji wykonawczych, uwagi i pamięci), które mogą prowadzić do zmniejszenia wydolności funkcjonalnej i wpływać na skuteczność rehabilitacji po udarze.

Udar definiuje się jako nagłą eksplozję neurologiczną spowodowaną upośledzoną perfuzją naczyń krwionośnych do mózgu. Udar niedokrwienny jest spowodowany niedoborem przepływu krwi i dopływu tlenu do mózgu, natomiast udar krwotoczny jest spowodowany krwawieniem lub nieszczelnością naczyń krwionośnych, co powoduje śmierć komórek. Po udarze pobudliwość korowa zmniejsza się w półkuli ipsilesionalnej i wzrasta w półkuli przeciwnej. W rezultacie występuje brak równowagi w hamowaniu międzypółkulowym (IHI) pomiędzy obiema półkulami. Początek zaburzenia równowagi IHI u pacjentów po udarze pozostaje niejasny, chociaż od początku występują zaburzenia motoryczne. Jednak brak równowagi IHI utrzymuje się przez cały okres trwania udaru. Stwierdzono, że brak równowagi IHI jest ujemnie skorelowany z powrotem do zdrowia po udarze; większa nierównowaga była związana z gorszą wydajnością silnika. Brak równowagi IHI nie jest przyczyną słabej regeneracji motorycznej, ale może być konsekwencją leżących u podstaw procesów regeneracji.

Elektroencefalografia (EEG) to nieinwazyjne narzędzie pomiarowe o wysokiej rozdzielczości czasowej, które umożliwia wykrycie podsumowania postsynaptycznych sygnałów elektrycznych neuronów piramidowych w warstwach korowych. EEG jest przydatnym pomiarem po udarze. Stwierdzono, że kilka wskaźników jest powiązanych z rekonwalescencją we wszystkich fazach udaru. W niedawnym przeglądzie przeprowadzonym w 2022 r. wykazano, że wskaźnik symetrii mózgu (BSI) i moc widmowa to najskuteczniejsze wskaźniki umożliwiające przewidywanie powrotu do zdrowia po udarze. BSI jest jednym z bardziej popularnych parametrów pochodzących z EEG, wykorzystywanym do ilościowego określenia średniej asymetrii widmowej pomiędzy dwiema półkulami. Ma normalny zakres od 0 do 1, gdzie 0 oznacza doskonałą symetrię, a 1 oznacza maksymalną asymetrię. Wartość BSI była istotnie wyższa u pacjentów po udarze, wskazując na asymetrię mózgu w porównaniu ze zdrową grupą kontrolną. Van Putten i Tavy wykazali u osób ze świeżym udarem niedokrwiennym mózgu, że BSI nie uległo zmianie w ciągu 24 godzin po udarze, jednakże wykazano dodatnią korelację pomiędzy skalą udarów National Institutes of Health Stroke Scale (National Institutes of Health Stroke Scale). NIHSS); wyższe upośledzenie, większa asymetria mózgu. Donoszono, że wyższa wartość BSI w fazie ostrej do podostrej była związana z niższą sprawnością motoryczną po 4 tygodniach, co sugeruje, że BSI może pomóc w prognozowaniu wyników motorycznych w fazie rekonwalescencji po udarze. Co więcej, analiza mocy widmowej u osób po udarze wykazała wahania oscylacji mózgu spowodowane śmiercią komórek, takie jak wzrost mocy niskich częstotliwości (delta i theta) w półkuli ipsilesional, który wystąpił już minutę po udarze, podczas gdy moc wysokich częstotliwości (alfa i beta) uległy zmniejszeniu. Wzrost aktywności delta po udarze był również ujemnie skorelowany z funkcjonowaniem poznawczym. Aktywność korowa w fazie rekonwalescencji może odzwierciedlać regenerację motoryczną i funkcje poznawcze po udarze. Wzrost fali mózgowej o wysokiej częstotliwości (tj. beta) wiąże się z poprawą regeneracji motorycznej w podostrych i przewlekłych fazach udaru. Ponadto zwiększenie pasma alfa i zmniejszenie pasma delta korelowało z poprawą funkcji poznawczych u osób po udarze.

Regeneracja ruchowa po udarze gwałtownie wzrasta w ciągu pierwszych 3 miesięcy (faza ostra do wczesnej podostrej), a następnie w fazie późnej podostrej (3-6 miesięcy) jest mniej znacząca, następnie spontaniczny powrót do zdrowia prowadzi do stabilnego poziomu granicznego w fazie przewlekłej ( > 6 miesięcy), ale powrót do zdrowia po udarze może wydłużyć się nawet do 2 lat po udarze. Dlatego rehabilitacja może przyspieszyć powrót do zdrowia po udarze, wykraczający poza samoistny powrót do zdrowia w fazie podostrej i przewlekłej. Na powrót do zdrowia po udarze wpływają 2 czynniki: 1) czynniki wewnętrzne, do których należą wiek, płeć, początek udaru, rodzaj udaru, ciężkość, choroby współistniejące, status społeczno-ekonomiczny i profile genetyczne, 2) czynniki zewnętrzne, takie jak wsparcie opiekuna, farmakologia i rehabilitacja program, w którym zastosowano podejście oddolne i odgórne. Rehabilitacja po udarze jest zalecana w celu przyspieszenia powrotu do zdrowia i ograniczenia długotrwałej niepełnosprawności. Wytyczne American Stroke Association (ASA) zalecają, aby pacjenci z udarem wymagali interwencji terapeutycznej co najmniej 3 razy w tygodniu po 20–60 minut na sesję.

Nieinwazyjna stymulacja mózgu (NIBS), tj. przezczaszkowa stymulacja elektryczna (tES), to podejście odgórne, które zaleca się stosować jako dodatkową interwencję w rehabilitacji po udarze. Najbardziej powszechnymi technikami tES stosowanymi w badaniach są 1) przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) i 2) przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS). Różnica między tymi dwiema technikami tES polega na wywoływanych obecnie formach.

1. tDCS dostarcza słaby prąd stały do ​​modulowania pobudliwości korowej za pomocą efektów specyficznych dla polaryzacji. W ograniczonej dawce anodowy tDCS zwiększa pobudliwość korową, podczas gdy katodowy tDCS ją zmniejsza. Istnieje kilka badań opisujących wpływ tDCS na sprawność fizyczną i poznawczą u zdrowych osób, a także u osób z zaburzeniami neurologicznymi. Aby promować przywrócenie równowagi IHI, stosuje się tDCS poprzez jednoczesne nałożenie elektrody anodowej na półkulę ipsilesional i elektrody katodowej na półkulę przeciwną, co nazywa się podwójnym lub dwustronnym tDCS. Wiele metaanaliz i badań indywidualnych wykazało, że obustronny tDCS nad pierwotną korą ruchową (M1) był bardziej skuteczny w poprawie sprawności motorycznej kończyn górnych i dolnych w porównaniu z innymi montażami. W większości poprzednich badań stosowano różne natężenia 2 mA przy czasie trwania stymulacji wynoszącym 20 minut. Jednakże niedawna metaanaliza sugeruje, że czas trwania stymulacji dłuższy niż 20 minut w celu wydłużenia czasu trwania stymulacji i liczby sesji stymulacji w ciągu 15–20 sesji skutecznie wzmacniał wpływ tDCS na funkcje motoryczne. Jeśli chodzi o funkcje poznawcze, niedawna metaanaliza wykazała pozytywny wpływ tDCS zastosowanego na grzbietowo-boczną korę przedczołową (DLPFC) na powrót funkcji poznawczych w porównaniu z leczeniem pozorowanym w populacji po udarze. Poprzednie badanie wykazało, że tDCS ukierunkowany na M1 w połączeniu z treningiem motorycznym może poprawić wydajność motoryczną i poznawczą, chociaż efekt może być mniejszy w porównaniu z ukierunkowaniem na DLPFC.
2. tACS dostarcza przemienny prąd elektryczny w celu modulowania pobudliwości kory mózgowej i endogennych oscylacji mózgu w zależności od częstotliwości. Aktywność częstotliwości alfa (8-12 Hz) i beta (13-30 Hz) jest widoczna w ludzkiej korze sensomotorycznej podczas stanu spoczynku. Z metaanalizy wynika, że ​​tACS dostarczany w zakresie częstotliwości beta może zwiększać pobudliwość korową pierwotnej kory ruchowej. Efekt ten jest szczególnie wyraźny, gdy intensywność stymulacji przekracza 1 mA. W zdrowych populacjach niektóre badania wykazały, że beta-tACS zastosowany zamiast M1 może poprawić uczenie się motoryczne i stwierdzono większy efekt w porównaniu z alfa-tACS. Tę samą obserwację odnotowano w populacji osób po udarze, beta-tACS (20 Hz) przy 1 mA indukowało większe efekty modulacyjne w porównaniu z alfa-tACS (10 Hz przy 1 mA w obszarach związanych z motoryką). Dziesięć sesji tACS przy natężeniu 2 mA przez M1 dotkniętej półkuli wraz z treningiem chodu może poprawić wydajność chodu u osób z przewlekłym udarem. Wydaje się, że tACS ma potencjał w zakresie regeneracji motorycznej po udarze, podobnie jak inne NIBS, ale odpowiednia liczba randomizowanych badań kontrolowanych (RCT) w populacji osób po udarze jest bardzo ograniczona w porównaniu z liczbą tDCS. Zarówno tDCS, jak i tACS są przenośne, łatwe w obsłudze i powodują jedynie łagodne niekorzystne skutki. Jak dotąd niewiele jest badań porównujących efekty tDCS z tACS. Jeśli chodzi o skuteczność w zmianie pobudliwości kory mózgowej, przy podobnych wzorach stymulacji (1,0 mA i 10 min), tACS znacznie zwiększał pobudliwość korową w porównaniu z leczeniem pozorowanym u zdrowych osób, jednakże tDCS nie był większy w porównaniu z leczeniem pozorowanym. Jeśli chodzi o wydajność motoryczną, zarówno beta-tACS (20 Hz), jak i anodowy tDCS w porównaniu z M1 mogą wydłużyć czas reakcji u zdrowych osób, bez znaczącej różnicy w zakresie wyszukiwania. Jednakże u osób z łagodnymi zaburzeniami funkcji poznawczych wykazano, że tACS (40 Hz) zastosowany zamiast DLPFC przy 2 mA zwiększa aktywność beta i funkcje poznawcze w porównaniu z 2 mA-tDCS i leczeniem pozorowanym. tACS okazał się lepszy od tDCS pod względem poprawy wyników poznawczych.

Jak dotąd nie przeprowadzono badań porównujących wpływ tDCS i tACS na populację po udarze mózgu, zwłaszcza na sprawność motoryczną. Aby poprawić wydajność silnika, M1 jest najczęstszym celem stymulacji elektrycznej. Co więcej, doniesiono, że stymulacja M1 w połączeniu z treningiem motorycznym poprawia wydajność motoryczną i poznawczą. W niniejszym badaniu zbadany zostanie wpływ tDCS i tACS zastosowanych na M1 w połączeniu z fizykoterapią na aktywność korową, wyniki motoryczne i poznawcze u osób po udarze mózgu faza podostra i przewlekła w ciągu 2 lat po udarze. Obie techniki tES zostaną połączone z konwencjonalną fizykoterapią przez 15 sesji (3 dni w tygodniu, 5 tygodni), po których nastąpi trening motoryczny zgodnie z zaleceniami ASA. Aktywność korowa zostanie oceniona za pomocą EEG i posłuży jako główny wynik. Przeanalizowana zostanie bezwzględna moc widmowa każdego pasma częstotliwości (alfa, beta, delta, theta). Ponadto analiza aktywności mózgu będzie koncentrować się na wskaźniku symetrii mózgu (BSI), który reprezentuje równowagę pomiędzy półkulą przeciwną i ipsilesyjną. Wyniki kliniczne będą traktowane jako wynik drugorzędny, ponieważ ocena sprawności kończyny górnej będzie polegać na ocenie Fugl-Meyera górnej części ciała (FMA-UE) i teście funkcji motorycznych Wolfa (WMFT). W przypadku kończyn dolnych przeprowadzona zostanie ocena dolnego odcinka Fugl-Meyera (FMA-LE) oraz test Timed Up and Go (TUG). Pięć pozycji siedzących i stających (FTST), analiza chodu i równowaga przy użyciu oprogramowania i platformy Zebris Force Distribution Measurement-T (FDM). Funkcje poznawcze zostaną zbadane przez Montreal Cognitive Assessment (MoCA) w wersji tajskiej. Wszystkie wyniki zostaną ocenione przed i po interwencji oraz po 1 i 3 miesiącach obserwacji.