Wpływ wibracji na funkcje motoryczne osób, które przeżyły chroniczny udar

Każdego roku ponad 600 000 obywateli USA doświadcza poważnego udaru mózgu. Po ostrej opiece 30–40% osób, które przeżyły, doznaje trwałej niepełnosprawności ruchowej. Objawy motoryczne udaru obejmują utratę kontroli mięśni po jednej stronie ciała, spastyczność i utratę koordynacji („dyssynergia”). W ciągu kilku dni od udaru pacjenci, którzy przeżyli, rozpoczynają fizjoterapię, aby przywrócić ruch, a niektórzy całkowicie wracają do zdrowia. Jednak w samych Stanach Zjednoczonych ponad 5 milionów osób nie wyzdrowiało i są poważnie ubezwłasnowolnione do końca życia. Powrót funkcji zwykle osiąga plateau w ciągu 6-12 miesięcy po udarze. To przywrócenie funkcji prawdopodobnie wiąże się z „plastycznymi” zmianami w korze mózgowej, w których nowe obwody nerwowe organizują się, aby zastąpić te uszkodzone w wyniku urazu. Przyczyna paraliżu lub niedowładu (tj. częściowej utraty ruchu) oraz przyczyna spastyczności u wielu pacjentów po udarze są niejasne. W małej podgrupie tkanka mózgowa uszkodzona w wyniku udaru jest zlokalizowana w „pierwotnej korze ruchowej”, która zawiera komórki nerwowe wysyłające sygnały ruchowe do mięśni. Utrata ruchu jest u tych osób łatwa do zrozumienia. Jednak w przypadku wielu udarów uraz jest umiejscowiony w innych częściach mózgu lub jest bardziej rozlany, a utratę ruchu nie jest tak łatwo wyjaśnić. W wielu obszarach mózgu informacje sensoryczne z różnych źródeł, w tym z układu proprioceptywnego, są integrowane, a następnie przekazywane do kory ruchowej w celu wytworzenia ruchu.

Propriocepcja to poczucie pozycji ciała i ruchu, które pochodzi z receptorów czuciowych w mięśniach, ścięgnach, skórze i stawach. Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich dwóch dekad wskazują, że propriocepcja jest ściśle związana z koordynacją ruchową. W rzeczywistości osoby, które cierpią na szybką utratę propriocepcji, są przez pewien czas funkcjonalnie sparaliżowane. Hipoteza leżąca u podstaw naszego podejścia do rehabilitacji po udarze jest taka, że ​​u wielu osób po udarze uszkodzenie mózgu zakłóca jedną lub więcej pętli sprzężenia zwrotnego, które łączą proprioceptywne obszary pierwotnej kory somatosensorycznej (obszary 1, 2, 3a i 3b). do kory pierwotnej i przedruchowej (obszary 4 i 6). Bez informacji proprioceptywnych docierających do ośrodka motorycznego mózg nie jest w stanie „lokalizować” mięśni potrzebnych do zaistnienia ruchu. Stawiamy hipotezę, że synchroniczna i powtarzalna aktywność obszarów wejściowych i wyjściowych kory stymuluje reorganizację ścieżek mózgowych, zamykając w ten sposób pętlę(-y) sprzężenia zwrotnego zakłóconą przez udar. W tym kontekście celem naszych badań jest identyfikacja wpływu treningu robotycznego nadgarstka/łokcia połączonego z treningiem proprioceptywnym zapewnianym przez powtarzające się bodźce wibracyjne w ścięgnach mięśni biorących udział w zgięciu i wyprostowaniu nadgarstka/łokcia na ruchy dobrowolne, takie jak ruchy sięgające u osób z przewlekłym udarem mózgu.

W tym podejściu do rehabilitacji po udarze badacze mają na celu wzmocnienie zmian plastycznych w mózgu po urazie poprzez powtarzalne wywoływanie synchronicznego pobudzania komórek nerwowych w pierwotnej korze somatosensorycznej z komórkami nerwowymi w funkcjonalnie powiązanych częściach kory ruchowej. Podejście to ma na celu odbudowanie połączeń między przychodzącym wejściem proprioceptywnym a wychodzącą mocą silnika.

Celem badań jest opracowanie procedur rehabilitacji uczestników > 1 roku po udarze, których konwencjonalne terapie nie pozwalają na osiągnięcie maksymalnego poziomu powrotu do zdrowia. Celem proponowanego projektu jest uzyskanie zestawu danych od łącznie 20 uczestników przewlekłego udaru mózgu, wszystkich z ciężką niepełnosprawnością kończyn górnych, w wieku od 18 do 85 lat, przy użyciu zrobotyzowanego urządzenia terapeutycznego umieszczonego w laboratorium biomechaniki w Shirley Laboratorium zdolności Ryana. Dane te pozwolą nam określić ilościowo, w jakim stopniu połączenie ćwiczeń wspomaganych robotem i wibracji ścięgien powoduje wtórny powrót do zdrowia po udarze kończyny górnej.

Proponowany plan badawczy obejmuje maszynę składającą się z 2 głównych elementów, szeregu czujników ruchu i stymulatorów sensorycznych (tj. wibratorów mechanicznych). Element zapewniający zakres ruchu maszyny obraca dotknięty staw (np. nadgarstek lub łokieć) i rejestruje pozycję i siłę. Zadaniem uczestnika jest napinanie mięśni, które wspomagają wykonywany ruch. Wizualna informacja zwrotna na temat wielkości siły lub aktywności elektromiograficznej (EMG) wytworzonej przez uczestnika jest wyświetlana na ekranie komputera. Wspomagany ruch aktywuje komórki nerwowe w korze ruchowej mózgu. Podczas gdy połączone wysiłki robota i uczestnika wielokrotnie obracają niedowładny nadgarstek/łokieć uczestnika w celu zgięcia i wyprostu, para wibratorów zapewnia stymulację o wysokiej częstotliwości (60 impulsów na sekundę) odpowiednim ścięgnom po stronie stawu przeciwnej do mięśnie agonistyczne. Wiadomo, że wibracje są skutecznym bodźcem dla wrzecion mięśniowych, głównych receptorów czuciowych biorących udział w propriocepcji. Bodziec wibracyjny zwiększa kilkukrotnie naturalną reakcję wrzecion mięśniowych na rotację stawu. W danym momencie wibruje tylko ścięgno wydłużające. Wywołana wibracjami aktywacja wrzecion mięśniowych w wydłużających się mięśniach służy do aktywacji komórek nerwowych w korze somatosensorycznej mózgu. Zatem ćwiczenia wspomagane aktywują komórki nerwowe w obszarze wyjścia motorycznego kory, podczas gdy wibracje jednocześnie aktywują funkcjonalnie powiązane komórki nerwowe w obszarze wejścia czuciowego, zapewniając bodziec do opracowania nowych lub wzmocnienia istniejących połączeń między dwoma obszarami.