Efeito da Estimulação Epidural na Ativação Muscular e na Percepção Sensorial
Neuromodulação das Vias Espinhais Motoras e Sensoriais em Indivíduos Submetidos à Estimulação Medular Epidural
A cada ano, cerca de 34.000 indivíduos são submetidos à cirurgia de estimulação epidural da medula espinhal (SCS) para lidar com dores crônicas debilitantes na região lombar e nas pernas (CLBLP). Embora a aplicação comercial de SCS para tratar CLBLP tenha sido aprovada pelo FDA em 1989, somente na última década foram introduzidos avanços significativos na tecnologia de estimuladores. Por exemplo, os dispositivos SCS tradicionais conseguiram reduzir a dor usando um tipo de estimulação conhecida como estimulação tônica de baixa frequência (LFTS, abaixo de 100 Hz), que dependia da indução de parestesias (ou seja, uma sensação de formigamento) nas áreas de percepção da dor . No entanto, os investigadores agora sabem que o LFTS compromete a informação sensorial que flui de volta para a medula espinhal, o que pode ser importante em outras funções da medula espinhal, como propriocepção e movimento. Por outro lado, inovações recentes na tecnologia de estimuladores agora fornecem a capacidade de aplicar frequências de estimulação de até 10.000 Hz, juntamente com padrões complexos de formas de onda - conhecidos como estimulação de explosão de alta frequência ou HFBS - que podem atenuar a percepção da dor sem a indução de parestesias e o efeito negativo consequências na propriocepção e no movimento. Propomos estudar os efeitos desses recursos recentemente introduzidos na tecnologia SCS nos limiares motores e sensoriais da coluna vertebral, propriocepção e movimento em indivíduos com CLBLP.
A medula espinhal depende da entrada do córtex motor e das extremidades circundantes para iniciar o recrutamento muscular específico, e evidências recentes sugerem que a preservação da informação proprioceptiva temporalmente específica via fibras aferentes primárias da coluna dorsal é crítica para comportamentos motores naturais, como a deambulação. Uma vez que a medula espinhal é exposta durante a colocação do dispositivo SCS, as informações sobre as vias espinhais motoras e sensoriais de um sujeito podem ser facilmente obtidas durante o curso regular do procedimento e comparadas com as respostas proprioceptivas e motoras quando o sujeito está acordado e se movendo com o dispositivo ligado. Nosso laboratório é especializado em registros eletrofisiológicos em indivíduos submetidos à implantação de estimulador da medula espinhal (SCS) para CLBLP, enquanto o Laboratório de Locomoção da MUSC é especializado em quantificar a propriocepção e o movimento em seres humanos. Nesta proposta, os investigadores aplicarão essas técnicas a indivíduos com CLBLP para determinar os efeitos da neuromodulação espinhal nos limiares motores e sensoriais, propriocepção e cinemática.
Visão geral do estudo
Status
Condições
Descrição detalhada
Definições e nomenclatura:
A estimulação da medula espinhal (ECS) será realizada usando um conjunto de pás de 32 eletrodos implantado no espaço epidural dorsal ao longo da região toracolombar da medula espinhal. A matriz será alimentada por um gerador de pulso implantável (IPG) múltiplo independente controlado por corrente (MICC) conectado à pá de acordo com os procedimentos padrão de atendimento para implantação de SCS. Além disso, de acordo com o padrão de atendimento, o potencial evocado motor (MEP), o potencial evocado somatossensorial (SSEP) e a eletromiografia (EMG) serão realizados por meio do sistema de neuromonitoramento intraoperatório IOMAX. O sistema SCS será colocado para fins clínicos, ou seja, tratamento de dor crônica, no entanto, os investigadores coletarão dados em vários pontos durante a colocação. Os procedimentos do estudo adicionarão 15 minutos à cirurgia. O Laboratório de Reabilitação da Locomoção da MUSC - localizado no Edifício C da Faculdade de Profissões da Saúde - abriga um dinamômetro isocinético/isométrico Biodex Pro System 4. O Biodex padronizará a aplicação de testes isocinéticos passivos de flexão/extensão do joelho para cada sujeito cego para investigações proprioceptivas, que serão referidas como limiar para detectar movimento passivo (TTDPM) no restante deste documento. Finalmente, o Laboratório de Avaliação e Energética Locomotora da MUSC - também localizado no Edifício C da Faculdade de Profissões da Saúde - abriga uma Esteira Instrumental de correia dupla que é coplanar com o chão e será usada durante todos os eventos de caminhada. O laboratório também possui um sistema de captura de movimento de 12 câmeras que utiliza rastreadores infravermelhos ativos de LED para rastrear dados de posicionamento cinemático e será usado durante todos os eventos de caminhada. Outra ferramenta oferecida pelo laboratório é um sistema EMG de 16 canais que utiliza eletrodos de superfície para detectar a atividade muscular alvo e também será usado durante todos os eventos de caminhada. Ao todo, a duração total esperada do estudo é de aproximadamente 30 dias.
Uso do dispositivo:
A pá do estimulador epidural e o IPG são dispositivos comercialmente disponíveis aprovados pela FDA, projetados para tratar a dor crônica nas costas e nas extremidades inferiores e serão usados para a finalidade clínica pretendida - estimulação elétrica das fibras da coluna dorsal para mitigar a percepção da dor. O uso de pesquisa deste dispositivo, que adicionará aproximadamente 15 minutos à cirurgia, envolve o registro/estimulação do dispositivo durante o protocolo de neuromonitoramento intraoperatório padrão. Independentemente da participação no estudo, a pá do estimulador e o IPG serão implantados de acordo com o padrão de atendimento para a cirurgia SCS pré-planejada. O sistema de neuromonitoramento intraoperatório IOMAX, equipamento de propriedade da MUSC e operado pela equipe de neurofisiologia da MUSC, é um dispositivo disponível comercialmente usado durante procedimentos cirúrgicos espinhais padrão de atendimento, como implantação de SCS. Independentemente da participação no estudo, o neuromonitoramento intraoperatório via IOMAX ocorrerá de acordo com o padrão de atendimento para a cirurgia SCS pré-planejada. Os seguintes dispositivos são usados apenas para fins de pesquisa. O Biodex Pro System 4, usado regularmente por pesquisadores de reabilitação física aqui no MUSC, é um dispositivo disponível comercialmente que será usado apenas como uma ferramenta de pesquisa para fornecer flexão/extensão isocinética passiva do joelho durante o TTDPM. A Esteira Instrumental, o tapete GAITRite, o sistema de captura de movimento e o sistema MA300 EMG são todos dispositivos disponíveis comercialmente que são usados por pesquisadores do MUSC no College of Health Professions para realizar extensa análise de marcha em indivíduos com vários déficits neurológicos. A análise da marcha está sendo realizada apenas para fins de pesquisa e não é padrão de atendimento para pacientes submetidos à cirurgia SCS.
Número de assuntos:
Os investigadores propõem estudar 5 indivíduos com CLBLP. Um estudo anterior conduzido por Formento et al, 2018 usando SCS e teste proprioceptivo publicou um erro padrão e intervalo de confiança de 95% usando tentativas bem-sucedidas e malsucedidas de SCS (p < 0,05 entre os parâmetros LFTS e sem estimulação, com um mínimo de 10 tentativas por estimulação contexto.) Com base nisso, os investigadores esperam que uma pequena população exiba variação semelhante. O tamanho da amostra do sujeito está em comparação direta com tamanhos de amostra de estudos anteriores de prova de conceito sobre SCS para amostragem de biomarcadores de fisiologia da medula espinhal. A equipe de pesquisa planeja usar um modelo ANOVA de medidas repetidas bidirecionais para investigar as diferenças variáveis no tipo de estimulação e nos parâmetros cinemáticos. Uma comparação post hoc será feita usando um ajuste de Tukey.
Métodos de recrutamento:
Durante a visita clínica pré-operatória do sujeito, o PI perguntará ao potencial participante se ele gostaria de saber mais sobre o estudo. Nesse caso, o PI apresentará o estudo e perguntará se ele pode responder a quaisquer perguntas adicionais sobre o estudo antes de convidar o médico assistente do PI (listado como um membro da equipe do estudo). Caso contrário, o PI sairá da sala e o médico assistente do PI revisará uma lista de verificação de pré-triagem para determinar se os indivíduos podem ser elegíveis para o estudo (nenhuma informação obtida durante a pré-triagem será documentada como dados de pesquisa). Os potenciais participantes serão solicitados a confirmar que têm entre 18 e 80 anos, que foram previamente diagnosticados com CLBLP por um especialista em dor, se sentem que não podem fornecer consentimento físico e/ou cognitivo para a pesquisa e se têm algum história prévia de neoplasia espinhal, infecção, malformação arteriovenosa e/ou irradiação para a coluna vertebral. Se os participantes em potencial responderem não a qualquer uma das duas primeiras perguntas ou sim a qualquer uma das perguntas restantes, eles serão considerados inelegíveis para o estudo.
Atenção cuidadosa será dada à boa comunicação. Será enfatizado que a participação no estudo não é necessária para o tratamento médico padrão de sua condição. Também será enfatizado que o sujeito pode se retirar do estudo a qualquer momento.
Gestão de dados:
Assim que um participante em potencial for questionado se gostaria de saber mais sobre o estudo, ele receberá um ID de participante. Os IDs dos participantes serão atribuídos consecutivamente. Os investigadores manterão um banco de dados que reflita com precisão todos os assuntos em potencial que foram abordados sobre o estudo e os resultados da avaliação de elegibilidade. Para indivíduos elegíveis, os tipos específicos de dados que serão coletados incluem: 1) potenciais de campo local analógico dos eletrodos SCS, MEP, SSEP e EMG, 2) sinais de saída digitais e analógicos do dispositivo de neuromonitoramento intraoperatório IOMAX, 3) digital, dados de deslocamento físico com registro de data e hora capturados da máquina Biodex, 3) dados de posicionamento digital e com registro de data e hora produzidos pelo software PhaseSpace, 5) dados de videografia e 6) quaisquer dados de imagem disponíveis (arquivos dicom). Os dados brutos permanecerão em máquinas de aquisição de dados de propriedade do laboratório com discos rígidos criptografados e armazenados atrás de uma porta trancada quando não forem supervisionados diretamente. Os dados serão copiados de todas as máquinas de aquisição de dados pertencentes ao laboratório e/ou servidores de dados pertencentes ao hospital para um servidor de rede protegido por senha acessível a partir do laboratório sob o número do protocolo IRB e ID do participante. Isso constituirá a cópia principal de todos os dados do laboratório e consistirá em pastas codificadas e identificáveis armazenadas separadamente. O objetivo de manter uma cópia dos dados brutos é caso o servidor seja interrompido e seja necessário reconstruir os dados. Partes dos dados serão copiadas para os dispositivos do usuário final (por exemplo, desktop, laptop etc.) para análise de dados; no entanto, apenas a parte necessária para análise será copiada. Qualquer dispositivo de usuário final, como um laptop que sai fisicamente do laboratório, será criptografado com software aprovado pela MUSC, que usa o algoritmo de criptografia AES em encadeamento de bloco de cifra ou modo XTS com uma chave de 256 bits. As máquinas desktop usadas para análise que não saem do laboratório e são armazenadas em um laboratório trancado não serão criptografadas. Todos os dados sobre aquisição de dados e dispositivos de usuário final serão excluídos na conclusão do estudo. Nenhuma PHI será armazenada em nenhuma máquina de aquisição de dados ou dispositivo de usuário final. Um banco de dados de vinculação associando o ID do participante e os identificadores do sujeito será mantido no MUSC Box, separadamente dos dados da pesquisa. Os identificadores do sujeito a serem coletados incluem nome e sobrenome, sexo, data de nascimento, número do seguro social, número do registro médico, endereço para correspondência e números de telefone. Números de telefone e registros médicos são necessários para uma chamada telefônica de aproximadamente 7 dias feita para indivíduos após a implantação do SCS. Além disso, os investigadores coletarão informações referentes à gravidade da doença para cada indivíduo, incluindo pontuações da Escala Visual Analógica (VAS), uma escala de dor comum e quaisquer outras pontuações de escala de classificação disponíveis. Essas medidas ajudarão a correlacionar nossos dados fisiológicos com a gravidade da doença para cada indivíduo. Os dados de videografia serão armazenados na pasta identificável no servidor de rede protegido por senha. O objetivo desses dados é correlacionar a dinâmica do movimento com os dados da fisiologia. Por fim, os investigadores salvarão os dados de imagem em um servidor de rede protegido por senha para analisar e correlacionar com os dados fisiológicos coletados. Somente o pessoal aprovado pelo IRB terá acesso ao banco de dados de vinculação. Os formulários de consentimento serão armazenados em um armário trancado em um laboratório trancado no Edifício de Ciências Clínicas do MUSC.
Riscos para Sujeitos:
Todos os procedimentos seguirão as diretrizes padrão de atendimento. A equipe de pesquisa acompanhará cada participante por telefone aproximadamente uma semana após o procedimento cirúrgico e durante o retorno de aproximadamente 30 dias, para garantir que os participantes não tenham nenhum problema. No entanto, este estudo ainda apresenta certos riscos, conforme descrito nas seções a seguir:
Complicação cirúrgica
Devido aos 15 minutos extras adicionados à cirurgia, conexão dos terminais das pás fora do campo cirúrgico e pessoal extra na sala, há um risco ligeiramente aumentado de infecção cirúrgica. O risco extra de infecção devido ao protocolo de pesquisa não aumenta esse risco além do risco histórico geral de 1-5% de complicações do procedimento cirúrgico SCS.
TTDPM
Ao testar a retenção de propriocepção das extremidades inferiores, os indivíduos podem sentir desconforto devido à ativação muscular não volitiva que impede o movimento passivo. Para mitigar esse risco, o sistema Biodex possui um gatilho controlado pelo sujeito que interrompe imediatamente o movimento passivo do dinamômetro e pode ser ativado a qualquer momento em que o sujeito sentir desconforto ou dor durante o teste.
Caminhada na superfície e na esteira
Os participantes serão solicitados a andar em um tapete sensível à pressão em velocidades de caminhada auto-selecionadas e em uma esteira em velocidades de caminhada auto-selecionadas com cada cenário tendo o sujeito em um cinto de segurança torácico superior que é amarrado ao teto para proteção contra quedas. Apesar das medidas de segurança acima mencionadas, ainda existe o risco de perda de equilíbrio, queda e possíveis lesões. O risco para os sujeitos por meio dessas tarefas não excede os riscos envolvidos com configurações gerais de fisioterapia e pode resultar em fadiga muscular leve ou desconforto que geralmente desaparece em alguns dias. Os indivíduos terão amplo tempo de descanso e podem ter tempo de descanso adicional a qualquer momento durante os períodos de coleta de dados. Além disso, os participantes serão auxiliados durante grandes movimentos ou durante possíveis transferências em diferentes superfícies por um membro do estudo aprovado pelo IRB.
Fotografia e filmagem
Os indivíduos serão filmados durante a execução de protocolos de SCM supino/caminhada e modulação EMG. Os investigadores também fotografarão e/ou filmarão qualquer outro aspecto da participação do sujeito na pesquisa que ajudará os investigadores a correlacionar a condição do sujeito com os dados EMG e cinemáticos. Os vídeos e fotos gravados podem incluir o rosto inteiro, parte superior do corpo, braços e pernas. Fotografia e videografia carregam um risco de perda de privacidade. Fotos e vídeos serão armazenados em um servidor seguro. Somente pessoal de estudo aprovado terá acesso a esses arquivos.
Perda de Confidencialidade
Riscos adicionais incluem perda de confidencialidade. Para mitigar esse risco, um banco de dados de vinculação associando o ID do participante e os identificadores do sujeito será mantido separadamente dos dados da pesquisa em um servidor protegido por senha e somente o pessoal aprovado pelo IRB terá acesso ao banco de dados de vinculação.
Tipo de estudo
Inscrição (Real)
Estágio
- Não aplicável
Contactos e Locais
Locais de estudo
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South Carolina
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Charleston, South Carolina, Estados Unidos, 29425
- Medical University of South Carolina
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Critérios de participação
Critérios de elegibilidade
Idades elegíveis para estudo
Aceita Voluntários Saudáveis
Gêneros Elegíveis para o Estudo
Descrição
Critérios de Inclusão de Pesquisa
- Indivíduos diagnosticados com CLBLP por um especialista em dor com encaminhamento documentado para avaliação de cirurgia SCS pelo especialista em dor
- Sujeitos com capacidade de andar
- Idade 18-80
Critérios de Exclusão de Pesquisa
- Sujeitos com incapacidade de consentir por si mesmos.
- História prévia de neoplasia espinhal, infecção, malformação arteriovenosa e/ou radiação na coluna vertebral
Plano de estudo
Como o estudo é projetado?
Detalhes do projeto
- Finalidade Principal: Ciência básica
- Alocação: N / D
- Modelo Intervencional: Atribuição de grupo único
- Mascaramento: Nenhum (rótulo aberto)
Armas e Intervenções
Grupo de Participantes / Braço |
Intervenção / Tratamento |
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Experimental: Estimulação Epidural da Medula Espinhal
Indivíduos com dor crônica que foram agendados para receber simuladores de medula espinhal para tratamento padrão.
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Etapa 1: Registro e estimulação dos potenciais espinhais durante a inserção da pá do estimulador espinhal peridural Uma vez colocada a pá peridural, os procedimentos de estudo começarão conectando os terminais da pá a um dispositivo de registro eletrofisiológico para amplificação e filtragem do sinal. Usando esta configuração de gravação, os protocolos de potencial evocado motor (MEP) e potencial evocado somatossensorial (SSEP) serão realizados para determinar os limiares motor e sensorial, respectivamente. Em seguida, o procedimento cirúrgico será retomado e, após a colocação do gerador de pulso implantável (IPG), os procedimentos do estudo serão iniciados novamente e incluirão a ativação dos padrões de estimulação tônica de baixa frequência (LFTS) e estimulação de explosão de alta frequência (HFBS) do pá inserida durante a gravação de sinais EMG. Passo 3: Teste de propriocepção A equipe de pesquisa investigará a mudança percebida no ângulo da articulação do joelho e na direção do movimento relatada pelo sujeito em um Limiar para Detectar Movimento Passivo (TTDPM). O protocolo TTDPM começará com o sujeito sentado no assento de teste Biodex, com a perna não testada pendurada livremente e a perna testada amarrada ao braço giratório do dinamômetro na parte inferior da haste. O sujeito ficará cego quanto ao modo e intensidade da estimulação: HFBS, LFTS ou sem estimulação. O TTDPM consistirá em pelo menos 10 tentativas para cada condição de estimulação escolhida com base nos resultados do SCM. O sujeito tem o controle de um interruptor que interrompe imediatamente o movimento do braço giratório, que deve ser ativado assim que o sujeito perceber o movimento OU se o sujeito começar a sentir qualquer dor ou desconforto durante a tarefa. Etapa 4: Teste de suporte de peso corporal e esteira (BWST) Semelhante à etapa 2, os padrões LFTS e HFBS serão comparados testando sistematicamente cada contato individual no remo enquanto investigam as mudanças na velocidade de passo, padrão e complexidade de modulação EMG. Em relação à análise do módulo EMG, a atividade muscular será registrada bilateralmente via EMG de superfície da musculatura da extremidade inferior. Além disso, os sujeitos também terão marcadores de LED ativos colocados sobre suas roupas para rastrear a cinemática de todo o corpo durante esta parte do estudo. Para otimizar a captura de dados de estado estável na esteira, cada sujeito caminhará por aproximadamente 10 segundos antes dos 30 segundos de coleta de dados (40 segundos por tentativa). Isso permitirá a captura de pelo menos 10 ciclos de marcha em estado estacionário consecutivos (dependendo da cadência) por cada seleção de amplitude para cada técnica de aplicação de estimulação, que será definida pelos parâmetros encontrados durante a caminhada SCM. |
O que o estudo está medindo?
Medidas de resultados primários
Medida de resultado |
Descrição da medida |
Prazo |
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Amplitude de Resposta de Eletromiografia
Prazo: Espera-se que a coleta de dados para a primeira etapa dure aproximadamente quinze minutos durante a cirurgia de estimulação da medula espinhal.
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Durante o teste intraoperatório de vários parâmetros de estimulação, a equipe de pesquisa planeja coletar potenciais evocados via eletromiografia (EMG) como resultado primário para a primeira etapa.
A amplitude do potencial evocado, registrada em músculos específicos de interesse, será coletada para o limiar de ativação da raiz nervosa.
A equipe de pesquisa planeja observar a musculatura recebendo inervação de vários níveis da medula espinhal para determinar qualquer diferença entre os tipos de estimulação em relação ao isolamento da raiz nervosa.
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Espera-se que a coleta de dados para a primeira etapa dure aproximadamente quinze minutos durante a cirurgia de estimulação da medula espinhal.
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Teste de Propriocepção
Prazo: A coleta de dados para a etapa dois deve durar aproximadamente duas horas.
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A sinalização de propriocepção será testada usando uma máquina Biodex que pode aplicar flexão/extensão passiva no joelho enquanto o sujeito relata 1) Sensação de movimento e 2) Direção do movimento.
Dados específicos de interesse serão a quantidade de graus de flexão/extensão do joelho que ocorreram antes que o sujeito perceba o movimento, que é reflexo da sinalização proprioceptiva.
Testar enquanto experimenta vários tipos de estimulação fornecerá informações importantes sobre a modulação sensorial fisiológica do estimulador.
A equipe de pesquisa planeja usar uma ANOVA bidirecional de medidas repetidas com tipo de estimulação epidural e amplitude de corrente acima e abaixo do limite de ativação EMG para investigar os efeitos na sinalização de detecção de propriocepção.
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A coleta de dados para a etapa dois deve durar aproximadamente duas horas.
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Mudança no Sinal de Microvoltagem da Eletromiografia Durante a Caminhada
Prazo: A coleta de dados para a etapa três deve durar aproximadamente duas horas.
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Durante a análise da marcha, a equipe de pesquisa planeja coletar sinais de eletromiografia (EMG) de superfície da musculatura das extremidades inferiores para medir sinergias e amplitudes de ativação.
Segmentos de EMG que são registrados durante a caminhada serão analisados com um algoritmo que produz complexidades hierárquicas representando sinergias musculares conhecidas como modulação EMG.
A equipe de pesquisa planeja usar um modelo ANOVA de medidas repetidas bidirecionais para investigar as diferentes diferenças no tipo de estimulação e efeito na complexidade do módulo EMG para investigar a relação entre a modulação da via sensorial e o controle motor durante a tarefa funcional.
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A coleta de dados para a etapa três deve durar aproximadamente duas horas.
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Colaboradores e Investigadores
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Datas de registro do estudo
Datas Principais do Estudo
Início do estudo (Real)
Conclusão Primária (Real)
Conclusão do estudo (Real)
Datas de inscrição no estudo
Enviado pela primeira vez
Enviado pela primeira vez que atendeu aos critérios de CQ
Primeira postagem (Real)
Atualizações de registro de estudo
Última Atualização Postada (Real)
Última atualização enviada que atendeu aos critérios de controle de qualidade
Última verificação
Mais Informações
Termos relacionados a este estudo
Termos MeSH relevantes adicionais
Outros números de identificação do estudo
- 00089881
Plano para dados de participantes individuais (IPD)
Planeja compartilhar dados de participantes individuais (IPD)?
Descrição do plano IPD
Prazo de Compartilhamento de IPD
Critérios de acesso de compartilhamento IPD
Tipo de informação de suporte de compartilhamento de IPD
- PROTOCOLO DE ESTUDO
- SEIVA
- ANALYTIC_CODE
Informações sobre medicamentos e dispositivos, documentos de estudo
Estuda um medicamento regulamentado pela FDA dos EUA
Estuda um produto de dispositivo regulamentado pela FDA dos EUA
produto fabricado e exportado dos EUA
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