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Avaliação neurofisiológica permanente dos músculos da extremidade inferior pós-derrame

Published: July 26, 2021 doi: 10.3791/62601
Automatic Translation
1,2, 3, 3, 1,2,3
1Department of Research and Development, Ralph H. Johnson Veterans Administration Medical Center, 2College of Health Professions, Department of Rehabilitation Sciences, Division of Physical Therapy, Medical University of South Carolina, 3College of Health Professions, Department of Health Sciences and Research, Medical University of South Carolina

Summary

Este protocolo descreve o processo para a realização de uma avaliação neurofisiológica dos músculos da extremidade inferior, tibialis anterior e soleus, em posição de pé usando TMS em pessoas pós-acidente vascular cerebral. Esta posição proporciona uma maior probabilidade de obter uma resposta TMS pós-acidente vascular cerebral e permite o uso de energia estimuladora reduzida durante avaliações neurofisiológicas.

Abstract

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta comum usada para medir o comportamento dos circuitos motores em populações saudáveis e com deficiência neurológica. O TMS é usado extensivamente para estudar o controle motor e a resposta à neuroreabilitação das extremidades superiores. No entanto, o TMS tem sido menos utilizado no estudo do controle motor postural e específico para caminhada. O uso limitado e os desafios metodológicos adicionais das avaliações de TMS de extremidade inferior contribuíram para a falta de consistência nos procedimentos de TMS de extremidade inferior dentro da literatura. Inspirado pela diminuição da capacidade de registrar potenciais evocados de motores TMS de extremidade inferior (MEP), este relatório metodológico detalha etapas para permitir avaliações de TMS pós-acidente vascular cerebral em uma postura permanente. A postura permanente permite a ativação do sistema neuromuscular, refletindo um estado mais semelhante ao estado do sistema durante tarefas posturais e ambulantes. Usando placas de força de dois topos, instruímos os participantes a distribuir igualmente seu peso entre suas pernas pareticas e não pareticas. Foi fornecido feedback visual da distribuição de peso dos participantes. Utilizando o software de orientação de imagem, fornecemos pulsos TMS únicos através de uma bobina de cone duplo para os hemisférios lesados e não lesados dos participantes e medimos a resposta corticomotor dos músculos tibialis anterior e soleus não pareticos. A realização de avaliações na posição de pé aumentou a taxa de resposta TMS e permitiu o uso das intensidades de estimulação mais baixas em comparação com a posição padrão sentado/de repouso. A utilização deste protocolo TMS pode fornecer uma abordagem comum para avaliar a resposta corticomotor de extremidade inferior pós-acidente vascular cerebral quando a neuroreabilitação de deficiências posturais e de marcha são de interesse.

Introduction

Estimulação magnética transcraniana (TMS) é um instrumento usado para medir o comportamento de circuitos neurais. A maioria das investigações de TMS com foco no estudo de controle/desempenho motorizado tem sido conduzida nas extremidades superiores. O desequilíbrio entre os estudos de extremidade superior e inferior deve-se, em parte, aos desafios adicionais na medição da resposta corticomotor inferior da extremidade (RMC). Alguns desses obstáculos metodológicos incluem as representações corticais menores dos músculos da extremidade inferior dentro do córtex motor e a localização mais profunda das representações relativas ao couro cabeludo1. Em populações com lesões neurológicas, obstáculos adicionais também estão presentes. Por exemplo, aproximadamente metade dos indivíduos pós-derrame não mostram resposta ao TMS em repouso nos músculos da extremidade inferior2,3. A falta de resposta pós-derrame à TMS é até mesmo observada quando os pacientes mantêm algum controle volitivo dos músculos, indicando pelo menos um trato corticospinal parcialmente intacto.

A falta de respostas mensuráveis de TMS com função motora mantida contribui para a nossa diminuição da compreensão do controle motor postural pós-acidente vascular cerebral e específico para caminhar e dos efeitos neurofisiológicos da neuroreabilitação. No entanto, alguns dos desafios das avaliações neurofisiológicas pós-derrame inferiores foram superados. Por exemplo, uma bobina de cone duplo pode ser usada para ativar de forma confiável os motoneurons de extremidade inferior localizados nas profundezas da fissura interhemisférica1. A bobina de cone duplo produz um campo magnético maior e mais forte que penetra mais fundo no cérebro do que a bobina4mais usada. Outra mudança metodológica que pode ser implementada para aumentar a capacidade de resposta ao TMS é medir a RMC durante uma leve contração voluntária5. Geralmente, essa contração é realizada em um nível predeterminado de torque articular voluntário máximo ou atividade muscular eletromiográfica máxima (EMG). A estimulação do nervo periférico também pode ser usada para obter uma resposta muscular máxima e o EMG registrado desta resposta pode ser usado para definir a ativação voluntária direcionada do músculo.

Realizar a avaliação de TMS após o acidente vascular cerebral durante a contração muscular ativa é bastante comum nas extremidades superiores, onde tarefas isométricas podem imitar atividades funcionais, por exemplo, agarrando/segurando objetos. Em contraste, a caminhada é realizada através da ativação bilateral de múltiplos grupos musculares através de estruturas corticais, subcorticais e medulas espinhais e requer ativação muscular postural para resistir aos efeitos da gravidade. Este estado de ativação provavelmente não se reflete ao medir músculos isolados produzindo uma contração isométrica. Vários estudos anteriores direcionados à compreensão do controle motor postural e específico para caminhar forneceram pulsos TMS enquanto os participantes caminhavam6,7,8 e em pé9,10,11,12,13,14,15 . A medição do RMC na posição vertical permite a ativação de músculos posturais e componentes subcorticais das redes posturais e de controle motor de marcha. Até o momento, não houve relatos de realização de avaliações de TMS permanentes em indivíduos pós-acidente vascular cerebral.

Este estudo propõe uma metodologia padronizada, construída sobre o corpo existente da literatura dos métodos TMS permanentes6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, para avaliação de TMS permanente do pós-acidente vascular cerebral da RMC. Essa metodologia pode ser utilizada por grupos de pesquisa que estudam, mas não se limitando a, déficits posturais e controle motor específico para caminhada pós-acidente vascular cerebral e estabelecem maior consistência dos procedimentos de TMS. O objetivo desta investigação metodológica foi determinar se as avaliações permanentes de TMS são viáveis em indivíduos pós-acidente vascular cerebral com deficiências de marcha moderada. Temos a hipótese de que a realização de avaliações na posição de pé aumentaria a probabilidade de obter uma resposta mensurável (potencial de evocação motora, MEP) e 2) de que a potência/intensidade estimuladora utilizada para realizar avaliações de TMS em pé seria menor do que a das avaliações geralmente realizadas sentadas/de repouso. Acreditamos que a conclusão bem sucedida e o uso generalizado deste protocolo podem levar a uma maior compreensão dos aspectos neurofisiológicos do controle motor postural pós-acidente vascular cerebral e a pé e os efeitos da neuroreabilitação.

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Protocol

Todos os procedimentos foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade Médica da Carolina do Sul e conformes à Declaração de Helsinque.

1. Recrutamento de participantes

  1. Recrute indivíduos após o curso do banco de dados local. Para este experimento, 16 indivíduos foram recrutados a partir de um banco de dados de recrutamento eletrônico local. Em alguns casos, os participantes foram recrutados especificamente porque não responderam ao TMS em repouso em estudos anteriores realizados pelo nosso grupo de pesquisa.
    1. Utilizar os seguintes critérios de inclusão para esta investigação: machos e fêmeas entre 18 e 85 anos, pelo menos 6 meses após o acidente vascular cerebral, paresis residuais das extremidades inferiores e capazes de suportar 10 min sem dispositivo assistivo.
    2. Excluir os participantes se eles tivessem histórico de convulsões, tomar medicamentos prescritos que reduzissem os limiares de convulsão, tivessem histórico de lesão cerebral e/ou outras doenças do sistema nervoso central, tivessem dispositivos ou objetos metálicos implantados na cabeça, ou tivessem artrite grave ou condições ortopédicas limitando sua amplitude passiva de movimento.
      NOTA: A demografia dos participantes está localizada na Tabela 1.
ID de estudo Idade Meses
pós Curso		 Sexo Raça Tipo de Derrame Derrame
Hemisfério		 Altura
(cm)		 Peso
(kg)		 Velocidade de caminhada auto-selecionada (m/s) Ambulante
Ajudar
1 67 28.7 M C Hemorragia intracerebral Direita 180 74.8 0.61 Nenhum
2 84 55.8 F C Isquêmico Direita 165 68.0 0.94 Nenhum
3 56 262.7 F C Hemorragia subaracnóide Esquerda 152 59.0 1.29 Nenhum
4 67 141.8 M C Hemorragia intracerebral Direita 180 72.6 0.27 Cana / AFO
6 48 21.6 M C Hemorragia intracerebral Direita 170 61.2 0.83 Nenhum
7 58 93.9 M C Isquêmico Agudo Esquerda 168 112.5 0.77 Quad Cane / AFO
8 71 55.3 F AA Isquêmico Agudo Esquerda 170 68.0 1.05 Nenhum
9* 65 23.7 M C Isquêmico Agudo Direita 178 84.8 - Joelheira
10 70 26.6 M C Isquêmico Agudo Esquerda 173 78.9 0.81 Nenhum
12 70 10.0 M C Isquêmico Agudo Esquerda 170 86.2 1.11 Nenhum
13 65 80.6 M C Isquêmico Agudo Direita 185 139.7 0.93 Cana / Muleta
14 79 83.0 M C Isquêmico Agudo Direita 175 88.5 0.48 Bengala
15 51 54.4 M AA Isquêmico Agudo Esquerda 178 90.7 1.35 Nenhum
17 65 18.5 M C Isquêmico Agudo Direita 170 74.8 0.28 Bengala
18 63 48.8 F AA Isquêmico Agudo Direita 170 83.9 1.12 Nenhum
19 58 25.9 M C Isquêmico Agudo Ambos 183 88.5 1.10 Nenhum
* Participante removido da análise de dados devido à incapacidade de concluir avaliações necessárias
AFO = ortopórtico do pé do tornozelo

Tabela 1: Demografia dos participantes.

  1. Faça contato inicial com os participantes por telefone e explique brevemente os procedimentos de teste. Convide os interessados para o laboratório.
    1. Ao chegar ao centro de pesquisa, um membro da equipe de pesquisa explica totalmente o protocolo experimental aos possíveis participantes.
    2. Quando um possível participante confirma sua disposição de participar do estudo, obtenha o consentimento por escrito aprovado pelo conselho de revisão institucional local.

2. Sistema de orientação de imagem e configuração do participante

  1. Utilize o software de orientação de imagem para garantir a entrega consistente dos pulsos TMS durante a avaliação.
    1. Inicie um novo projeto usando o modelo de cabeça MNI nativo do sistema de orientação de imagem. Abra o software e selecione Novo Projeto Chefe do MNI.
    2. Na janela pop-up, clique na guia Destinos e clique em Configurar alvos. Determine a localização do couro cabeludo diretamente superior ao giro pré-central e 0,5 cm lateral à linha midsagittal.
    3. Uma vez identificado o local visualmente, adicione uma nova grade retangular clicando no Novo, e depois na Grade Retangular. A grade deve aparecer na tela, e a linha medial deve ser 0,5 cm lateral para a linha midsagittal.
    4. Redimensione a grade digitando 3 e 5 nas caixas de tamanho da grade. Defina o espaçamento da grade para 10 por 10 mm digitando nas caixas de espaçamento da grade. Selecione a ferramenta cursore, em seguida, mova o cursor para a imagem do couro cabeludo.
    5. Pressione e segure o botão do mouse para girar a imagem do couro cabeludo para garantir que todos os pontos da grade estejam tocando a pele. Se os pontos da grade não estiverem no couro cabeludo, ajuste a curvatura da grade movendo o controle deslizante de curvatura.
    6. Repita estes procedimentos para colocar outra grade 3 x 5 sobre o hemisfério oposto.
      NOTA: Isso pode ser realizado antes da inscrição do participante no estudo e chegada ao laboratório. Além disso, a imagem anatômica ponderada T1 de um participante pode ser usada se disponível. Detalhes específicos sobre o uso de Ressonância Magnética anatômica para navegação podem ser encontrados no artigo16publicado anteriormente .
  2. Inicie uma nova sessão dentro do software de orientação de imagem selecionando a guia Sessões assim que o software estiver aberto.
    1. Clique em Novoe, em seguida, em Sessão Online. Na janela seguinte, selecione as duas grades criadas na seção anterior (seção 2.1) clicando nelas e clique em Adicionar.
    2. Na guia IOBox, em opções de gatilho TTL, verifique a caixa ao lado do Switch (Switch In) e insira 0 ms na caixa Hora Morta. Clique no botão Próximo na parte superior. Certifique-se visualmente de que a câmera do sistema de orientação de imagens esteja ativa.
  3. Inicie a inscrição do participante colocando o rastreador de assunto, fornecido com o sistema de orientação de imagens, em torno da testa do participante.
    1. Ajuste manualmente a câmera para garantir que o rastreador participante esteja no meio do campo de visão da câmera. Em seguida, clique na guia Registro na parte superior do software.
    2. Coloque o ponteiro/marcador do sistema de orientação de imagem nos pontos de registro: nasion e os pontos periauriculares direito e esquerdo. Quando o ponteiro for colocado na pele, clique no botão Próximo para registrar os locais de pele do participante no software de orientação de imagem.
    3. Após a captura dos marcos de registro, clique na guia Dimensionamento na parte superior da janela do software. Coloque o ponteiro na posição mais direita, esquerda, superior, frontal e traseira do couro cabeludo do participante.
    4. Clique no botão Seguir em cada local para dimensionar o sistema de orientação de imagem para a cabeça do participante. Após a conclusão do dimensionamento, clique na guia Executar na parte superior do software. O sistema de orientação de imagens está pronto.

3. Preparação e configuração da eletromíografia superficial

  1. Prepare os músculos tibialis anterior (TA) e soleus (SOL) dos participantes para eletrodos de eletromisografia superficial (sEMG). Para preparar a pele para o sEMG, limpe a área usando almofadas alcoólicas e, se necessário, remova qualquer cabelo com uma navalha de segurança de uso único. Coloque os eletrodos de gel descartáveis sEMG de acordo com as diretrizes do SENIAM17.
    NOTA: A colocação do sensor para o TA é 1/3 do caminho para baixo na linha entre a ponta da fíbula e a ponta do maleeolus medial. Para o SOL, coloque o sensor 2/3 da linha entre o condíle medial do fêmur até o maleeolus medial.
  2. Uma vez que os eletrodos estejam ligados, inspecione visualmente o sinal em busca de qualidade. Em seguida, prossiga para envolver as hastes com um curativo elástico para minimizar qualquer movimento dos eletrodos e do artefato resultante durante o teste.
    NOTA: Registo sEMG a 5000 Hz em uma janela de 0,5 s a partir de 0,1 s antes da entrega dos pulsos TMS. A frequência exata de amostragem e a quantidade de dados coletados dependerão do hardware e software utilizados para registrar a resposta sEMG ao TMS. Para obter detalhes sobre o estabelecimento de gravações e análises emG, consulte Tankisi et al.18.

4. A placa de força e a configuração de segurança do participante

  1. Abra o software de coleta de dados e inicie um novo teste para calibrar a placa de força de dois topos.
    1. Clique em Iniciar e inicie um teste FP Zero. Colete 3-5 s de dados sem carga na placa de força e, em seguida, clique em Parar.
    2. Uma vez calibrada a placa de força, o participante foi registrado no sistema de orientação de imagem (seção 2.2), e os eletrodos sEMG foram colocados e testados para a qualidade do sinal (seção 3), instruir o participante a se levantar e encaixá-los com um cinto de segurança.
    3. Faça com que o participante pise na placa de força e padronize sua colocação do pé com fita adesiva pré-aplicada na placa de força para significar a posição mais importante do pé e bordas medial dos pés a mesma distância da linha média.
    4. Conecte o cinto de segurança do participante ao suporte do teto. Coloque um rollator, ou dispositivo similar, ao redor da placa de força para fornecer aos participantes algo para se estabilizarem durante os testes, se necessário.
      NOTA: Certifique-se de que durante todos os procedimentos de TMS em pé os participantes são fixados no teto através de um cinto de segurança para evitar uma queda.
  2. Meça e colete o peso do participante enquanto ele está na placa de força clicando em Iniciar e selecionando um teste estático FP. Registo 2-5 de dados e clique em Parar para terminar o teste.
    1. Ao estar sobre as placas de força, certifique-se de que o software de coleta de dados exibe dois gráficos de barras representando o peso/força sob cada um dos pés do participante(Figura 1A). Quando o participante muda seu peso para um lado, os gráficos da barra mudarão de altura(Figura 1B).
    2. Se um participante descarregar o peso das pernas para os braços, certifique-se de que a tela do gráfico da barra mude de cor(Figura 1C). Depois que um participante se sentir confortável em pé com o mesmo peso distribuído entre as pernas, a medição da RMC pode começar.

Figure 1
Figura 1: A imagem representativa do feedback visual fornecida aos participantes durante a avaliação de TMS em pé. (A) exibe o feedback visual dado aos participantes enquanto estavam de pé com seu peso igualmente distribuído entre as pernas pareticas e não pareticas. As barras verticais representam a quantidade de força medida por cada uma das áreas da placa de força. As linhas horizontais sólidas representam a faixa de força vertical medida para garantir o carregamento do peso corporal nas extremidades inferiores e não através dos braços se os participantes precisarem se estabilizar com o suporte manual fornecido. Se o peso corporal do participante foi deslocado para um lado mais de 5%, as barras verticais mudaram de cor para informar o participante a se inclinar para o lado que foi descarregado, como mostrado em(B). Se o participante carregasse/descarregasse mais de +/- 5% do peso corporal das pernas, a cor da tela de fundo mudaria conforme mostrado em (C). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Avaliação permanente de resposta do corticomotor

  1. Inicie as avaliações neurofisiológicas identificando uma intensidade estimuladora que produz potenciais evocados motores consistentes (MEP), ou seja, amplitude de sinal EMG > 50 μV, e/ou um período corticosilent visível nos músculos ativos, no ta alvo e músculo SOL.
    NOTA: Use uma bobina de cone duplo para fornecer todos os pulsos TMS com a corrente movendo-se através da bobina na direção anterior para posterior. Aplique os pulsos TMS somente quando o participante estiver mantendo a distribuição de peso igual entre suas pernas pareticas e não pareticas, conforme indicado pelos gráficos de feedback/barra visual mencionados na seção anterior (seção 4.2).
    1. Teste o membro paretic primeiro aplicando pulsos TMS no hemisfério lesionado. Comece definindo o nível de potência do estimulador TMS para 50% de saída do estimulador máximo (%MSO) girando o botão de controle de saída. Aplique um único pulso a 50% MSO ao ponto da grade média localizado apenas lateral à fissura longitudinal pressionando o botão de gatilho no estimulador. Aplique pulsos de 2-3 com um intervalo interestimuloso de 5-10 s.
      NOTA: Se um participante apresentar uma resposta a 50% de MSO, pule para a seção 5.2 e inicie a identificação do hotspot.
    2. Se as respostas não forem vistas no TA e sol, aumente a potência do estimulador em 10% MSO girando o botão de controle de saída e entregue pulsos de 2-3 TMS como na etapa 5.1.1.
    3. Se nenhuma resposta for vista após o aumento do estimulador para 60% de MSO, novamente aumente a potência em 10% mso. Se nenhum MEPs for obtido a 70% de MSO, selecione aleatoriamente vários pontos de grade e aplique pulsos TMS para determinar se há uma resposta na configuração de energia atual.
    4. Se nenhuma resposta for registrada em qualquer ponto de grade no atual 70% MSO, retornar à terra inicial do ponto de grade alvo, continuar a aumentar a potência estimuladora em incrementos de 10% de MSO e aplicar estímulos de 2-3 como descrito anteriormente.
      NOTA: Repita este processo até que respostas confiáveis sejam registradas dos músculos alvo ou até que seja determinado que o participante não tenha resposta ao TMS. Nem todos os participantes produzirão uma resposta mensurável ao TMS.
  2. Uma vez identificado o poder estimulador que produz uma resposta consistente, comece a identificar o hotspot, ou seja, o local do couro cabeludo que produz a maior resposta aos pulsos TMS aplicados.
    1. Inicie um novo teste de hotspot clicando em Iniciar e selecionando Hotspot. Aplique uma estimulação de pulso único em cada um dos 15 pontos de grade no nível de potência suprathreshold identificado nas etapas anteriores. Usando o sistema de orientação de imagem, mova a bobina para o primeiro ponto de grade.
    2. Uma vez que a bobina esteja na posição adequada, aplique o pulso TMS pressionando o botão de gatilho na unidade estimuladora. Em seguida, mova a bobina para o próximo local da grade e aplique outro pulso TMS único. Continue até que uma única estimulação tenha sido aplicada em cada ponto de grade e clique em Parar para terminar o teste.
    3. Examine as amplitudes dos sinais sEMG registrados em cada ponto de grade. Identificar visualmente os pontos da grade com a maior amplitude do MEP, registrada nos sinais sEMG, para cada um dos músculos alvos. Os locais da rede com as maiores amplitudes do MEP são os hotspots e serão utilizados para medir a resposta do corticomotor nas seções a seguir.
      NOTA: Em algumas ocasiões, um único local de grade pode fornecer as maiores amplitudes de MEP tanto para o TA quanto para o SOL. Nestes casos, determine os limiares motores para cada músculo separadamente.
  3. Em seguida, determine o limiar motor do músculo alvo utilizando estimativa de parâmetro adaptativo simples por Teste Sequencial (PEST)19,20.
    1. Abra o programa PEST e defina a intensidade inicial do estimulador ao valor suprathreshold usado para identificar o hotspot digitando o valor na caixa.
    2. Inicie um novo teste DE PEST clicando na guia Iniciar no software de coleta de dados e selecione PEST.
    3. Aplique um único pulso TMS no hotspot do músculo alvo identificado na intensidade inicial %MSO exibida no programa PEST. Indique no programa PEST que foi observada uma resposta no sinal sEMG do músculo digitando y ou n. O programa PEST calculará automaticamente a próxima intensidade de estimulação.
    4. Ajuste o nível de potência do estimulador para corresponder ao programa PEST e aplique outro pulso TMS único. Continue esse processo até que o programa PEST determine o limiar motor, indicado por uma mudança de cor da intensidade de estimulação, e termine o teste de coleta de dados clicando na guia Stop.
      NOTA: O procedimento PEST usa um programa livremente disponível que direciona quanto poder estimulador usar com pulsos sucessivos. Um dos programas pest pode ser encontrado aqui: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
  4. Após a identificação do foco do músculo alvo e do limiar motor, inicie a avaliação da RMC. Defina a intensidade do estimulador para 120% do limiar motor determinado.
    1. Inicie um novo teste no software de coleta de dados clicando na guia Iniciar e selecione um teste mep. Coloque a bobina no ponto de acesso do músculo e aplique 10-20 estimulações de pulso único.
    2. Deixe de 5 a 10 s entre cada estimulação. Registo as respostas do SEMG evocadas para análise off-line. Permitir que o participante descanse ad libitum e por tempo suficiente entre os procedimentos de teste para reduzir a probabilidade de o participante desenvolver fadiga, o que pode afetar os resultados.
    3. Clique na guia Parar após a gravação dos MEPs para encerrar o teste.
      NOTA: O pesquisador que manuseia a bobina TMS deve garantir que os participantes tenham distribuição de peso igual sob cada perna imediatamente antes de aplicar qualquer pulso TMS. Se o pesquisador acha que a estimulação foi aplicada enquanto o peso do participante não foi igualmente distribuído, realize uma estimulação adicional e exclua o ensaio anterior de análises futuras. Teste os músculos não pareticos imediatamente após os músculos pareticos. A Figura 2 exibe a configuração experimental durante a avaliação de TMS em pé.

Figure 2
Figura 2: Imagem tomada durante a medição da resposta corticomotor (RMC) na posição de pé. O sistema de orientação de imagens e a atividade sEMG coletada são exibidos ao pessoal de pesquisa durante a coleta de dados, conforme mostrado nos monitores localizados no lado esquerdo da imagem. O feedback visual da distribuição de peso foi fornecido na frente e ligeiramente à direita dos participantes. Os participantes usavam um cinto de segurança que estava preso ao teto para evitar quedas enquanto estavam na placa de força de dois topos. O apoio aos braços dos participantes foi fornecido para ajudar os participantes a se estabilizarem após a aplicação dos pulsos TMS. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Avaliação de resposta corticomotor sentado

  1. Após a conclusão da avaliação de TMS em pé, remedida os limiares do motor e o CMR em posição de repouso/estaca.
    1. Utilize os mesmos procedimentos descritos anteriormente (seções 5.2-5.4). A única mudança é que o participante deve estar sentado em uma cadeira com as pernas apoiadas e músculos relaxados.
    2. Utilize os mesmos pontos de acesso identificados durante a avaliação permanente (seção 5.2) na posição sentada. Realize os testes neurofisiológicos da mesma forma que o usado na posição de pé, exceto pelo uso de uma intensidade de estimulação de 120% do limiar motor de repouso/estação.
      NOTA: Pode ser necessário realizar testes adicionais usando uma potência estimuladora previamente determinada. Por exemplo, se forem realizadas comparações entre a amplitude do MEP em diferentes posições posturais, pode ser necessário utilizar um poder estimulador absoluto semelhante. Isso dependerá da questão da pesquisa em questão e deve ser identificado durante o desenho do estudo.

7. Abordagem estatística

  1. Para testar a hipótese de que a posição levaria a uma maior probabilidade de evocar respostas mensuráveis construir uma tabela 2 x 2 e testar as proporções usando o Teste21de McNemar .
  2. Para comparar os níveis de potência dos limiares motores, use um teste temparelhado nos participantes que tiveram respostas mensuráveis em ambas as posições. Determine significância com um alfa = 0,05.

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Representative Results

Um participante foi retirado da análise devido à incapacidade de tolerar o procedimento de TMS em pé devido à dor pré-existente no joelho e uma ferida diabética recebida antes de sua chegada ao laboratório de pesquisa, deixando um tamanho amostral final de 15. A ferida diabética foi diretamente sobre o TA e impediu quaisquer medidas sEMG deste músculo. Não houve grandes eventos adversos relatados aos investigadores durante os procedimentos de TMS sentados ou em pé. Vários eventos adversos menores foram relatados, como dor muscular no pescoço e leves dores de cabeça. No entanto, esses eventos menores foram relatados no final da sessão de testes, e não ficou claro se os procedimentos sentados ou permanentes eram mais responsáveis por esses efeitos colaterais. Esses pequenos eventos adversos são comumente vistos após avaliações de TMS e dentro da literatura TMS22.

A carga/descarga total do peso corporal durante a aplicação do pulso TMS foi de +0,4% (SD 1,8%) do peso corporal. Isso significa que os participantes não descarregaram o peso corporal das pernas para os braços ao usar o rollador como forma de se sustentar durante os procedimentos de TMS. A distribuição média de peso da perna esquerda dos participantes foi de 50% (SD 6%). Tentamos medir os limiares motores em quatro músculos separados (paretico e não paretico, TA e SOL), levando a um total de 60 limiares motores tanto nas posições em pé quanto em pé. Na posição de pé, conseguimos obter e medir um limiar motor 90,0% do tempo em comparação com 65,0% na posição sentada. Em uma única sessão, era mais provável que a avaliação do limiar do motor na posição de pé resultaria em uma resposta mensurável (McNemar Chi2, correção de Yates, χ = 8,48, P = 0,004) (Tabela 2). Isso concorda com nossa primeira hipótese de que a posição permanente resultaria em uma maior probabilidade de evocar respostas mensuráveis. Nossa segunda hipótese era que ficar em pé resultaria em limiares motores que requerem menor potência estimuladora. Nossos resultados mostram que quando os indivíduos apresentaram limiares motores mensuráveis nas posições sentadas e em pé, os limiares medidos na posição de pé foram menores (N = 38, Posição MT 45% MSO SD 9, Estando MT 53% MSO SD 11, Emparelhado t-estatística 4,99, P < 0,001). A Figura 3 apresenta os limiares motores medidos para cada músculo e condição para todos os participantes.

Sentado
Resposta		 Resposta permanente
Sim Não Total %
Sim 38 1 39 65
Não 16 5 21 35
Total 54 6 60
% 90 10 100

Tabela 2: A tabela construída 2 x 2 mostra a capacidade relatada de produzir com sucesso uma resposta ao TMS e a capacidade de medir um limiar motor nas condições de sessão e de pé. O teste do McNemar foi usado para comparar a probabilidade de obter uma resposta mensurável e verificou-se que as avaliações permanentes eram significativamente mais propensas a evocar uma resposta mensurável em comparação com a realização de avaliações em uma posição sentada.

Figure 3
Figura 3: Limiares motores medidos nos músculos de interesse. As linhas que ligam os valores esquerdo e direito indicam que o indivíduo tinha limiares motores mensuráveis para esse músculo tanto nas posições sentadas quanto em pé. Os limiares do motor são medidos e relatados como uma porcentagem da saída do estimulador máximo (%MSO). (A,B) mostram limiares motores medidos nos músculos tibialis anteriores pareticos e não pareticos, respectivamente. (C, D) mostram os limiares motores dos músculos do soleus paretico e não paretico, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

O protocolo experimental foi bem tolerado pela maioria dos participantes. Um indivíduo não conseguiu completar a avaliação de TMS em pé devido a úlceras de decúbito pré-existentes secundárias a complicações diabéticas e questões ortopédicas envolvendo dor pré-existente no joelho. A quantidade de carga/descarga do peso corporal das pernas foi mínima. No entanto, houve, em média, uma força ligeiramente maior para baixo medida durante a aplicação dos pulsos TMS. Isso é provavelmente devido ao peso da bobina e à pressão descendente aplicada pelos investigadores para garantir que houvesse contato suficiente entre o couro cabeludo/cabeça e a bobina TMS. As mudanças mínimas no peso corporal captadas durante os procedimentos de TMS em comparação com os ensaios estáticos sugerem que nenhum efeito significativo da carga ou descarga do peso corporal contribuiu para nossos resultados. Também examinamos a distribuição de peso entre as pernas e descobrimos que ela era simétrica, com uma média de 50% do peso dos participantes apoiado pelas pernas esquerdas. Espera-se que indivíduos pós-acidente vascular cerebral que possam ficar por 10 minutos com pouco ou nenhum suporte possam completar as avaliações de TMS em pé descritas. A posição em pé permitiu uma maior taxa de resposta ao TMS em comparação com a posição de descanso/sessão. O aumento da capacidade de resposta do TMS na posição de pé pode permitir que indivíduos que foram previamente desqualificados de estudos neurofisiológicos devido à falta de resposta mensurável de TMS se qualifiquem para estudos futuros que investiguem o controle motor pós-acidente vascular cerebral postural e específico para andar. O aumento do pool de participantes elegíveis pode levar a uma maior generalização dos achados de pesquisa em toda a população pós-acidente vascular cerebral.

Os limiares motores avaliados na posição de pé foram medidos a um %MSO mais baixo. Os limiares motores pós-acidente vascular cerebral são frequentemente aumentados23 e requerem estimulação em um alto %MSO para medir o CMR. Aplicar pulsos TMS de alta potência com uma bobina de cone duplo pode levar a contrações musculares faciais e superiores que podem ser desconfortáveis para os participantes da pesquisa. A realização de avaliações neurofisiológicas em menor intensidade pode aumentar a tolerabilidade dos procedimentos de TMS em alguns participantes pós-acidente vascular cerebral e aumentar a participação nesses tipos de estudos.

Esta metodologia descreve o processo de medição da resposta corticomotor ao TMS de pulso único. No entanto, paradigmas de pulso emparelhado também podem ser coletados na posição de pé. A inibição intracortical de latência de curta duração (SICI) e a facilitação intracortical (ICF) utilizam dois pulsos TMS fornecidos pela mesma bobina com intervalos interestimulosos de 2 e 10 ms,respectivamente 24. Essas medidas intracorticais podem fornecer detalhes adicionais sobre o estado neurofisiológico/comportamento do sistema nervoso durante a posição em comparação apenas com os limiares motores.

Como em todos os métodos científicos, há limitações ao protocolo atual. Um item importante a considerar é que indivíduos com hemiparese pós-acidente vascular cerebral não realizam atividades da mesma forma que grupos neurologicamente intactos. As pessoas na fase crônica pós-AVC geralmente desenvolveram estratégias compensatórias para realizar tarefas físicas25,26, que se estende para manter uma postura vertical. Mesmo com peso igual/simétrico entre os membros pareticos e não pareticos, os participantes pós-acidente vascular cerebral podem não estar em uma postura vertical simétrica. A padronização das posições dos pés na placa de força pode ajudar a conter essa limitação. Outra limitação é que investigações recentes sugeriram o registro de mais de 10 potenciais evocados por motores27,devido à variabilidade conhecida na RMC. Nesta investigação, optamos por registrar apenas 10 pulsos de teste para reduzir a carga dos participantes enquanto estava em pé. Como mencionado anteriormente, este protocolo foi bem tolerado/realizado por indivíduos que têm a capacidade de ficar independentes por pelo menos 10 minutos. Este fato pode limitar o uso deste protocolo em níveis de incapacidade elevado/grave pós-acidente vascular cerebral ou em indivíduos com limitações ortopédicas.

Os métodos de avaliação neurofisiológica das extremidades inferiores, e especialmente em populações com deficiência neurológica, ainda não receberam muita consistência dentro da literatura. Quando a postura e os prejuízos específicos para a caminhada e/ou a reabilitação da extremidade inferior são o foco principal, não há consenso sobre o melhor método de uso. Por exemplo, as comparações entre medidas de repouso, ativa e permanente e como essas medidas se relacionam com a incapacidade clínica não foram totalmente investigadas. A maioria dos pesquisadores concordaria que a bobina de cone duplo é o dispositivo mais apropriado para usar para estimular as representações corticais da extremidade inferior. Fora desse parâmetro, grande parte dos estudos de TMS de extremidade inferior são feitos aos padrões individuais de grupos de pesquisa. A falta de consistência entre os grupos de pesquisa aumenta a dificuldade em realizar avaliações metaaládis maiores necessárias para ampliar a generalizabilidade dos achados da pesquisa. Neste protocolo, fornecemos uma base para procedimentos TMS de extremidade inferior que podem ser usados em estudos que investigam o controle motor postural e específico para caminhar e a neuroreabilitação pós-acidente vascular cerebral.

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Disclosures

Os autores declaram que não possuem conflitos de interesse reais ou percebidos relacionados ao trabalho relatado.

Acknowledgments

Os autores gostariam de reconhecer o Sr. Brian Cence e a Sra. Alyssa Chestnut por suas contribuições para o recrutamento de participantes e coleta de dados.

O financiamento para este projeto foi concedido em parte por um Prêmio de Desenvolvimento Técnico do Centro Nacional de Neuromodulação para Reabilitação (NM4R) (HD086844) e pelo Prêmio de Pesquisa e Desenvolvimento de Carreira em Desenvolvimento de Assuntos Veteranos 1 (RX003126) e Prêmio Mérito (RX002665).

O conteúdo deste relatório não representa as opiniões do Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA, dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA ou do Governo dos Estados Unidos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Data Acquisition Software MathWorks MatLab The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal)
Double-cone coil Magstim D110 Double-cone coil for TMS pulse delivery
Dual force plate Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) Dual-top Accusway Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently.
Dual-pulse TMS Magstim Bistim 200 Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications
EMG pre-amplifiers Motion Labs Inc MA-422 Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes
EMG system Motion Labs Inc MA400 EMG system for data collection
Neuronavigation System Rogue Research Brainsight Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software.
Recruitment Database N/A N/A Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies.
TMS unit (x2) Magstim Magstim 200 Delivers TMS pulses

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References

  1. Kesar, T. M., Stinear, J. W., Wolf, S. L. The use of transcranial magnetic stimulation to evaluate cortical excitability of lower limb musculature: Challenges and opportunities. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (3), 333-348 (2018).
  2. Sivaramakrishnan, A., Madhavan, S. Absence of a transcranial magnetic stimulation-induced lower limb corticomotor response does not affect walking speed in chronic stroke survivors. Stroke. 49 (8), 2004-2007 (2018).
  3. Kindred, J. H., et al. Individualized responses to ipsilesional high-frequency and contralesional low-frequency rTMS in chronic stroke: A pilot study to support the individualization of neuromodulation for rehabilitation. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 578127 (2020).
  4. Lu, M., Ueno, S. Comparison of the induced fields using different coil configurations during deep transcranial magnetic stimulation. PLoS One. 12 (6), 0178422 (2017).
  5. Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. The Journal of Physiology. 388, 397-419 (1987).
  6. Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. The Journal of Physiology. 513, Pt 2 599-610 (1998).
  7. Capaday, C., Lavoie, B. A., Barbeau, H., Schneider, C., Bonnard, M. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 81 (1), 129-139 (1999).
  8. Schubert, M., Curt, A., Colombo, G., Berger, W., Dietz, V. Voluntary control of human gait: conditioning of magnetically evoked motor responses in a precision stepping task. Experimental Brain Research. 126 (4), 583-588 (1999).
  9. Ackermann, H., Scholz, E., Koehler, W., Dichgans, J. Influence of posture and voluntary background contraction upon compound muscle action potentials from anterior tibial and soleus muscle following transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 81 (1), 71-80 (1991).
  10. Lavoie, B. A., Cody, F. W., Capaday, C. Cortical control of human soleus muscle during volitional and postural activities studied using focal magnetic stimulation. Experimental Brain Research. 103 (1), 97-107 (1995).
  11. Soto, O., Valls-Solé, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 1711-1717 (2006).
  12. Kesar, T. M., Eicholtz, S., Lin, B. J., Wolf, S. L., Borich, M. R. Effects of posture and coactivation on corticomotor excitability of ankle muscles. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (1), 131-146 (2018).
  13. Nandi, T., et al. In standing, corticospinal excitability is proportional to COP velocity whereas M1 excitability is participant-specific. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 303 (2018).
  14. Tokuno, C. D., Keller, M., Carpenter, M. G., Márquez, G., Taube, W. Alterations in the cortical control of standing posture during varying levels of postural threat and task difficulty. Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1010-1016 (2018).
  15. Mouthon, A., Taube, W. Intracortical inhibition increases during postural task execution in response to balance training. Neuroscience. 401, 35-42 (2019).
  16. Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (144), (2019).
  17. Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst-Klug, C., Rau, G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. Journal of Electromyography and Kinesiology. 10 (5), 361-374 (2000).
  18. Tankisi, H., et al. Standards of instrumentation of EMG. Clinical Neurophysiology. 131 (1), 243-258 (2020).
  19. Mishory, A., et al. The maximum-likelihood strategy for determining transcranial magnetic stimulation motor threshold, using parameter estimation by sequential testing is faster than conventional methods with similar precision. The Journal of ECT. 20 (3), 160-165 (2004).
  20. Borckardt, J. J., Nahas, Z., Koola, J., George, M. S. Estimating resting motor thresholds in transcranial magnetic stimulation research and practice: a computer simulation evaluation of best methods. The Journal of ECT. 22 (3), 169-175 (2006).
  21. McNemar, Q. Note on the sampling error of the difference between correlated proportions or percentages. Psychometrika. 12 (2), 153-157 (1947).
  22. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  23. McDonnell, M. N., Stinear, C. M. TMS measures of motor cortex function after stroke: A meta-analysis. Brain Stimulation. 10 (4), 721-734 (2017).
  24. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. The Journal of Physiology. 586 (2), 325-351 (2008).
  25. Chen, G., Patten, C., Kothari, D. H., Zajac, F. E. Gait differences between individuals with post-stroke hemiparesis and non-disabled controls at matched speeds. Gait & Posture. 22 (1), 51-56 (2005).
  26. Knarr, B. A., Reisman, D. S., Binder-Macleod, S. A., Higginson, J. S. Understanding compensatory strategies for muscle weakness during gait by simulating activation deficits seen post-stroke. Gait & Posture. 38 (2), 270-275 (2013).
  27. Ammann, C., et al. A framework to assess the impact of number of trials on the amplitude of motor evoked potentials. Scientific Reports. 10 (1), 21422 (2020).

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Comportamento Questão 173
Avaliação neurofisiológica permanente dos músculos da extremidade inferior pós-derrame
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Kindred, J. H., Finetto, C., Cash, J. J., Bowden, M. G. Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke. J. Vis. Exp. (173), e62601, doi:10.3791/62601 (2021).

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