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Behavior

Uso de rotações unidirecionais para melhorar a assimetria do sistema vestibular em pacientes com disfunção vestibular

Published: August 30, 2019 doi: 10.3791/60053
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 4, 5
1Department of Physiology, Shahid Beheshti University of Medical Sciences and Health Services, 2Audiology and Dizziness Center, Dey General Hospital, 3Department of Speech-Language Pathology, SUNY Buffalo State, 4Department of Rehabilitation Science, School of Public Health and Health Professions, State University of New York at Buffalo, 5Center for Hearing and Deafness, Department of Communicative Disorders and Sciences, State University of New York at Buffalo

Summary

Um novo método de reabilitação é apresentado para reequilibrar o sistema vestibular em pacientes com respostas assimétricas, que consiste em rotações unidirecionais em direção ao lado mais fraco. Ao modificar diretamente a via vestibular em vez de melhorar os aspectos multissensoriais da compensação, a assimetria pode ser normalizada dentro de 1-2 sessões e mostrar efeitos duradouros.

Abstract

O sistema vestibular fornece informações sobre o movimento da cabeça e medita reflexos que contribuem para o controle do equilíbrio e estabilização do olhar durante as atividades diárias. Os sensores vestibulares estão localizados na orelha interna de ambos os lados da cabeça e projetam-se para os núcleos vestibulares no tronco cerebral. A disfunção vestibular é muitas vezes devido a uma assimetria entre a entrada dos dois lados. Isso resulta em entradas neurais assimétricas das duas orelhas, que podem produzir uma ilusão de rotação, manifestada como vertigem. O sistema vestibular tem uma capacidade impressionante de compensação, que serve para reequilibrar a forma como a informação assimétrica dos órgãos finais sensoriais em ambos os lados é processada no nível central. Para promover a compensação, vários programas de reabilitação são utilizados na clínica; no entanto, eles usam principalmente exercícios que melhoram a integração multissensorial. Recentemente, o treinamento Visual-vestibular também tem sido utilizado para melhorar o reflexo vestíbulo-ocular (VOR) em animais com lesões unilaterais compensadas. Aqui, um novo método é introduzido para reequilibrar a atividade vestibular de ambos os lados em indivíduos humanos. Este método consiste em cinco rotações unidirecionais no escuro (velocidade de pico de 320 °/s) em direção ao lado mais fraco. A eficácia deste método foi mostrada em um ensaio clínico seqüencial, duplo-cego em 16 pacientes com assimetria do VOR (medido pela preponderância direcional em resposta às rotações sinusoidal). Na maioria dos casos, a assimetria do VOR diminuiu após uma única sessão, atingiu valores normais dentro das duas primeiras sessões em uma semana, e os efeitos duraram até 6 semanas. O efeito de rebalanceamento é devido a um aumento na resposta do VOR do lado mais fraco e uma diminuição na resposta do lado mais forte. Os resultados sugerem que a rotação unidirecional possa ser usada como um método supervisionado da reabilitação para reduzir a assimetria do VOR nos pacientes com deficiência orgânica vestibular de longa data.

Introduction

A disfunção vestibular é uma desordem comum com uma prevalência de ~ 35% em adultos acima de 40 anos1. A maioria das desordens vestibulares resultam em uma assimetria entre a entrada de ambos os lados, resultando em uma ilusão de rotação chamada vertigem. Na ausência de função vestibular normal, mesmo as atividades diárias simples podem ser desafiadoras. A disfunção vestibular é frequentemente quantificada pelo reflexo vestíbulo-ocular (VOR). Durante as atividades naturais, como caminhar ou correr, o VOR move os olhos na direção oposta e com a mesma velocidade que o movimento da cabeça. Este reflexo tem uma curta latência de ~ 5 ms, e é mediada no plano horizontal através de um simples, três-Neuron Arc2. As informações viajam de receptores vestibulares para os núcleos vestibulares, em seguida, para os neurônios motores abducens. Estes movimentos oculares resultam na estabilização do olhar horizontal durante as atividades diárias. A simetria do VOR em resposta às rotações no sentido horário e anti-horário é um importante teste da função vestibular.

A disfunção vestibular unilateral produz alterações compensatórias centrais e mudanças periféricas centradas centralmente para superar o VOR assimétrico defeituoso e o desequilíbrio vestibular resultante. Mesmo após lesões vestibulares permanentes, como uma neurectomia vestibular unilateral, a vertigem e os sintomas acompanhantes melhoram em um curto período (dias a semanas) de tempo. Devido a essa habilidade, o sistema vestibular tem sido um modelo para estudar adaptação e compensação em vias neurais. Tem sido demonstrado anteriormente3 que mudanças nas vias vestibulares centrais podem ser implementadas por uma rotação unidirecional com base em uma hipótese proposta por um dos autores (N.R.) há cerca de 20 anos. Outros estudos também mostraram alterações compensatórias em diferentes partes da via sensorial, incluindo osnúcleos vestibulares (vn)4,5,6,7,8, vias commissurais entre o VN em ambos os lados9, entradas Cerebelares10, e a periferia vestibular11. Estas mudanças compensatórias resultam em um novo equilíbrio na atividade dos neurônios VN em ambos os lados.

Apesar da impressionante capacidade do sistema vestibular de compensar as entradas assimétricas das duas orelhas, a pesquisa mostrou que as respostas aos movimentos rápidos nunca são totalmente compensadas12,13. Sabe-se agora que a compensação vestibular natural não utiliza a capacidade total do sistema, e a resposta do Vor compensado pode ser melhorada em animais que participaram do treinamento Visual-vestibular14,15. Há muito se sabe que os exercícios de reabilitação vestibular melhoram a remuneração em pacientes com problemas de desequilíbrio crônico, reforçando a natureza multissensorial (não vestibular) do controle de equilíbrio16,17, 18 anos de , 19 anos de , 20 anos de , 21. o objetivo destes exercícios de reabilitação vestibular é o uso de abordagens fisiológicas ou comportamentais para melhorar os sintomas, bem como a qualidade de vida e a independência do paciente22,23.

Descrito aqui é um método de reabilitação que utiliza rotações unidirecionais em direção ao lado "mais fraco" (Figura 1a). A idéia básica para este método vem da plasticidade Hebbian, em que as conexões neurais se tornam mais fortes quando são estimulados. Este método modifica especificamente as entradas vestibulares em vez de melhorar a integração multissensorial, que é a base para outros exercícios de reabilitação vestibular. Pesquisas anteriores mostraram que as rotações unidirecionais diminuem a assimetria do VOR em 1-2 sessões em pacientes com disfunção vestibular unilateral3. Este efeito foi principalmente devido a um aumento na atividade do lado com uma resposta mais baixa (LR), bem como uma ligeira diminuição na atividade do lado com uma resposta mais elevada (HR). Esta mudança é provavelmente mediada por modificações nas vias centrais (por exemplo, fortalecimento de vias aferentes, tais como conexões VN ou mudanças nas entradas commissurais). Com efeito, esta técnica pode ser utilizada como método supervisionado para a reabilitação vestibular naqueles com assimetria vestibular de longa data.

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Protocol

Os dados aqui apresentados e publicados anteriormente3 foram obtidos por meio de estudos realizados de acordo com as recomendações do Comitê de ética da Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Teerão, Irã e um protocolo que foi aprovado pelo Conselho de revisão institucional da Universidade.

1. triagem e preparação dos participantes

  1. Recrutar participantes que tiveram um histórico de problemas de equilíbrio por mais de um ano.
    Nota: a compensação vestibular acontece mais eficazmente ao longo do primeiro mês após uma lesão. O ponto de partida de um ano foi escolhido para fornecer tempo suficiente para que a compensação natural atinja seu planalto e também assegure que o paciente não tenha uma desordem vestibular flutuante.
  2. Use os seguintes critérios de exclusão para pacientes:
    1. História de problemas do sistema nervoso central (por exemplo, traumatismo cranioencefálico, acidente vascular cerebral, tumor cerebral, etc.) que podem afetar as vias vestibulares centrais, que são necessárias para uma compensação adequada.
    2. Diagnosticado com um distúrbio vestibular flutuante (por exemplo, vertigem posicional paroxística benigna [VPPB] ou doença de Meniere).
    3. Os pacientes que utilizam outras formas de reabilitação vestibular ou tipos de atividade física (por exemplo, atletas) que podem melhorar a compensação vestibular independente da reabilitação de rotação unidirecional devem ser excluídos.
      Nota: este critério é sugerido apenas para fins de pesquisa e para controle de variáveis estranhas.
  3. Não limite os participantes com base na idade ou sexo.
    Nota: semelhante a outras compensações, espera-se que este método de reabilitação tenha efeitos menos pronunciados em indivíduos mais velhos.
  4. Instrua os participantes a abster-se de usar quaisquer medicamentos que suprimam o sistema nervoso central, incluindo anti-histamínicos ou quaisquer drogas antivertiginosos por pelo menos 1 dia antes de cada sessão experimental.
  5. Instrua os participantes a não usarem nenhum estimulante do sistema nervoso, incluindo anfetaminas e cafeína por pelo menos 1 dia antes de cada sessão experimental.
  6. Instruir os participantes a abster-se de beber bebidas alcoólicas em quantidades que prejudicam o funcionamento normal, pois isso pode interferir no funcionamento do sistema vestibular e afetar os resultados.

2. medição do reflexo vestíbulo-ocular (VOR)

  1. Use o videonystagmography (VNG) ou o eletronistagmografia (ENG) para medir a resposta do Vor durante a rotação do inteiro-corpo.
    Nota: os dados apresentados na seção de resultados foram gravados por ENG. O equipamento atual mostrado no filme usa VNG.
  2. Realize todas as gravações no escuro, com a cabeça posicionada 30 ° de nariz para baixo.
    Observação: para fins de visualização, o vídeo associado não é executado no escuro.
  3. Peça aos participantes que se sentem na cadeira giratória, fixem-nos na cadeira com o arnês, coloquem os óculos infravermelhos e fixem a cabeça na cabeceira a uma posição de nariz para baixo de ~ 30 °.
  4. Depois que os participantes aclimatar ao escuro, calibrar o sinal de olho, pedindo-lhes para olhar para alvos laser que são projetados na parede em ângulos de ± 10 ° (por exemplo, para a direita, esquerda, acima, e abaixo da linha média).
  5. Comece a executar o protocolo uma vez que o rastreador de olho é calibrado com precisão, quando os sujeitos estão prontos.
  6. Mantenha os assuntos atentos e distraídos durante todos os testes vestibulares, fazendo-lhes perguntas ou fazendo-os fazer aritmética mental (por exemplo, contagem regressiva de 100).

3. estímulo de rotação unidirecional

  1. Com o assunto sentado na cadeira rotativa, use uma rotação unidirecional que consiste em um perfil de velocidade triangular assimétrica com uma aceleração de 80 °/s2 sobre 4 s para atingir uma velocidade máxima de 320 °/s, em seguida, lentamente desacelerar a 10 °/s2 para parar em cerca de 30 s.
    Nota: a desaceleração lenta é particularmente importante para se ter uma paragem suave, de modo a evitar estimular o lado oposto.
  2. Realize cinco rotações tais com intervalos de 1 min. As cinco rotações juntas são consideradas uma sessão de reabilitação (Figura 1b).
  3. Mantenha o assunto na cadeira após a última rotação unidirecional para testar a simetria com um teste de rotação de aceleração harmônica sinusoidal bidirecional (SHA) em 40 min e 70 min de rotação pós-unidirecional.
    Nota: manter o paciente na cadeira diminuirá a variabilidade.
  4. Realize o teste SHA usando uma ampla gama de rotações sinusoidais em frequências de 0, 5 Hz, 0,2 Hz e 0,8 Hz, com uma velocidade de pico de 60 °/s.
    Nota: para os dados apresentados nos resultados, foi utilizada uma rotação sinusoidal em 0,2 Hz (40 °/s) para todas as avaliações.

4. experimento design

  1. Avaliar os indivíduos com uma bateria completa de testes vestibulares durante a sessão inicial (ver abaixo), a fim de testar a assimetria VOR e descartar quaisquer problemas centrais.
  2. Uma semana depois, expor os sujeitos à rotação unidirecional e um teste de SHA (etapas 3.1 – 3.4).
  3. Repita este processo 2x por semana durante as primeiras 2 semanas, em seguida, 1x por semana para as próximas 2 semanas (para um total de seis sessões).
  4. Administrar um teste SHA no início (etapa 3,4) e final (etapas 3,3 e 3,4) de cada sessão e calcular a preponderância direcional (DP) como medida de assimetria:
    Equation
    Onde: VHR e vLR representam velocidades de pico do olho durante rotações para o lado com respostas mais elevadas (HR) e respostas mais baixas (LR), respectivamente.
    Nota: a preponderância direcional fornece uma medida normalizada da diferença na velocidade máxima do olho para rotações nas duas direções. Quando é usado principalmente medindo a assimetria em respostas calórica, pode ser (e é) usado quantificando a assimetria do Vor em Sha24,25,26,27,28.
  5. Como a sessão final, execute um outro teste SHA (etapa 3,4) 1 semana após a última sessão de reabilitação.

5. detalhes das sessões

  1. Sessão inicial
    1. Durante a primeira visita, tome uma breve história dos problemas de desequilíbrio do paciente para verificar a duração da assimetria vestibular e não assegure nenhuma indicação de uma desordem de flutuação.
    2. Realize um conjunto completo de testes vestibulares, incluindo saccades, busca suave, optocinética, olhar segurando, posicionais e posicionamento, calórico, e testes rotacionais.
    3. Apenas recrutar pacientes com assimetria de VOR durante a rotação que têm preponderância direcional anormal clara (DP), tipicamente com valores de assimetria de mais de 10%. Isso será considerado o DP inicial (Baseline) para cada assunto.
      Nota: diferentes equipamentos podem fornecer diferentes intervalos normais e é melhor usar o intervalo especificado para o seu dispositivo ou para basear o intervalo normal em dados normativos específicos do laboratório.
    4. Explique claramente aos sujeitos o procedimento de rotação unidirecional (5x em uma sessão) e o número total de sessões (seis vezes total).
    5. Peça aos sujeitos que assinem um formulário de consentimento que tenha sido aprovado pelo Conselho de revisão institucional local (ou equivalente, para experimentos realizados fora dos Estados Unidos), enquanto informa claramente que eles podem abandonar o estudo em qualquer ponto e por qualquer motivo.
  2. Sessões de rotação unidirecional (seis sessões)
    1. Expor assuntos à rotação unidirecional (etapas 3.1 – 3.4) durante seis sessões (etapas 4,3 e 4,4).
    2. No início de cada sessão de reabilitação, execute um teste SHA (etapa 3,4) e calcule o valor DP.
      Observação: isso fornecerá o DP de pré-reabilitação para essa sessão e DP pós-reabilitação de longo prazo para a sessão anterior.
    3. Não realize a reabilitação rotativa unidirecional se o valor DP pré-reabilitação cair na faixa normal (< 10%) em qualquer uma das sessões e instruir o sujeito a retornar para a próxima sessão.
    4. Se a DP de pré-reabilitação estiver na faixa anormal, aguarde 5 min após o teste SHA e realize a reabilitação rotacional unidirecional.
    5. Realize um segundo teste SHA 40 min e 70 min após o término da reabilitação de rotação unidirecional (etapa 3,4) e calcule o DP pós-reabilitação para esta sessão.
    6. Instrua os sujeitos a retornarão para a próxima sessão.
  3. Sessão final (semana sete)
    1. Execute apenas um teste SHA (etapa 3,4) e calcule o valor DP.
      Nota: isto servirá como a medida final da assimetria.
    2. Não use a rotação unidirecional nesta sessão.

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Representative Results

Os efeitos de curto prazo da rotação unidirecional foram avaliados medindo-se o VOR com um teste de rotação sinusoidal de 0,2 Hz (40 °/s) a 70 min após a reabilitação3. A Figura 2 mostra as velocidades oculares máximas durante as respostas do Vor às rotações nas duas direções (Figura 2a) e a alteração do DP (Figura 2b). Após a rotação unidirecional, a resposta às rotações no sentido do lado com a resposta mais baixa (LR) foi aumentada, e a resposta às rotações na direção oposta (o sentido com a resposta mais forte [HR]) diminuiu, tendo por resultado diminui na assimetria VOR e no valor DP. Deve-se notar que a fase da resposta não foi calculada no estudo atual, uma vez que os indivíduos apresentavam respostas assimétricas de VOR e a fase VOR é conhecida como uma medida sensível em pacientes compensados com ganhos simétricos normais, especialmente em baixas frequências de rotação26,29,30,31.

Expor assuntos à rotação unidirecional durante várias sessões diminuiu ainda mais o valor DP. O efeito dessa reabilitação foi mantido entre as sessões (Figura 2C), e o efeito cumulativo resultou na maioria dos sujeitos com DP normal após apenas duas sessões. Semelhante ao efeito de curto prazo, a melhora da DP foi o resultado de um aumento nas respostas do VOR para rotações em direção ao lado LR e diminuição das respostas do VOR durante as rotações em direção ao lado HR3.

Figure 1
Figura 1: a rotação unidirecional diminui a assimetria entre os dois lados. (A) esquemático mostrando a hipótese por trás da rotação unidirecional. A estimulação do lado com resposta mais baixa (LR) e a inibição do lado com a resposta mais elevada (HR, setas vermelhas) conduzirão a uma mudança em entradas do comissural assim como entradas aferentes diretas. Isso resulta em um aumento na resposta dos neurônios LR e diminuição na assimetria entre os dois lados (setas pretas). (B) desenho experimental e paradigmas rotacionais. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: efeito a curto e longo prazo da rotação unidirecional. (A) na primeira sessão e 70 min após a rotação unidirecional, a velocidade de pico do olho (°/s) mostrou um aumento de 14% em resposta às rotações em direção ao lado com menor resposta (LR) e 16% de diminuição para rotações em direção ao lado com maior resposta (HR, n = 16). Embora essas alterações não tenham sido estatisticamente significantes (para LR: 25,0 ± 2,2 vs. 26,75 ± 5,3 °/s, teste t de Student pareado, p = 0,23; para fc: 35,0 ± 3,6 vs. 26,0 ± 4,4 °/s, teste t de Student pareado, p = 0,15), eles resultaram em uma diminuição na assimetria geral. As barras de erro representam SEM. (B) os valores de DP correspondentes diminuíram significativamente (teste t de Student pareado, p = 0, 6) e atingiram valores normais. As barras de erro representam SEM. (C) o efeito da rotação unidirecional permaneceu por um período de tempo mais longo e foi cumulativo. Os valores de pré-sessão foram medidos antes da reabilitação em uma sessão e os valores pós-sessão foram medidos 70 min após a reabilitação nessa sessão. Os valores de DP negativos indicam reversão da direção da assimetria em relação ao início do estudo. As sessões são comparáveis à Figura 1b esquemática. Barras de erro representam SEM. Este número foi modificado de Sadeghi et al.3. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

O método de reabilitação aqui apresentado consiste em rotações unidirecionais repetidas no escuro em direção ao lado menos responsivo (LR) em pacientes com desequilíbrio vestibular e assimetria de VOR. A maioria das técnicas de reabilitação aumenta a integração multissensorial para melhorar o equilíbrio16,17,18,19,20. O método apresentado aqui tem como alvo a via vestibular, e seus efeitos podem ser explicados por um aumento de resposta no VN no lado LR e uma diminuição na resposta VN no lado HR. Estes efeitos podem ser mediados na sinapse aferente VN devido à estimulação unidirecional dos sensores e nervos no lado LR e diminuição simultânea no lado HR. Também pode afetar a atividade da VN por meio de alterações nas entradas commissurais, que são conhecidas por desempenhar um papel importante na compensação vestibular9. Não obstante o mecanismo, este método fornece uma maneira eficaz para diminuir a assimetria nas respostas dos dois lados.

Estudos prévios mostraram que rotações repetidas podem resultar em habituação de respostas em animais normais e humanos32,33,34,35,36,37. Embora pareça estar em contraste com esses resultados, as condições são diferentes quando o sistema está compensando uma assimetria. Além disso, uma etapa crítica no projeto da rotação unidirecional é ter uma retardação muito lenta a fim evitar a estimulação do outro lado. Nenhum dos estudos anteriores utilizou tal estimulação assimétrica.

Verificou-se aqui que a maioria dos sujeitos apresentou DP normal após duas sessões3. Isto sugere que os pacientes devem ser avaliados após duas sessões para determinar seu progresso e planear para sessões futuras. Além disso, não se sabe se as alterações na DP estão correlacionadas com alterações nas percepções subjetivas do deslizamento da retina. Estudos futuros são necessários para avaliar essa relação usando questionários vestibulares/balanceados padronizados antes e após sessões de rotação unidirecional. Finalmente, uma alteração na assimetria do VOR foi avaliada apenas em frequências mais baixas de rotação (0,2 Hz). 1) os efeitos deste tratamento na fase VOR ou 2) se esta melhoria transfere ou não para freqüências mais elevadas de rotação ou para as vias vestíbulo-espinhal requer mais investigação.

É bem sabido que os exercícios personalizados e supervisionados proporcionam melhores resultados em pacientes comparados aos exercícios não supervisionado que podem ser realizados em casa38,39,40,41,42 ,43. Aqui, para executar as rotações unidirecionais, uma cadeira giratória cara é usada que limita o uso deste método. Entretanto, dois parâmetros importantes para a rotação unidirecional bem sucedida são uma velocidade de pico relativamente elevada durante a aceleração e uma desaceleração lenta, que possa ser conseguida por toda a cadeira de giro a que o paciente pode firmemente ser Unido usando um treinado parceiro para realizar a rotação assimétrica, ou através do uso de abordagens de tele-saúde. Se confirmado por estudos futuros, abordagens alternativas de baixa tecnologia podem fornecer uma alternativa muito menos dispendiosa para a realização deste serviço de reabilitação vestibular.

Globalmente, neste estudo preliminar, a rotação unidirecional proporciona uma forma efetiva de reduzir a assimetria de VOR em pacientes, mesmo na fase compensada. Os resultados mostram que este método pode ser usado como um método supervisionado eficaz para a reabilitação vestibular mesmo nos pacientes com deficiência orgânica vestibular de longa data.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

N. R. foi apoiado por um fundo de pesquisa da Universidade Shahid Beheshti de ciências médicas e serviços de saúde. S. G. S. foi apoiado pela concessão de NIDCD R03 DC015091.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
VEST operating and analysis software NeuroKinetics
Electronystagmograph Nicolet Spirit Model 1992 Equipment used for collecting the data presented in the Results section
I-Portal NOTC (Neurotologic Test Center) NeuroKinetics Equipment shown for current studies and shown in the movie

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Comportamento compensação reflexo vestíbulo-ocular preponderância direcional reabilitação vertigem
Uso de rotações unidirecionais para melhorar a assimetria do sistema vestibular em pacientes com disfunção vestibular
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Rassaian, N., Sadeghi, N. G.,… More

Rassaian, N., Sadeghi, N. G., Sabetazad, B., McNerney, K. M., Burkard, R. F., Sadeghi, S. G. Using Unidirectional Rotations to Improve Vestibular System Asymmetry in Patients with Vestibular Dysfunction. J. Vis. Exp. (150), e60053, doi:10.3791/60053 (2019).

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