Uso de rotaciones unidireccionales para mejorar la asimetría del sistema vestibular en pacientes con disfunción vestibular

Se presenta un nuevo método de rehabilitación para reequilibrar el sistema vestibular en pacientes con respuestas asimétricas, que consiste en rotaciones unidireccionales hacia el lado más débil. Al modificar directamente la vía vestibular en lugar de mejorar los aspectos multisensoriales de la compensación, la asimetría se puede normalizar dentro de 1-2 sesiones y mostrar efectos duraderos.

El sistema vestibular proporciona información sobre el movimiento de la cabeza y media reflejos que contribuyen al control de equilibrio y la estabilización de la mirada durante las actividades diarias. Los sensores vestibulares se encuentran en el oído interno a ambos lados de la cabeza y se proyectan a los núcleos vestibulares en el tronco encefálico. La disfunción vestibular a menudo se debe a una asimetría entre la entrada de los dos lados. Esto da como resultado entradas neuronales asimétricas de los dos oídos, que pueden producir una ilusión de rotación, manifestada como vértigo. El sistema vestibular tiene una capacidad de compensación impresionante, que sirve para reequilibrar cómo se procesa la información asimétrica de los órganos finales sensoriales en ambos lados a nivel central. Para promover la compensación, se utilizan varios programas de rehabilitación en la clínica; sin embargo, utilizan principalmente ejercicios que mejoran la integración multisensorial. Recientemente, el entrenamiento visual-vestibular también se ha utilizado para mejorar el reflejo vestibulo-ocular (VOR) en animales con lesiones unilaterales compensadas. Aquí, se introduce un nuevo método para reequilibrar la actividad vestibular en ambos lados en sujetos humanos. Este método consiste en cinco rotaciones unidireccionales en la oscuridad (velocidad máxima de 320o/s) hacia el lado más débil. La eficacia de este método se demostró en un ensayo clínico secuencial de doble ciego en 16 pacientes con asimetría VOR (medida por la preponderancia direccional en respuesta a rotaciones sinusoidales). En la mayoría de los casos, la asimetría VOR disminuyó después de una sola sesión, alcanzó valores normales dentro de las dos primeras sesiones en una semana y los efectos duraron hasta 6 semanas. El efecto de reequilibrio se debe tanto a un aumento en la respuesta VOR desde el lado más débil como a una disminución en la respuesta desde el lado más fuerte. Los hallazgos sugieren que la rotación unidireccional se puede utilizar como un método de rehabilitación supervisado para reducir la asimetría VOR en pacientes con disfunción vestibular de larga data.

La disfunción vestibular es un trastorno común con una prevalencia del 35% en adultos mayores de 40 años^{de edad 1}. La mayoría de los trastornos vestibulares dan lugar a una asimetría entre la entrada de ambos lados, lo que resulta en una ilusión de rotación llamada vértigo. En ausencia de función vestibular normal, incluso las actividades diarias simples pueden ser desafiantes. La disfunción vestibular a menudo se cuantifica por el reflejo vestibulo-ocular (VOR). Durante las actividades naturales, como caminar o correr, el VOR mueve los ojos en la dirección opuesta y con la misma velocidad que el movimiento de la cabeza. Este reflejo tiene una latencia corta de 5 ms, y está mediado en elplano horizontal a través de un simple arco de tres neuronas 2. La información viaja desde los receptores vestibulares a los núcleos vestibulares, luego a las neuronas motoras abducen. Estos movimientos oculares dan como resultado la estabilización de la mirada horizontal durante las actividades diarias. La simetría del VOR en respuesta a las rotaciones en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj es una prueba importante de la función vestibular.

La disfunción vestibular unilateral produce cambios compensatorios centrales y cambios periféricos impulsados centralmente para superar el VOR asimétrico defectuoso y el desequilibrio vestibular resultante. Incluso después de lesiones vestibulares permanentes, como una neurectomía vestibular unilateral, el vértigo y los síntomas que los acompañan mejoran en un corto período de tiempo (días a semanas) de tiempo. Debido a esta capacidad, el sistema vestibular ha sido un modelo para estudiar la adaptación y compensación en las vías neuronales. Anteriormente se ha demostrado³ que los cambios en las vías vestibulares centrales pueden ser implementados por una rotación unidireccional basada en una hipótesis propuesta por uno de los autores (N.R.) hace unos 20 años. Otros estudios también han mostrado cambios compensatorios en diferentes partes de la vía sensorial, incluyendo los núcleos vestibulares (VN)^4,5,6,7,8, vías commissurales entre el VN en ambos lados⁹, entradas cerebelosas¹⁰, y la periferia vestibular¹¹. Estos cambios compensatorios resultan en un nuevo equilibrio en la actividad de las neuronas VN en ambos lados.

A pesar de la impresionante capacidad del sistema vestibular para compensar las aportaciones asimétricas de las dos orejas, la investigación ha demostrado que las respuestas a los movimientos rápidos nunca se compensan completamente^12,13. Ahora se sabe que la compensación vestibular natural no utiliza toda la capacidad del sistema, y la respuesta VOR compensada se puede mejorar en animales que han participado en el entrenamiento visual-vestibular^14,15. Desde hace mucho tiempo se sabe que los ejercicios de rehabilitación vestibular mejoran la compensación en pacientes con problemas crónicos de desequilibrio mediante la mejora de la naturaleza multisensorial (no vestibular) del control del equilibrio^{16,17, 18 , 19 , 20 , 21}. El objetivo de estos ejercicios de rehabilitación vestibular es utilizar enfoques fisiológicos o conductuales para mejorar los síntomas, así como la calidad de vida y la independencia del paciente^22,23.

Descrito aquí es un método de rehabilitación que utiliza rotaciones unidireccionales hacia el lado "más débil" (Figura1A). La idea básica de este método proviene de la plasticidad de Hebbian, en la que las conexiones neuronales se hacen más fuertes cuando se estimulan. Este método modifica específicamente los insumos vestibulares en lugar de mejorar la integración multisensorial, que es la base para otros ejercicios de rehabilitación vestibular. Investigaciones anteriores han demostrado que las rotaciones unidireccionales disminuyen la asimetría VOR en 1-2 sesiones en pacientes con disfunción vestibular unilateral³. Este efecto se debió principalmente a un aumento en la actividad del lado con una respuesta más baja (LR), así como una ligera disminución en la actividad del lado con una respuesta más alta (HR). Este cambio es probablemente mediado por modificaciones en las vías centrales (por ejemplo, el fortalecimiento de vías aferentes, tales como conexiones VN o cambios en las entradas commiss). En efecto, esta técnica puede utilizarse como método supervisado para la rehabilitación vestibular en aquellas con asimetría vestibular de larga data.

Los datos presentados aquí y publicados anteriormente³ fueron obtenidos por estudios realizados de acuerdo con las recomendaciones del Comité de ética de la Universidad Shahid Beheshti de Ciencias Médicas, Teherán, Irán y un protocolo que fue aprobado por el Junta de Revisión Institucional de la Universidad.

1. Examen y preparación de los participantes

1. Reclutar participantes que hayan tenido un historial de problemas de equilibrio durante más de un año.
   NOTA: La compensación vestibular ocurre más eficazmente durante el primer mes después de una lesión. El plazo de un año fue elegido para proporcionar suficiente tiempo para la compensación natural para llegar a su meseta y también asegurarque que el paciente no tiene un trastorno vestibular fluctuante.
2. Utilice los siguientes criterios de exclusión para los pacientes:
   1. Antecedentes de problemas del sistema nervioso central (por ejemplo, traumatismo craneoencefálico, accidente cerebrovascular, tumor cerebral, etc.) que pueden afectar a las vías vestibulares centrales, que son necesarias para una compensación adecuada.
   2. Se diagnostica con un trastorno vestibular fluctuante (p. ej., vértigo posicional paroxístico benigno [BPPV] o enfermedad de Meniere).
   3. Deben excluirse los pacientes que utilicen otras formas de rehabilitación vestibular o tipos de actividad física (por ejemplo, atletas) que puedan mejorar la compensación vestibular independientemente de la rehabilitación de rotación unidireccional.
      NOTA: Este criterio se sugiere sólo con fines de investigación y para el control de variables extrañas.
3. No limite a los participantes en función de la edad o el sexo.
   NOTA: Al igual que otra compensación, se espera que este método de rehabilitación tenga efectos menos pronunciados en sujetos más antiguos.
4. Indique a los participantes que se abstengan de usar cualquier medicamento que suprima el sistema nervioso central, incluidos los antihistamínicos o cualquier medicamento anti-vértigo durante al menos 1 día antes de cada sesión experimental.
5. Instruir a los participantes a no utilizar ningún estimulante del sistema nervioso, incluyendo anfetaminas y cafeína durante al menos 1 día antes de cada sesión experimental.
6. Instruya a los participantes a abstenerse de beber bebidas alcohólicas en cantidades que deterioren el funcionamiento normal, ya que esto puede interferir con el funcionamiento del sistema vestibular y afectar los resultados.

2. Medición del reflejo vestibulo-ocular (VOR)

1. Utilice videonistagmografía (GRED) o electronistagmografía (ENG) para medir la respuesta VOR durante la rotación de todo el cuerpo.
   NOTA: Los datos presentados en la sección de resultados fueron registrados por ENG. El equipo actual que se muestra en la película utiliza VNG.
2. Realice todas las grabaciones en la oscuridad, con la cabeza colocada en el centro hacia abajo.
   NOTA: Para fines de visualización, el vídeo asociado no se realiza en la oscuridad.
3. Pida a los participantes que se sientan en la silla giratoria, que los fijen en la silla con el arnés, que se pongan las gafas infrarrojas y fijen la cabeza en el reposacabezas en una posición de nariz hacia abajo de 30o.
4. Después de que los participantes se aclimaten a la oscuridad, calibrar la señal del ojo pidiéndoles que miren los objetivos láser que se proyectan en la pared en ángulos de 10o (por ejemplo, a la derecha, a la izquierda, por encima y por debajo de la línea media).
5. Comience a ejecutar el protocolo una vez que el rastreador de ojos esté calibrado con precisión, cuando los sujetos estén listos.
6. Mantenga a los sujetos alerta y distraídos durante todas las pruebas vestibulares haciéndoles preguntas o haciéndoles aritmética mental (por ejemplo, cuente hacia atrás a partir de 100).

3. Estímulo de rotación unidireccional

1. Con el sujeto sentado en la silla giratoria, utilice una rotación unidireccional que consiste en un perfil de velocidad triangular asimétrico con una aceleración de 80o/s² sobre 4 s para alcanzar una velocidad máxima de 320o/s, luego desacelera lentamente a 10o/s² parar en unos 30 s.
   NOTA: La desaceleración lenta es particularmente importante para tener una parada suave con el fin de evitar estimular el lado opuesto.
2. Realice cinco de estas rotaciones con intervalos de 1 min. Las cinco rotaciones juntas se consideran una sesión de rehabilitación (Figura1B).
3. Mantenga al sujeto en la silla después de la última rotación unidireccional para probar la simetría con una prueba de rotación de aceleración armónica sinusoidal bidireccional (SHA) a 40 min y 70 min de rotación post-unidireccional.
   NOTA: Mantener al paciente en la silla disminuirá la variabilidad.
4. Realice la prueba SHA utilizando una amplia gama de rotaciones sinusoidales a frecuencias de 0,05 Hz, 0,2 Hz y 0,8 Hz, con una velocidad máxima de 60o/s.
   NOTA: Para los datos presentados en los resultados, se utilizó una rotación sinusoidal a 0,2 Hz (40o/s) para todas las evaluaciones.

4. Diseño del experimento

1. Evaluar sujetos con una batería completa de pruebas vestibulares durante la sesión inicial (ver más abajo) con el fin de probar la asimetría VOR y descartar cualquier problema central.
2. Una semana más tarde, exponga a los sujetos a la rotación unidireccional y a una prueba SHA (pasos 3.1–3.4).
3. Repita este proceso 2 veces por semana durante las primeras 2 semanas, luego 1 veces por semana durante las próximas 2 semanas (para un total de seis sesiones).
4. Administre una prueba SHA al principio (paso 3.4) y al final (pasos 3.3 y 3.4) de cada sesión y calcule la preponderancia direccional (DP) como medida de la asimetría:
   
   Dónde: V_HR y V_LR representan velocidades oculares máximas durante las rotaciones hacia el lado con respuestas más altas (HR) y respuestas más bajas (LR), respectivamente.
   NOTA: La preponderancia direccional proporciona una medida normalizada de la diferencia en la velocidad máxima de los ojos para las rotaciones en las dos direcciones. Si bien se utiliza principalmente para medir la asimetría en las respuestas calóricas, puede ser (y se utiliza) para cuantificar la asimetría VOR en SHA^{24,25,26,27,28}.
5. Como la sesión final, realice otra prueba SHA (paso 3.4) 1 semana después de la última sesión de rehabilitación.

5. Detalles de las sesiones

1. Sesión inicial
   1. Durante la primera visita, tome un breve historial de los problemas de desequilibrio del paciente para verificar la duración de la asimetría vestibular y asegurar que no haya indicios de un trastorno fluctuante.
   2. Realice un conjunto completo de pruebas vestibulares, incluyendo saccades, persecución suave, optocinética, retención de la mirada, posicional y posicionamiento, pruebas calóricas y rotacionales.
   3. Solo reclutar pacientes con asimetría VOR durante la rotación que tengan una preponderancia direccional anormal clara (DP), por lo general con valores de asimetría de más del 10%. Esto se considerará el DP inicial (línea de base) para cada sujeto.
      NOTA: Diferentes equipos pueden proporcionar diferentes rangos normales y es mejor utilizar el rango especificado para su dispositivo o basar el rango normal en datos normativos específicos del laboratorio.
   4. Explicar claramente a los sujetos el procedimiento de rotación unidireccional (5x en una sesión) y el número total de sesiones (seis veces en total).
   5. Pida a los sujetos que firmen un formulario de consentimiento que haya sido aprobado por la Junta de Revisión Institucional local (o equivalente, para experimentos realizados fuera de los Estados Unidos), al tiempo que les informa claramente que pueden abandonar el estudio en cualquier momento y por cualquier motivo.
2. Sesiones de rotación unidireccionales (seis sesiones)
   1. Exponga a los sujetos a la rotación unidireccional (pasos 3.1–3.4) durante seis sesiones (pasos 4.3 y 4.4).
   2. Al comienzo de cada sesión de rehabilitación, realice una prueba SHA (paso 3.4) y calcule el valor del PD.
      NOTA: Esto proporcionará el PD de pre-rehabilitación para esa sesión y el DP post-rehabilitación a largo plazo para la sesión anterior.
   3. No realice la rehabilitación rotacional unidireccional si el valor de DP de pre-rehabilitación cae en el rango normal (<10%) en cualquiera de las sesiones e instruya al sujeto a regresar para la próxima sesión.
   4. Si el DP de pre-rehabilitación está en el rango anormal, espere 5 minutos después de la prueba SHA y realice la rehabilitación rotacional unidireccional.
   5. Realice una segunda prueba SHA 40 min y 70 min después del final de la rehabilitación de rotación unidireccional (paso 3.4) y calcule el DP posterior a la rehabilitación para esta sesión.
   6. Indique a los sujetos que regresen para la siguiente sesión.
3. Sesión final (semana siete)
   1. Realice una prueba SHA solamente (paso 3.4) y calcule el valor DP.
      NOTA: Esto servirá como la medida de asimetría final.
   2. No utilice la rotación unidireccional en esta sesión.

Los efectos a corto plazo de la rotación unidireccional se evaluaron midiendo el VOR con una prueba de rotación sinusoidal de 0,2 Hz (40o/s) a 70 minutos después de la rehabilitación³. La Figura 2 muestra las velocidades máximas de los ojos durante las respuestas VOR a las rotaciones en las dos direcciones (Figura2A)y el cambio en el DP (Figura2B). Después de la rotación unidireccional, la respuesta a las rotaciones en la dirección del lado con la respuesta inferior (LR) se incrementó, y la respuesta a las rotaciones en la dirección opuesta (la dirección con la respuesta más fuerte [HR]) disminuyó, lo que disminuye en la asimetría VOR y el valor DP. Cabe señalar que la fase de la respuesta no se calculó en el estudio actual, ya que los sujetos tenían respuestas VOR asimétricas y se sabe que la fase VOR es una medida sensible en pacientes compensados con ganancias simétricas normales, especialmente a bajas frecuencias de rotación^26,29,30,31.

La exposición de sujetos a la rotación unidireccional durante varias sesiones disminuyó aún más el valor dp. El efecto de esta rehabilitación se retuvo entre sesiones (Figura2C),y el efecto acumulativo dio lugar a que la mayoría de los sujetos tuvieran un PD normal después de sólo dos sesiones. Similar al efecto a corto plazo, la mejora en DP fue el resultado de un aumento en las respuestas VOR paralas rotaciones hacia el lado LR y la disminución en las respuestas VOR durante las rotaciones hacia el lado HR 3.

Figura 1: La rotación unidireccional disminuye la asimetría entre los dos lados. (A) Esquema que muestra la hipótesis detrás de la rotación unidireccional. La estimulación del lado con menor respuesta (LR) y la inhibición del lado con la respuesta más alta (HR, flechas rojas) dará lugar a un cambio en las entradas commissurales, así como entradas aferentes directas. Esto resulta en un aumento en la respuesta de las neuronas LR y disminución en la asimetría entre los dos lados (flechas negras). (B) Diseño experimental y paradigmas rotacionales. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Efecto a corto y largo plazo de la rotación unidireccional. (A) En la primera sesión y 70 min después de la rotación unidireccional, la velocidad ocular máxima (s/s) mostró un aumento del 14% en la respuesta a las rotaciones hacia el lado con menor respuesta (LR) y una disminución del 16% para las rotaciones hacia el lado con mayor respuesta (HR, n a 16). Aunque estos cambios no fueron estadísticamente significativos (para LR: 25,0 a 2,2 frentea . 26,75 a 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5,3 o 5, p, 0,23; para hr: 35,0 a 3,6 frente a 26,0 a 4,4 o 4,4 o 4,4 o 4, prueba t de estudiante emparejada, p a 0,15), dieron como resultado una disminución de la asimetría general. Las barras de error representan seM. (B) Los valores DE DP correspondientes disminuyeron significativamente (prueba t del estudiante emparejado, p a 0.0006) y alcanzaron los valores normales. Las barras de error representan SEM. (C) El efecto de la rotación unidireccional se mantuvo durante un período de tiempo más largo y fue acumulativo. Los valores previos a la sesión se midieron antes de la rehabilitación en una sesión y los valores posteriores a la sesión se midieron 70 minutos después de la rehabilitación en esa sesión. Los valores DP negativos indican la inversión de la dirección de la asimetría en comparación con el comienzo del estudio. Las sesiones son comparables al esquema de la Figura 1B. Las barras de error representan SEM. Esta cifra ha sido modificada de Sadeghi et al.³. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El método de rehabilitación presentado aquí consiste en rotaciones unidireccionales repetidas en la oscuridad hacia el lado menos sensible (LR) en pacientes con desequilibrio vestibular y asimetría VOR. La mayoría de las técnicas de rehabilitación mejoran la integración multisensorial con el fin de mejorar el equilibrio^{16,17,18,19,20}. El método presentado aquí se dirige a la vía vestibular, y sus efectos pueden explicarse por un aumento de la respuesta en el VN en el lado LR y una disminución en la respuesta VN en el lado HR. Estos efectos pueden ser mediados en la aferenta sinapsis V debido a la estimulación unidireccional de los sensores y nervios en el lado LR y disminución simultánea en el lado HR. También puede afectar a la actividad de VN a través de cambios en los insumos commissurales, que se sabe que juegan un papel importante en la compensación vestibular⁹. Independientemente del mecanismo, este método proporciona una manera eficaz de disminuir la asimetría en las respuestas de los dos lados.

Estudios anteriores han demostrado que las rotaciones repetidas podrían dar lugar a la habituación de las respuestas en animales normales y humanos^{32,33,34,35,36,37}. Aunque esto parece estar en contraste con estos resultados, las condiciones son diferentes cuando el sistema compensa una asimetría. Además, un paso crítico en el diseño de la rotación unidireccional es tener una desaceleración muy lenta para evitar la estimulación del otro lado. Ninguno de los estudios anteriores ha utilizado tal estimulación asimétrica.

Se encontró aquí que la mayoría delos sujetos mostraron DP normal después de dos sesiones 3. Esto sugiere que los pacientes deben ser evaluados después de dos sesiones para determinar su progreso y planificar para futuras sesiones. Además, no se sabe si los cambios en el PD están correlacionados con cambios en las percepciones subjetivas del deslizamiento de la retina. Se requieren estudios futuros para evaluar esta relación mediante cuestionarios vestibulares/equilibrios estandarizados antes y después de las sesiones de rotación unidireccional. Por último, un cambio en la asimetría VOR sólo se evaluó a frecuencias más bajas de rotación (0,2 Hz). 1) Los efectos de este tratamiento en la fase VOR o 2) si esta mejora se transfiere o no a frecuencias más altas de rotación o a las vías vestibulo-espinal requiere una investigación adicional.

Es bien sabido que los ejercicios personalizados y supervisados proporcionan mejores resultados en pacientes en comparación con los ejercicios no supervisados que se pueden realizar en casa^{38,39,40,41,42 ,43}. Aquí, para realizar las rotaciones unidireccionales, se utiliza una costosa silla giratoria que limita el uso de este método. Sin embargo, dos parámetros importantes para una rotación unidireccional exitosa son una velocidad máxima relativamente alta durante la aceleración y una desaceleración lenta, que puede lograrse mediante cualquier silla giratoria a la que el paciente pueda ser conectado de forma segura utilizando un para realizar la rotación asimétrica, o mediante el uso de enfoques de telesalud. Si se confirma en estudios futuros, los enfoques alternativos de baja tecnología pueden proporcionar una alternativa mucho menos costosa para realizar este servicio de rehabilitación vestibular.

En general, en este estudio preliminar, la rotación unidireccional proporciona una manera eficaz de reducir la asimetría VOR en pacientes, incluso en la etapa compensada. Los resultados muestran que este método puede utilizarse como un método supervisado eficaz para la rehabilitación vestibular, incluso en pacientes con disfunción vestibular de larga data.

Los autores no tienen nada que revelar.

N. R. fue apoyado por un fondo de investigación de la Universidad Shahid Beheshti de Ciencias Médicas y Servicios de Salud. S. G. S. fue apoyado por la subvención NIDCD R03 DC015091.