Utilisation de rotations unidirectionnelles pour améliorer l'asymétrie du système vestibulaire chez les patients atteints de dysfonction vestibulaire

Une nouvelle méthode de réadaptation est présentée pour rééquilibrer le système vestibulaire dans les patients présentant des réponses asymétriques, qui se compose des rotations unidirectionnelles vers le côté plus faible. En modifiant directement la voie vestibulaire plutôt que d'améliorer les aspects multisensoriels de la compensation, l'asymétrie peut être normalisée dans un délai de 1-2 séances et montrer des effets durables.

Le système vestibulaire fournit des informations sur le mouvement de la tête et médiatise les réflexes qui contribuent au contrôle de l'équilibre et à la stabilisation du regard pendant les activités quotidiennes. Les capteurs vestibulaires sont situés dans l'oreille interne des deux côtés de la tête et projettent les noyaux vestibulaires du tronc cérébral. Le dysfonctionnement vestibulaire est souvent dû à une asymétrie entre l'entrée des deux côtés. Il en résulte des entrées neuronales asymétriques des deux oreilles, qui peuvent produire une illusion de rotation, manifestée comme le vertige. Le système vestibulaire a une capacité impressionnante de compensation, ce qui sert à rééquilibrer la façon dont l'information asymétrique des organes sensoriels des deux côtés est traitée au niveau central. Pour promouvoir la rémunération, divers programmes de réadaptation sont utilisés dans la clinique; cependant, ils utilisent principalement des exercices qui améliorent l'intégration multisensorielle. Récemment, la formation visuelle-vestibulaire a également été employée pour améliorer le réflexe vestibulo-oculaire (VOR) chez les animaux avec les lésions unilatérales compensées. Ici, une nouvelle méthode est introduite pour rééquilibrer l'activité vestibulaire des deux côtés dans les sujets humains. Cette méthode consiste en cinq rotations unidirectionnelles dans l'obscurité (vitesse maximale de 320 degrés/s) vers le côté le plus faible. L'efficacité de cette méthode a été montrée dans un essai clinique séquentiel et à double aveugle dans 16 patients présentant l'asymétrie de VOR (mesurée par la prépondérance directionnelle en réponse aux rotations sinusoïdales). Dans la plupart des cas, l'asymétrie vor a diminué après une seule session, a atteint les valeurs normales dans les deux premières sessions en une semaine, et les effets ont duré jusqu'à 6 semaines. L'effet de rééquilibrage est dû à la fois à une augmentation de la réponse VOR du côté plus faible et à une diminution de la réponse du côté plus fort. Les résultats suggèrent que la rotation unidirectionnelle puisse être employée comme méthode supervisée de réadaptation pour réduire l'asymétrie de VOR dans les patients présentant le dysfonctionnement vestibulaire de longue date.

Le dysfonctionnement vestibulaire est un trouble commun avec une prévalence de 35% chez les adultes de plus de 40 ans¹. La plupart des désordres vestibulaires ont comme conséquence une asymétrie entre l'entrée des deux côtés, ayant pour résultat une illusion de rotation appelée vertige. En l'absence de fonction vestibulaire normale, même les activités quotidiennes simples peuvent être difficiles. Le dysfonctionnement vestibulaire est souvent quantifié par le réflexe vestibulo-oculaire (VOR). Pendant les activités naturelles, comme la marche ou la course, le VOR déplace les yeux dans la direction opposée et avec la même vitesse que le mouvement de la tête. Ce réflexe a une courte latence de 5 ms, et il est médiatisé dans le plan horizontal à travers un simple arc à trois neurones². L'information passe des récepteurs vestibulaires aux noyaux vestibulaires, puis aux neurones moteurs abducens. Ces mouvements oculaires entraînent la stabilisation du regard horizontal pendant les activités quotidiennes. La symétrie du VOR en réponse aux rotations dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est un test important de la fonction vestibulaire.

Le dysfonctionnement vestibulaire unilatéral produit les changements compensatoires centraux et les changements périphériques centralisés pour surmonter le VOR asymétrique défectueux et le déséquilibre vestibulaire résultant. Même après des lésions vestibulaires permanentes, telles qu'une neurctomie vestibulaire unilatérale, le vertige et les symptômes d'accompagnement s'améliorent sur une courte période (jours à semaines) de temps. En raison de cette capacité, le système vestibulaire a été un modèle pour étudier l'adaptation et la compensation dans les voies neurales. Il a été précédemment montré³ que les changements dans les voies vestibulaires centrales peuvent être mis en œuvre par une rotation unidirectionnelle basée sur une hypothèse proposée par l'un des auteurs (N.R.) il y a environ 20 ans. D'autres études ont également montré des changements compensatoires dans différentes parties de la voie sensorielle, y compris les noyaux vestibulaires (VN)^4,5,6,7,8, voies commissaires entre le VN des deux côtés⁹, entrées de cervelateur¹⁰, et la périphérie vestibulaire¹¹. Ces changements compensatoires se traduisent par un nouvel équilibre dans l'activité des neurones VN des deux côtés.

Malgré l'impressionnante capacité du système vestibulaire à compenser les apports asymétriques des deux oreilles, la recherche a montré que les réponses aux mouvements rapides ne sont jamais entièrement compensées^12,13. Il est maintenant connu que la compensation vestibulaire naturelle n'utilise pas la pleine capacité du système, et la réponse rémunérée VOR peut être améliorée chez les animaux qui ont participé à la formation visuelle-vestibulaire^14,15. On sait depuis longtemps que les exercices de réadaptation vestibulaire améliorent la rémunération des patients présentant des problèmes de déséquilibre chronique en améliorant la nature multisensorielle (non vestibulaire) du contrôle de l'équilibre^{16,17, 18} ans, états-unis qui ^{, 19 ans,} états-unis qui ^{, 20} Ans, états-unis ^{, 21}. L'objectif de ces exercices de réadaptation vestibulaire est d'utiliser des approches physiologiques ou comportementales pour améliorer les symptômes ainsi que la qualité de vie et l'indépendance d'un patient^22,23.

Décrite ci-dessus est une méthode de réadaptation qui utilise des rotations unidirectionnelles vers le côté « plus faible » (figure 1A). L'idée de base de cette méthode vient de la plasticité hebbienne, dans laquelle les connexions neuronales deviennent plus fortes quand elles sont stimulées. Cette méthode modifie spécifiquement les entrées vestibulaires plutôt que d'améliorer l'intégration multisensorielle, qui est la base d'autres exercices de réadaptation vestibulaire. La recherche précédente a prouvé que les rotations unidirectionnelles diminuent l'asymétriede VOR dans 1-2 sessions dans les patients présentant le dysfonctionnement vestibulaire unilatéral 3. Cet effet est principalement dû à une augmentation de l'activité du côté avec une réponse plus faible (LR), ainsi qu'à une légère diminution de l'activité du côté avec une réponse plus élevée (HR). Ce changement est très probablement médié par des modifications dans les voies centrales (p. ex., le renforcement des voies afférentes, telles que les connexions VN ou les changements dans les intrants commissuraux). En effet, cette technique peut être utilisée comme méthode supervisée pour la réadaptation vestibulaire chez les personnes présentant une asymétrie vestibulaire de longue date.

Les données présentées ici et publiées précédemment³ ont été obtenues par des études menées conformément aux recommandations du Comité d'éthique de l'Université des sciences médicales Shahid Beheshti, Téhéran, Iran et un protocole qui a été approuvé par le Commission d'examen institutionnel de l'Université.

1. Dépistage et préparation des participants

1. Recruter des participants qui ont des antécédents de problèmes d'équilibre depuis plus d'un an.
   REMARQUE : La compensation vestibulaire se produit le plus efficacement au cours du premier mois après une lésion. Le délai d'un an a été choisi pour fournir suffisamment de temps pour que la compensation naturelle atteigne son plateau et aussi pour s'assurer que le patient n'a pas un trouble vestibulaire fluctuant.
2. Utilisez les critères d'exclusion suivants pour les patients :
   1. Antécédents de problèmes du système nerveux central (p. ex. traumatisme crânien, accident vasculaire cérébral, tumeur cérébrale, etc.) qui peuvent affecter les voies vestibulaires centrales, qui sont nécessaires pour une indemnisation adéquate.
   2. Diagnostic d'un trouble vestibulaire fluctuant (p. ex. vertige positionnel paroxystique bénin [BPPV] ou maladie de Ménière).
   3. Les patients qui utilisent d'autres formes de réadaptation vestibulaire ou des types d'activité physique (p. ex., les athlètes) qui peuvent améliorer la rémunération vestibulaire indépendamment de la réadaptation de rotation unidirectionnelle devraient être exclus.
      REMARQUE : Ce critère n'est proposé qu'à des fins de recherche et pour contrôler les variables extra-terrestres.
3. Ne limitez pas les participants en fonction de leur âge ou de leur sexe.
   REMARQUE : Semblable à d'autres compensations, cette méthode de réadaptation devrait avoir des effets moins prononcés dans les sujets plus âgés.
4. Demandez aux participants de s'abstenir d'utiliser des médicaments qui suppriment le système nerveux central, y compris les antihistaminiques ou tout médicament anti-vertigo pendant au moins 1 jour avant chaque session expérimentale.
5. Demandez aux participants de ne pas utiliser de stimulants du système nerveux, y compris les amphétamines et la caféine pendant au moins 1 jour avant chaque séance expérimentale.
6. Demandez aux participants de s'abstenir de boire des boissons alcoolisées en quantités qui nuisent au fonctionnement normal, car cela peut interférer avec le fonctionnement du système vestibulaire et affecter les résultats.

2. Mesure du réflexe vestibulo-oculaire (VOR)

1. Utilisez soit la vidéonystagmographie (VNG) ou l'électroystagmographie (ENG) pour mesurer la réponse VOR pendant la rotation du corps entier.
   REMARQUE : Les données présentées dans la section des résultats ont été enregistrées par L'ENG. L'équipement actuel montré dans le film utilise VNG.
2. Effectuez tous les enregistrements dans l'obscurité, la tête placée à 30 degrés du nez.
   REMARQUE : À des fins de visualisation, la vidéo associée n'est pas exécutée dans l'obscurité.
3. Demandez aux participants de s'asseoir dans la chaise rotative, fixez-les dans la chaise avec le harnais, mettez les lunettes infrarouges et fixez la tête dans l'appuie-tête à une position de nez vers le bas de 30 degrés.
4. Après l'acclimatation des participants à l'obscurité, calibrer le signal oculaire en leur demandant de regarder les cibles laser qui sont projetées sur le mur à des angles de 10 degrés (p. ex., à droite, à gauche, au-dessus et en dessous de la ligne médiane).
5. Commencez à exécuter le protocole une fois que le eye tracker est calibré avec précision, lorsque les sujets sont prêts.
6. Gardez les sujets alertes et distraits pendant tous les tests vestibulaires en leur posant des questions ou en leur demandant de faire de l'arithmétique mentale (p. ex., compter à l'envers à partir de 100).

3. Stimulus de rotation unidirectionnelle

1. Avec le sujet assis dans la chaise rotative, utilisez une rotation unidirectionnelle qui consiste en un profil de vitesse triangulaire asymétrique avec une accélération de 80 o/s² sur 4 s pour atteindre une vitesse maximale de 320 degrés/s, puis décélérez lentement à 10 o/s² d'arrêter dans environ 30 s.
   REMARQUE: La décélération lente est particulièrement importante afin d'avoir un arrêt en douceur afin d'éviter de stimuler le côté opposé.
2. Effectuez cinq rotations de ce type à intervalles de 1 min. Les cinq rotations sont considérées comme une séance de réadaptation (figure1B).
3. Gardez le sujet dans la chaise après la dernière rotation unidirectionnelle pour tester la symétrie avec un test de rotation de rotation harmonique sinusoïde bidirectionnelle (SHA) à 40 min et 70 min de rotation post-unidirectionnelle.
   REMARQUE : Garder le patient dans la chaise diminuera la variabilité.
4. Effectuez le test SHA à l'aide d'un large éventail de rotations sinusoïdales à des fréquences de 0,05 Hz, 0,2 Hz et 0,8 Hz, avec une vitesse de pointe de 60 degrés/s.
   REMARQUE : Pour les données présentées dans les résultats, une rotation sinusoïdale à 0,2 Hz (40 o/s) a été utilisée pour toutes les évaluations.

4. Conception d'expérience

1. Évaluer les sujets avec une batterie complète de tests vestibulaires au cours de la session initiale (voir ci-dessous) afin de tester l'asymétrie VOR et d'exclure tout problème central.
2. Une semaine plus tard, exposez les sujets à la rotation unidirectionnelle et à un test SHA (étapes 3.1-3.4).
3. Répétez ce processus 2x par semaine pendant les 2 premières semaines, puis 1x par semaine pour les 2 prochaines semaines (pour un total de six sessions).
4. Administrer un test SHA au début (étape 3.4) et à la fin (étapes 3.3 et 3.4) de chaque session et calculer la prépondérance directionnelle (DP) comme mesure de l'asymétrie :
   
   Où: V_HR et V_LR représentent des vitesses oculaires de pointe pendant les rotations vers le côté avec des réponses plus élevées (HR) et des réponses plus faibles (LR), respectivement.
   REMARQUE : La prépondérance directionnelle fournit une mesure normalisée de la différence de vitesse des yeux de pointe pour les rotations dans les deux directions. Bien qu'il soit principalement utilisé pour mesurer l'asymétrie dans les réponses caloriques, il peut être (et est) utilisé pour quantifier l'asymétrie VOR en SHA^{24,25,26,27,28}.
5. Comme la session finale, effectuer un autre test SHA (étape 3.4) 1 semaine après la dernière session de réadaptation.

5. Détails des sessions

1. Séance initiale
   1. Pendant la première visite, prenez une brève histoire des problèmes de déséquilibre du patient pour vérifier la durée de l'asymétrie vestibulaire et n'assurer aucune indication d'un désordre fluctuant.
   2. Effectuez un ensemble complet de tests vestibulaires, y compris des saccades, une poursuite en douceur, l'optocinétique, la tenue du regard, la position et le positionnement, les tests caloriques et de rotation.
   3. Ne recrutez que des patients atteints d'asymétrie VOR pendant la rotation qui ont une prépondérance directionnelle anormale claire (DP), généralement avec des valeurs d'asymétrie de plus de 10%. Ceci sera considéré comme le DP initial (de base) pour chaque sujet.
      REMARQUE : Différents équipements peuvent fournir des plages normales différentes et il est préférable d'utiliser la plage spécifiée pour votre appareil ou de baser la plage normale sur des données normatives spécifiques au laboratoire.
   4. Expliquez clairement aux sujets la procédure de rotation unidirectionnelle (5x en une session) et le nombre total de séances (six fois au total).
   5. Demandez aux sujets de signer un formulaire de consentement qui a été approuvé par la Commission d'examen institutionnel locale (ou équivalent, pour des expériences effectuées à l'extérieur des États-Unis), tout en les informant clairement qu'ils peuvent abandonner l'étude à tout moment et pour n'importe quelle raison.
2. Séances de rotation unidirectionnelle (six séances)
   1. Exposer les sujets à la rotation unidirectionnelle (étapes 3.1-3.4) pendant six sessions (étapes 4.3 et 4.4).
   2. Au début de chaque séance de réadaptation, effectuez un test SHA (étape 3.4) et calculez la valeur Du DP.
      REMARQUE : Cela fournira le DP pré-réhabilitation pour cette session et le DP post-réhabilitation à long terme pour la session précédente.
   3. N'effectuez pas la réadaptation rotationnelle unidirectionnelle si la valeur du DP pré-réhabilitation tombe dans la fourchette normale (lt;10%) dans l'une ou l'autre des sessions et demander au sujet de revenir pour la prochaine session.
   4. Si le DP pré-réhabilitation est dans la plage anormale, attendre 5 min après le test SHA et effectuer la réadaptation rotationnelle unidirectionnelle.
   5. Effectuer un deuxième test SHA 40 min et 70 min après la fin de la réadaptation de rotation unidirectionnelle (étape 3.4) et calculer le DP post-réhabilitation pour cette session.
   6. Instruisez les sujets à revenir pour la prochaine session.
3. Session finale (semaine sept)
   1. Effectuez un test SHA uniquement (étape 3.4) et calculez la valeur DP.
      REMARQUE : Cela servira de mesure finale d'asymétrie.
   2. N'utilisez pas de rotation unidirectionnelle dans cette session.

Les effets à court terme de la rotation unidirectionnelle ont été évalués en mesurant le VOR avec un test de rotation sinusoïdale de 0,2 Hz (40 o/s) à 70 min après la réadaptation³. La figure 2 montre les vitesses maximales des yeux pendant les réponses VOR aux rotations dans les deux directions (figure 2A) et le changement dans le DP (Figure 2B). Après rotation unidirectionnelle, la réponse aux rotations dans la direction du côté avec la réponse inférieure (LR) a été augmentée, et la réponse aux rotations dans la direction opposée (la direction avec la réponse plus forte [HR]) a diminué, ayant pour résultat diminution de la valeur de l'asymétrie VOR et du DP. Il convient de noter que la phase de la réponse n'a pas été calculée dans la présente étude puisque les sujets avaient des réponses asymétriques VOR et la phase VOR est connu pour être une mesure sensible chez les patients rémunérés avec des gains symétriques normaux, en particulier à basse fréquence de rotation^26,29,30,31.

L'exposition des sujets à la rotation unidirectionnelle pendant plusieurs sessions a encore diminué la valeur de DP. L'effet de cette réadaptation a été maintenu entre les sessions (figure 2C),et l'effet cumulatif a eu comme conséquence la plupart des sujets ayant un DP normal après seulement deux sessions. Semblable à l'effet à court terme, l'amélioration du DP a été le résultat d'une augmentation des réponses VOR pour les rotations vers le côté LR et une diminution des réponses VOR pendant les rotations vers le côté RH³.

Figure 1 : La rotation unidirectionnelle diminue l'asymétrie entre les deux côtés. (A) Schéma montrant l'hypothèse derrière la rotation unidirectionnelle. La stimulation du côté avec une réponse plus faible (LR) et l'inhibition du côté avec la réponse plus élevée (HR, flèches rouges) se traduira par un changement des entrées commissural ainsi que des entrées directes afférentes. Il en résulte une augmentation de la réponse des neurones LR et une diminution de l'asymétrie entre les deux côtés (flèches noires). (B) Conception expérimentale et paradigmes de rotation. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Effet à court et à long terme de la rotation unidirectionnelle. (A) Au cours de la première séance et 70 min après rotation unidirectionnelle, la vitesse maximale des yeux (o/s) a montré une augmentation de 14 % de la réponse aux rotations vers le côté avec une réponse plus faible (LR) et une diminution de 16 % pour les rotations vers le côté avec une réponse plus élevée (HR, n - 16). Bien que ces changements n'aient pas été statistiquement significatifs (pour l'évolution de la lr : 25,0 à 2,2 contre26,75 , 5,3 euros/s, t-test de l'étudiant jumelé, p - 0,23; pour les RH : 35,0 à 3,6 contre 26,0 à 4,4 euros/s, test t de l'étudiant jumelé, p - 0,15), ils ont entraîné une diminution de l'asmétrie globale. Les barres d'erreur représentent SEM. (B) Les valeurs DP correspondantes ont diminué de manière significative (appariement du t-test de l'étudiant, p - 0,0006) et ont atteint des valeurs normales. Les barres d'erreur représentent SEM. (C) L'effet de la rotation unidirectionnelle est resté pendant une plus longue période de temps et a été cumulatif. Les valeurs avant la session ont été mesurées avant la réadaptation au cours d'une séance et les valeurs post-session ont été mesurées 70 min après la réadaptation au cours de cette séance. Les valeurs négatives de DP indiquent l'inversion de la direction de l'asymétrie comparée au début de l'étude. Les sessions sont comparables au schéma figure 1B. Les barres d'erreur représentent SEM. Ce chiffre a été modifié à partir de Sadeghi et al.³. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

La méthode de réadaptation présentée ici se compose des rotations unidirectionnelles répétées dans l'obscurité vers le côté moins sensible (LR) dans les patients présentant le déséquilibre vestibulaire et l'asymétrie de VOR. La plupart des techniques de réhabilitation améliorent l'intégration multisensorielle afin d'améliorer l'équilibre^{16,17,18,19,20}. La méthode présentée ici cible la voie vestibulaire, et ses effets peuvent s'expliquer par une augmentation de la réponse dans le VN du côté LR et une diminution de la réponse VN du côté RH. Ces effets peuvent être médiés à la synapse afferent VN en raison de la stimulation unidirectionnelle des capteurs et des nerfs sur le côté LR et la diminution simultanée du côté RH. Il peut également affecter l'activité VN par des changements dans les intrants commissuraux, qui sont connus pour jouer un rôle important dans la compensation vestibulaire⁹. Indépendamment du mécanisme, cette méthode fournit un moyen efficace pour diminuer l'asymétrie dans les réponses des deux côtés.

Des études antérieures ont montré que les rotations répétées pourraient entraîner l'accouturation des réponses chez les animaux normaux et les humains^{32,33,34,35,36,37}. Bien que cela semble être en contraste avec ces résultats, les conditions sont différentes lorsque le système compense une asymétrie. En outre, une étape critique dans la conception de la rotation unidirectionnelle est d'avoir une décélération très lente afin d'éviter la stimulation de l'autre côté. Aucune des études précédentes n'a utilisé une telle stimulation asymétrique.

Il a été constaté ici que la plupart des sujets ont montré DP normale après deux sessions³. Ceci suggère que les patients devraient être évalués après deux sessions pour déterminer leurs progrès et prévoir pour des sessions futures. En outre, on ne sait pas si les changements dans le DP sont corrélés avec des changements dans les perceptions subjectives du glissement rétinien. Des études futures sont nécessaires pour évaluer cette relation à l'aide de questionnaires vestibulaires/équilibre normalisés avant et après les séances de rotation unidirectionnelle. Enfin, un changement d'asymétrie VOR n'a été évalué qu'à des fréquences de rotation inférieures (0,2 Hz). 1) Les effets de ce traitement sur la phase vor ou 2) si oui ou non cette amélioration transfère à des fréquences plus élevées de rotation ou aux voies vestibulo-spinale exige davantage d'investigation.

Il est bien connu que les exercices personnalisés et supervisés donnent de meilleurs résultats chez les patients par rapport aux exercices non supervisés qui peuvent être effectués à la maison^{38,39,40,41,42 ,43}. Ici, pour effectuer les rotations unidirectionnelles, une chaise rotative coûteuse est utilisée qui limite l'utilisation de cette méthode. Cependant, deux paramètres importants pour une rotation unidirectionnelle réussie sont une vitesse de pointe relativement élevée pendant l'accélération et une décélération lente, qui peut être réalisée par n'importe quelle chaise tournante à laquelle le patient peut être solidement attaché à l'aide d'une formation d'effectuer la rotation asymétrique ou l'utilisation d'approches de télésanté. Si elles sont confirmées par des études futures, d'autres approches de faible technologie pourraient offrir une solution de rechange beaucoup moins coûteuse pour l'exécution de ce service de réadaptation vestibulaire.

Dans l'ensemble, dans cette étude préliminaire, la rotation unidirectionnelle fournit un moyen efficace de réduire l'asymétrie VOR chez les patients, même à l'étape compensée. Les résultats montrent que cette méthode peut être utilisée comme méthode supervisée efficace pour la réadaptation vestibulaire même dans les patients présentant le dysfonctionnement vestibulaire de longue date.

Les auteurs n'ont rien à révéler.

N. R. a reçu l'appui d'un fonds de recherche de l'Université des sciences médicales et des services de santé de Shahid Beheshti. S. G. S. a reçu l'appui de la subvention NIDCD R03 DC015091.