Использование однонаправленных вращений для улучшения асимметрии вестибулярной системы у пациентов с вестибулярной дисфункцией

Представлен новый метод реабилитации для ребалансировки вестибулярной системы у пациентов с асимметричными реакциями, которая состоит из однонаправленных вращений в сторону слабой стороны. Путем сразу изменять вестибулярный путь rather than увеличивать multisensory аспекты компенсации, асимметрия может быть нормализована в пределах 1-2 сессий и показывает lasting влияния.

Вестибулярная система предоставляет информацию о движении головы и опосредований рефлексы, которые способствуют контролю баланса и стабилизации взгляда во время повседневной деятельности. Вестибуляторные датчики расположены во внутреннем ухе по обе стороны головы и проецируются на вестибулярные ядра в стволе мозга. Вестибулярная дисфункция часто происходит из-за асимметрии между входными данными с двух сторон. Это приводит к асимметричным нервным входам из двух ушей, которые могут производить иллюзию вращения, проявляющаяся как головокружение. Вестибулярная система обладает впечатляющей способностью к компенсации, которая служит для ребалансировки того, как асимметричная информация из органов сенсорного конца с обеих сторон обрабатывается на центральном уровне. Для содействия компенсации в клинике используются различные реабилитационные программы; однако, они в первую очередь используют упражнения, которые улучшают мультисенсорную интеграцию. В последнее время, визуально-вестибулярной подготовки также была использована для улучшения вестибуло-глазного рефлекса (VOR) у животных с компенсированными односторонних поражений. Здесь вводится новый метод ребалансировки вестибулярной деятельности с обеих сторон в субъектах человеческих наук. Этот метод состоит из пяти однонаправленных вращений в темноте (пиковая скорость 320 градуса/с) к более слабой стороне. Эффективность этого метода была показана в последовательных, двойных слепых клинических испытаниях у 16 пациентов с асимметрией VOR (измеряется направленным перевесом в ответ на синусоидальные вращения). В большинстве случаев асимметрия VOR снизилась после одного сеанса, достигла нормальных значений в течение первых двух сеансов за одну неделю, а эффект длился до 6 недель. Эффект ребалансировки обусловлен как увеличением реакции VOR со стороны более слабой стороны, так и уменьшением реакции со стороны более сильной. Полученные результаты свидетельствуют о том, что однонаправленное вращение может быть использовано в качестве контролируемого метода реабилитации для уменьшения асимметрии VOR у пациентов с давней вестибулярной дисфункцией.

Вестибулярная дисфункция является распространенным расстройством с распространенностью 35% у взрослых старше 40 лет¹. Большинство вестибулярных расстройств приводят к асимметрии между входными данных с обеих сторон, в результате чего иллюзия вращения называется головокружение. При отсутствии нормальной вестибулярной функции, даже простые ежедневные мероприятия могут быть сложными. Вестибулярная дисфункция часто количественно по вестибюло-глазной рефлекс (VOR). Во время естественных мероприятий, таких как ходьба или бег, VOR двигает глаза в противоположном направлении и с той же скоростью, что и движение головы. Этот рефлекс имеет короткую задержку в 5 мс, и он опосредован в горизонтальной плоскости через простой, трехнейрондуги². Информация передается от вестибулярных рецепторов к вестибулярным ядрам, а затем к абдуцирующим моторные нейроны. Эти движения глаз приводят к стабилизации горизонтального взгляда во время повседневной деятельности. Симметрия VOR в ответ на вращение по часовой стрелке и против часовой стрелки является важным испытанием вестибулярной функции.

Односторонняя вестибулярная дисфункция производит центральные компенсационные изменения и централизованно управляемые периферические изменения для преодоления дефектных асимметричных VOR и в результате вестибулярного дисбаланса. Даже после постоянных вестибулярных поражений, таких как односторонняя вестибулярная невректомия, головокружение и сопутствующие симптомы улучшаются в течение короткого периода (дней до недель) времени. Благодаря этой способности вестибулярная система стала моделью для изучения адаптации и компенсации в нервных путях. Ранее было показано 3, что изменения в центральных вестибулярных путей могут быть осуществлены однонаправленным вращением на основе гипотезы, предложенной одним из авторов (N.R.) около 20 лет назад. Другие исследования также показали компенсационные изменения в различных частях сенсорного пути, в том числе вестибулярных ядер (VN)^4,5,6,7,8, commissural пути между VN собеих сторон 9, мозжечковые входы¹⁰, и вестибулярной периферии¹¹. Эти компенсационные изменения приводят к новому балансу в активности нейронов VN с обеих сторон.

Несмотря на впечатляющую способность вестибулярной системы компенсировать асимметричные входы из двух ушей, исследования показали, что ответы на быстрые движения никогда полностью не компенсируются^12,13. В настоящее время известно, что природные вестибулярные компенсации не использует полную мощность системы, и компенсированный ответ VOR может быть улучшена у животных, которые участвовали в визуально-вестибулярной подготовки^14,15. Давно известно, что вестибулярные реабилитационные упражнения улучшают компенсацию у пациентов с хроническими проблемами дисбаланса за счет повышения (невестибулярного) мультисенсорного характера контроля баланса^{16,17, 18 лет , 19 лет , 20 , 21}. Целью этих упражнений вестибулярной реабилитации является использование физиологических или поведенческих подходов для улучшения симптомов, а также качество жизни пациента и независимость^22,23.

Описанный в настоящем случае метод реабилитации, который использует однонаправленные вращения в сторону "слабой" стороны(рисунок 1A). Основная идея этого метода исходит от пластичности гебби, в которой нейронные связи становятся сильнее, когда они стимулируются. Этот метод специально изменяет вестибулярные входы, а не усиливает мультисенсорную интеграцию, которая является основой для других упражнений вестибулярной реабилитации. Предыдущие исследования показали, что однонаправленные вращения уменьшаются асимметрия VOR в 1-2 сессиях у пациентов с односторонней вестибулярной дисфункцией^3. Этот эффект был обусловлен главным образом увеличением активности стороны с более низкой реакцией (LR), а также небольшим снижением активности стороны с более высокой реакцией (HR). Это изменение, скорее всего, опосредовано изменениями в центральных путях (например, укреплением афферентных путей, такими как соединения VN или изменения в вводах commissural). По сути, этот метод может быть использован в качестве контролируемого метода для вестибулярной реабилитации в тех, с давней вестибулярной асимметрии.

Данные, представленные здесь и ранее опубликованные 3, были получены в результате исследований, проведенных в соответствии с рекомендациями Комитета по этике Университета медицинских наук Шахида Бехешти, Тегеран, Иран, и протоколом, который был одобрен Институциональный наблюдательный совет университета.

1. Скрининг участников и подготовка

1. Набирать участников, которые имели историю проблем с балансом в течение более одного года.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Вестибулярная компенсация происходит наиболее эффективно в течение первого месяца после поражения. Один год тайм-пойнт был выбран, чтобы обеспечить достаточно времени для естественной компенсации, чтобы достичь своего плато, а также обеспечить, чтобы пациент не имеет колебания вестибулярного расстройства.
2. Используйте следующие критерии исключения для пациентов:
   1. История проблем центральной нервной системы (например, черепно-мозговая травма, инсульт, опухоль головного мозга и т.д.), которые могут повлиять на центральные вестибулярные пути, которые необходимы для надлежащей компенсации.
   2. Диагностируется с колеблющимся вестибулярным расстройством (например, доброкачественным пароксизмальным позиционным головокружением (BPPV) или болезнью Меньера).
   3. Следует исключить пациенты, использующие другие формы вестибулярной реабилитации или виды физической активности (например, спортсмены), которые могут улучшить вестибулярную компенсацию независимо от однонаправленной реабилитации вращения.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот критерий предлагается только для исследовательских целей и для контроля посторонних переменных.
3. Не ограничивайте участников по возрасту или полу.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Как и другие компенсации, этот метод реабилитации, как ожидается, будет иметь менее выраженные последствия в пожилых субъектов.
4. Поручить участникам воздерживаться от использования любых препаратов, которые подавляют центральную нервную систему, в том числе антигистаминные препараты или любые анти-головокружение наркотиков, по крайней мере 1 день до каждого экспериментального сеанса.
5. Поручить участникам не использовать стимуляторы нервной системы, включая амфетамины и кофеин, по крайней мере за 1 день до каждого экспериментального сеанса.
6. Поручить участникам воздерживаться от употребления алкогольных напитков в количествах, которые ухудшают нормальное функционирование, так как это может помешать функционированию вестибулярной системы и повлиять на результаты.

2. Измерение вестибуло-глазного рефлекса (VOR)

1. Используйте видеонистагмографию (VNG) или электронистагмографию (ENG) для измерения реакции VOR во время вращения всего тела.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Данные, представленные в разделе результатов, были записаны ENG. Текущее оборудование, показанное в фильме, использует VNG.
2. Выполните все записи в темноте, с головой расположен 30 "нос вниз.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для целей визуализации, связанное видео не выполняется в темноте.
3. Попросите участников сесть в роторное кресло, закрепите их в кресле с помощью жгута, наденьте инфракрасные очки и зафиксите голову в подголовнике в положении «30» нос-вниз.
4. После того, как участники приспособятся к темноте, откалибруем сигнал глаза, попросив их посмотреть на лазерные цели, которые проецируются на стену под углом 10 градусов (например, вправо, влево, выше и ниже средней линии).
5. Начните работать с протоколом после того, как трекер глаз будет точно откалиброван, когда испытуемые будут готовы.
6. Держите субъектов оповещения и отвлекаться во время всех вестибулярного тестирования, задавая им вопросы или заставить их делать умственную арифметику (например, рассчитывать назад от 100).

3. Ненаправленный стимул вращения

1. С предметом, сидящим в роторном кресле, используйте однонаправленное вращение, которое состоит из асимметричного треугольного профиля скорости с ускорением 80 "/с² за 4 с, чтобы достичь максимальной скорости 320"/s, затем медленно замедляйте на 10 "/s² остановиться примерно в 30 с.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Медленное замедление особенно важно для того, чтобы иметь плавную остановку, чтобы избежать стимулирования противоположной стороны.
2. Выполните пять таких вращений с интервалом 1 мин. Пять вращений вместе считаются реабилитационный сеанс(рисунок 1B).
3. Держите объект в кресле после последнего однонаправленного вращения, чтобы проверить симметрию с двунаправленным синусоидальным гармоническим ускорением (SHA) тестом вращения на 40 мин и 70 мин пост-однонаправленного вращения.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Сохранение пациента в кресле уменьшит изменчивость.
4. Выполните тест SHA, используя широкий спектр синусоидальных вращений на частотах 0,05 Гц, 0,2 Гц и 0,8 Гц, с пиковой скоростью 60 градуса/с.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для данных, представленных в результатах, синусоидального вращения на 0,2 Гц (40 "/с) был использован для всех оценок.

4. Экспериментальная конструкция

1. Оцените предметы с полной батареей вестибулярных тестов во время начальной сессии (см. ниже), чтобы проверить асимметрию VOR и исключить любые центральные проблемы.
2. Неделю спустя, подвергать субъектов однонаправленное вращение и SHA тест (шаги 3.1-3.4).
3. Повторите этот процесс 2раз в неделю в течение первых 2 недель, затем 1 раз в неделю в течение следующих 2 недель (в общей сложности шесть сессий).
4. Администрирование теста SHA в начале (шаг 3.4) и конце (шаги 3.3 и 3.4) каждой сессии и вычислить направленный перевес (DP) в качестве меры асимметрии:
   
   Где: V_HR и V_LR представляют пиковые скорости глаз во время вращения в сторону с более высокими ответами (HR) и более низкими ответами (LR), соответственно.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Направленный перевес обеспечивает нормализованную меру разницы в пиковой скорости глаз для вращений в двух направлениях. Хотя он в основном используется для измерения асимметрии в калорийных реакциях, он может быть (и есть) используется для количественной оценки асимметрии VOR в SHA^{24,25,26,27,28}.
5. В качестве заключительного сеанса выполните еще один тест SHA (шаг 3.4) через неделю после последней сеанса реабилитации.

5. Детали сессий

1. Начальная сессия
   1. Во время первого посещения, возьмите краткую историю проблем дисбаланса пациента, чтобы проверить продолжительность вестибулярной асимметрии и обеспечить никаких признаков колебания расстройства.
   2. Выполните полный набор вестибулярных тестов, включая саккады, плавное преследование, оптокинетические, взорвательное, позиционное и позиционирующее, калорийность и вращательное тесты.
   3. Набирать только пациентов с асимметрией VOR во время вращения, которые имеют явный ненормальный направленный перевес (ДП), как правило, с значениями асимметрии более 10%. Это будет считаться первоначальным (базовым) DP для каждого предмета.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Различное оборудование может обеспечить различные нормальные диапазоны, и лучше всего использовать диапазон, указанный для вашего устройства, или основывать нормальный диапазон на лабораторных нормативных данных.
   4. Четко объясните субъектам процедуру однонаправленного вращения (5x за одну сессию) и общее количество сеансов (шесть раз общего).
   5. Попросите испытуемых подписать форму согласия, которая была одобрена местным Советом по институциональному обзору (или эквивалентом, для экспериментов, проводимых за пределами Соединенных Штатов), четко информируя их о том, что они могут отказаться от исследования в любой момент и по любой причине.
2. Сеансы однонаправленной ротации (шесть сессий)
   1. Выставляют объекты однонаправленного вращения (шаги 3,1-3,4) в течение шести сессий (шаги 4.3 и 4.4).
   2. В начале каждого сеанса реабилитации выполните тест SHA (шаг 3.4) и вычислите значение DP.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это обеспечит предреабилитационное DP для этой сессии и долгосрочные пост-реабилитации DP для предыдущей сессии.
   3. Не выполняйте однонаправленную ротационную реабилитацию, если дореабилитационное значение DP падает в нормальном диапазоне (10%). в любой из сессий и поручить субъекту вернуться на следующую сессию.
   4. Если предреабилитационная ДП находится в аномальном диапазоне, подождите 5 минут после теста SHA и выполните однонаправленную ротационную реабилитацию.
   5. Выполните второй тест SHA 40 мин и 70 мин после окончания однонаправленной реабилитации вращения (шаг 3.4) и вычислить пост-реабилитации DP для этой сессии.
   6. Проинструктируйте испытуемых вернуться к следующей сессии.
3. Заключительная сессия (неделя 7)
   1. Выполните только тест SHA (шаг 3.4) и вычислите значение DP.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это будет служить в качестве окончательного измерения асимметрии.
   2. Не используйте однонаправленное вращение в этой сессии.

Краткосрочные эффекты однонаправленного вращения были оценены путем измерения VOR с 0,2 Гц (40 "/с) синусоидального вращения тест на 70 мин после реабилитации³. На рисунке 2 показаны пиковые скорости глаз во время ответов VOR на вращения в двух направлениях(рисунок 2A)и изменение ВД (рисунок2B). После однонаправленного вращения реакция на вращения в направлении стороны с более низкой реакцией (LR) была увеличена, а реакция на вращения в противоположном направлении (направление с более сильным ответом) уменьшилась, что привело к снижение асимметрии VOR и значения DP. Следует отметить, что фаза ответа не была рассчитана в текущем исследовании, так как испытуемые имели асимметричные ответы VOR и фаза VOR, как известно, является чувствительной мерой в компенсированных пациентов с нормальной симметричной выгоды, особенно на низких частотах вращения^26,29,30,31.

Разоблачение объектов однонаправленного вращения в течение нескольких сессий еще больше снизило значение DP. Эффект от этой реабилитации был сохранен между сессиями(рисунок 2C), и кумулятивный эффект привел к тому, что большинство испытуемых, имеющих нормальный DP только после двух сессий. Подобно краткосрочному эффекту, улучшение DP было результатом увеличения ответов VOR для вращений в сторону LR и уменьшения в ответах VOR во время вращений в сторону HR³.

Рисунок 1: Однонаправленное вращение уменьшает асимметрию между двумя сторонами. (A) Схема, показывающая гипотезу, лежащую в основе однонаправленного вращения. Стимуляция стороны с более низкой реакцией (LR) и торможение стороны с более высокой реакцией (HR, красные стрелки) приведет к изменению в вводах commissural также, как сразу afferent входы. Это приводит к увеличению реакции lR нейронов и снижение асимметрии между двумя сторонами (черные стрелки). (B) Экспериментальный дизайн и ротационные парадигмы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2: Краткосрочный и долгосрочный эффект однонаправленного вращения. (A) В первой сессии и 70 мин после однонаправленного вращения, пиковая скорость глаз (К/с) показала 14% увеличение в ответ на вращения в сторону с более низкой реакцией (LR) и 16% снижение для вращения в сторону с более высокой реакцией (HR, n no 16). Хотя эти изменения не были статистически значимыми (для LR: 25,0 и 2,2 против. 26.75 и 5.3 s,s, парный студенческая t-test, р 0,23; для HR: 35,0 и 3,6 против 26,0 и 4,4 х/с, парный студенческий t-test, p 0.15), они в целом уменьшились. Ошибки баров представляют SEM. (B) Соответствующие значения DP значительно снизились (парный Студент t-тест, р 0,0006) и достигли нормальных значений. Ошибки баров представляют SEM. (C) Эффект однонаправленного вращения остался в течение более длительного периода времени и был кумулятивным. Значения перед сеансом измерялись перед восстановлением в сеансе, а после сессии значения измерялись через 70 минут после реабилитации в этой сессии. Отрицательные значения DP указывают на разворот направления асимметрии по сравнению с началом исследования. Сессии сопоставимы с схемой рисунок 1B. Бары ошибок представляют SEM. Эта цифра была изменена из Садеги и др.³. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Представленный здесь метод реабилитации состоит из повторяющихся однонаправленных вращений в темноте в сторону менее отзывчивой (LR) у пациентов с вестибулярным дисбалансом и асимметрией VOR. Большинство методов реабилитации усиливают мультисенсорную интеграцию, чтобы улучшить баланс^{16,17,18,19,20}. Представленный здесь метод нацелен на вестибулярный путь, и его последствия могут быть объяснены увеличением реагирования в В.Н. на стороне LR и уменьшением реакции VN на стороне HR. Эти эффекты могут быть опосредованы в афферентном синапсе VN из-за однонаправленной стимуляции датчиков и нервов на стороне LR и одновременного снижения на стороне HR. Это также может повлиять на активность VN через изменения в общении входов, которые, как известно, играют важную роль в вестибулярной компенсации⁹. Независимо от механизма, этот метод обеспечивает эффективный способ снижения асимметрии в ответах обеих сторон.

Предыдущие исследования показали, что повторные вращения могут привести к привыканию ответов у нормальных животных и людей^{32,33,34,35,36,37}. Хотя это, как представляется, в отличие от этих результатов, условия различны, когда система компенсирует асимметрию. Кроме того, важнейшим шагом в разработке однонаправленного вращения является очень медленное замедление, чтобы избежать стимуляции другой стороны. Ни в одном из предыдущих исследований не применялась такая асимметричная стимуляция.

Здесь было установлено, что большинство субъектов показали нормальный DP после двух сессий³. Это говорит о том, что пациенты должны быть оценены после двух сессий, чтобы определить их прогресс и план будущих сессий. Кроме того, неизвестно, связаны ли изменения в ДП с изменениями в субъективном восприятии проскальзывания сетчатого. Для оценки этой взаимосвязи необходимы будущие исследования с использованием стандартизированных вопросников-вестибуляков/балансов до и после однонаправленных сессий ротации. Наконец, изменение асимметрии VOR оценивалось только на более низких частотах вращения (0,2 Гц). 1) Влияние этого лечения на фазе VOR или 2) или нет это улучшение переходит к более высоким частотам вращения или вестибуло-спинносообразных путей требует дальнейшего изучения.

Хорошо известно, что индивидуальные и контролируемые упражнения обеспечивают лучшие результаты у пациентов по сравнению с неконтролируемыми упражнениями, которые могут быть выполнены дома^{38,39,40,41,42 ,43}. Здесь для выполнения однонаправленных вращений используется дорогой роторный стул, который ограничивает использование этого метода. Однако двумя важными параметрами для успешного однонаправленного вращения являются относительно высокая пиковая скорость во время ускорения и медленное замедление, которое может быть достигнуто с помощью любого вращающегося стула, к которому пациент может быть надежно прикреплен с помощью тренированного партнера для выполнения асимметричного вращения, или с помощью теле-медицинских подходов. Если это подтвердится будущими исследованиями, альтернативные низкотехнологичные подходы могут стать гораздо менее дорогостоящей альтернативой для выполнения этой услуги вестибулярной реабилитации.

В целом, в этом предварительном исследовании однонаправленное вращение обеспечивает эффективный способ снижения асимметрии VOR у пациентов, даже на компенсированной стадии. Результаты показывают, что этот метод может быть использован в качестве эффективного контролируемого метода вестибулярной реабилитации даже у пациентов с давней вестибулярной дисфункцией.

Авторам нечего раскрывать.

Н.Р. была поддержана исследовательским фондом Университета медицинских наук и здравоохранения Университета Шахида Бехешти. S. G. S. была поддержана грантом NIDCD R03 DC015091.