A tDCS ABC-je: a transzkraniális egyenáramú stimuláció anodális, bilaterális és katodális montázsainak hatása stroke-os betegeknél – kísérleti tanulmány

Abstract

A transzkraniális egyenáramú stimuláció (tDCS) egy nem invazív technika, amely különböző neurológiai rendellenességek prospektív terápiájaként tűnik fel. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az anodális és katodális stimuláció javíthatja a motoros teljesítményt a kézügyesség és a kézi erő tekintetében. A vizsgálat célja annak meghatározása volt, hogy a különböző elektródaösszeállítások (anodális, katodális és szimultán bilaterális tDCS) eltérő motoros teljesítményt nyújtanak-e, és melyik montázs volt hatékonyabb. Másodlagos eredményként megkérdeztük a betegeket az elégedettségükről, valamint arról, hogy a kétoldali tDCS kényelmetlenebb volt-e, mint az egyoldali tDCS. Kilenc, szubakut fázisban lévő stroke-os beteget vontunk be ebbe a vizsgálatba, és véletlenszerűen három csoportra osztottuk őket. Eredményeink azt mutatták, hogy a tDCS hatékony kezelés volt a Sham-stimulációhoz képest (). Különösen az anodális stimuláció biztosította a nagyobb javulást a kézügyesség tekintetében. Úgy tűnt, hogy a katodális stimulációnak csekély hatása volt az erő javulása szempontjából, ami más beállításoknál nem volt megfigyelhető. A bipoláris stimuláció tűnt a kevésbé hatékonynak. A különböző beállítások esetében nem észleltek jelentős különbségeket a betegek megítélése szempontjából. Ezek az eredmények rávilágítanak a tDCS lehetséges hatékonyságára a szubakut fázisban lévő stroke-os betegek esetében.

1. Bevezetés

A stroke számos neurológiai károsodást eredményez, és Európában mintegy 1 millió személyt érint. Ezért a stroke hatásai a hosszú távú rokkantság vezető okai az iparosodott társadalmakban . A rehabilitáció eredményei gyakran nem teljes motoros helyreállítással zárulnak, és a betegek több mint 60%-a nem tudja használni paretikus kezét funkcionális tevékenységekben. Továbbá, a súlyos parézis jelenléte négy hét elteltével negatív előrejelző tényezőnek számít a motoros felépülés szempontjából, ami ezeknek a betegeknek komoly nehézségeket jelez a mindennapi életvitelükben a jövőben.

A felső végtagi funkciók helyreállításának elősegítésére még mindig számos különböző rehabilitációs kezelést javasolnak. Ezek közül a kutatók világszerte a nem invazív agyi stimulációra (NIBS) összpontosítják figyelmüket. A NIBS eszközei a repetitív transzkraniális mágneses stimuláció (rTMS) és a transzkraniális egyenáramú stimuláció (tDCS).

A tDCS alkalmazása egyre gyakoribb a stroke-os betegeknél a kognitív és motoros funkciókra gyakorolt moduláló hatása miatt . Különösen a motoros területen a tDCS alkalmazásának agykérgi célpontja a végrehajtás és a készségek fokozását mutatta ki, ami a rehabilitációs stroke lefolyásának javítására irányuló érdeklődést vált ki. Ráadásul az rTMS-hez képest kevésbé költséges, mobilabb és ezért kényelmesebb, ami megkönnyíti a klinikai környezetben való alkalmazását.

Ez a technika elektromos áramot alkalmaz közvetlenül a fejbőrön, és az elektróda alkalmazásának típusától függően modulálja a membránpotenciált. Valójában az anód képes elősegíteni a neuronok depolarizációját, míg ezzel szemben a katód hiperpolarizálja a nyugalmi membránpotenciált, csökkentve a neuronok tüzelését . A stroke-ban szenvedő személyeknél a motoros területen történő alkalmazás hatásosnak bizonyult a funkcionális feladatok és az izomerő teljesítményének fokozásában .

Ugyanakkor egy nemrégiben végzett metaanalízis kiemelte, hogy a kis mintanagyság, a különböző beállítások és a nagy hatásméret a stroke-os betegek motoros helyreállításával kapcsolatos vizsgálatokban csökkentheti ezen előzetes bizonyítékok klinikai jelentőségét.

A vizsgálat célja az volt, hogy értékelje a tDCS egyszeri stimuláció hatását a kézügyességre, valamint a csípő- és fogóerőre a Sham-stimulációhoz képest, és hogy ez a javulás különbözik-e a három lehetséges elektródamontázs (anodális, katodális vagy bipoláris) között. A másodlagos eredmény az volt, hogy felmérjük, mennyire elégedettek a betegek e fejlett rehabilitációs technológia használatával.

2. Anyag és módszerek

Ez egy egyszeri vak, keresztirányú, látszatkontrollos vizsgálat. A betegeket fekvőbeteg-rehabilitációra vették fel stroke diagnózissal kórházunkba. A vizsgálatban való részvétel kritériumai a következők voltak: első alkalommal bekövetkezett stroke; képalkotó diagnosztikai vizsgálattal (CT vagy MRI) igazolt agykérgi vagy agykérgi-szubkortikális elváltozás; enyhe vagy közepes fokú hemiparézis, minimális kézmozgás meglétével (amit a fogás- vagy csípéspróba elvégzésének lehetősége bizonyít). A következő kizárási kritériumokat vették figyelembe: a felső végtag krónikus, rokkantságot okozó patológiája; spaszticitás; pacemaker vagy súlyos kardiovaszkuláris állapotok; tumor, korábbi idegsebészeti agyi beavatkozás vagy súlyos kardiovaszkuláris állapotok, beleértve a pacemaker jelenlétét; epilepszia vagy súlyos pszichiátriai rendellenességek diagnózisa. A kísérleti eljáráson átesett kilenc beteg demográfiai és klinikai jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze.

A protokollt a helyi független etikai bizottság hagyta jóvá, és minden résztvevő írásbeli beleegyezését adta.

2.1. A protokollt a helyi független etikai bizottság hagyta jóvá. Transzkraniális egyenáramú stimuláció

A stimulációt két egymást követő napon 15 percig adtuk valódi és látszatállapotban, randomizálva a látszat/tDCS és az anodális/bipoláris/katodális stimulációra. Mindkét ülésben az ingerlést 60 másodperc előzte meg, ahol az áramot fokozatosan növelték az 1,5 mA intenzitásig, ami átmeneti érzéseket váltott ki, amelyek másodpercek alatt eltűntek, összhangban a korábbi jelentésekkel . A stimulátor (Eldith DC Stimulator, NeuroConn, Németország) az egyenáramot két, sóoldattal átitatott oldatba ágyazott, 35 cm2 felületű ( cm minden elektróda esetében) gélszivacsos elektróda segítségével biztosította.

Az aktív elektróda elhelyezése a randomizált különböző montázsok szerint változott: anodális stimuláció esetén az aktív elektródát az érintett félteke elsődleges motoros kéregének kézgomb területének vetületére helyezték; katodális stimuláció esetén az elektródát az érintetlen féltekére helyezték az anodális stimuláció analóg pozíciójában. Ezen elektródák beállításához a referens elektródát a kontralaterális szupraorbitális régió fölötti bőrfelületen helyeztük el. A kétoldali montázsban a katódot és az anódot aktív elektródaként a fent leírt módon helyezték el. Az elektromos stimulációval összefüggésben az anód azt a relatív pozitív terminált jelöli, ahol az áram a testbe áramlik, míg a katód azt a relatív negatív terminált jelöli, ahol az áram a testből távozik .

2.2. Az elektromos ingerléssel összefüggésben az anód azt a relatív pozitív terminált jelöli, ahol az áram a testből távozik. Tesztprotokoll

A betegeket arra kérték, hogy végezzék el a 9 lyukú peg-tesztet (9HPT) a TDCS vagy a Sham előtt és után. Ez a teszt egy négyzet alakú táblából áll, 3 sor 3 lyukkal. A résztvevőket arra kérték, hogy a lehető leggyorsabban töltsék meg a 9 lyukat csapokkal. A kutatók a feladat végrehajtására fordított időt stopperórával rögzítették, amely akkor kezdődött, amikor az alany megérintette az első csapot, és megállt, amikor az alany kitöltötte az utolsó lyukat, vagy amikor az idő 50 s-nál hosszabb volt, amint arról korábbi kutatások beszámoltak .

A végrehajtás sebességét a másodpercenként kitöltött lyukak számaként számították ki (kitöltött lyukak száma/idő). 9HPT-indexet kaptunk, mint a kézügyesség indexét. Az alanyok közötti adatnormalizáláshoz a 9HPT-indexet a következőképpen számították ki: 9HPT-index = sebesség LS/sebesség HS 100. A 9HPT-index kezelés előtti és utáni százalékos javulását a következőképpen számoltuk ki: (9HPT-indexpost – 9HPT-indexpre)/9HPT-indexpre 100.

A többi eredmény méréseként minden egyes résztvevő esetében a maximális szorítóerőt és a maximális fogóerőt speciális dinamométerekkel mértük. Mindkét kezet ülő helyzetben, a könyök 90°-os hajlításában és a csukló semleges helyzetében értékelték. A fogóerőt a Jamar-módszer szerint határoztuk meg, úgy, hogy a kar a lehető legnyújtottabb volt, és a kormányt 5 cm-re rögzítettük, ami a legmegfelelőbb távolság a maximális erő kifejlődéséhez. A két kísérlet között rögzített maximális erőket elemezték. Minden résztvevő elvégezte ezeket a teszteket a TDCS vagy a Sham előtt és után.

Végül négy kérdést tettünk fel az eszközzel való elégedettségről a betegek szemszögéből. A QUEST (Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology) kérdőív által inspirálva a tételek az eszköz dimenziójára és hasznosságára, az alkalmazás módjára, a használat kényelmére vonatkoztak. A válaszokat a Likert-típusú skálán osztályozták, amely a felmérési kutatásokban a válaszok skálázására leggyakrabban használt megközelítés, a “egyáltalán nem elégedett” és a “nagyon elégedett” között.”

2.3. Statisztikai elemzés

Minden mérés átlag ± standard eltérés mértékegységben van megadva. A 9HPT-indexen ismételt méréses varianciaanalízist végeztünk úgy, hogy alanyon belüli faktorokként a kezelés előtti versus utáni kezelést és a tDCS versus Sham, míg alanyok közötti faktorként a beállítás típusát (A, B vagy C) használtuk. Post hoc elemzéseket végeztünk Tukey korrekcióval az infláció vagy az I. típusú hiba többszörös összehasonlítások esetén. Hasonlóképpen, ugyanezeket az elemzéseket végeztük el az alanyok érintett végtagjánál rögzített csípő- és fogóerőkön. A varianciaanalízis alkalmazhatóságának ellenőrzésére előzetesen elvégeztük a hibavariánsok egyenlőségének Levene-féle tesztjét a 3 rögzített változó (9HPT-index, csípő- és fogóerők) adatainak homogenitásának ellenőrzésére mindkét stimuláció (tDCS versus Sham) esetében, a stimuláció előtt és után. Az SPSS 17.0 programot használtuk, és a szignifikáns küszöbértéket 0,05-ben határoztuk meg.

3. Eredmények

A 2. táblázat mind a kilenc kiválasztott beteg kísérleti adatait közli.

A varianciaanalízis alkalmazása előtt az adatok homogenitását a hibavariánsok egyenlőségének Levene-féle tesztjével ellenőriztük a 3 rögzített változó (9HPT-index, csípő- és fogóerő) mindkét stimuláció (tDCS versus Sham) esetében, a stimuláció előtt és után. A 12 adatkészletből tizenegy homogén () lett, a homogenitás szignifikáns csökkenése csak a sham-stimulációt követő fogás esetében volt megfigyelhető (). Ezen eredményeknek megfelelően ismételt méréses varianciaanalízist alkalmaztunk.

A tDCS-kezelés után regisztrált javulások szignifikánsan nagyobbak voltak a Sham-kezelés után megfigyelt változásokhoz képest, amint azt az 1. ábra és a 3. táblázat mutatja ( a Pre versus Post tDCS versus Sham interakció). A nagy adatvariabilitás ellenére az anodális és a katodális mutatta a nagyobb javulást, de a beállítások közötti különbségek csak fő tényezőként () voltak szignifikánsak, de a Pre versus Post tDCS versus Sham ABC interakció () esetében nem. A post hoc elemzések kimutatták, hogy az A csoportban már a kezelés előtt alacsonyabb volt a 9HPT-index (, varianciaanalízis, faktorcsoport).

1. ábra

A kézügyesség 9HPT-indexként mért javulásának százalékos aránya a valódi és a látszatstimuláció esetében a három különböző elektródamontázsban. Az ingerlés rövidítései: A: anodális; B: bilaterális; C: katodális.

A kézi erő tekintetében a tényezők közötti interakció (Pre versus Post tDCS versus Sham ABC) jelentősen befolyásolta az érintett végtag csípőerejét (, ). Az ABC fő faktor nem befolyásolta szignifikánsan a csípőerőt (, ). A katódos stimulációt követően szignifikáns + javulást, a bipoláris stimulációt követően – erőcsökkenést, az anódos stimulációt vagy a Sham szimulációt követően pedig nem találtunk változást (átlagosan 0%). A megragadási erők nem változtak, csak a tDCS versus Sham ABC interakciónak volt enyhe, de nem szignifikáns hatása (, ), ismét a katódos stimuláció utáni nagyobb javulással.

Végezetül, ami a felhasználói értékelést illeti, az eszközzel való általános elégedettség nagyon jó volt. A rövid felmérés eredményeit a 4. táblázatban közöltük.

Nem találtunk statisztikailag szignifikáns változást az anodális, bilaterális és katodális montázsok között a betegek felhasználói elégedettségi skálával értékelt megítélése szempontjából a dimenzió (, Kruskal-Wallis elemzés), az észlelt hasznosság (), az észlelt könnyű használhatóság () és a kezelés alatti kényelem () tekintetében (2. ábra). Csak egy kicsit meglepő tendencia volt megfigyelhető, amely azt jelzi, hogy a bipoláris montázst kevésbé invazívnak érzékelték, annak ellenére, hogy két elektróda van a fejen és kényelmesebb.

2. ábra

4 tételes, Likert-pontozáson alapuló felhasználói elégedettségi kérdések a három elektródamontázs (A: anódos, B: bilaterális, C: katódos montázs) esetében. Doboz (vékony vonalak: első és harmadik kvartilis, széles vonal: medián) és whiskers (minimális és maximális értékek) diagram a betegek által a dimenzióval, hasznossággal, könnyű használhatósággal és kényelemmel kapcsolatban adott értékelésekhez.

4. Megbeszélés

A vizsgálat célja az volt, hogy meghatározzuk az egyszeri transzkraniális egyenáramú stimuláció (valódi versus látszat) hatását a kézügyességre és a kézi erőre stroke-os betegeknél, három különböző elektróda beállításon keresztül végezve a stimulációt, és meghatározzuk, hogy a betegek kielégítőnek ítélték-e a montázst. Eredményeink arra utalnak, hogy a tDCS-kezelés hatékonyabb volt a kézügyességre, mint a sham-kezelés, míg a kézi erő tekintetében nem regisztráltunk szignifikáns különbségeket, még ha a katódos stimuláció után enyhe javulást is észleltünk. Továbbá a betegek nem panaszkodtak a kezelés elvégzésével kapcsolatos nehézségekre.

A közelmúltban számos tanulmány foglalkozott a motoros helyreállítást elősegítő eszközökkel. A tDCS a stroke rehabilitációban alkalmazható egyik legérdekesebb eszközként tűnik fel, mind a kognitív, mind a motoros károsodások esetében. A tDCS-vel végzett kezelések akár 30 percig is nyújthatók, a rehabilitációs ülés időzítéséhez hasonlóan, azt megelőzően vagy azzal szinkronban, javítva a rehabilitációs eredményeket . Ezenkívül az NIBS más formáihoz képest a tDCS kényelmesebb, mobilabb és olcsóbb, és nem számoltak be jelentősebb mellékhatásokról. Gyakori mellékhatások közé tartozik az enyhe fejfájás, viszketés és erythema az elektróda helyén .

Ezen előnyök ellenére e technika rehabilitációban való alkalmazása ellene hat a még túlságosan előzetes bizonyítékok miatt. A tanulmányok ugyanis nagymértékben eltérnek a stroke fázisa, a funkcionális károsodások, az eredmények célzása, a stimulációs beállítások és a rehabilitációs integráció tekintetében. Ezért egy nemrégiben készült metaanalízisben Bastani és Jaberzadeh arra a következtetésre jutott, hogy a tDCS (ebben az esetben anodális stimulációként) úgy tűnik, hogy jelentős hatást fejt ki a stroke-ban szenvedő személyeknél, de minden következtetést óvatosan kell kezelni. Ugyanakkor azt is megjegyezték, hogy potenciális szerepe a motoros funkció és a kortikomotoros ingerlékenység javítására szolgáló addicionális technikaként.

Vizsgálatunkban a különböző elektródamontázsokra összpontosítottuk figyelmünket, mivel egyre nagyobb az érdeklődés az ingerlés típusa iránt. Eredményeink azt mutatják, hogy az anodális stimuláció biztosította a nagyobb javulást a kézügyesség tekintetében. Ezek az eredmények összhangban vannak a korábbi jelentésekkel . Ilyen esetekben a hatások a kezelés után akár 2 hétig is eltarthatnak . E tanulmányok többsége a stroke krónikus fázisára vonatkozik, míg csak Kim és munkatársai mutattak ki stimulációs hatást a szubakut fázisban lévő betegeknél. Figyelemre méltó, hogy egy nemrégiben készült jelentés szerint a tDCS nem tűnik hatékonynak akut fázisban .

A kézügyesség mérésére használt feladatok, köztük a Jebsen-Taylor-teszt, a Box and Block teszt és a 9HPT, komplex szenzoros információt és szenzomotoros integrációt igényelnek a pontos teljesítéshez. Ráadásul a sikeres teljesítéshez az izmok és az ízületek aktiválásának összetett mintázata, valamint a célok és eszközök használata szükséges ; ezért a motoros rehabilitáció fokozójának szerepét inkább a tDCS anodális stimulációjának kellene betöltenie.

Tény, hogy a nem érintett félteke katóddal történő stimulációja is hatásosnak tűnik a motoros funkciók javításában, de a jelentések nem mindig egybehangzóak . Ezzel szemben a mi eredményeink azt mutatták, hogy a katódos tDCS kevéssé tűnt hatásosnak az erő szempontjából, más beállításoktól eltérően.

A mi vizsgálatunkban a bipoláris stimuláció tűnt a kevésbé hatékonynak. Egy korábbi vizsgálatban arról számoltak be, hogy az anodális tDCS egyidejű alkalmazása a motoros kéreg felett és a katodális tDCS a kontralaterális motoros kéreg felett az agykérgi ingerlékenység növekedését idézte elő . Tanulmányunk alátámasztja ezeket az eredményeket a kézügyesség tekintetében, ami az elektromos stimuláción alapuló kezelések globális hatását sugallja a látszatkörülményekhez képest, az elektródák bipoláris montázsa esetében is.

Végezetül a páciens általános elégedettsége megmaradt a rövid protokollkezelés során, ami megerősíti az eszköz használatának lehetőségét .

A vizsgálatunk fő korlátja a csökkentett mintaszám volt. Bár a vizsgálatban részt vevő alanyok száma összhangban volt a tDCS-vel kapcsolatos más tanulmányokkal , ez óvatosságot sugall az adatok értelmezésében. Másrészt statisztikai szempontból a vizsgálatunkban talált szignifikáns hatások ( a Pre versus Post tDCS versus Sham interakció esetében a 9HPT-index és a Pre versus Post tDCS versus Sham ABC interakció esetében a csípőerő esetében), amelyeket kis mintán kaptunk, potenciálisan nagyobbak voltak, mint a nagyobb mintán kapott egyenértékű eredmények, ami alátámasztja eredményeink fontosságát. Mindenesetre további, szélesebb mintán végzett kutatásokra van szükség. Ezenkívül az anodális stimulációt kapó csoportban általában alacsonyabb volt a kézügyesség (de nem az erő), ami korlátozhatja eredményeink értelmezését. Ezért további, nagyobb mintán végzett kutatásokra van szükség.

Összefoglalva, a jelen tanulmány hozzájárul a bizonyítékok azon csoportjához, amely erősíti a tDCS szerepét a rehabilitációs stroke lefolyásán belül, különösen a mindennapi élet összetettebb tevékenységeinek kiegészítő technikájaként. További vizsgálatokra van szükség a jobb montázsbeállítások meghatározásához, specifikusabb kimeneti méréseket megcélozva.