L’ABC della tDCS: effetti di montaggi anodici, bilaterali e catodici della stimolazione transcranica a corrente diretta in pazienti con ictus – uno studio pilota

Abstract

La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) è una tecnica non invasiva che sta emergendo come terapia prospettica per diversi disturbi neurologici. Studi precedenti hanno dimostrato che la stimolazione anodica e catodica può migliorare le prestazioni motorie in termini di destrezza e forza manuale. L’obiettivo di questo studio è stato quello di determinare se diversi setup di elettrodi (tDCS anodica, catodica e bilaterale simultanea) forniscono diverse prestazioni motorie e quale montaggio era più efficace. Come risultato secondario, abbiamo chiesto ai pazienti circa la loro soddisfazione, e per determinare se la tDCS bilaterale era più scomodo di tDCS unilaterale. Nove pazienti con ictus in fase subacuta sono stati arruolati in questo studio e divisi a caso in tre gruppi. I nostri risultati hanno dimostrato che la tDCS è stato un trattamento efficace se confrontato con la stimolazione Sham (). In particolare, la stimolazione anodica fornito il miglioramento maggiore in termini di destrezza manuale. La stimolazione catodica sembrava avere un piccolo effetto in termini di miglioramento della forza, non osservato con altre impostazioni. La stimolazione bipolare sembrava essere la meno efficace. Nessuna differenza significativa è stata notata per i diversi set-up per il giudizio dei pazienti. Questi risultati evidenziano la potenziale efficacia della tDCS per i pazienti con ictus in fase subacuta.

1. Introduzione

I risultati dell’ictus comportano diverse menomazioni neurologiche, che colpiscono circa 1 milione di soggetti in Europa. Quindi, gli effetti dell’ictus sono la principale causa di disabilità a lungo termine nelle società industrializzate. I risultati della riabilitazione spesso si concludono con un recupero motorio incompleto e oltre il 60% dei pazienti non può usare le mani paretiche in attività funzionali. Inoltre, la presenza di paresi grave dopo quattro settimane è considerata un fattore predittivo negativo per il recupero motorio, indicando per questi pazienti gravi difficoltà nelle attività della vita quotidiana nel loro futuro.

Per facilitare il recupero della funzione dell’arto superiore, molti trattamenti riabilitativi diversi sono ancora proposti. Tra questi, i ricercatori stanno concentrando la loro attenzione sulle stimolazioni cerebrali non invasive (NIBS), in tutto il mondo. Gli strumenti di NIBS sono la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) e la stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS).

L’uso di tDCS è in aumento nei pazienti con ictus per i suoi effetti modulatori sulle funzioni cognitive e motorie. In particolare per il dominio motorio, l’obiettivo corticale di applicazione tDCS ha dimostrato di migliorare l’esecuzione e le competenze, producendo interesse per il miglioramento del corso riabilitativo di ictus. Inoltre, rispetto alla rTMS, è meno costoso, più mobile e, quindi, più comodo, rendendo il suo uso più facile in ambienti clinici.

Questa tecnica applica la corrente elettrica direttamente sul cuoio capelluto e modula il potenziale di membrana in funzione del tipo di applicazione dell’elettrodo. Infatti, l’anodo è in grado di facilitare la depolarizzazione dei neuroni, mentre, al contrario, il catodo iperpolarizza il potenziale di membrana a riposo, riducendo il firing neuronale. Applicazione nel dominio motorio per i soggetti con ictus è stato dimostrato di essere efficace nel migliorare le prestazioni dei compiti funzionali e la forza muscolare.

Al tempo stesso, una recente meta-analisi ha sottolineato come piccole dimensioni del campione, diverse impostazioni, e un grande effetto negli studi riguardanti il recupero motorio su pazienti con ictus può ridurre i significati clinici di questa prova preliminare.

Lo scopo di questo studio era quello di valutare gli effetti sulla destrezza manuale e pinch e forza di presa di una stimolazione singola tDCS, rispetto alla stimolazione Sham, e se questo miglioramento era diverso tra i tre montaggi possibili elettrodi (anodica, catodica, o bipolare). Risultato secondario era quello di valutare la soddisfazione dei pazienti nell’utilizzo di questa tecnologia riabilitativa avanzata.

2. Materiale e metodi

Questo è uno studio in singolo cieco, crossover, controllato con sham. I pazienti sono stati ammessi per una riabilitazione ospedaliera con una diagnosi di ictus nel nostro ospedale. I criteri di inclusione per partecipare a questo studio sono stati selezionati come segue: primo ictus; lesione corticale o cortico-sottocorticale, confermata dalla diagnostica per immagini (TAC o risonanza magnetica); emiparesi da lieve a moderata con presenza di movimento minimo della mano (dimostrato dalla possibilità di eseguire il test di presa o di pizzico). I seguenti criteri di esclusione sono stati considerati: presenza di una storia di patologie croniche invalidanti dell’arto superiore; spasticità; presenza di pacemaker o gravi condizioni cardiovascolari; una storia di tumore, precedente intervento neurochirurgico al cervello, o gravi condizioni cardiovascolari, compresa la presenza di un pacemaker; una diagnosi di epilessia o disturbi psichiatrici maggiori. Caratteristiche demografiche e cliniche dei nove pazienti sottoposti alla procedura sperimentale sono riassunte nella tabella 1.

Il protocollo è stato approvato dal comitato etico locale indipendente, e tutti i partecipanti hanno dato il consenso informato scritto.

2.1. Stimolazione transcranica a corrente diretta

La stimolazione è stata somministrata per 15 minuti, sia in condizione reale che finta, in due giorni consecutivi, randomizzati per la stimolazione finta/tDCS e anodica/bipolare/catodica. In entrambe le sessioni, la stimolazione è stata preceduta da 60 secondi in cui la corrente è stata gradualmente aumentata fino all’intensità di 1.5 mA, suscitando sensazioni transitorie che sono scomparsi in pochi secondi, coerentemente con i rapporti precedenti. Lo stimolatore (Eldith DC Stimulator, NeuroConn, Germania) ha fornito la corrente continua utilizzando due elettrodi in gel-spugna con una superficie di 35 cm2 ( cm per ogni elettrodo) incorporato in una soluzione salina-imbevuto.

Posizionamento dell’elettrodo attivo variava secondo il montaggio randomizzato diverso: per la stimolazione anodica, l’elettrodo attivo è stato posto sulla proiezione della zona manopola mano della corteccia motoria primaria dell’emisfero interessato; per la stimolazione catodica, l’elettrodo è stato posto su emisfero non affetti in una posizione analoga della stimolazione anodica. Per la configurazione di questi elettrodi, l’elettrodo di riferimento è stato posizionato sulla pelle sopra la regione sopraorbitale controlaterale. Nel montaggio bilaterale, catodo e anodo sono stati posizionati come elettrodo attivo nello stesso modo descritto sopra. Nel contesto della stimolazione elettrica, l’anodo indica il terminale positivo relativo dove la corrente fluisce nel corpo, mentre il catodo indica il terminale negativo relativo dove la corrente esce dal corpo.

2.2. Protocollo di prova

Ai pazienti è stato chiesto di eseguire il 9-hole peg test (9HPT) prima e dopo la DCS o Sham. Questo test consiste in una tavola quadrata con 3 file di 3 fori. Ai partecipanti è stato chiesto di riempire i 9 buchi con i chiodini il più velocemente possibile. I ricercatori hanno registrato il tempo trascorso per eseguire il compito con un cronometro a partire da quando il soggetto ha toccato il primo piolo e fermarlo quando il soggetto ha riempito l’ultimo buco o quando il tempo era più lungo di 50 s, come ricerche precedenti segnalati.

La velocità di esecuzione è stata calcolata in termini di fori riempiti al secondo (numero di fori riempiti/tempo). 9HPT-index, come indice di destrezza manuale, è stato ottenuto. Per eseguire una normalizzazione dei dati tra i soggetti, il 9HPT-index è stato calcolato come segue: 9HPT-index = velocità LS/velocità HS 100. Il miglioramento percentuale tra pre e post trattamento del 9HPT-index è stato calcolato come (9HPT-indexpost – 9HPT-indexpre)/9HPT-indexpre 100.

Come altra misura di risultato, per ogni partecipante, la forza massima di pizzico e la forza massima di presa sono state misurate per mezzo di dinamometri specifici. Entrambe le mani sono state valutate con i pazienti seduti, il gomito a 90° di flessione e una posizione neutra del polso. La forza di presa è stata determinata secondo il metodo Jamar, con il braccio più disteso possibile e il manubrio fissato a 5 cm, la distanza più appropriata per sviluppare la forza massima. Sono state analizzate le forze massime registrate tra due prove. Ogni partecipante ha eseguito questi test prima e dopo la DCS o Sham.

Infine, quattro domande sono state fatte circa la soddisfazione con lo strumento dalla prospettiva dei pazienti. Ispirato al questionario QUEST (Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology), le voci erano interessate alla dimensione e l’utilità del dispositivo, modalità di applicazione, comfort nell’utilizzo. Le risposte sono state classificate sulla scala di tipo Likert, l’approccio più ampiamente utilizzato per scalare le risposte nella ricerca di sondaggio, da “per niente soddisfatto” a “molto soddisfatto.”

2.3. Analisi statistica

Tutte le misure sono riportate in termini di media ± deviazione standard. Un’analisi di misura ripetuta della varianza è stata eseguita sul 9HPT-index utilizzando come fattori within-subjects pre versus post trattamento e tDCS versus Sham, mentre come fattore between-subjects il tipo di impostazione (A, B, o C). Le analisi post hoc erano state eseguite utilizzando la correzione Tukey per l’inflazione o l’errore di tipo I per i confronti multipli. Allo stesso modo, le stesse analisi sono state eseguite sulle forze di pinch e grasp registrate per l’arto interessato dei soggetti. Per verificare l’applicabilità dell’analisi della varianza, abbiamo precedentemente eseguito il test di Levene di uguaglianza delle varianze di errore per verificare l’omogeneità dei dati delle 3 variabili registrate (9HPT-indice, pinch e grasp forces) per entrambe le stimolazioni (tDCS contro Sham), prima e dopo la stimolazione. SPSS 17.0 è stato utilizzato e soglia significativa è stata impostata a 0.05.

3. Risultati

Tabella 2 riporta i dati sperimentali di tutti i nove pazienti selezionati.

Prima di applicare l’analisi della varianza, l’omogeneità dei dati è stata verificata con il test di Levene di uguaglianza delle varianze di errore, delle 3 variabili registrate (9HPT-index, pinch e grasp forces) per entrambe le stimolazioni (tDCS contro Sham), prima e dopo la stimolazione. Undici dei set di dati 12 è risultato omogeneo (), con una riduzione significativa di omogeneità osservata solo per afferrare dopo la stimolazione sham (). In base a questi risultati, abbiamo applicato l’analisi di misura ripetuta della varianza.

I miglioramenti registrati dopo il trattamento tDCS erano significativamente superiori rispetto ai cambiamenti osservati dopo il trattamento Sham, come mostrato nella Figura 1 e Tabella 3 (di interazione Pre versus Post tDCS versus Sham). Nonostante l’elevata variabilità dei dati, anodica e catodica hanno mostrato i miglioramenti più elevati, ma le differenze tra le impostazioni erano significative solo come fattore principale (), ma non per l’interazione Pre versus Post tDCS versus Sham ABC (). Le analisi post hoc hanno rivelato che il gruppo A aveva un 9HPT-index inferiore già prima del trattamento (, analisi della varianza, fattore gruppo).

Figura 1

Percentuale di miglioramento della destrezza manuale, misurata come indice 9HPT, per la stimolazione reale e finta nei tre diversi montaggi di elettrodi. Abbreviazioni per la stimolazione: A: anodica; B: bilaterale; C: catodica.

In termini di forza manuale, l’interazione tra i fattori (Pre versus Post tDCS versus Sham ABC) ha influenzato significativamente la forza di pizzicamento dell’arto interessato (, ). Il fattore principale ABC non ha influenzato significativamente la forza di pizzicamento (, ). Abbiamo trovato un miglioramento significativo di + dopo la stimolazione catodica, una riduzione della forza di – dopo la stimolazione bipolare e nessun cambiamento (0% in media) dopo la stimolazione anodica o simulazione Sham. Forze di presa non sono stati alterati, con solo un leggero ma non significativo effetto di tDCS contro Sham ABC interazione (, ), ancora una volta con un miglioramento maggiore dopo la stimolazione catodica.

Infine, per quanto riguarda la valutazione degli utenti, la soddisfazione generale con il dispositivo era molto buona. I risultati del breve sondaggio sono stati riportati nella tabella 4.

Nessun cambiamento statisticamente significativo è stato trovato tra i montaggi anodico, bilaterale e catodico in termini di giudizio dei pazienti valutato tramite la scala di soddisfazione dell’utente in termini di dimensione (, analisi Kruskal-Wallis), utilità percepita (), facilità d’uso percepita (), e comfort durante il trattamento () (Figura 2). È stata osservata una piccola tendenza sorprendente che indica che il montaggio bipolare è stato percepito come meno invasivo, nonostante la presenza di due elettrodi sulla testa e più confortevole.

Figura 2

4 domande di soddisfazione degli utenti, basate su un punteggio Likert, per i tre setup di elettrodi (A: anodico, B: bilaterale, C: montaggio catodico). Box (linee sottili: primo e terzo quartile, linea larga: mediana) e baffi (valori minimi e massimi) per i giudizi dei pazienti su dimensione, utilità, facilità d’uso e comfort.

4. Discussione

Lo scopo di questo studio è stato quello di determinare gli effetti di una singola stimolazione transcranica a corrente diretta (reale versus sham) sulla destrezza e la forza manuale in pazienti con ictus, eseguendo la stimolazione attraverso tre diversi setup di elettrodi, e determinando se il montaggio è stato percepito dai pazienti come soddisfacente. I nostri risultati suggeriscono che il trattamento tDCS è stato più efficace del trattamento Sham sulla destrezza manuale, mentre nessuna differenza significativa è stata registrata in termini di forza manuale, anche se un leggero miglioramento è stato notato dopo la stimolazione catodica. Inoltre, nessuna difficoltà nell’esecuzione del trattamento sono stati lamentati dai pazienti.

Recentemente, molti studi sono stati focalizzati su dispositivi per facilitare il recupero motorio. La tDCS sta emergendo come uno dei dispositivi più interessanti da applicare nella riabilitazione dell’ictus, sia per i disturbi cognitivi e motori. Trattamenti con tDCS può essere fornito fino a 30 minuti, in modo simile al tempo di sessione riabilitativa, prima o in sincronia con esso, migliorando i risultati di riabilitazione. Inoltre, rispetto ad altre forme di NIBS, tDCS è più comodo, più mobile, e più economico, e non sono stati segnalati effetti avversi importanti. Effetti collaterali comuni includono lieve mal di testa, prurito ed eritema al sito dell’elettrodo.

Nonostante questi vantaggi, l’uso di questa tecnica nella riabilitazione è contrastato a causa di prove ancora troppo preliminari. Infatti, gli studi variano ampiamente in termini di fase dell’ictus, menomazioni funzionali, target dei risultati, set-up di stimolazione e integrazione riabilitativa. Quindi, in una recente meta-analisi, Bastani e Jaberzadeh ha concluso che tDCS (in quel caso, come stimolazione anodica) sembra produrre effetti significativi in soggetti con ictus, ma ogni conclusione dovrebbe essere considerata con cautela. Allo stesso tempo, hanno anche notato il suo ruolo potenziale come tecnica add-on per migliorare la funzione motoria e l’eccitabilità corticomotoria.

Nel nostro studio, abbiamo focalizzato la nostra attenzione su diversi montaggi di elettrodi, essendo un crescente interesse sul tipo di stimolazione. I nostri risultati mostrano come la stimolazione anodica ha fornito il miglioramento maggiore in termini di destrezza manuale. Questi risultati sono coerenti con i rapporti precedenti. In questi casi, gli effetti possono durare fino a 2 settimane dopo il trattamento. La maggior parte di questi studi riguardano una fase cronica dell’ictus, mentre solo Kim e colleghi hanno mostrato un effetto di stimolazione su pazienti in una fase subacuta. Degno di nota, un rapporto recente ha osservato che tDCS non sembra essere efficace in una fase acuta.

I compiti utilizzati per misurare la destrezza manuale, tra cui il test Jebsen-Taylor, il test Box and Block, e il 9HPT, hanno bisogno di una complessa informazione sensoriale e l’integrazione sensorimotoria per prestazioni accurate. Inoltre, le prestazioni di successo richiede un modello complesso di attivazione dei muscoli e delle articolazioni, nonché l’uso di obiettivi e strumenti; quindi, il ruolo di enhancer di riabilitazione motoria dovrebbe essere più appropriato per la stimolazione anodica di tDCS.

In realtà, anche la stimolazione con catodo dell’emisfero non colpito sembra essere efficace nel miglioramento della funzione motoria, ma i rapporti non sono sempre concordanti. Al contrario, i nostri risultati hanno mostrato che tDCS catodico sembrava essere un piccolo effetto in termini di forza, diversamente da altre impostazioni.

Nel nostro studio, stimolazione bipolare sembrava essere il meno efficace. In uno studio precedente, è stato segnalato come applicazione simultanea di tDCS anodica sopra la corteccia motoria e tDCS catodica sopra la corteccia motoria controlaterale indotto un aumento dell’eccitabilità corticale. Il nostro studio supporta questi risultati in termini di destrezza, suggerendo un effetto globale di trattamenti basati sulla stimolazione elettrica rispetto alle condizioni di sham, anche per il montaggio bipolare di elettrodi.

Infine, la soddisfazione complessiva da parte del paziente è stata mantenuta durante un trattamento breve protocollo, confermando la facilità di utilizzo di questo dispositivo.

La principale limitazione del nostro studio era la dimensione ridotta del campione. Anche se il numero di soggetti coinvolti in questo studio era in linea con altri studi sulla tDCS , suggerisce cautele nell’interpretazione dei dati. D’altra parte, da un punto di vista statistico, gli effetti significativi trovati nel nostro studio (per l’interazione Pre versus Post tDCS versus Sham per 9HPT-index e per l’interazione Pre versus Post tDCS versus Sham ABC per la forza di pizzico) ottenuti su un piccolo campione erano potenzialmente più grandi di risultati equivalenti ottenuti con campioni più grandi, sostenendo l’importanza dei nostri risultati. Comunque, sono necessarie ulteriori ricerche su campioni più ampi. Inoltre, il gruppo di stimolazione anodica aveva una destrezza manuale generalmente inferiore (ma non la forza) che potrebbe limitare l’interpretazione dei nostri risultati. Ulteriori ricerche su campioni più grandi è quindi necessario.

In conclusione, il presente studio contribuisce al pannello di prove che rafforzano il ruolo della tDCS all’interno del corso riabilitativo ictus, in particolare per le attività più complesse della vita quotidiana come add-on tecnica. Altri studi sono necessari per definire i migliori set-up di montaggio, mirando a misure di risultato più specifiche.