Het ABC van tDCS: Effecten van Anodal, Bilaterale en Cathodal Montages van Transcraniële Direct Current Stimulatie bij Patiënten met een beroerte-een Pilot Study

Abstract

Transcraniële Direct Current Stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve techniek die in opkomst is als een prospectieve therapie voor verschillende neurologische aandoeningen. Eerdere studies hebben aangetoond dat anodal en cathodal stimulatie kan motorische prestaties in termen van handvaardigheid en handkracht te verbeteren. Het doel van deze studie was om te bepalen of verschillende elektroden setups (anodal, cathodal, en gelijktijdige bilaterale tDCS) zorgen voor verschillende motorische prestaties en welke montage was effectiever. Als secundaire uitkomst, hebben we gevraagd aan de patiënten over hun tevredenheid, en om te bepalen of de bilaterale tDCS was meer ongemakkelijk dan unilaterale tDCS. Negen patiënten met een beroerte in de subacute fase werden ingeschreven in deze studie en willekeurig verdeeld in drie groepen. Onze resultaten toonden aan dat tDCS was een effectieve behandeling in vergelijking met Sham stimulatie (). In het bijzonder, anodal stimulatie zorgde voor de hogere verbetering in termen van handvaardigheid. Kathodische stimulatie leek een klein effect hebben in termen van kracht verbetering, niet waargenomen met andere setups. Bipolaire stimulatie leek het minst effectief te zijn. Er werden geen significante verschillen opgemerkt voor de verschillende opstellingen voor het oordeel van de patiënten. Deze resultaten benadrukken de potentiële werkzaamheid van tDCS voor patiënten met een beroerte in de subacute fase.

1. Inleiding

Patiënten met een beroerte resulteert in verschillende neurologische stoornissen, die ongeveer 1 miljoen proefpersonen in Europa. De gevolgen van een beroerte zijn dan ook de belangrijkste oorzaak van langdurige invaliditeit in geïndustrialiseerde samenlevingen. De resultaten van revalidatie leiden vaak tot onvolledig motorisch herstel en meer dan 60% van de patiënten kunnen hun paretische handen niet gebruiken in functionele activiteiten. Bovendien wordt de aanwezigheid van ernstige parese na vier weken beschouwd als een negatieve voorspellende factor voor het motorisch herstel, hetgeen voor deze patiënten wijst op ernstige moeilijkheden bij de activiteiten van het dagelijks leven in hun toekomst.

Om het herstel van de functie van de bovenste ledematen te vergemakkelijken, worden nog steeds veel verschillende revalidatiebehandelingen voorgesteld. Onder hen, richten onderzoekers hun aandacht op niet-invasieve hersenstimulaties (NIBS), wereldwijd. Hulpmiddelen van NIBS zijn de repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) en de transcraniële directe stroomstimulatie (tDCS).

Gebruik van tDCS wordt steeds meer bij patiënten met een beroerte voor de modulerende effecten op cognitieve en motorische functies . In het bijzonder voor de motorische domein, heeft de corticale doel van tDCS toepassing is aangetoond dat de uitvoering en vaardigheden te verbeteren, het produceren van belang voor de verbetering van de revalidatie beroerte ’s cursus. Bovendien, respect dan rTMS, het is minder duur, meer mobiele, en dus meer comfortabel, waardoor het gebruik ervan gemakkelijker in klinische settings.

Deze techniek past elektrische stroom direct op de hoofdhuid en moduleert de membraanpotentiaal afhankelijk van het type elektrode toepassing. In feite, anode is in staat om de depolarisatie van neuronen te vergemakkelijken, terwijl, integendeel, kathode hyperpolariseert de rustende membraanpotentiaal, het verminderen van de neuronale vuren. Toepassing in motorische domein voor proefpersonen met een beroerte is aangetoond effectief te zijn in het verbeteren van de prestaties van functionele taken en spierkracht .

Tegelijkertijd heeft een recente meta-analyse onderstreept als kleine steekproefgrootte, verschillende opstellingen, en een grote effectgrootte in studies met betrekking tot motorisch herstel op patiënten met een beroerte kan de klinische betekenis van dit voorlopige bewijs te verminderen.

Het doel van deze studie was om de effecten op de handvaardigheid en knijp-en grijpkracht van een tDCS enkele stimulatie, in vergelijking met Sham stimulatie te evalueren, en als deze verbetering was verschillend tussen de drie mogelijke elektroden ‘montages (anodal, kathodal, of bipolaire). Secundaire uitkomst was het evalueren van de tevredenheid van patiënten bij het gebruik van deze geavanceerde revalidatietechnologie.

2. Materiaal en Methoden

Dit is een single-blind, cross-over, sham-gecontroleerde studie. Patiënten werden opgenomen voor een intramurale revalidatie met een diagnose van een beroerte in ons ziekenhuis. De inclusiecriteria voor deelname aan deze studie waren als volgt: eerste beroerte; corticale of corticale-subcorticale laesie, bevestigd door diagnostische beeldvorming (CT of MRI scans); milde tot matige hemiparese met aanwezigheid van minimale handbeweging (bewezen door de mogelijkheid om grip of knijp test uit te voeren). De volgende uitsluitingscriteria werden in aanmerking genomen: de aanwezigheid van een voorgeschiedenis van chronische invaliderende pathologieën van de bovenste ledematen; spasticiteit; de aanwezigheid van een pacemaker of ernstige cardiovasculaire aandoeningen; een voorgeschiedenis van tumor, voorafgaande neurochirurgische herseninterventie, of ernstige cardiovasculaire aandoeningen, inclusief de aanwezigheid van een pacemaker; de diagnose van epilepsie of ernstige psychiatrische stoornissen. De demografische en klinische kenmerken van de negen patiënten die de experimentele procedure ondergingen, zijn samengevat in tabel 1.

Het protocol werd goedgekeurd door de lokale onafhankelijke ethische commissie, en alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming.

2.1. Transcraniële Direct Current Stimulatie

Stimulatie werd geleverd gedurende 15 minuten, zowel in echte en sham conditie, in twee opeenvolgende dagen, gerandomiseerd voor sham / TDCS en anodal / bipolaire / kathodische stimulaties. In beide sessies werd de stimulatie voorafgegaan door 60 seconden waarin de stroom geleidelijk werd verhoogd tot intensiteit van 1,5 mA, het opwekken van voorbijgaande sensaties die verdwenen in seconden, in overeenstemming met eerdere rapporten. De stimulator (Eldith DC Stimulator, NeuroConn, Duitsland) leverde de gelijkstroom met behulp van twee gel-spons elektroden met een oppervlakte van 35 cm2 ( cm voor elke elektrode) ingebed in een met zoutoplossing doordrenkte oplossing.

Positionering van de actieve elektrode varieerde volgens gerandomiseerde verschillende montage: voor anodische stimulatie, werd de actieve elektrode geplaatst op de projectie van de handknop gebied van de primaire motorische cortex van de getroffen halfrond, voor kathodische stimulatie, werd de elektrode geplaatst op niet-aangetaste halfrond in een analoge positie van de anodische stimulatie. Voor deze elektroden ‘setup, werd referentie-elektrode geplaatst op de huid boven de contralaterale supraorbitale regio. In bilaterale montage, werden kathode en anode gepositioneerd als actieve elektrode op dezelfde manier hierboven beschreven. In het kader van elektrische stimulatie, anode geeft de relatieve positieve terminal waar de stroom in het lichaam, terwijl kathode geeft de relatieve negatieve terminal waar de stroom vertrekt uit het lichaam. Test Protocol

Patiënten werd gevraagd om de 9-gaats pin test (9HPT) uit te voeren voor-en na-tDCS of Sham. Deze test bestaat uit een vierkant bord met 3 rijen van 3 gaten. Deelnemers werd gevraagd om de 9-gaten te vullen met haringen zo snel mogelijk. Onderzoekers namen de tijd besteed aan de taak uit te voeren met een stopwatch te beginnen wanneer het onderwerp de eerste pin aangeraakt en te stoppen wanneer het onderwerp het laatste gat gevuld of wanneer de tijd langer was dan 50 s, zoals eerdere onderzoeken gemeld.

Snelheid van uitvoering werd berekend in termen van het aantal gevulde gaatjes per seconde (aantal gevulde gaatjes/tijd). 9HPT-index, als een index van handvaardigheid, werd verkregen. Om de gegevens tussen de proefpersonen te normaliseren, werd de 9HPT-index als volgt berekend: 9HPT-index = snelheid LS/velociteit HS 100. De procentuele verbetering tussen pre- en post-behandeling van de 9HPT-index werd berekend als (9HPT-indexpost – 9HPT-indexpre)/9HPT-indexpre 100.

Als andere uitkomstmaat werden voor elke deelnemer de maximale knijpkracht en de maximale grijpkracht gemeten met behulp van specifieke dynamometers. Beide handen werden geëvalueerd terwijl de patiënten zaten, met de elleboog in een flexie van 90° en een neutrale positie van de pols. De grijpkracht werd bepaald volgens de Jamar-methode, met de arm zo veel mogelijk gestrekt en het stuur gefixeerd op 5 cm, de meest geschikte afstand om de maximale kracht te ontwikkelen. De maximale krachten geregistreerd tussen twee proeven werden geanalyseerd. Elke deelnemer voerde deze tests voor en na-tDCS of Sham.

Ten slotte werden vier vragen gesteld over de tevredenheid met het instrument vanuit het perspectief van de patiënt. Geïnspireerd door QUEST (Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology) vragenlijst, items werden betrokken op de dimensie en het nut van het apparaat, modaliteit van de toepassing, het comfort in het gebruik. De antwoorden werden gerangschikt op de Likert-schaal, de meest gebruikte benadering om antwoorden te schalen in survey-onderzoek, van “helemaal niet tevreden” tot “zeer tevreden”. Statistische analyse

Alle metingen worden gerapporteerd in termen van gemiddelde ± standaardafwijking. Een herhaalde maatregel analyse van variantie werd uitgevoerd op de 9HPT-index met als within-subjects factoren pre versus post behandeling en tDCS versus Sham, terwijl als between-subjects factor het type setup (A, B, of C). Post hoc analyses werden uitgevoerd met behulp van Tukey correctie voor de inflatie of type I fout voor meervoudige vergelijkingen. Dezelfde analyses werden uitgevoerd op de knijp- en grijpkrachten geregistreerd voor de aangedane ledematen van proefpersonen. Voor het controleren van de toepasbaarheid van de analyse van variantie, we eerder uitgevoerd Levene’s test van gelijkheid van de fout varianties voor het verifiëren van de homogeniteit van de gegevens van de 3 opgenomen variabelen (9HPT-index, knijpen en grijpen krachten) voor zowel de stimulaties (tDCS versus Sham), voor en na de stimulatie. SPSS 17.0 werd gebruikt en significante drempel werd ingesteld op 0.05.

3. Resultaten

Tabel 2 rapporteert de experimentele gegevens van alle negen geselecteerde patiënten.

Voordat variantieanalyse werd toegepast, werd de homogeniteit van de gegevens geverifieerd met Levene’s test van gelijkheid van fout varianties, van de 3 opgenomen variabelen (9HPT-index, knijp-en grijpkracht) voor beide stimulaties (tDCS versus Sham), voor en na de stimulatie. Elf van de 12 datasets resulteerde homogeen (), met een significante vermindering van de homogeniteit waargenomen alleen voor het grijpen na sham stimulatie (). Volgens deze resultaten pasten we repeated measure analyse van variantie.

De verbeteringen opgenomen na tDCS behandeling waren significant hoger ten opzichte van de veranderingen waargenomen na Sham behandeling, zoals blijkt uit figuur 1 en tabel 3 ( van de interactie Pre versus Post tDCS versus Sham). Ondanks de hoge variabiliteit van de gegevens, anodal en kathodal toonde de hogere verbeteringen, maar de verschillen tussen setups waren significant alleen als belangrijkste factor (), maar niet voor de interactie Pre versus Post tDCS versus Sham ABC (). Post hoc analyses bleek dat de A-groep een lagere 9HPT-index al voor de behandeling (, analyse van variantie, factor groep) had.

In termen van handmatige kracht, de interactie tussen factoren (Pre versus Post tDCS versus Sham ABC) significant invloed op de knijpkracht van de getroffen ledemaat (, ). Belangrijkste factor ABC had geen significante invloed op de knijpkracht (, ). We vonden een significante verbetering van + na kathodische stimulatie, een vermindering van de kracht van – na bipolaire stimulatie en geen veranderingen (0% in het gemiddelde) na anodische stimulatie of Sham simulatie. Grijpen krachten werden niet veranderd, met slechts een lichte, maar niet significant effect van tDCS versus Sham ABC interactie (, ), opnieuw met een hogere verbetering na cathodische stimulatie.

Ten slotte, met betrekking tot de evaluatie door de gebruiker, de algehele tevredenheid met het apparaat was zeer goed. Resultaten van de korte enquête werd gerapporteerd in tabel 4.

Er werden geen statistisch significante veranderingen gevonden tussen de anodale, bilaterale en kathodale montages wat betreft het oordeel van de patiënten beoordeeld door middel van de gebruikerstevredenheidsschaal in termen van dimensie (, Kruskal-Wallis analyse), waargenomen nut (), waargenomen gebruiksgemak (), en comfort tijdens de behandeling () (figuur 2). Er werd een weinig verrassende trend waargenomen die erop wijst dat bipolaire montage als minder invasief werd ervaren, ondanks de aanwezigheid van twee elektroden op het hoofd en het feit dat het comfortabeler was.

Figuur 2

4-item vragen over de tevredenheid van de gebruiker, gebaseerd op een Likert-score, voor de drie elektrodenopstellingen (A: anodische, B: bilaterale, C: kathodische montage). Box (dunne lijnen: eerste en derde kwartiel, brede lijn: mediaan) en whiskers (minimum- en maximumwaarden) voor de beoordeling door de patiënten van de afmetingen, het nut, de gebruiksvriendelijkheid en het comfort

4. Discussion

Het doel van deze studie was het bepalen van de effecten van een enkele transcraniële directe stroomstimulatie (echt versus sham) op handvaardigheid en handkracht bij patiënten met een beroerte, het uitvoeren van de stimulatie door middel van drie verschillende elektroden ‘setups, en te bepalen of de montage werd waargenomen door de patiënten als bevredigend. Onze resultaten suggereren dat tDCS behandeling was effectiever dan Sham behandeling op de handmatige beweeglijkheid, terwijl er geen significante verschillen werden geregistreerd in termen van handmatige kracht, zelfs als een lichte verbetering werd opgemerkt na de kathodische stimulatie. Bovendien werden geen problemen bij het uitvoeren van de behandeling geklaagd door de patiënten.

Recently, hebben veel studies zijn gericht op apparaten om de motor herstel te vergemakkelijken. De tDCS is in opkomst als een van de meest interessante apparaat toe te passen in een beroerte revalidatie, zowel voor de cognitieve en motorische stoornissen. Behandelingen met tDCS kan worden geleverd tot 30 minuten, vergelijkbaar met de timing van de revalidatie-sessie, voor of in synchronie met het, het verbeteren van de revalidatie resultaten. Bovendien, in vergelijking met andere vormen van NIBS, tDCS is comfortabeler, mobieler, en goedkoper, en er zijn geen grote bijwerkingen gemeld. Veel voorkomende bijwerkingen zijn lichte hoofdpijn, jeuk, en erytheem op de elektrode site .

Ondanks deze voordelen wordt het gebruik van deze techniek bij revalidatie tegengewerkt door nog te voorlopige bewijzen. In feite, studies variëren sterk in termen van fase van de beroerte, functionele beperkingen, gerichtheid van de uitkomsten, stimulatie set-ups, en revalidatie-integratie. Vandaar dat in een recente meta-analyse, Bastani en Jaberzadeh geconcludeerd dat tDCS (in dat geval, als anodal stimulatie) lijkt te significante effecten produceren bij proefpersonen met een beroerte, maar elke conclusie moet voorzichtig worden overwogen. Op hetzelfde moment, merkten ze ook de potentiële rol als add-on techniek om de motorische functie en corticomotor exciteerbaarheid te verbeteren.

In onze studie hebben we onze aandacht gericht op verschillende elektroden ‘montages, wordt een toenemende belangstelling voor het type van stimulatie. Onze resultaten tonen aan als anodal stimulatie verstrekt de hogere verbetering in termen van handvaardigheid. Deze bevindingen zijn in overeenstemming met eerdere rapporten. In dergelijke gevallen kunnen effecten duren tot 2 weken na de behandeling . De meeste van deze studies hebben betrekking op een chronische fase van de beroerte, terwijl alleen Kim en collega’s hebben aangetoond een stimulatie effect op patiënten in een subacute fase. Opmerkelijk is dat een recent rapport heeft opgemerkt dat tDCS niet lijkt te zijn effectief in een acute fase .

De taken die worden gebruikt om de handvaardigheid, met inbegrip van de Jebsen-Taylor-test, de doos en Blok-test, en de 9HPT te meten, moet een complexe zintuiglijke informatie en sensorimotorische integratie voor een nauwkeurige prestatie. Bovendien is de succesvolle prestaties vereist een complex patroon van activering van spieren en gewrichten en het gebruik van doelen en tools, dus de rol van versterker van motorische revalidatie moet meer geschikt zijn voor de anodal stimulatie van tDCS.

In feite, ook de stimulatie met kathode van de niet-getroffen hemisfeer lijkt effectief te zijn in de motorische functie verbetering, maar rapporten zijn niet altijd concordant . Integendeel, onze resultaten toonden aan dat kathodische tDCS leek een beetje effect in termen van kracht, anders door andere setups.

In onze studie, bipolaire stimulatie leek te zijn de minder effectief. In een eerdere studie werd gemeld als gelijktijdige toepassing van anodal tDCS over de motorische cortex en cathodal tDCS over de contralaterale motorische cortex geïnduceerde een toename van de corticale prikkelbaarheid . Onze studie ondersteunt deze bevindingen in termen van handvaardigheid, wat suggereert een globaal effect van behandelingen op basis van elektrische stimulatie respect dan sham omstandigheden, ook voor de bipolaire montage van elektroden.

Ten slotte werd de algehele tevredenheid door de patiënt gehandhaafd tijdens een korte protocol behandeling, de bevestiging van de faciliteit van het gebruik van dit apparaat.

De belangrijkste beperking van onze studie was de beperkte steekproefomvang. Hoewel het aantal proefpersonen betrokken bij deze studie was in lijn met andere studies over tDCS , het suggereert voorzichtigheid bij de interpretatie van gegevens. Aan de andere kant, vanuit een statistisch oogpunt, de significante effecten gevonden in onze studie (voor de interactie Pre versus Post tDCS versus Sham voor 9HPT-index en voor de interactie Pre versus Post tDCS versus Sham ABC voor knijpkracht) verkregen op een kleine steekproef waren potentieel groter dan gelijkwaardige resultaten verkregen met grotere steekproeven, ter ondersteuning van het belang van onze resultaten. Hoe dan ook, verder onderzoek op grotere steekproeven nodig zijn. Bovendien had de groep met anodale stimulatie over het algemeen een lagere handvaardigheid (maar geen kracht), wat de interpretatie van onze resultaten zou kunnen beperken. Verder onderzoek op grotere steekproeven is dus nodig.

Concluderend, de huidige studie draagt bij aan het panel van bewijs dat de rol van tDCS te versterken binnen de revalidatie beroerte ’s cursus, in het bijzonder voor de meer complexe activiteiten van het dagelijks leven als add-on techniek. Meer studies zijn nodig om de betere montage set-ups te definiëren, gericht op meer specifieke uitkomstmaten.