The ABC of tDCS: Effects of Anodal, Bilateral and Cathodal Montages of Transcranial Direct Current Stimulation in Patients with Stroke-A Pilot Study

Abstract

Stimularea transcraniană cu curent direct (tDCS) este o tehnică neinvazivă care se profilează ca o terapie prospectivă pentru diferite tulburări neurologice. Studii anterioare au demonstrat că stimularea anodică și catodală poate îmbunătăți performanța motorie în ceea ce privește dexteritatea și forța manuală. Obiectivul acestui studiu a fost de a determina dacă diferite montări ale electrozilor (anodal, catodal și tDCS bilateral simultan) oferă performanțe motorii diferite și care montaj a fost mai eficient. Ca rezultat secundar, i-am întrebat pe pacienți despre satisfacția lor și pentru a determina dacă tDCS bilaterală a fost mai inconfortabilă decât tDCS unilaterală. Nouă pacienți cu accident vascular cerebral în fază subacută au fost înrolați în acest studiu și împărțiți aleatoriu în trei grupuri. Rezultatele noastre au arătat că tDCS a fost un tratament eficient dacă este comparat cu stimularea Sham (). În special, stimularea anodică a oferit cea mai mare îmbunătățire în ceea ce privește dexteritatea manuală. Stimularea catodală a părut să aibă un efect mic în ceea ce privește îmbunătățirea forței, care nu a fost observat cu alte configurații. Stimularea bipolară a părut a fi cea mai puțin eficientă. Nu au fost observate diferențe semnificative pentru diferitele set-up-uri în ceea ce privește judecata pacienților. Aceste rezultate evidențiază eficacitatea potențială a tDCS pentru pacienții cu accident vascular cerebral în fază subacută.

1. Introducere

Persoanele cu accident vascular cerebral (AVC) rezultă în mai multe deficiențe neurologice, afectând aproximativ 1 milion de subiecți în Europa. Prin urmare, efectele accidentului vascular cerebral sunt principala cauză de invaliditate pe termen lung în societățile industrializate . Rezultatele reabilitării se încheie adesea cu o recuperare motorie incompletă și peste 60% dintre pacienți nu-și pot folosi mâinile paretice în activități funcționale. Mai mult decât atât, prezența unei pareze severe după patru săptămâni este considerată un factor predictiv negativ pentru recuperarea motorie , indicând pentru acești pacienți dificultăți serioase în activitățile de zi cu zi în viitor.

Pentru a facilita recuperarea funcției membrelor superioare, se propun încă multe tratamente de reabilitare diferite. Printre acestea, cercetătorii își concentrează atenția asupra stimulărilor cerebrale neinvazive (NIBS), la nivel mondial. Instrumentele de NIBS sunt stimularea magnetică transcraniană repetitivă (rTMS) și stimularea transcraniană cu curent direct (tDCS).

Utilizarea tDCS este în creștere la pacienții cu accident vascular cerebral pentru efectele sale modulatoare asupra funcțiilor cognitive și motorii . În special pentru domeniul motor, s-a demonstrat că ținta corticală a aplicării tDCS îmbunătățește execuția și abilitățile , producând interes pentru îmbunătățirea cursului de reabilitare a accidentului vascular cerebral. În plus, în comparație cu rTMS, este mai puțin costisitoare, mai mobilă și, prin urmare, mai confortabilă, ceea ce face ca utilizarea sa să fie mai ușoară în mediul clinic.

Această tehnică aplică curentul electric direct pe scalp și modulează potențialul de membrană în funcție de tipul de aplicare a electrodului. De fapt, anodul este capabil să faciliteze depolarizarea neuronilor, în timp ce, dimpotrivă, catodul hiperpolarizează potențialul de membrană în repaus, reducând declanșarea focului neuronal . Aplicarea în domeniul motor pentru subiecții cu accident vascular cerebral s-a dovedit a fi eficientă în îmbunătățirea performanței sarcinilor funcționale și a forței musculare .

În același timp, o meta-analiză recentă a subliniat ca dimensiunea mică a eșantioanelor, configurațiile diferite și o dimensiune mare a efectului în studiile privind recuperarea motorie la pacienții cu accident vascular cerebral pot reduce semnificațiile clinice ale acestor dovezi preliminare.

Scopul acestui studiu a fost de a evalua efectele asupra dexterității manuale și a forței de strângere și de apucare a unei singure stimulări tDCS, în comparație cu stimularea Sham, și dacă această îmbunătățire a fost diferită între cele trei montaje posibile de electrozi (anodal, catodal sau bipolar). Rezultatul secundar a fost evaluarea satisfacției pacienților în utilizarea acestei tehnologii avansate de reabilitare.

2. Material și metode

Acest studiu este un studiu single-blind, încrucișat, controlat cu șampon. Pacienții au fost internați pentru o reabilitare în spitalul nostru cu diagnosticul de accident vascular cerebral. Criteriile de includere pentru a participa la acest studiu au fost selectate după cum urmează: accident vascular cerebral de prima dată; leziune corticală sau cortico-subcorticală, confirmată prin imagistică de diagnostic (CT sau RMN); hemipareză ușoară până la moderată cu prezența unei mișcări minime a mâinii (dovedită prin posibilitatea de a efectua testul de prindere sau de ciupire). Au fost luate în considerare următoarele criterii de excludere: prezența unui istoric de patologii cronice invalidante ale membrului superior; spasticitate; prezența unui stimulator cardiac sau a unor afecțiuni cardiovasculare severe; un istoric de tumoare, intervenție neurochirurgicală cerebrală anterioară sau afecțiuni cardiovasculare severe, inclusiv prezența unui stimulator cardiac; un diagnostic de epilepsie sau tulburări psihiatrice majore. Caracteristicile demografice și clinice ale celor nouă pacienți supuși procedurii experimentale sunt rezumate în tabelul 1.

Protocolul a fost aprobat de către comitetul de etică independent local, iar toți participanții și-au dat consimțământul informat în scris.

2.1. Stimularea transcraniană cu curent direct

Stimularea a fost administrată timp de 15 minute, atât în condiții reale, cât și în condiții sham, în două zile consecutive, randomizate pentru stimulări sham/tDCS și anodale/bipolare/catodale. În ambele sesiuni, stimularea a fost precedată de 60 de secunde în care curentul a fost crescut treptat până la intensitatea de 1,5 mA, provocând senzații tranzitorii care au dispărut în câteva secunde, în concordanță cu rapoartele anterioare . Stimulatorul (Eldith DC Stimulator, NeuroConn, Germania) a furnizat curentul continuu cu ajutorul a doi electrozi de gel-sponge cu o suprafață de 35 cm2 ( cm pentru fiecare electrod) încorporați într-o soluție îmbibată cu soluție salină.

Posționarea electrodului activ a variat în funcție de montajul diferit randomizat: pentru stimularea anodică, electrodul activ a fost plasat pe proiecția zonei butonului mâinii din cortexul motor primar al emisferei afectate; pentru stimularea catodală, electrodul a fost plasat pe emisfera neafectată într-o poziție analogă stimulării anodice. Pentru configurarea acestor electrozi, electrodul referent a fost poziționat pe pielea care acoperă regiunea supraorbitală controlaterală. În montajul bilateral, catodul și anodul au fost poziționate ca electrod activ în același mod descris mai sus. În contextul stimulării electrice, anodul indică terminalul relativ pozitiv prin care curentul intră în corp, în timp ce catodul indică terminalul relativ negativ prin care curentul iese din corp .

2.2. Protocolul de testare

Pacienții au fost rugați să efectueze testul 9-hole peg (9HPT) înainte și după TDCS sau Sham. Acest test constă într-o planșă pătrată cu 3 rânduri de 3 găuri. Participanților li s-a cerut să umple cele 9 găuri cu cuie cât mai repede posibil. Cercetătorii au înregistrat timpul petrecut pentru a executa sarcina cu un cronometru care începea când subiectul atingea prima cuier și se oprea când subiectul umplea ultima gaură sau când timpul era mai mare de 50 s, așa cum au raportat cercetările anterioare .

Velocitatea de execuție a fost calculată în termeni de găuri umplute pe secundă (numărul de găuri umplute/timp). S-a obținut 9HPT-index, ca indice al dexterității manuale. Pentru a efectua o normalizare a datelor între subiecți, 9HPT-index a fost calculat după cum urmează: 9HPT-index = viteză LS/viteză HS 100. Îmbunătățirea procentuală între pre și post tratament a 9HPT-index a fost calculată ca (9HPT-indexpost – 9HPT-indexpre)/9HPT-indexpre 100.

Ca măsurători ale altor rezultate, pentru fiecare participant, forța maximă de strângere și forța maximă de apucare au fost măsurate cu ajutorul unor dinamometre specifice. Ambele mâini au fost evaluate cu pacienții așezați, cu cotul la 90° de flexie și cu o poziție neutră a încheieturii mâinii. Forța de prindere a fost determinată conform metodei Jamar, cu brațul cât mai întins și ghidonul fixat la 5 cm, distanța cea mai potrivită pentru a dezvolta forța maximă . Au fost analizate forțele maxime înregistrate între două încercări. Fiecare participant a efectuat aceste teste înainte- și după-tDCS sau Sham.

În cele din urmă, au fost adresate patru întrebări privind satisfacția față de instrument din perspectiva pacienților. Inspirate din chestionarul QUEST (Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology) , itemii s-au preocupat de dimensiunea și utilitatea dispozitivului, modalitatea de aplicare, confortul în utilizare. Răspunsurile au fost clasificate pe o scală de tip Likert, cea mai utilizată abordare pentru scalarea răspunsurilor în cercetarea prin sondaj, de la „deloc mulțumit” la „foarte mulțumit”.”

2.3. Analiză statistică

Toate măsurătorile sunt raportate în termeni de medie ± deviație standard. O analiză de varianță cu măsurători repetate a fost efectuată pe 9HPT-index folosind ca factori în cadrul subiecților pre versus posttratament și tDCS versus Sham, în timp ce ca factor între subiecți a fost utilizat tipul de configurație (A, B sau C). Analizele post-hoc au fost efectuate utilizând corecția Tukey pentru inflație sau eroarea de tip I pentru comparații multiple. În mod similar, aceleași analize au fost efectuate pe forțele de ciupire și de apucare înregistrate pentru membrul afectat al subiecților. Pentru a verifica aplicabilitatea analizei varianței, am efectuat în prealabil testul Levene de egalitate a varianțelor erorilor pentru a verifica omogenitatea datelor celor 3 variabile înregistrate (indicele 9HPT, forțele de ciupire și de apucare) pentru ambele stimulări (tDCS versus Sham), înainte și după stimulare. S-a utilizat SPSS 17.0, iar pragul semnificativ a fost stabilit la 0,05.

3. Rezultate

Tabelul 2 raportează datele experimentale ale tuturor celor nouă pacienți selectați.

Înainte de a aplica analiza varianței, omogenitatea datelor a fost verificată cu testul Levene de egalitate a varianțelor erorilor, a celor 3 variabile înregistrate (indicele 9HPT, forța de ciupit și forța de apucare) pentru ambele stimulări (tDCS versus Sham), înainte și după stimulare. Unsprezece din 12 seturi de date au rezultat omogene (), cu o reducere semnificativă a omogenității observată doar pentru apucarea după stimularea Sham (). În funcție de aceste rezultate, am aplicat analiza de varianță cu măsurători repetate.

Ambunătățirile înregistrate după tratamentul tDCS au fost semnificativ mai mari în raport cu modificările observate după tratamentul Sham, așa cum se arată în Figura 1 și Tabelul 3 ( de interacțiune Pre versus Post tDCS versus Sham). În ciuda variabilității ridicate a datelor, anodal și catodal au prezentat îmbunătățiri mai mari, dar diferențele dintre configurații au fost semnificative doar ca factor principal (), dar nu și pentru interacțiunea Pre versus Post tDCS versus Sham ABC (). Analizele post hoc au arătat că grupul A a avut un indice 9HPT mai mic deja înainte de tratament (, analiza varianței, factor grup).

Figura 1

Percentual de îmbunătățire a dexterității manuale, măsurată ca indice 9HPT, pentru stimularea reală și simulată în cele trei montaje diferite de electrozi. Abrevieri pentru stimulare: A: anodal; B: bilateral; C: catodal.

În ceea ce privește forța manuală, interacțiunea dintre factori (Pre versus Post tDCS versus Sham ABC) a afectat semnificativ forța de ciupire a membrului afectat (, ). Factorul principal ABC nu a afectat semnificativ forța de ciupire (, ). Am constatat o îmbunătățire semnificativă de + după stimularea catodică, o reducere a forței de – după stimularea bipolară și nicio schimbare (0% în medie) după stimularea anodică sau simularea Sham. Forțele de apucare nu au fost modificate, cu doar un efect ușor, dar nesemnificativ, al interacțiunii tDCS versus Sham ABC (, ), din nou cu o îmbunătățire mai mare după stimularea catodică.

În cele din urmă, în ceea ce privește evaluarea utilizatorului, satisfacția generală față de dispozitiv a fost foarte bună. Rezultatele sondajului scurt au fost raportate în tabelul 4.

Nu s-au constatat schimbări semnificative din punct de vedere statistic între montajele anodic, bilateral și catodal în ceea ce privește judecata pacienților evaluată prin intermediul scalei de satisfacție a utilizatorului în ceea ce privește dimensiunea (, analiza Kruskal-Wallis), utilitatea percepută (), ușurința percepută de utilizare () și confortul în timpul tratamentului () (Figura 2) (Figura 2). A fost observată doar o tendință puțin surprinzătoare care indică faptul că montajul bipolar a fost perceput ca fiind mai puțin invaziv, în ciuda prezenței a doi electrozi pe cap și a faptului că este mai confortabil.

Figura 2

Întrebări privind gradul de satisfacție al utilizatorului cu 4 itemi, bazate pe un scor Likert, pentru cele trei montări de electrozi (A: anodic, B: bilateral, C: montaj catodic). Graficul Box (linii subțiri: primul și al treilea cuartil, linia largă: mediana) și whiskers (valori minime și maxime) pentru aprecierile pacienților privind dimensiunea, utilitatea, ușurința de utilizare și confortul.

4. Discuție

Scopul acestui studiu a fost acela de a determina efectele unei singure stimulări transcraniene cu curent continuu (reală versus simulată) asupra dexterității și forței manuale la pacienții cu accident vascular cerebral, efectuând stimularea prin trei montări diferite de electrozi și determinând dacă montajul a fost perceput de pacienți ca fiind satisfăcător. Rezultatele noastre sugerează că tratamentul tDCS a fost mai eficient decât tratamentul Sham asupra dexterității manuale, în timp ce nu au fost înregistrate diferențe semnificative în ceea ce privește forța manuală, chiar dacă s-a observat o ușoară îmbunătățire după stimularea catodică. Mai mult, pacienții nu s-au plâns de dificultăți în efectuarea tratamentului.

În ultima vreme, multe studii s-au concentrat asupra dispozitivelor pentru a facilita recuperarea motorie. TDCS apare ca fiind unul dintre cele mai interesante dispozitive de aplicat în reabilitarea accidentului vascular cerebral, atât pentru deficiențele cognitive, cât și pentru cele motorii. Tratamentele cu tDCS pot fi furnizate timp de până la 30 de minute, în mod similar cu calendarul sesiunii de reabilitare, înainte sau în sincronie cu aceasta, îmbunătățind rezultatele reabilitării . În plus, în comparație cu alte forme de NIBS, tDCS este mai confortabilă, mai mobilă și mai ieftină și nu au fost raportate efecte adverse majore. Efectele secundare comune includ dureri de cap ușoare, mâncărimi și eritem la locul electrodului .

În ciuda acestor avantaje, utilizarea acestei tehnici în reabilitare este contracarată din cauza dovezilor încă prea preliminare. De fapt, studiile variază foarte mult în ceea ce privește faza accidentului vascular cerebral, deficiențele funcționale, țintirea rezultatelor, setările de stimulare și integrarea reabilitării. Prin urmare, într-o meta-analiză recentă, Bastani și Jaberzadeh au concluzionat că tDCS (în acest caz, ca stimulare anodică) pare să producă efecte semnificative la subiecții cu accident vascular cerebral, dar orice concluzie ar trebui privită cu prudență. În același timp, ei au remarcat, de asemenea, rolul său potențial ca tehnică adițională pentru îmbunătățirea funcției motorii și a excitabilității corticomotorii.

În studiul nostru, ne-am concentrat atenția asupra diferitelor montaje de electrozi, fiind un interes crescând asupra tipului de stimulare. Rezultatele noastre arată că stimularea anodică a oferit cea mai mare îmbunătățire în ceea ce privește dexteritatea manuală. Aceste constatări sunt în concordanță cu rapoartele anterioare . În astfel de cazuri, efectele pot dura până la 2 săptămâni după tratament . Cele mai multe dintre aceste studii se referă la o fază cronică a accidentului vascular cerebral, în timp ce doar Kim și colegii au arătat un efect al stimulării la pacienții aflați într-o fază subacută. De remarcat, un raport recent a observat că tDCS nu pare a fi eficientă într-o fază acută .

Sarcinile utilizate pentru a măsura dexteritatea manuală, inclusiv testul Jebsen-Taylor, testul Box and Block și testul 9HPT, au nevoie de o informație senzorială complexă și de o integrare senzorio-motorie pentru o performanță precisă. Mai mult, performanța reușită necesită un model complex de activare a mușchilor și articulațiilor, precum și utilizarea de ținte și instrumente ; prin urmare, rolul de potențator al reabilitării motorii ar trebui să fie mai adecvat pentru stimularea anodică a tDCS.

De fapt, și stimularea cu catod a emisferei neafectate pare a fi eficientă în îmbunătățirea funcției motorii, dar rapoartele nu sunt întotdeauna concordante . Dimpotrivă, rezultatele noastre au arătat că tDCS catodică părea să aibă un efect mic în ceea ce privește forța, diferit de alte configurații.

În studiul nostru, stimularea bipolară părea să fie cea mai puțin eficientă. Într-un studiu anterior, s-a raportat că aplicarea simultană a tDCS anodică pe cortexul motor și tDCS catodică pe cortexul motor contralateral a indus o creștere a excitabilității corticale . Studiul nostru susține aceste constatări în ceea ce privește dexteritatea, sugerând un efect global al tratamentelor bazate pe stimulare electrică respectul față de condițiile sham, de asemenea pentru montajul bipolar al electrozilor.

În cele din urmă, satisfacția generală din partea pacientului a fost menținută în timpul unui scurt protocol de tratament, confirmând ușurința utilizării acestui dispozitiv .

Principala limitare a studiului nostru a fost dimensiunea redusă a eșantionului. Deși numărul de subiecți implicați în acest studiu a fost în concordanță cu alte studii privind tDCS , aceasta sugerează precauții în interpretarea datelor. Pe de altă parte, din punct de vedere statistic, efectele semnificative găsite în studiul nostru ( pentru interacțiunea Pre versus Post tDCS versus Sham pentru 9HPT-index și pentru interacțiunea Pre versus Post tDCS versus Sham ABC pentru forța de ciupire) obținute pe un eșantion mic au fost potențial mai mari decât rezultatele echivalente obținute cu eșantioane mai mari, susținând importanța rezultatelor noastre. Oricum, sunt necesare cercetări suplimentare pe eșantioane mai mari. În plus, grupul de stimulare anodică a avut o dexteritate manuală în general mai scăzută (dar nu și forță) care ar putea limita interpretarea rezultatelor noastre. Prin urmare, sunt necesare cercetări suplimentare pe eșantioane mai mari.

În concluzie, studiul de față contribuie la panoul de dovezi care întăresc rolul tDCS în cadrul cursului de reabilitare a accidentului vascular cerebral, în special pentru activitățile mai complexe ale vieții cotidiene ca tehnică adițională. Sunt necesare mai multe studii pentru a defini cele mai bune set-up-uri de montaj, vizând măsuri de rezultat mai specifice.

.