导致运动疗法结合经颅直流电刺激在运动前区皮层改善运动机能严重中风:飞行员随机对照试验

文摘

目标。我们比较经颅直流电刺激的影响在不同的皮质网站(主要运动前和运动皮层)结合导致运动疗法治疗中风患者。设计。60例随机分成3组:A组,阳极的刺激前运动皮层和导致运动疗法;B组,阳极的刺激在初级运动皮层和导致运动疗法;C组,虚假的刺激,导致运动疗法。评估涉及的分析功能独立,电动机复苏,痉挛状态,粗大运动功能和肌肉力量。结果。主要结果明显改善(功能独立)治疗后运动组的主要汽车集团和虚假的观察。相同的模式的改进是强调在所有二次结果测量的性能优越在初级运动和虚假的团体运动组。结论。前运动皮层有助于运动机能严重功能障碍患者患中风的早期阶段。本研究在ClinicalTrials.gov注册数据库(NCT 02628561)。

1。介绍

中风有时会引起严重的残疾,尽管最近进步发展的传统康复,恢复运动功能往往是不完整的,需要其他资源作为替代治疗(1,2]。从这个意义上说,经颅直流电刺激(tDCS)展示了有前景的结果在感觉运动和认知领域,代表一个潜在的工具,提高运动学习(3]。

结合物理治疗模式的可能性是tDCS康复过程的优点。更高的收益已经证明当tDCS比如果应用与物理康复训练进行单独(4,5]。在最近的一项研究中,一组研究人员与Cochrane协作分析系统评价相关干预措施包括改善卒中后上肢功能(6]。中等质量的研究人员发现,有证据表明,导致运动疗法(测量)是一种有效的治疗方法治疗轻偏瘫患者。因此,我们选择测量作为本研究的物理康复的一个协议,因为先前的研究已经表明,这种康复计划能够促进改变感觉运动皮质激活和皮质脊髓的电导率在卒中后患者7),除了促进重要的临床改善8]。客观,大大降低使用的上肢会减少contralesional运动皮层的活动,而反过来,可能导致减少transcallosal抑制该地区的同源区域影响半球。因此,这可能会减弱两半球间的不平衡,促进ipsilesional激活和增加自适应神经可塑性(9]。有引用神经生理学的变化相关的tDCS的行为在应用和测量hemiparetic患者(10]。犁et al。11)指出,测量出+ tDCS可以促进大脑皮层活动和恢复两半球间的平衡,代表功能恢复的重要辅助治疗。

对于刺激轨迹,大多数研究与卒中后tDCS涉及刺激的初级运动皮层(M1)12,13]。在这些研究中,阳极比安慰剂刺激(刺激提供了更大的临床益处14,15]。然而,其他研究人员假设冲突的角度,说明M1不存在相关的临床疗效[16- - - - - -18]。这种不一致是最明显的研究涉及严重残疾患者(19,20.]。有证据表明,更严重的病人出现皮质可塑性M1以外的地区,因此其他神经目标的参与对建立有效的治疗策略(很重要21,22]。此外,研究表明,大部分的汽车复苏后三个月内发生损伤(23),这显示了发展中研究中风的早期阶段的重要性。

因此,可以与其他大脑区域复杂的电机性能和运动学习,包括非基本运动区,如运动前区皮层(PMC) [24]。一些主要原因可能证明选择刺激的PMC作为轨迹:(a) PMC卒中后存活率很高。这一事实可能是由于其伟大的扩展,因为它占据了60%以上的额叶皮质(25]。此外,上运动区不受中风包括大脑中动脉(类型的中风发病率最高的),而M1在香港是最受病变的动脉(26];(b) PMC可以促进功能恢复。事实上,Craciunas et al。27]发现脑代谢物相关的神经元和神经胶质的隔间中改变表示手在双边汽车和运动领域和相关卒中后运动障碍的远端和近端臂。作为脊柱的PMC贡献比例高的皮质束(CST)手(28),PMC上肢恢复可能是一个有用的路径。最近的一项研究表明,增加PMC兴奋性通过阳极tDCS期间观察运动序列的促进健康受试者的运动学习。作者认为PMC是一个关键的一部分,运动记忆相关的神经回路,即阐述了物理实践(29日];(c) PMC会影响自适应可塑性的过程。Dum和击球30.)表明,PMC接收来自frontoparietal皮层和广泛的贡献直接与手部运动的生成和控制相关,独立于M1。以来就没有明确的层次组织M1和PMC之间,我们的传统观点,即M1发挥更高的作用与PMC将严重威胁。此外,马可尼et al。31日)指出,连接与同源和异源contralesional皮质,显示招聘的损伤对侧的区域以及损害身体的同侧的运动区域,反映出一种自适应由PMC恢复策略。

鉴于潜在辅助神经刺激的影响,我们的主要目的是验证是否积极的刺激可以促进额外收益测量结果严重影响了postsubacute中风患者的运动功能。我们的次要目标是调查这两个区域的刺激是否导致涉及患者不同的临床疗效。的原因,指出PMC作为替代治疗轨迹,我们假设应用程序的tDCS PMC优于M1刺激后严重影响患者的中风。据我们所知,这是第一个研究比较PMC tDCS的功效和M1 tDCS中风。

2。方法

2.1。设计

这是一个前瞻性,双盲,随机,试点研究涉及病人中风后,进行经颅直流电刺激会话,并测量出协议。协议研究是经当地伦理委员会批准并符合《赫尔辛基宣言》。所有的参与者为实验提供了书面知情同意过程。这项研究是在一所大学进行的实验室从1月到2016年4月。

2.2。参与者

60岁患者的卒中单元我们部门按照下列资格条件:(一)年龄在18岁到65岁;(b)诊断的单边,一次性的,亚急性中风,定义的国际疾病分类(ICD 10)通过ct或磁共振由神经学家。亚急性阶段被认为是01-03月血管损伤后的运行时间。参与者也可以,用任何方法的压力,从桌上抓毛巾,抬高几英寸,并释放它。因为这个协议集中在应用程序测量和tDCS严重中风,参与者被排除在外,如果他们能够积极扩展手腕超过10°,延长2个或更多的数字超过10°,绑架拇指超过10°()[32]。患者遵循程序困难或理解指令(),认知障碍(),或其他禁忌症等tDCS起搏器()和金属的头()被排除在外3]。总共18例不符合上述标准,被排除在研究之外。

2.3。随机化

在图1配偶(统一的标准报告试验)流程图显示了参与者的数量和分布。病人被随机分为3组,20个参与者:A组,阳极的刺激在ipsilesional M1和测量;B组,阳极的刺激在ipsilesional PMC和测量;C组,虚假的刺激和测量。

随机化的方法是1:1:1交换块随机生成的基于web的随机工具(https://www.random.org)。这个序列是独立和远程蒙蔽侦探没有接触其他的研究过程。随机化过程之后,盲目研究员(不参与招聘,数据收集,或干预)进行分配的参与者之间的组织。这是受雇于隐藏分配顺序编号,不透明的密封信封,负责分配的人没有接触患者或其他人的工作。这个信封是治疗会议前一天研究员负责神经刺激和员工负责执行测量不涉及与其他程序。数据分析是由研究人员没有参与任何阶段的招聘、筛选、评估、干预。

2.4。结果测量

初始神经评估涉及人口和临床资料,如年龄、性别、病变部位、行程时间,功能障碍(美国国立卫生研究院的中风尺度)。这项研究的结果评估功能独立,电动机复苏,痉挛状态,粗大运动功能,肌肉力量的影响的一面。

功能评估是由Barthel指数(BI),分析了水平的功能独立的病人执行10个基本日常生活活动能力(范围0 - 100)33]。

Fugl-Meyer Assessment-Upper肢体(FM)规模(得分范围从0到66)执行评估的手臂运动恢复。调频提供了令人印象深刻的两次试验法的可靠性(总= 0.98 - 0.99;分测验= 0.87 - 1.00)(34]。

修改Ashworth规模(MAS)实施评估肌肉张力的肩膀合并,屈肌的肘、手腕、手指和拇指。MAS评分(0 - 5)的肌肉是累加得到总MAS的分数范围从0到25 (35]。

盒子和块测试(《)是用来评估粗大运动功能。它计算块的数量,可以从盒子里的一个隔间运送到另一个1分钟内(36]。

医学研究理事会(MRC)量表是用来记录肌肉力量在肩膀绑架者,屈肌,和两肘、手腕、手指和拇指。上述每个肌肉群与度得分从0(无运动观察)到5(法向力与总阻力)。MRC总得分从0到45包括近端(MRC-prox, 0到15)和“远”的得分(MRC-dist, 0到30)[37]。

tDCS副作用问卷(头痛、颈部疼痛、燃烧,发红,和/或瘙痒)在每个会话管理。所有评估在这项研究是由一个训练有素的研究员。参与者收到指令和标准也密切监督评估在所有测试。

2.5。干预

2.5.1。tDCS

每个病人收到10会话(2周连续5天)的阳极的tDCS或虚假的刺激,强度0.7 mA。对于那些接受假刺激,有一个发射电流仅为30秒,炫目的方法被认为是可靠的几个以前的研究(2,12- - - - - -14]。目前是通过2 saline-soaked海绵表面电极使用电池驱动恒流刺激器(反式颅技术®、香港)。

我们使用一个特定的有源电极(6.4×2.5厘米),以避免覆盖邻近地区的tDCS电极。我们采用了施密特等人提出的方法。38)和一个刺激电极使用一个较小的表面积(16厘米²和传统35厘米²),一个矩形,而不是一个正方形的形状,并降低总电流(0.7 mA和传统1.0 mA)。

刺激M1,主动电极放置在C3和C4,根据国际10 - 20脑电图系统[39]。PMC是定义为M1的2.5厘米前运动区(40]。阳极是放置在受影响的半球和参比电极(35厘米的大小²)在眼眶上的地区对侧半球。除了10×20脑电图系统,我们使用Talairach坐标转换成个人的真实空间的参与者。因此,所有参与者的脑部核磁共振成像实验前应得到。目前软件(FMRIB软件库,牛津大学,英国)是用于转换坐标PMC和M1单独为每个主题。个体结构图像最初转化成MNI坐标(标准蒙特利尔神经学研究所)然后MNI坐标反向转换为原始图像空间。MNI坐标M1和他们对应的PMC。这些值是通过转换Talairach MNI空间坐标(41]。这些坐标被用于指导无框架stereotaxy(加拿大蒙特利尔Brainsight系统、流氓研究)。目标区域的位置是由一位经验丰富,训练有素的专业。程序都重复在每个疗程为所有参与者参与。图2显示了电极放置10 tDCS M1和PMC小组会议。

2.5.2。测量出

神经刺激后的测量是立即执行会话在每天3小时协议的运动技能训练两周(10天(不包括周末),一位理疗师的监督与盲到另一个程序。有限制的影响上肢醒着的时间的90%的病人,他们被鼓励使用受影响的肢体在他们的日常活动42]。

2.6。数据分析

统计分析进行了使用社会科学统计软件包(SPSS 20.0版)。我们使用意向处理原则,包含所有参与者参加至少一个会话的干预。我们比较基线特征为分类变量和使用卡方检验Wilcoxon等级和连续变量。

临床结果,我们做了一个先天的决定使用非参数统计由于不均数据集。我们评估差异(M1、PMC和虚假的)利用克鲁斯卡尔-沃利斯检验,事后Mann-WhitneyU测试/ Dunn-Sidak调整,和类内变化(pre发布)使用魏克森讯号等级测试。此外,我们决定使用悬崖的三角洲测试整体效果的大小。所有测试都2-tailed和差异被认为是具有统计学意义。

3所示。结果

所有参与者完成了会议,没有损失在整个研究中,如图1。没有明显差异与参与者的特征在基线()(表1)。

3.1。主要的结果

关于功能独立,结果如图所示3。魏克森讯号等级测试显示显著差异从基线到后处理对所有组(PMC):,;M1:,;假:,)。PMC的改善和M1组大小(有着很大的影响,;,、职责),虚假的组的效果很小(,)。

克鲁斯卡尔-沃利斯测试显示组间显著差异(,,)。事后比较表明,PMC-M1之间有显著性差异(,),PMC-sham (,),M1-sham组(,)的干预。

后续分析使用模型进行调整的变量索引基线功能特征,因为这些变量会影响最终的性能。然而,在基线BI并不存在显著差异()。当病人匹配根据基线BI PMC小组的每一个病人有一个更大的百分比增加BI相比他们匹配配对M1 ()和虚假的团体()。

3.2。二次结果

二次结果报道在图的结果4。组治疗后我们发现一个重要的区别。事后的结果对比分析表明,PMC小组改善更多汽车复苏(FM分数)比M1 (;)和虚假的团体(;)。痉挛状态(MAS分数)PMC组减少了9分和6分在M1 (;)和3分假组(;)。粗大运动功能(《分数)和肌肉力量(MRC分数)只有在改善PMC集团()。

虽然结果表明,三组有一个更好的性能在二级结果的试验(表2),只有PMC和M1组显示大影响电动机复苏和痉挛状态(悬崖的三角洲> 0.60)。虚假的组显示小影响所有措施(当比较基线与干预)的终结。

3.3。的不利影响

16的60名患者报告轻微副作用后刺激(7 M1组6 PMC小组,和虚假的3组):皮肤发红的网站下刺激(5在M1组,4 PMC小组,在虚假的和3组),轻微头痛(PMC 3 M1组和2组),和困倦PMC小组(1)。在所有组受试者经历了多种不利影响。

4所示。讨论

在这项工作中,我们证明了PMC tDCS的应用和M1 tDCS结合测量结果显著地提高电动机,高于测量应用单独与虚假的电流。我们的发现表明PMC刺激在M1优势,支持本地区的概念可以替代轨迹在卒中后康复。

在我们的实验中,PMC tDCS有特定影响运动机能而M1 tDCS评估临床结果。与我们的研究结果一致,坎宁安et al。21)测试的影响tDCS ipsilesional更高的运动区配对CIMT’。作者发现收益函数和灵巧,测量上肢Fugl-Meyer测试,9洞高尔夫挂钩测试,为病人和运动活动日志,只有积极的刺激。作者认为ipsilesional PMC可以帮助招募contralesional半球作为自适应当涉及严重影响了病人的角色。

犁et al。43]这PMC性能归因于重新映射其组织的能力,由于其多层结构包含抽象和离散的大脑组织,让它成为一种有效的替代在初级感觉运动皮层的损伤。PMC和M1有广泛的网络连接,与输入parietofrontal网络和预测脊髓的近端和远端肌(13]。这种连接可能是有用的,如果他们是搭配了一个治疗与测量的神经生理学基础协议,旨在刺激局部麻痹的支持的减少影响多动症的半球,通过两半球间的抑制机制(32]。

在之前的研究中,试图分析潜在重组领域的手表示对应PMC,霜等。44)观察到M1中风造成的损害越大,越大的神经可塑性在相邻的运动路径,因为增加的手表示在PMC观察值30%以上在血管损伤后M1。沿着这个角度看,斯图尔特et al。45)评估前运动皮层的作用与运动在卒中后的个人行动计划。研究人员观察到的变化运动组件可能会对性能造成负面影响和学习复杂的动作,表明PMC应该康复协议的优先目标,寻求改善卒中后残留脑电路的功能。

观察到在我们的研究中是一个重要方面,我们注意到一个模式改进的团体,包括虚假的集团(尽管它是低于其他),比较他们的基线和最后的分数。这种性能可能是由于测量的有效性提升治疗协议,其他研究卒中后患者(即可见一斑46,47]。测量导致神经可塑性的机制可能涉及各个解剖连接通过神经元发芽的形成,增加现有的突触连接的有效性甚至招募大量的神经元的神经支配相邻肢体的前病变(48]。

这项初步研究的结果进行解释时应特别谨慎,给出一些限制。尽管我们的目标比较的功效tDCS PMC和M1卒中后,我们不能保证没有PMC刺激达到M1的累积效应,反之亦然。由于存在内部和个人间的变化,干扰神经刺激的影响(49),类似的研究关注这个限制光焦度相关的技术,所以电流传播效果不能明确排除在外(从一个地区到另一个21,40]。然而,重要的是要注意,我们使用了多种策略来定位PMC和M1在不同的方式,比如减少电极尺寸,先前的研究中使用标准化的坐标定位的目标区域,使用核磁共振应用单独为每个病人,和程序重复在每个刺激会话。然而,未来的研究应该考虑根据个体差异(电流密度的变化50]。另一个应该考虑的一点是,我们的设计不包括神经生理学措施;因此我们不能确定因果关系的完整性CST和改善病人的功能,根据刺激区域。考虑到患者纳入本研究没有呈现显著的变化与临床参数基线,不同的好处的研究小组表明,差异是由于操纵实验变量,也就是说,刺激的轨迹,样本同质。然而,我们强调不可能测量皮质兴奋性的作用功效的tDCS PMC和M1的初步研究。改善通过选择区域的刺激,验证本研究有助于临床试验的设计与更大的样本和使用更具体的技术扩散张量成像和生物标记等。

5。结论

PMC的刺激或M1加上测量出促进卒中后康复,与更好的性能在电机测试病人阳极的tDCS PMC。这个发现应该用于未来的研究,希望调查PMC的关系与其他地区的运动机能还具有临床重要性因为tDCS是安全的,便宜,而且有效的技术应用与测量。

相互竞争的利益

取得了财务公开声明,没有利益冲突已报告作者或任何个人控制这篇文章的内容。

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