Использование однонаправленных вращений для улучшения асимметрии вестибулярной системы у пациентов с вестибулярной дисфункцией
Summary
Представлен новый метод реабилитации для ребалансировки вестибулярной системы у пациентов с асимметричными реакциями, которая состоит из однонаправленных вращений в сторону слабой стороны. Путем сразу изменять вестибулярный путь rather than увеличивать multisensory аспекты компенсации, асимметрия может быть нормализована в пределах 1-2 сессий и показывает lasting влияния.
Abstract
Вестибулярная система предоставляет информацию о движении головы и опосредований рефлексы, которые способствуют контролю баланса и стабилизации взгляда во время повседневной деятельности. Вестибуляторные датчики расположены во внутреннем ухе по обе стороны головы и проецируются на вестибулярные ядра в стволе мозга. Вестибулярная дисфункция часто происходит из-за асимметрии между входными данными с двух сторон. Это приводит к асимметричным нервным входам из двух ушей, которые могут производить иллюзию вращения, проявляющаяся как головокружение. Вестибулярная система обладает впечатляющей способностью к компенсации, которая служит для ребалансировки того, как асимметричная информация из органов сенсорного конца с обеих сторон обрабатывается на центральном уровне. Для содействия компенсации в клинике используются различные реабилитационные программы; однако, они в первую очередь используют упражнения, которые улучшают мультисенсорную интеграцию. В последнее время, визуально-вестибулярной подготовки также была использована для улучшения вестибуло-глазного рефлекса (VOR) у животных с компенсированными односторонних поражений. Здесь вводится новый метод ребалансировки вестибулярной деятельности с обеих сторон в субъектах человеческих наук. Этот метод состоит из пяти однонаправленных вращений в темноте (пиковая скорость 320 градуса/с) к более слабой стороне. Эффективность этого метода была показана в последовательных, двойных слепых клинических испытаниях у 16 пациентов с асимметрией VOR (измеряется направленным перевесом в ответ на синусоидальные вращения). В большинстве случаев асимметрия VOR снизилась после одного сеанса, достигла нормальных значений в течение первых двух сеансов за одну неделю, а эффект длился до 6 недель. Эффект ребалансировки обусловлен как увеличением реакции VOR со стороны более слабой стороны, так и уменьшением реакции со стороны более сильной. Полученные результаты свидетельствуют о том, что однонаправленное вращение может быть использовано в качестве контролируемого метода реабилитации для уменьшения асимметрии VOR у пациентов с давней вестибулярной дисфункцией.
Introduction
Вестибулярная дисфункция является распространенным расстройством с распространенностью 35% у взрослых старше 40 лет1. Большинство вестибулярных расстройств приводят к асимметрии между входными данных с обеих сторон, в результате чего иллюзия вращения называется головокружение. При отсутствии нормальной вестибулярной функции, даже простые ежедневные мероприятия могут быть сложными. Вестибулярная дисфункция часто количественно по вестибюло-глазной рефлекс (VOR). Во время естественных мероприятий, таких как ходьба или бег, VOR двигает глаза в противоположном направлении и с той же скоростью, что и движение головы. Этот рефлекс имеет короткую задержку в 5 мс, и он опосредован в горизонтальной плоскости через простой, трехнейрондуги2. Информация передается от вестибулярных рецепторов к вестибулярным ядрам, а затем к абдуцирующим моторные нейроны. Эти движения глаз приводят к стабилизации горизонтального взгляда во время повседневной деятельности. Симметрия VOR в ответ на вращение по часовой стрелке и против часовой стрелки является важным испытанием вестибулярной функции.
Односторонняя вестибулярная дисфункция производит центральные компенсационные изменения и централизованно управляемые периферические изменения для преодоления дефектных асимметричных VOR и в результате вестибулярного дисбаланса. Даже после постоянных вестибулярных поражений, таких как односторонняя вестибулярная невректомия, головокружение и сопутствующие симптомы улучшаются в течение короткого периода (дней до недель) времени. Благодаря этой способности вестибулярная система стала моделью для изучения адаптации и компенсации в нервных путях. Ранее было показано 3, что изменения в центральных вестибулярных путей могут быть осуществлены однонаправленным вращением на основе гипотезы, предложенной одним из авторов (N.R.) около 20 лет назад. Другие исследования также показали компенсационные изменения в различных частях сенсорного пути, в том числе вестибулярных ядер (VN)4,5,6,7,8, commissural пути между VN собеих сторон 9, мозжечковые входы10, и вестибулярной периферии11. Эти компенсационные изменения приводят к новому балансу в активности нейронов VN с обеих сторон.
Несмотря на впечатляющую способность вестибулярной системы компенсировать асимметричные входы из двух ушей, исследования показали, что ответы на быстрые движения никогда полностью не компенсируются12,13. В настоящее время известно, что природные вестибулярные компенсации не использует полную мощность системы, и компенсированный ответ VOR может быть улучшена у животных, которые участвовали в визуально-вестибулярной подготовки14,15. Давно известно, что вестибулярные реабилитационные упражнения улучшают компенсацию у пациентов с хроническими проблемами дисбаланса за счет повышения (невестибулярного) мультисенсорного характера контроля баланса16,17, 18 лет , 19 лет , 20 , 21. Целью этих упражнений вестибулярной реабилитации является использование физиологических или поведенческих подходов для улучшения симптомов, а также качество жизни пациента и независимость22,23.
Описанный в настоящем случае метод реабилитации, который использует однонаправленные вращения в сторону “слабой” стороны(рисунок 1A). Основная идея этого метода исходит от пластичности гебби, в которой нейронные связи становятся сильнее, когда они стимулируются. Этот метод специально изменяет вестибулярные входы, а не усиливает мультисенсорную интеграцию, которая является основой для других упражнений вестибулярной реабилитации. Предыдущие исследования показали, что однонаправленные вращения уменьшаются асимметрия VOR в 1-2 сессиях у пациентов с односторонней вестибулярной дисфункцией3. Этот эффект был обусловлен главным образом увеличением активности стороны с более низкой реакцией (LR), а также небольшим снижением активности стороны с более высокой реакцией (HR). Это изменение, скорее всего, опосредовано изменениями в центральных путях (например, укреплением афферентных путей, такими как соединения VN или изменения в вводах commissural). По сути, этот метод может быть использован в качестве контролируемого метода для вестибулярной реабилитации в тех, с давней вестибулярной асимметрии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представленный здесь метод реабилитации состоит из повторяющихся однонаправленных вращений в темноте в сторону менее отзывчивой (LR) у пациентов с вестибулярным дисбалансом и асимметрией VOR. Большинство методов реабилитации усиливают мультисенсорную интеграцию, чтобы улучшить балан?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Н.Р. была поддержана исследовательским фондом Университета медицинских наук и здравоохранения Университета Шахида Бехешти. S. G. S. была поддержана грантом NIDCD R03 DC015091.
Materials
| VEST operating and analysis software | NeuroKinetics | ||
| Electronystagmograph | Nicolet | Spirit Model 1992 | Equipment used for collecting the data presented in the Results section |
| I-Portal NOTC (Neurotologic Test Center) | NeuroKinetics | Equipment shown for current studies and shown in the movie |
References
- Agrawal, Y., Ward, B. K., Minor, L. B. Vestibular dysfunction: prevalence, impact and need for targeted treatment. Journal of Vestibular Research. 23 (3), 113-117 (2013).
- Huterer, M., Cullen, K. E. Vestibuloocular reflex dynamics during high-frequency and high-acceleration rotations of the head on body in rhesus monkey. Journal of Neurophysiology. 88 (1), 13-28 (2002).
- Sadeghi, N. G., Sabetazad, B., Rassaian, N., Sadeghi, S. G. Rebalancing the Vestibular System by Unidirectional Rotations in Patients With Chronic Vestibular Dysfunction. Frontiers in Neurology. 9, 1196 (2018).
- Beraneck, M., et al. Long-term plasticity of ipsilesional medial vestibular nucleus neurons after unilateral labyrinthectomy. Journal of Neurophysiology. 90 (1), 184-203 (2003).
- Beraneck, M., et al. Unilateral labyrinthectomy modifies the membrane properties of contralesional vestibular neurons. Journal of Neurophysiology. 92 (3), 1668-1684 (2004).
- Sadeghi, S. G., Minor, L. B., Cullen, K. E. Neural correlates of motor learning in the vestibulo-ocular reflex: dynamic regulation of multimodal integration in the macaque vestibular system. Journal of Neuroscience. 30 (30), 10158-10168 (2010).
- Sadeghi, S. G., Minor, L. B., Cullen, K. E. Multimodal integration after unilateral labyrinthine lesion: single vestibular nuclei neuron responses and implications for postural compensation. Journal of Neurophysiology. 105 (2), 661-673 (2011).
- Sadeghi, S. G., Minor, L. B., Cullen, K. E. Neural correlates of sensory substitution in vestibular pathways following complete vestibular loss. Journal of Neuroscience. 32 (42), 14685-14695 (2012).
- Galiana, H. L., Flohr, H., Jones, G. M. A reevaluation of intervestibular nuclear coupling: its role in vestibular compensation. Journal of Neurophysiology. 51 (2), 242-259 (1984).
- Cullen, K. E., Minor, L. B., Beraneck, M., Sadeghi, S. G. Neural substrates underlying vestibular compensation: contribution of peripheral versus central processing. Journal of Vestibular Research. 19 (5-6), 171-182 (2009).
- Sadeghi, S. G., Minor, L. B., Cullen, K. E. Response of vestibular-nerve afferents to active and passive rotations under normal conditions and after unilateral labyrinthectomy. Journal of Neurophysiology. 97 (2), 1503-1514 (2007).
- Sadeghi, S. G., Minor, L. B., Cullen, K. E. Dynamics of the horizontal vestibuloocular reflex after unilateral labyrinthectomy: response to high frequency, high acceleration, and high velocity rotations. Experimental Brain Research. 175 (3), 471-484 (2006).
- Halmagyi, G. M., Black, R. A., Thurtell, M. J., Curthoys, I. S. The human horizontal vestibulo-ocular reflex in response to active and passive head impulses after unilateral vestibular deafferentation. Annals of the New York Academy of Sciences. 1004, 325-336 (2003).
- Maioli, C., Precht, W. On the role of vestibulo-ocular reflex plasticity in recovery after unilateral peripheral vestibular lesions. Experimental Brain Research. 59 (2), 267-272 (1985).
- Ushio, M., Minor, L. B., Della Santina, C. C., Lasker, D. M. Unidirectional rotations produce asymmetric changes in horizontal VOR gain before and after unilateral labyrinthectomy in macaques. Experimental Brain Research. 210 (3-4), 651-660 (2011).
- Whitney, S. L., Rossi, M. M. Efficacy of vestibular rehabilitation. Otolaryngology Clinics of North America. 33 (3), 659-672 (2000).
- Telian, S. A., Shepard, N. T. Update on vestibular rehabilitation therapy. Otolaryngology Clinics of North America. 29 (2), 359-371 (1996).
- Hall, C. D., et al. Treatment for Vestibular Disorders: How Does Your Physical Therapist Treat Dizziness Related to Vestibular Problems. Journal of Neurological Physical Therapy. 40 (2), 156 (2016).
- Hillier, S., McDonnell, M. Is vestibular rehabilitation effective in improving dizziness and function after unilateral peripheral vestibular hypofunction? An abridged version of a Cochrane Review. European Journal of Physical Rehabilitation Medicine. 52 (4), 541-556 (2016).
- Denham, T., Wolf, A. Vestibular rehabilitation. Rehabilitation Management. 10 (3), 93-94 (1997).
- Cooksey, F. S. Rehabilitation in Vestibular Injuries. Proceedings of the Royal Society of Medicine. 39 (5), 273-278 (1946).
- Enticott, J. C., Vitkovic, J. J., Reid, B., O’Neill, P., Paine, M. Vestibular rehabilitation in individuals with inner-ear dysfunction: a pilot study. Audiology and Neurootology. 13 (1), 19-28 (2008).
- Cohen, H. S., Kimball, K. T. Increased independence and decreased vertigo after vestibular rehabilitation. Otolaryngological Head and Neck Surgery. 128 (1), 60-70 (2003).
- Baloh, R. W., Halmagyi, G. M. . Disorders of the vestibular system. , (1996).
- Furman, J. M., Cass, S. P., Furman, J. M. . Vestibular disorders: a case-study approach. , (2003).
- Brey, R. H., McPherson, J. H., Lynch, R. M., Jacobson, G. P., Shepard, N. T. . Balance Function Assessment and Management. , 253-280 (2008).
- Funabiki, K., Naito, Y. Validity and limitation of detection of peripheral vestibular imbalance from analysis of manually rotated vestibulo-ocular reflex recorded in the routine vestibular clinic. Acta Otolaryngology. 122 (1), 31-36 (2002).
- Zalewski, C. K. . Rotational Vestibular Assessment. , (2018).
- Furman, J. M., Cass, S. P., Baloh, R. W., Halmagyi, G. M. Ch. 17. Disorders of the vestibular system. , 191-210 (1996).
- Desmond, A. . Vestibular function: evaluation and treatment. , (2004).
- Shepard, N. T., Goulson, A. M., McPherson, J. H., Jacobson, G. P., Shepard, N. T. Ch. 15. Balance function assessment and management. , 365-390 (2016).
- Clement, G., Flandrin, J. M., Courjon, J. H. Comparison between habituation of the cat vestibulo-ocular reflex by velocity steps and sinusoidal vestibular stimulation in the dark. Experimental Brain Research. 142 (2), 259-267 (2002).
- Clement, G., Tilikete, C., Courjon, J. H. Retention of habituation of vestibulo-ocular reflex and sensation of rotation in humans. Experimental Brain Research. 190 (3), 307-315 (2008).
- Clement, G., Tilikete, C., Courjon, J. H. Influence of stimulus interval on the habituation of vestibulo-ocular reflex and sensation of rotation in humans. Neuroscience Letters. 549, 40-44 (2013).
- Cohen, H., Cohen, B., Raphan, T., Waespe, W. Habituation and adaptation of the vestibuloocular reflex: a model of differential control by the vestibulocerebellum. Experimental Brain Research. 90 (3), 526-538 (1992).
- Maxwell, S. S., Burke, U. L., Reston, C. The effect of repeated rotation on the duration of after-nystagmus in the rabbit. American Journal of Physiology. 58, 432-438 (1922).
- Griffith, C. R. The Ettect Upon the White Rat of continued Bodily Rotation. American Naturalist. 54, 524-534 (1920).
- Shepard, N. T., Telian, S. A. Programmatic vestibular rehabilitation. Otolaryngologicla Head and Neck Surgery. 112 (1), 173-182 (1995).
- Itani, M., Koaik, Y., Sabri, A. The value of close monitoring in vestibular rehabilitation therapy. The Journal of Laryngology & Otology. 131 (3), 227-231 (2017).
- Pavlou, M., Bronstein, A. M., Davies, R. A. Randomized trial of supervised versus unsupervised optokinetic exercise in persons with peripheral vestibular disorders. Neurorehabilitation and Neural Repair. 27 (3), 208-218 (2013).
- Kao, C. L., et al. Rehabilitation outcome in home-based versus supervised exercise programs for chronically dizzy patients. Archives of Gerontology and Geriatrics. 51 (3), 264-267 (2010).
- Topuz, O., et al. Efficacy of vestibular rehabilitation on chronic unilateral vestibular dysfunction. Clinical Rehabilitation. 18 (1), 76-83 (2004).
- Black, F. O., Pesznecker, S. C. Vestibular adaptation and rehabilitation. Current Opinion in Otolaryngological Head and Neck Surgery. 11 (5), 355-360 (2003).
