שימוש בסיבובים חד כיווני לשיפור שיווי מערכת בתוך שיווי מערכות סימטריה בחולים עם חוסר תפקוד לקוי
Summary
שיטת שיקום חדשה מוצגת לאיזון מחדש של מערכת שיווי הדרך בחולים עם תגובות אסימטריים, אשר מורכב סיבובים חד כיווני לעבר הצד החלש. על ידי שינוי ישיר של מסלול הפרוזדור במקום לשפר את ההיבטים רב חושי של פיצוי, סימטריה יכול להיות מנורמל בתוך 1-2 הפעלות ולהראות השפעות מתמשך.
Abstract
מערכת השמיעה מספקת מידע על תנועת הראש והרפלקסים המדיטים התורמים לאיזון השליטה וייצוב המבט במהלך הפעילות היומיומית. חיישני השמיעה מצויים באוזן הפנימית משני צדי הראש והפרויקט לגרעין השמיעה בגבעול המוח. לעיתים קרובות, חוסר-סימטריה בין הצדדים הוא אי-סימטרי. התוצאה היא כניסות לא סימטריות משתי האוזניים, שיכולות ליצור אשליה של סיבוב, המתבטאת בסחרחורות. למערכת שיווי המאזניים יכולת מרשימה לפיצוי, המשמשת לאיזון מחדש של האופן שבו מידע סימטרי מאברי החישה משני הצדדים מעובד ברמה המרכזית. כדי לקדם פיצויים, נעשה שימוש בתוכניות שיקום שונות במרפאה; עם זאת, הם משתמשים בעיקר בתרגילים המשפרים את האינטגרציה הרב חושית. לאחרונה, שימש האימון בעלת שיווי משקולות גם לשיפור השמיעה בבעלי חיים בעלי פצעים חד צדדיים מפוצה. כאן מוצגת שיטה חדשה לאיזון הפעילות המאזנת בשני הצדדים בנושאים אנושיים. שיטה זו מורכבת מחמישה סיבובים חד כיווני בחשיכה (מהירות שיא של 320 °/s) לכיוון הצד החלש. היעילות של שיטה זו הוצגה בניסוי סדרתי, כפול עיוור ב -16 חולים עם VOR א-סימטריה (נמדד לפי כיוון בתגובה לסיבובים sinusoidal). ברוב המקרים, ירד א-סימטריה לאחר מפגש יחיד, הגיע לערכים נורמליים בשתי ההפעלות הראשונות בשבוע אחד, וההשפעות נמשכו עד 6 שבועות. האפקט של איזון החוזר נובע גם מעלייה בתגובת VOR מהצד החלש וירידה בתגובה מהצד החזק יותר. הממצאים מראים כי סיבוב חד כיווני יכול לשמש כשיטה שיקום מפוקח כדי להפחית את ה-סימטריה ה-סימטרי בחולים עם תפקוד שיווי מידה והרבה בעיות.
Introduction
חוסר תפקוד שיווי משמיים הוא הפרעה נפוצה עם שכיחות של ~ 35% אצל מבוגרים מעל 40 שנים1. רוב ההפרעות בפרוזדור השמיעה מאפשרות סימטריה בין הקלט משני הצדדים, והתוצאה היא אשליה של סיבוב הנקרא ורטיגו. בהיעדר תפקוד רגיל של שיווי הבמה, אפילו פעילויות יומיות פשוטות יכולות להיות מאתגרות. התפקוד הלקוי של השמיעה הוא בדרך כלל באמצעות רפלקס השמיעה (VOR). במהלך פעילויות טבעיות, כגון הליכה או ריצה, ה-VOR מזיז את העיניים בכיוון ההפוך ובאותו מהירות כמו תנועת הראש. רפלקס זה יש השהיה קצרה של ~ 5 ms, והוא מתווך במישור האופקי דרך פשוטה, שלוש העצב קשת2. המידע עובר מקולטני הפרוזדור לגרעין השמיעה, ואז לחוטפים את הנוירונים המוטוריים. תנועות עיניים אלו גורמות לייצוב המבט האופקי במהלך הפעילות היומיומית. הסימטריה של ה-VOR בתגובה לכיוון השעון ולסיבובים נגד כיוון השעון היא מבחן חשוב בתפקוד השמיעה.
תפקוד לקוי של האיזון עם האיזון המרכזי מייצר שינויי פיצוי מרכזיים ושינויים היקפיים באופן מרכזי כדי להתגבר על הסדר האסימטרי הפגום והתוצאה המתקבלת. גם לאחר נגעים בעלי שיווי מידה קבועים, כגון כריתת שיווי העין, ורטיגו והסימפטומים הנלווים משפרים את הזמן בתקופה קצרה (ימים עד שבועות). בשל יכולת זו, מערכת שיווי המידה הייתה מודל ללמידה הסתגלות ופיצוי במסלולים עצביים. זה כבר הראו בעבר3 כי שינויים מסלולים המרכזי שיווי הבמה יכול להיות מיושם על ידי סיבוב חד כיווני המבוסס על השערה המוצעת על ידי אחד המחברים (N.R.) לפני 20 שנה. מחקרים אחרים הראו גם שינויים מפיצוי בחלקים שונים של השביל החושי, כולל גרעיני שיווי הבמה (VN)4,5,6,7,8, מסלולים מערכת בין ה-VN בשני הצדדים9, כניסות10, והפריפריה של הפרוזדור11. השינויים הפיצוי הללו מיוצרים איזון חדש בפעילות של הנוירונים בשני הצדדים.
למרות היכולת המרשימה של מערכת השמיעה לפיצוי על תשומות אסימטריים משתי האוזניים, המחקר הראה שתגובות לתנועות מהירות מעולם לא מפצות באופן מלא12,13. ידוע כיום שפיצויים טבעיים אינם משתמשים במלוא הקיבולת של המערכת, וניתן לשפר את תגובת הבור בבעלי חיים שהשתתפו בהכשרה בטווח הראייה14,15. כבר מזמן ידוע כי תרגילי שיקום בעלי האיזון משפרים את הפיצוי בחולים עם בעיות בלתי מאוזנת כרונית על ידי שיפור האופי הרב חושי של שליטה בשיווי משקל16,17, מיכל בן 18 , מיכל בן 19 , מיכל בן 20 , 21. מטרת תרגילי השיקום הללו היא להשתמש בגישות פיזיולוגיות או התנהגותיות כדי לשפר את הסימפטומים, כמו גם את איכות החיים והעצמאות של המטופל,22,23.
מתוארת להלן שיטת שיקום המשתמשת בסיבובים חד כיווני לכיוון הצד “החלש” (איור 1A). הרעיון הבסיסי לשיטה זו נובע מפלסטיות הבבית, בו הקשרים העצביים נעשים חזקים יותר כאשר הם ממריצים. שיטה זו משנה באופן מפורש את תשומות השמיעה במקום לשפר את האינטגרציה הסנסורית, שהיא הבסיס לתרגילי שיקום אחרים בעלי שיווי משקלים. מחקרים קודמים הראו כי סיבובים חד-כיוונית מקטין את הבור א-סימטריה ב-1-2 הפעלות בחולים עם בעיות בעלי הסדר חד צדדית3. אפקט זה נבע בעיקר מגידול בפעילות הצדדית עם תגובה נמוכה יותר (LR), כמו גם ירידה קלה בפעילות הצד עם תגובה גבוהה יותר (HR). שינוי זה הוא ככל הנראה מתווכת על ידי שינויים במסלולים המרכזיים (למשל, חיזוק מסלולים כלי לימפה, כגון חיבורי VN או שינויים בכניסות מערכת). למעשה, ניתן להשתמש בטכניקה זו כשיטה מבוקרת לשיקום הפרוזדור בבעלי שיווי מידה ובעלי-סימטריה.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת השיקום המוצגת כאן מורכבת מסבבים חוזרים ונשנים בחשיכה לקראת הצד הפחות מגיב (LR) בחולים עם חוסר איזון בשייווי הכול והבור א-סימטרי. רוב טכניקות השיקום משפרות שילוב רב חושי כדי לשפר את האיזון16,17,18,19,20. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
נ. ר. הייתה נתמכת על ידי קרן מחקר מאוניברסיטת שאהיד האשיטי למדעי הרפואה ושירותי בריאות. הג היתה נתמכת ע י נדבך R03 DC015091 גרנט.
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).
