Met behulp van unidirectionele rotaties te verbeteren vestibulaire systeem asymmetrie bij patiënten met vestibulaire dysfunctie
Summary
Een nieuwe revalidatie methode wordt voorgesteld voor het opnieuw balanceren van het vestibulaire systeem bij patiënten met asymmetrische responsen, die bestaat uit unidirectionele rotaties naar de zwakkere kant. Door het direct wijzigen van de vestibulaire traject in plaats van het verbeteren van de multisensorische aspecten van compensatie, asymmetrie kan worden genormaliseerd binnen 1-2 sessies en blijvende effecten vertonen.
Abstract
Het vestibulaire systeem geeft informatie over de hoofd beweging en bemiddelt reflexen die bijdragen aan het balanceren van de controle en de blik stabilisatie tijdens dagelijkse activiteiten. Vestibulaire sensoren bevinden zich in het binnenoor aan beide zijden van het hoofd en projecteren op de vestibulaire kernen in de hersenstam. Vestibulaire disfunctie is vaak te wijten aan een asymmetrie tussen de inbreng van de twee zijden. Dit resulteert in asymmetrische neurale ingangen van de twee oren, die een illusie van rotatie kan produceren, gemanifesteerd als Vertigo. Het vestibulaire systeem heeft een indrukwekkende capaciteit voor compensatie, die dient om te herbalanceren hoe asymmetrische informatie van de sensorische eind organen aan beide zijden op het centrale niveau wordt verwerkt. Om compensatie te bevorderen, worden verschillende revalidatieprogramma’s gebruikt in de kliniek; ze gebruiken echter voornamelijk oefeningen die multisensorische integratie verbeteren. Recentelijk is ook visuele vestibulaire training gebruikt om de vestibulo-oculaire reflex (VOR) bij dieren met gecompenseerde eenzijdige laesies te verbeteren. Hier wordt een nieuwe methode geïntroduceerd voor het opnieuw balanceren van de vestibulaire activiteit aan beide zijden bij menselijke proefpersonen. Deze methode bestaat uit vijf unidirectionele rotaties in het donker (pieksnelheid van 320 °/s) naar de zwakkere kant. De werkzaamheid van deze methode werd aangetoond in een sequentiële, dubbelblinde klinische studie bij 16 patiënten met VOR asymmetrie (gemeten door de directionele overwicht in reactie op sinusoïdale rotaties). In de meeste gevallen, VOR asymmetrie daalde na een enkele sessie, bereikte normale waarden binnen de eerste twee sessies in een week, en de effecten duurde tot 6 weken. Het evenwichts effect is te wijten aan zowel een toename van de VOR-respons van de zwakkere zijde als een afname van de respons van de sterkere kant. De bevindingen suggereren dat unidirectionele rotatie kan worden gebruikt als een onder toezicht staande revalidatie methode om de VOR asymmetrie te verminderen bij patiënten met langdurige vestibulaire dysfunctie.
Introduction
Vestibulaire dysfunctie is een veelvoorkomende aandoening met een prevalentie van ~ 35% bij volwassenen boven 40 jaar oud1. De meeste vestibulaire aandoeningen resulteren in een asymmetrie tussen de inbreng van beide zijden, resulterend in een illusie van rotatie genaamd Vertigo. Bij afwezigheid van een normale vestibulaire functie, kunnen zelfs eenvoudige dagelijkse activiteiten een uitdaging zijn. Vestibulaire disfunctie wordt vaak gekwantificeerd door de vestibulo-oculaire reflex (VOR). Tijdens natuurlijke activiteiten, zoals wandelen of hardlopen, beweegt de VOR de ogen in tegengestelde richting en met dezelfde snelheid als de hoofd beweging. Deze reflex heeft een korte latentie van ~ 5 MS, en het wordt gemedieerd in het horizontale vlak door middel van een eenvoudige, drie-neuron Arc2. De informatie reist van vestibulaire receptoren naar de vestibulaire kernen, dan naar de ontvoert motorneuronen. Deze oogbewegingen resulteren in stabilisatie van horizontale blik tijdens dagelijkse activiteiten. De symmetrie van de VOR in reactie op rechtsom en linksom rotaties is een belangrijke test van vestibulaire functie.
Eenzijdige vestibulaire dysfunctie produceert centrale compenserende veranderingen en centraal gestuurde perifere veranderingen om gebrekkige asymmetrische VOR en resulterende vestibulaire onbalans te overwinnen. Zelfs na permanente vestibulaire laesies, zoals een unilaterale vestibulaire neurectomie, verbeteren de Vertigo en begeleidende symptomen gedurende een korte periode (dagen tot weken). Als gevolg van deze mogelijkheid, het vestibulaire systeem is een model voor het bestuderen van aanpassing en compensatie in neurale trajecten. Het is eerder aangetoond3 dat veranderingen in centrale vestibulaire trajecten kunnen worden uitgevoerd door een unidirectionele rotatie op basis van een hypothese voorgesteld door een van de auteurs (N.R.) ongeveer 20 jaar geleden. Andere studies hebben ook aangetoond compenserende veranderingen in verschillende delen van het sensorische traject, met inbegrip van de vestibulaire kernen (VN)4,5,6,7,8, commissurale trajecten tussen de VN aan beide zijden9, cerebellaire ingangen10, en de vestibulaire periferie11. Deze compenserende veranderingen resulteren in een nieuw evenwicht in de activiteit van VN-neuronen aan beide zijden.
Ondanks het indrukwekkende vermogen van het vestibulaire systeem om asymmetrische ingangen van de twee oren te compenseren, heeft onderzoek aangetoond dat reacties op snelle bewegingen nooit volledig worden gecompenseerd12,13. Het is nu bekend dat natuurlijke vestibulaire compensatie maakt geen gebruik van de volledige capaciteit van het systeem, en de gecompenseerde vor reactie kan worden verbeterd bij dieren die hebben deelgenomen aan Visual-vestibulaire opleiding14,15. Het is al lang bekend dat vestibulaire revalidatie oefeningen de compensatie bij patiënten met chronische onbalans problemen verbeteren door het verbeteren van de (niet-vestibulaire) multisensorische aard van balans controle16,17, 18 , 19 , 20 , 21. het doel van deze vestibulaire revalidatie oefeningen is het gebruik van fysiologische of gedragsmatige benaderingen om de symptomen te verbeteren, evenals de kwaliteit van leven van de patiënt en onafhankelijkheid22,23.
Hierin beschreven is een revalidatie methode die gebruik maakt van unidirectionele rotaties naar de “zwakkere” kant (Figuur 1a). Het basisidee voor deze methode komt van Hebbische plasticiteit, waarin neurale verbindingen sterker worden wanneer ze worden gestimuleerd. Deze methode wijzigt specifiek vestibulaire inputs in plaats van het verbeteren van multisensorische integratie, die de basis vormt voor andere vestibulaire revalidatie oefeningen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat unidirectionele rotaties VOR asymmetrie in 1-2 sessies in patiënten met unilaterale vestibulaire dysfunctie3afneemt. Dit effect was voornamelijk te wijten aan een toename van de activiteit van de zijde met een lagere respons (LR), evenals een lichte afname van de activiteit van de zijkant met een hogere respons (HR). Deze verandering wordt hoogstwaarschijnlijk gemedieerd door wijzigingen in de centrale trajecten (bijv. versterking van de verschillende trajecten, zoals VN-connecties of veranderingen in commissurale inputs). In feite kan deze techniek worden gebruikt als een onder toezicht staande methode voor vestibulaire revalidatie in die met langdurige vestibulaire asymmetrie.
Protocol
Representative Results
Discussion
De hier gepresenteerde revalidatie methode bestaat uit herhaalde unidirectionele rotaties in het donker naar de minder responsieve (LR) kant bij patiënten met een vestibulaire onbalans en VOR-asymmetrie. De meeste revalidatie technieken verbeteren de multisensorische integratie om de balans16,17,18,19,20te verbeteren. De hier gepresenteerde methode richt zich…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
N. R. werd gesteund door een onderzoeksfonds van Shahid Beheshti University of Medical Sciences and Health Services. S. G. S. werd ondersteund door NIDCD R03 DC015091 Grant.
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 |
Riferimenti
- 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).
