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Enrico Alfonsi
Diagnostica avanza ta e
trattamenti innovativi delle
disfagie neurogene
ʺDAY SERVICE PER LE DISFAGIE NEUROGENEʺ
Unita di EMG Speciale e Patologie del Sistema Nervoso Periferico
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Tongue Larynx Esophagus
Epiglottis
Pharynx
Voluntary phaseOral phase (preparatory)Oral phase (propulsive)
Authomatic phasesPharyngeal phase
Oesophageal phase
SWALLOWING
‘Swallowing is known to be a complex but stereotyped motor sequence, with the
implication that it involves a fixed behavioral pattern’ (Jean, 2001)
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Table 1 - Summary of the main cortical and sub-cortical activations associated with swallowing, as identified by functional brain imaging
studies.
From the following articleRole of cerebral cortex in the control of swallowing
Shaheen HamdyGI Motility online (2006)
Brain region PET fMRI MEGPET, positron emission tomography; fMRI, functional magnetic resonance imaging; MEG, magnetoencephalography.
Sensorimotor cortex
Insula
Anterior cingulate
Posterior cingulate
Supplementary motor cortex
Basal ganglia
Cuneus
Precuneus
Temporal pole
Orbitofrontal cortex
Cerebellum
Brainstem
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PRE-PROGRAMMED AUTHOMATIC ACTIVITIES VOLUNTARY ACTIVITIES
Cerebellum
“putative switching neurons”
(coordination of deglutitive motor output within and between each half of the
medulla oblungata medulla)
«Generator Neurons» coinvolti nell’innesco, nella forma, nel timing e nell’organizzazione sequenziale o ritmica della deglutizione
Layout
� Classical rehabilitation
� Botulinum toxin
� Non invasive brain stimulation (NIBS)
� Peripheral electrical stimulation
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Classical rehabilitation of dysphagia
BOLUS ADAPTATION- volume- viscosity- temperature
STRENGTHENING EXERCISES
- lingual muscles- velo-pharyngeal muscles- cervical muscles
POSTURAL
ADAPTATIONS
FACILITATING TECHNIQUES- tactile stimulation- thermal stimulation- electrical stimulation
Layout
� Classical rehabilitation
� Botulinum toxin
� Non invasive brain stimulation (NIBS)
� Peripheral electrical stimulation
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Upper esophageal sphyncter (UES)
Formed by the inferior constrictor of the
pharynx and the cricopharyngeal
muscles.
Controlled by vagal and glossopharyngeal
nerves.
Ambiguus nucleus is the primary motor
nucleus, while nucleus tractus solitarii is
the primary site for the convergence of
sensory afferents.
UES participates to several reflexes of the
GI tract, in some instances with an increase
in its tone, in others with a decrease.
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EMG in neurogenic dysphagia
Courtesy of D. Restivo
Only PD patients with severe
dysphagia and the highest
UPDRS scores show a reduced
or absent EMG inhibition of
the cricopharyngeal muscle
Dysphagia in Parkinson Disease
CP muscle EMG
silence?
Alfonsi et al. .‘Electrophysiological study of oral-
pharyngeal swallowing in Parkinsonian Syndromes’
Neurology , 2007, 68: 583-590
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� EMG duration of the activation of oral floor muscles (SHEMG-D)� EMG duration of CPEMG-ID� Duration of laryngeal pharyngeal mechanogram (LPM-D)� Interval between SHMEG activation and LPM (I-SHMEG-LPM
Alfonsi et al., Neurology 2007, JNNP 2010; Clin Neurophysiol 2013
CPEMG-ID
LPM-DI-SHMEG-LI
SHMEG-D
I-SHEMG-LPM
Precision medicine based on ‘warning values’
for the efficacy of Botulinum Toxin treatment
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Control
Left side Right side
Stroke
left hemisphere
Post-traumatic
encephalopathy
EMG recordings from CP muscles
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Layout
� Classical rehabilitation
� Botulinum toxin
� Non invasive brain stimulation (NIBS)
� Peripheral electrical stimulation
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NIBS
Therapeutic applications
� Induction of neuroplastic
phenomena
�Facilitation of post-lesional brain re-
organization
�Potentiation of other
pharmacological or rehabilitative
treatments
TMS tDCS
Transcranial direct current stimulation (tDCS)
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
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-70 mV-------
-60 mV
c adepolarization
-80 mV-------c a
iperpolarization
MoA: modulation of the basal activity of the stimulated cortical
area (spontaneous neuronal firing) by increasing it (anodic
currents) or reducing it (cathodic currents).
LTP LTD
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
Jefferson et al., 2009
Jefferson et al., 2009
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Submental
muscles
Submental
muscles
Dominant H
Non dominant H
Stimulation of the dominant hemisphere
Dominant H
Non dominant H
Stimulation of the non dominant hemisphere
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Non dominant
hemisphere
Dominant
hemisphere
+
+/-
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
Aymmetrical cooperation between homologous
sensorimotor areas controlling of swallowing?
more implicated in
the control of the oral
phase
more implicated in
the control of the
pharyngeal phase
Non dominant
hemisphere
Dominant
hemisphere
+
+/-
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
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**
Cosentino et al., 2014
Stimulation of the right cortex
Effects of tDCS in presbyphagia
Research Grant form the Italian Ministry of Health
to Dr. E. Alfonsi
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tDCS: therapeutic effects
Mostly tested in small trials on post stroke dysphagia
N. of
subjects
Stimulation Effect Author
7/7 Anodal, non lesioned
hemisphere
significant improvement in
the DOSS score
Kumar et al., 2011
8/8 Anodal, lesioned hemisphere significant improvement in
the FDS score
Yang et al., 2012
10/10 Anodal, lesioned hemisphere
+ intensive neurorehabilitation
significant improvement in
the DOSS score
Shigematsu et al.,
2013
13/13 Anodal, bihemispheric +
intensive neurorehabilitation
slight but significant
improvement in the DOSS
score
Ahn et al., 2017
Stimulus
Onset/
Artifact
TMS
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TMS: types of stimuli
Repetitive TMS (rTMS) Theta burst
LTP
LTD
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
Treatment of post-stroke dysphagia with repetitive transcranial magnetic stimulation
Kedr et al., 2009
Twenty-six patients with post-stroke
dysphagia due to mono hemispheric
stroke randomly allocated to receive
real (n = 14) or sham (n = 12) 3 Hz
rTMS of the affected motor cortex.
Each patient received a total of 300
rTMS pulses at an intensity of 120%
hand motor threshold for five
consecutive days.
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Repetitive TMS and plasticity
Long Term Potentiation (LTP): rTMS > 3Hz neuronal facilitation that lasts after HF rTMS trains
Long Term Depression (LTD): rTMS< 1Hz depression of neuronal activity persisting after low-frequency trains
courtesy of G. Cosentino, Pavia Dysphagia Course 2017
Effects of Bilateral Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation onPost-Stroke Dysphagia
Park et al., 2017
Bilateral stimulation:
500 pulses of 10 Hz rTMS over the
ipsilesional and 500 pulses of 10 Hz rTMS
over the contralesional motor cortices for
2 consecutive weeks.
Unilateral stimulation:
500 pulses of 10 Hz rTMS over the
ipsilesional motor cortex and the same
amount of sham rTMS over the
contralesional hemisphere.
Sham stimulation:
sham rTMS was applied at the bilateral
motor cortices.
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Il cervelletto
Spikes semplici
Spikes complessi
n. globoso
n. dentato
n. emboliforme
n. fastigion. vestibolari
formazione reticolare
n. rosso
talamo
corteccia cerebrale
Output dai nuclei profondi a vari centri
Gli assoni delle cellule del Purkinje, tutti inibitori, terminano sui neuroni che formano i nuclei profondi:
negative-
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EFFETTI DELLA STIMOLAZIONE
CEREBELLARE SULL A CORTECCIA
MOTORIA DEI MUSCOLI FARINGEI
COME POSSONO INDURRE UNA FACILITAZIONE SULLA CORTECCIA
MOTORIA CEREBRALE LE STIMOLAZIONI MAGNETICA ED ELETTRICA
DEGLI EMISFERI CEREBELLARI ?
Prima ipotesi:
Ipereccitabilità sulle cellule degli strati più superficiali della corteccia
cerebellare ( cellule stellate ed a canestro ) che hanno un azione
inibitoria sulle cellule del Purkinje ( inibitorie sui nuclei profondi del
cervelletto). Da ciò effetto inibitorio ridotto da parte delle cellule del
Purkinje sui nuclei del cervelletto (potenziamento dell’azione
facilitatoria)
Seconda ipotesi (meno probabile):
Effetto elettrico inibitorio diretto sulle cellule del Purkinje da cui
effetto inibitorio ridotto sui nuclei del cervelletto ( potenziamento
dell’azione facilitatoria)
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The Use of Brain Stimulation in Dysphagia Management
Simons & Hamdy, 2017
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Layout
� Classical rehabilitation
� Botulinum toxin
� Non invasive brain stimulation (NIBS)
� Peripheral electrical stimulation
30 min per session,
5 sessions per week,
for 6 weeks
Effects of neuromuscular electrical stimulation combined with effortful swallowing on post-stroke
oropharyngeal dysphagia: a randomised controlled trial
Park et al., 2016
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A Comparative Study Between Two Sensory Stimulation Strategies After Two Weeks
Treatment on Older Patients with Oropharyngeal DysphagiaOrtega et al., 2016
Group A—transient receptor
potential vanilloid 1 (TRPV1)
agonist (capsaicin 1 9 10-5 M)
Group B—transcutaneous sensory
electrical stimulation (TSES) (75%
of the motor threshold)
DISFAGIE NEUROGENE
• Stroke: fase acuta circa il 50%, fase cronica circa il 25% (la più frequente causa di disfagia neurogena)
• Morbo di Parkinson: circa il 53%
• Parkinsonismi ( MSA, PSP, CBD, LD..): in oltre il > 70 %
• Sclerosi multipla (MS): circa il 30-40%
• Trauma cranio encefalico grave: 50-60% nella fase acuta
• Sclerosi laterale amiotrofica (ALS): 100% durante il decorso, nel 25% circa dell’inizio bulbare
• Atrofia muscolare spino-bulbare recessiva del cromosoma X (SBMA) tipo Kennedy : circa il 100% dei
casi
• Polineuriti craniche «tipo AIDP” e “sindrome di Miller-Fischer” (MFS): circa il 60%
• Critical-Illness-Polyneuropathy (CIP) Critical-Illness-Myopathy (CIM): non dati in letteratura
• Miastenia gravis (4%)
• Distrofia miotonica (Curschmann-Steinert-Batton): circa 70%
• Distrofia muscolare oculofaringea (OPMD): 100%
• Polimiosite (PM), Dermatomiosite (DM), inclusion body myositis (IBM): dati non chiari (nella IBM la
disfagia è spesso sintomo iniziale ed è molto frequente)
• Collagenosi/vasculiti: lupus eritematoso sistematico (LES); Sindrome di Sjögren (SS); PM/DM/(IBM);
sclerodermia; mixed connective tissue disease (MCTO)
• Malattia mitocondriali: dipende dalla malattia: per es. frequente nella rara sindrome di Kearns-Sayre
• Mielinolisi pontina ( deficit di vit B12 con alterazioni a carico del SNC).
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Indicatori dell’aspirazione silente
L’aspirazione silente è stata correlata a
Basso livello di coscienza.
Voce bagnata, gorgogliante.
Debolezza/incoordinazione della muscolatura faringea.
Lunga latenza della risposta deglutitoria.
Riduzione della sensibilità faringea e laringofaringea
(p.e. per prolungata intubazione o permanenza di cannula tracheostomica)
Età avanzata
Tosse scarsa e ritardo di risposta della tosse riflessa
Il riflesso laringeo della tosse è un meccanismo protettivo delle vie aeree più importante della
capacità di produrre tosse volontaria
Aspirazione silente
Incidenza di aspirazione silente Ramsey et al., (2005)
45% al 50% in persone sane durante il sonno ( in genere ,microaspirazioni)
28% al 94% in popolazioni con diagnosi cliniche di diverso tipo, compresi coloro che soffrono di
patologie neurologiche centrali (focali, traumatiche e degenerative) o periferiche
(cannula tracheale, trattamento chirurgico di testa-collo, anestesia e intubazione per intervento
toraco-addominale, trapiantologico e/o cardiologico, per probabile sofferenza cerebrale
intraoperatoria )
Fenomeno reale di cui rimane incerta sia la prevalenza sia le conseguenze, a causa dei diversi
metodi di indagine usati.
Alcuni studi hanno trovato una correlazione tra aspirazione e una maggior frequenza di infezioni
alle vie aeree
Altri studi, condotti su soggetti sani, non trovano particolare suscettibilità ad eventi avversi:
Non è l’aspirazione da sola ma la concomitante presenza di particolari condizioni cliniche a
determinare lo sviluppo delle patologie polmonari da ‘ab ingestis’
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5s 200µV
2.1
5s 100µV
2.2
5s 1mV
2.3
5s 10mV
2.4
5s 1mV
2.5
T1T2
Deglutizione e Respiro MUSCOLO GENERALE
S ABD DIG MIN (UL)
5s 200µV
4.1
5s 200µV
4.2
5s 500µV
4.3
5s 500µV
4.4
5s 1mV
4.5
S ABD DIG MIN (UL)
5s 200µV
3.1
5s 200µV
3.2
5s 500µV
3.3
5s 500µV
3.4
5s 1mV
3.5
CP dysmotility during the hypopharyngeal phase of swallowing
( Bolus:3ml of water)
ACHALASIA
GERDNUTCRACKER ESOPHAGUS
Normal
1
MECCANOGRAMMA FARINGO-LARINGEO
SPASMO ESOFAGEO PSEUDORITMICO IN DISTURBO PRIMARIO DELLA MOTILITA’ ESOFAGEA
Muscolatura submentale/sovraioidea
Muscolo cricofaringeo
Respirogramma nasale
Respirogrammadiaframmatico
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Acnowledgements
Neurorehabilitation Unit
G. Sandrini
C. Tassorelli
M. Allena
E. Berra
S. Cristina
E. Pucci
M. Avenali
R. de Icco
M. Fresia
Il team dei fisioterapisti e degli infermieri
Neurophysiology Units
E. Alfonsi (Mondino)
D. Restivo (Catania)
G. Cosentino & F. Brighina (Palermo)
ENT Unit
G. Bertino (Pavia)