Effects of head tilt on perception of gravity in acute vestibular diseases

Abstract

Internal representation of gravity can be quantified by measuring the subjective visual vertical (SVV). This study aims to determine the influence of a head tilt on the perception of SVV based on the thesis that the shifts of SVV may differ during static head tilts between the peripheral and central vestibular diseases. This study includes 45 patients with acute vestibular symptoms from unilateral vestibular neuritis (VN, n=28), lateral medullary infarction (LMI, n=9), dorsal pontine infarction (DPI, n=4), and cerebellar nodular (n=2) or cortical infarction (CCI, n=2). Measurements of the SVV were performed under five conditions: head upright, head tilt 30˚ to each direction, and head tilt 60˚ to each direction. Seventeen normal subjects served as the control. In controls, a consistent pattern of bias was found when estimating the SVV in the head tilted positions, but within a narrow range. Head tilts of 30° caused a shift of SVV in the opposite direction of the head tilt, the E-effect, and head tilts of 60° caused a shift of SVV in the direction of the head tilt, the A-effect. Patients with VN showed only the A-effect irrespective of the directions of head tilt whereas patients with LMI exhibited the E-effect during ipsilesional head tilts as well as the A-effect during contralesional head tilts. The dominant A-effect during ipsilesional head tilts was also found in patients with DPI who showed contraversive SVV tilt in the primary head position. Patients with nodular strokes showed shifts of the SVV in the direction of head tilts in each direction irrespective of the tilt angle. Patients with CCI and compensated VN showed the patterns of SVV adjustments observed in controls either with the head upright or tilted. The shift of SVV in normal subjects showed a bidirectional pattern according to the tilt angle. In patients with ipsi- or contraversive SVV tilts in the upright head position from unilateral lesions involving the peripheral and central vestibular structures, the SVV shifts induced by head tilts were larger than those in controls, and often showed a unidirectional pattern irrespective of tilting direction or angle. Given the absence of the E-effect in acute VN and nodular strokes, both the peripheral otolithic inputs and central modulation of these signals appear to be involved in the perception of earth vertical during small static head tilts.;인체의 중력 지각은 주관적시수직을 측정함으로써 정량화 할 수 있다. 여러 말초 및 중추 전정신경계 질환은 흔히 이석전정정보경로의 결손을 유발하기 때문에 머리를 바로 둔 상태에서 측정한 주관적시수직의 일측 편위를 유발한다. 머리를 한쪽으로 기울인 상태에서 측정한 주관적시수직은 머리 기울임과 동일한 방향으로 움직일 수 있고(A-효과), 머리 기울임과 반대 방향으로 움직일 수도 있다(E-효과). 정상 성인에서 머리 기울임에 따른 이들 주관적시수직 이동 효과는 머리 기울임의 각도에 따라 결정되는데, 30도 이하의 작은 기울임은 보통 E-효과를 유발하며 그 이상의 머리 기울임 각도는 A-효과를 낳는다. 본 연구는 말초 및 중추 전정신경계 질환을 가지고 있는 환자들은 머리 기울임에 따른 주관적시수직 이동이 정상인과 다를 수 있으며 침범된 전정신경계 병변에 따라서 여러 양상을 보일 수 있다는 가설 하에, 머리 기울임이 주관적시수직 인식에 미치는 영향을 규명하고자 했다. 본 연구는 일측 전정신경계 병변이 있는 45명의 환자를 대상으로 했다. 28명은 전정신경염, 9명은 가쪽연수경색, 4명은 등쪽뇌교경색, 2명은 소뇌피질경색, 2명은 소뇌결절경색 환자였으며, 이들 모두 급성기에 검사를 시행했다. 28명의 전정신경염 환자들 중 5명에서 약 2개월 후 회복기에 동일한 방식으로 추적 검사를 시행했다. 주관적시수직 검사는 머리를 바로 세운 자세, 머리를 좌우 30도로 기울인 자세, 머리 좌우 60도로 기울인 자세의 5가지 자세에서 시행했다. 17명의 정상 성인을 대조군으로 삼고 동일한 방식으로 주관적시수직을 측정했다. 정상 대조군 성인들의 경우 머리를 기울인 상태에서 주관적시수직이 머리 기울임 각도에 따라 일관적으로 이동하는 패턴을 보였는데, 주관적시수직 기울기 값 자체는 모두 정상 범주 안에 있었다. 정상 대조군에서 머리를 30도로 기울였을 때 주관적시수직은 E-효과를 나타냈던 반면, 머리를 60도로 기울였을 때 주관적시수직 이동은 A-효과를 보였다. 전정신경염 환자들은 머리 기울임의 방향 및 각도와 상관 없이 A-효과만을 나타냈다. 가쪽연수경색 환자들은 병변쪽으로 머리를 기울였을 때는 A-효과를 보였던 반면, 병변 반대쪽으로 머리를 기울였을 때는 E-효과를 보였다. 등쪽뇌교경색 환자들은 모든 머리 기울임 자세에서 A-효과를 보였으며, 이 효과의 크기는 머리를 병변 반대쪽으로 기울였을 때 더 컸다. 소뇌결절경색 환자들 또한 머리 기울임 각도 및 방향 관계 없이 A-효과만을 나타냈다. 반면 소뇌피질환자들은 머리를 기울인 상태에서 측정한 주관적시수직 결과에 있어 대조군과 유의한 차이를 보이지 않았다. 회복기 전정신경염 환자들은 머리를 바로 둔 상태와 기울인 상태 모두에서 주관적시수직이 정상 범주로 회복되어 있었으며 머리 기울임에 따른 이동 양상 또한 대조군과 유의한 차이는 없었으나 주관적시수직 값의 변이폭이 컸다. 정상 성인에서 머리 기울임은 그 각도에 따라서 양방향으로의 주관적시수직 이동을 유발했다. 이와 대조적으로, 말초 또는 중추 전정신경계 병변으로 인해서 머리를 바로 세운 상태에서부터 주관적시수직이 병변쪽이나 병변 반대쪽으로 기울어 있던 환자들의 경우, 머리를 기울인 자세는 대조군보다 유의하게 더 큰 주관적시수직의 이동을 유발했으며, 대부분 머리 각도와 무관하게 단일방향으로 이동하는 효과를 보였다. 급성 전정신경염 환자와 소뇌결절 환자들은 E-효과를 보이지 않았는데, 이는 작은 각도의 머리 기울임 상태에서 주관적시수직을 보상적으로 유지 시키려는 경향성인 E-효과의 발생에 있어서 말초 이석기관과 소뇌결절이 중요한 역할을 수행함을 시사한다. 말초 이석기관 안에 배열되어 있는 네 방향의 대립되는 힘들이 상호 억제 작용을 수행함으로써 머리를 기울였을 때 주관적시수직이 머리 기울임 방향으로 편위 되는 현상을 보상적으로 억제하는 역할을 하는 한편, 소뇌결절은 이들 이석기관 정보들을 통합하여 안정적인 지중력의 인식에 기여하는 것으로 보인다.