Auswertung der Respiratory Muscle Activation Mit Respiratory Motor Control Assessment (RMCA) bei Personen mit chronischen Spinal Cord Injury

Zusammenfassung

Der Zweck dieser Veröffentlichung ist es, unsere ursprüngliche Arbeit auf einem Multi-Muskel Oberfläche elektromyographischen Ansatz präsentieren quantitativ zu charakterisieren Atemmuskulatur Aktivierungsmuster bei Personen mit chronischen Verletzungen des Rückenmarks mit Vektor-basierte Analyse.

Zusammenfassung

Während der Atmung, wird die Aktivierung der Atemmuskulatur durch integrierte Eingabe von dem Gehirn, des Hirnstamms und des Rückenmarks koordiniert. Wenn diese Koordination wird durch Verletzungen des Rückenmarks (SCI), die Kontrolle der Atemmuskulatur unter der Schadensschwelle innerviert kompromittiert ^1,2 führt zu Atemmuskulatur Dysfunktion und pulmonaler Komplikationen ist gestört. Diese Bedingungen sind zu den führenden Todesursachen bei Patienten mit SCI ^3. Standard-Lungenfunktionstests, die Atemwege Motorik beurteilen sind spirometrical und maximale Atemwegsdruck Ergebnisse: Forcierte Vitalkapazität (FVC), forcierte exspiratorische Volumen in einer Sekunde (FEV _1), Maximal Inspirationsdruck (PI _max) und Maximal Exspirationsdruck (PE _max) ^4,5. Diese Werte geben indirekte Messungen der Atemmuskulatur Leistung ^6. In der klinischen Praxis und Forschung, eine Oberfläche Elektromyographie (sEMG) ab Atemmuskulatur aufgezeichnetkann verwendet werden, um die motorische Funktion der Atemwege beurteilen und helfen, neuromuskuläre Erkrankung zu diagnostizieren. Allerdings hemmt Variabilität in der Amplitude sEMG Bemühungen um objektive und direkte Maßnahmen der Atemwege Motorik ⁶ zu entwickeln. Basierend auf einer Multi-Muskel sEMG Ansatz zur Motorsteuerung Beinmuskeln ^7, wie die freiwillige Reaktion Index (VRI) ⁸ bekannt zu charakterisieren, haben wir ein analytisches Werkzeug, um Atemwege Motorsteuerung direkt charakterisieren sEMG von Daten aus mehreren Atemmuskulatur während der freiwilligen aufgezeichnet Atemwege Aufgaben. Wir haben diese die Atemwege Motor Control Assessment (RMCA) ⁹ bezeichnet. Dieser Vektor Analyseverfahren quantifiziert die Höhe und Verteilung der Aktivität in Muskeln und präsentiert sie in Form eines Index, der den Grad der sEMG Ausgang innerhalb eines Test-Subjekt ähnelt erzählt, dass aus einer Gruppe von gesunden (nicht verletzt) ​​Kontrollen. Die resultierende Indexwert hat sich gezeigt, hoch Augenscheinvalidität, Empfindlichkeit habenund Spezifität ^9-11. Wir haben gezeigt, dass die zuvor ⁹ RMCA Ergebnisse korrelieren signifikant mit Ebenen der SCI und Lungenfunktion Maßnahmen. Wir präsentieren hier die Methode quantitativ zu vergleichen post-Rückenmarksverletzung Atemwege Multi-Muskel Aktivierungsmuster denen von gesunden Personen.

Protokoll

1. Einstellungen

1. Sternocleidomastoideus (SC), scalene (S), obere Trapezius auf Medioklavikularlinie (UT), Clavicularportion von pectoralis auf Medioklavikularlinie (P: Surface Elektrode Köpfe wurden in den Muskelbäuche der linken (L) und rechten (R) Atemmuskulatur platziert ), Membran auf Parasternallinie (D), Interkostalraum am ^6. Interkostalraum am vorderen Axillarlinie (IC), Rektusabdominis am Nabel (RA), obliquus abdominis am mittleren Axillarlinie (O), untere Trapezius paraspinal bei midscapular Ebene (LT ) und paraspinalen paraspinal auf iliaca intercrestal Linie (PS) ^6. Die Boden-Elektroden wurden in den acromion Prozesse gelegt. Eine Motion-Lab System Back Pack Unit mit angeschlossener Elektroden, wurde zu einer Bewegung Lab EMG Desk-Top-Einheit und Powerlab Systems (Abbildung 1).
2. T-Stück Überwachung Schaltungen, um die Atemwege Druck aufnehmen zusammengebaut wurde, wie in Abbildung 2 dargestellt und mit dem Low Pressure Transducer (MP45) mit Luftschlauch.
3. MP45 wurde CD15 verbunden und Powerlab Systems (Abbildung 1 und Tabelle 1).

2. RMCA Protocol

1. Die Atemwege motorische Aufgaben bestand aus Maximum Inspirationsdruck Aufgabe (MIPT) und Maximum Exspirationsdruck Aufgabe (MEPT). Um MIPT oder MEPT durchzuführen, wurden die Probanden gebeten, maximal Einatembemühung vom Restvolumen oder exspiratorische Anstrengungen totale Lungenkapazität für 5 sec mit einem T-Stück Überwachung Schaltungen (Abbildungen 1 und 2) zu erzeugen. Jedes Manöver wurde durch ein akustisches 5-sec langen Ton markiert und wiederholt 3x. Mindestens 1 min Rest wurde zwischen jeder Aufwand erlaubt.
2. EMG Eingabe wurde mit einem Gewinn von 2.000 verstärkt; gefiltert 30-1000 Hz abgetastet und bei 2.000 Hz. Atemwegsdruck Eingang wurde bei 100 cm Wasser kalibriert und bei 2.000 Hz abgetastet. Die EMG und Atemwegsdruck Eingänge wurden durch die Akquisition Powerlab System mit 16-Bit-ADC umgewandelt EndwertAuflösung. Atemwegsdruck, sEMG und Marker Signale wurden gleichzeitig ⁹ aufgezeichnet.

3. Data Analysis

1. Multi-Muskelaktivität Verteilung Analysefenstern von 5 sec jeweils MIPT oder MEPT wurden aus dem Event-Marker und Atemwegsdruck mit dem cuing Ton, der signalisiert, wenn das Thema beginnen und enden die Aufgabe (Abbildung 3) aufgezeichnet bestimmt. Die sEMG Aktivität für jeden Muskel wurde mit einem Root Mean Square (RMS) ^6,12 Algorithmus (Abbildung 4). Drei wiederholten Versuchen für jede Aufgabe wurden ¹³ für jede Muskelgruppe (Kanal) gemittelt.
2. Die Multi-Muskel Aktivierung Muster wurden auf der Grundlage eines Vektors Analysemethode als Freiwillige Reaktionszeit Index (VRI) ⁸ (Abbildungen 4-6) mit maßgeschneiderten Software Matlab (MathWorks) bekannt ausgewertet. Für jedes Manöver, produziert der VRI Berechnung zwei Werte, eine Größe und eine Similarity Index (SI) (Abb. 5-6).Der Größenparameter, die Menge der kombinierten sEMG Aktivität für alle Muskeln innerhalb des spezifischen Zeitfensters, als eine Länge des Antwort-Vektor (RV) für die bestimmte Aufgabe (7) berechnet. Der Similarity Index (SI) liefert einen Wert, wie ähnlich sich die RV von SCI unterliegen dem Prototype Reaktionszeit Vector (PRV) von gesunden Probanden während der gleiche Aufgabe erhalten ausdrückt. Die SI-Wert wurde für jede Aufgabe als Cosinus des Winkels zwischen dem SCI Gegenstand RV und PRV berechnet. Die SI-Wert im Bereich zwischen 0 und 1,0, wo Wert von 1,0 stellt die beste Übereinstimmung für Vektoren im Vergleich ⁹ (Abbildung 8).

Ergebnisse

Abbildung 3 stellt das Elektromyogramm und Airway Pressure (oben) gleichzeitig während MEPT aus einer nicht-verletzten (links) und SCI (rechts) Personen erfasst. Hinweis verringert Atemwegsdruck und Abwesenheit von sEMG Aktivität in Exspirationsmuskeln in einer SCI unterliegt, wenn auf eine nicht verletzte Person (grau gekennzeichnet Ellipsen) verglichen. Beachten Sie auch, dass Anfang der Aufgabe, da auf dem Boden markiert, mit erhöhter Aktivität und sEMG Anhebung Atemwegsdruck zugeordnet ist.

...

Diskussion

Standard-klinischen Tests der Atemwege Motorik nach SCI und anderen Erkrankungen zu bewerten sind die Lungenfunktionstests und die amerikanische Spinal Injury Association Impairment Scale (AIS) Auswertung ^14,15. Allerdings sind diese Instrumente nicht zur quantitativen Auswertung des Rumpfes und der Atemwege Motorsteuerung gestaltet. In unserem bereits veröffentlichten Arbeit ^9, haben wir gezeigt, dass die RMCA eine gültige Methode zur quantitativen Bewertung der Atemwege Motorik von SCI betroffe...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
PowerLab System 16/35	ADInstruments	PL3516	Number of units depends on number of channels recorded
EMG System MA 300	Motion Lab Systems	MA300-XVI	Number of units depends on number of channels recorded
Low Pressure Transducer MP45	Validyne	MP45-40-871
Basic Carrier Demodulator CD15	Validyne	CD15-A-2-A-1
Air Pressure Manometer	Boehringer	4103	Needed for MP45 calibration
Event Marker			Hand held switch that when pressed gives a DC voltage and sound output (including 5-sec long mark)
Alcohol Wipes	Henry Schein	1173771	Needed for electrodes placement
Electrode Gel	Lectron II	36-3000-25	Needed for electrodes placement
Tagaderm	Henry Schein	7779152	Needed for electrodes placement
Noseclip	Henry Schein	1089460
T-piece Ventilator Monitoring Circuit with One-way Valves	Alleglance (Airlife)	1504
Air Tube	UnoMedical	400E
Table 1. List of specific equipment and supplies used for the Respiratory Motor Control Assessment.