Paradigmen der unteren Extremität Elektrostimulation Training nach Verletzungen des Rückenmarks

Zusammenfassung

Verletzung des Rückenmarks ist eine traumatische Erkrankung, die erhöhten Risiken des chronischen sekundären Stoffwechselstörungen führen kann. Hier präsentierten wir ein Protokoll mit Oberfläche neuromuskuläre elektrische Stimulation-Krafttraining in Verbindung mit funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremitäten Radfahren als eine Strategie um mehrere dieser medizinischen Probleme zu lindern.

Zusammenfassung

Skelettartiger Muskelatrophie, erhöhte Adipositas und reduzierte körperliche Aktivität sind wichtige Änderungen, die nach Verletzungen des Rückenmarks (SCI) beobachtet und mit zahlreichen kardiometabolischen Gesundheitsfolgen verbunden. Diese Änderungen werden voraussichtlich erhöhen das Risiko der Entwicklung von sekundären Erkrankungen und Auswirkungen auf die Lebensqualität bei Personen mit Sci Oberfläche neuromuskuläre elektrische Stimulation hervorgerufen Krafttraining (NMES-RT) als eine Strategie zur entwickelt wurde dämpfen den Prozess der skelettartigen Muskelatrophie, ektopische Adipositas zu verringern, Verbesserung der Insulinempfindlichkeit und mitochondriale Kapazitäten. NMES-RT ist jedoch beschränkt auf nur eine einzelne Muskelgruppe. Unter Beteiligung mehrerer Muskelgruppen der unteren Extremitäten kann die gesundheitlichen Vorteile des Trainings maximieren. Funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremität Radfahren (FES-LEC) ermöglicht die Aktivierung von 6 Muskelgruppen, dürfte mehr Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Anpassung zu evozieren. Ausreichende Kenntnisse der die Stimulationsparameter ist der Schlüssel zur Maximierung der Ergebnisse der Elektrostimulation Training bei Personen mit Sci Adopting Strategien für den langfristigen Einsatz der NMES-RT und FES-LEC während der Rehabilitation kann die Integrität der den Muskel-Skelett-System, eine wichtige Voraussetzung für klinische Studien mit dem Ziel, wiederherzustellen, zu Fuß nach Verletzungen. Die aktuellen Manuskript stellt ein kombiniertes Protokoll mit NMES-RT vor FES-LEC. Wir stellen die Hypothese auf, dass Muskeln bedingt für 12 Wochen vor dem Radfahren in der Lage werden, mehr Energie zu erzeugen Zyklus gegen einen höheren Widerstand und führen größere Anpassung bei Personen mit Sci.

Einleitung

Schätzungen zufolge rund 282.000 Personen in den USA derzeit mit Rückenmark Verletzungen (SCI)^{1 Leben}. Im Durchschnitt gibt es etwa 17.000 neue Fälle pro Jahr, hauptsächlich verursacht durch Kraftfahrzeug Abstürze, Gewalt-und sportliche Aktivitäten-¹. SCI führt zu teilweise oder vollständige Unterbrechung der neuronale Übertragung über und unterhalb der Verletzung², sub-lesional/sensorischen oder motorischen Verlust. Nach einer Verletzung ist die Aktivität des skelettartigen Muskels unterhalb der Verletzung stark reduziert, führt zu einem raschen Rückgang der Muskelmasse und damit einhergehende Infiltration ektopische Fettgewebe oder intramuskuläre Fett (IWF). Studien haben gezeigt, dass Skelettmuskel der unteren Extremität signifikante Atrophie in den ersten Wochen der Verletzung, über das Ende des ersten Jahres^3,4erlebt. Als 6 Wochen nach der Verletzung, Personen mit erfahrenen komplette SCI ein 18-46 % Rückgang der sub-lesional Muskel-Größe, Alter und Gewicht abgestimmt abled-bodied Kontrollen verglichen. Von 24 Wochen nach der Verletzung könnte die Skelettmuskulatur Querschnittsfläche (CSA) so niedrig wie 30 bis 50 %³. Gorgey und Dudley zeigten, dass Skelettmuskeln verkümmern um 43 % der ursprünglichen Größe 4,5 Monate nach der Verletzung und notierte eine dreimal größerer Menge des IWF bei Personen mit unvollständigen SCI gegenüber Behinderten-bodied⁴steuert weiterhin. Verlust der stoffwechselaktive Muskelmasse führt zu einer Reduzierung in den Grundumsatz (BMR)^2,6, welche Konten für ∼65 - 70 % der täglichen Energie Gesamtausgaben; solche Kürzungen im BMR können zu einer schädlichen Energie-Ungleichgewicht führen und zunehmende Adipositas nach Verletzungen^{2,7,8,9,10,18}. Erhöhte Adipositas wurde in Verbindung mit der Entwicklung von sekundären Erkrankungen einschließlich Bluthochdruck, Typ II Diabetes Mellitus (T2DM) und Herz-Kreislauf-Krankheit^{2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18}. Darüber hinaus können Personen mit SCI leiden an Unterernährung und Vertrauen auf eine fettreiche Ernährung. Diätetische Fettzufuhr kann entfallen 29 bis 34 % der Fettmasse bei Personen mit SCI, die wahrscheinlich ein Faktor erklärt zunehmende Adipositas und der steigenden Prävalenz von Übergewicht innerhalb der SCI Bevölkerung^12,13.

Neuromuskuläre elektrische Stimulation hervorgerufen Krafttraining (NMES-RT) wurde entwickelt, um die Hypertrophie der gelähmten Skelettmuskulatur^{19,20,21,22,23induzieren, 24}. Folgenden zwölf Wochen zweimal wöchentlich NMES-RT, skelettartiger Muskel CSA des gesamten Oberschenkel, Knie Beinstrecker und Knie Flexor Muskelgruppen stieg um 28 %, 35 % und 16 %, bzw.²². Dudley Et Al. zeigte, dass 8 Wochen zweimal wöchentlich der NMES-RT restauriert Knie Beinstrecker Muskel-Größe auf 75 % der Originalgröße bei sechs Wochen nach der Verletzung¹⁹. Darüber hinaus Mahoney Et Al. verwendet das gleiche Protokoll und eine 35 % und 39 % Anstieg rechts und links Rectus Femoris Muskeln nach 12 Wochen NMES-RT-²⁰.

Funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremitäten Radfahren (FES-LEC) ist eine verbreitete Reha-Technik verwendet, um die untere Extremität Muskelgruppen nach SCI^25,26ausüben. Im Gegensatz zu NMES-RT, FES-LEC stützt sich auf Anregung von 6 Muskelgruppen, was zu erhöhten Hypertrophie führen kann und Verbesserungen in den kardiometabolischen Profil^{10,25,26,27, 28}. Dolbow Et Al. gefunden Sie diese Ganzkörper schlanke Masse stieg um 18,5 % nach FES-LEC im Einzelfall mit SCI²⁷56 Monaten. Nach zwölf Monaten dreimal wöchentlich FES-LEC, eine 60-jährige Frau mit Querschnittslähmung erfahrenen lehnen eine 7,7 % Steigerung im gesamten Körper Masse und eine 4,1 % Zunahme Bein lehnen Masse²⁸. Routinemäßigen Einsatz von funktionellen Elektrostimulation (FES) ist Verbesserung der Risikofaktoren des kardiometabolischen Bedingungen nach SCI^10,25,26zugeordnet.

Ideale Kandidaten für die elektrische Stimulation Ausbildung werden entweder motor kompletten oder unvollständigen Verletzungen mit intakten peripheren motorischen Neuronen und begrenzte untere Extremität Gefühl haben. Die aktuellen Manuskript beschreibt einen kombinierten Ansatz mit NMES-RT und FES-LEC zur Verbesserung der Ergebnisse der Elektrostimulation Ausbildung bei Personen mit chronischen Sci. Der Prozess der NMES-RT mit Gewichten Knöchel werden skizziert, wobei wichtige Schritte innerhalb des Protokolls und der Gesamtnutzen die Intervention bietet für Personen mit chronischen Sci. Das zweite Ziel ist, den Prozess der FES-LEC entwickelt, um den allgemeinen kardiometabolischen Effekt der Intervention zu maximieren zu beschreiben. Bisherigen Arbeit hat unser rationales bestätigt, dass eine kombinierte Ausbildung Protokoll mehr Ergebnisse nach 24 Wochen der Elektrostimulation Ausbildung^{20,21,22,23,24 hervorrufen kann ,25,26,31,32,33,34,35,36}.

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Protokoll

Das Trainingsprotokoll beschrieben in diesem Manuskript ist mit clinicaltrials.gov Identifier (NCT01652040) registriert. Das Trainingsprogramm beinhaltet NMES-RT mit Fussblei und FES-LEC. Alle notwendige Ausrüstung ist in Tabelle 2aufgelistet. Das Studienprotokoll und Einverständniserklärung wurden überprüft und genehmigt von der Richmond VAMC institutionelle Review Board (IRB) und Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Alle Abläufe wurden erklärt im Detail, jeder Teilnehmer vor Beginn der Studie.

1. Teilnehmer Rekrutierung

1. Durchführen Sie eine pre-screening Bewertung mit potenziellen Teilnehmern.
   1. Gründlich erklären die Details des Protokolls Ausbildung einschließlich der Länge der Studie (24 Wochen), mehrmals pro Woche (zweimal wöchentlich) und Dauer der Sitzungen (NMES-RT: 30 min und FES-LEC: 45-60 min).
      Hinweis: Für die ersten 12 Wochen, gefolgt von 12 Wochen von FES-LEC NMES-RT erfolgt.
   2. Beschreiben Sie die medizinischen Anforderungen an den potenziellen Teilnehmer einschließlich: männlich oder weiblich mit SCI, amerikanische spinale Verletzungen Klassifizierung (AIS) A, B oder C (die mit einem AIS "C"-Klassifizierung, die nicht aufstehen und gehen), 18 bis 65 Jahren, mehr als 1 Jahr nach der Verletzung, Body-mass-Index (BMI) ≤ 30 kg/m², motor komplett oder unvollständig C5-L2 Maß an Verletzungen.
   3. Die medizinischen Einschränkungen an den potenziellen Teilnehmer einschließlich zu beschreiben: eine Diagnose von Herz-und Kreislauferkrankungen, unkontrollierte Typ II Diabetes Mellitus oder auf Insulin, unkontrollierte Hypertonie, Druck Wunden Stufe 3 oder höher, urinausscheidende Fläche Infektion oder Symptome, Osteoporose mit T-Score-2.5 und Schwangerschaft für Frauen mit Sci.

(2) NMES-RT

1. Sicherzustellen Sie, dass der Teilnehmer seine/ihre Blase aufhebt und Messen Sie die ruhenden Blutdruck und Herzfrequenz zu. Im Rollstuhl sitzend Teilnehmer weisen der Teilnehmers seine/ihre Schuhe ausziehen. Legen Sie eine Kissen hinter das Kalb, das Bein im Knie Beugung abzufedern. Fussblei (0-26 lbs) bis zu den Knöcheln des Teilnehmers (Abbildung 1) gelten.
   Hinweis: Die ersten 2 Sitzungen erfolgen ohne Fussblei zu sicherzustellen, dass der Teilnehmer seine/ihre Bein gegen die Schwerkraft heben kann.
2. Zwei 7,5 cm x 12,7 cm Kleber Kohleelektroden bilateral über den Knie Beinstrecker Muskel-Gruppe auf die Haut auftragen.
   1. Legen Sie die distalen Elektrode ~1/3 den Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falte und Medial auf der Mittellinie des Quadrizeps. Legen Sie die Elektrode längs und parallel zur Mittellinie Achse läuft von der Hüfte bis die Kniegelenke (Abbildung 2).
   2. Die proximale Elektrode seitlich zu platzieren und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel. Legen Sie die Elektrode längs und parallel zur Mittellinie Achse (Abbildung 2).
3. Eine tragbaren Stimulator auf einer Frequenz von 30 Hz und eine biphasische rechteckig Impulsbreite von 450 µs und 50 µs interpulse Intervall^{19,20,21,22,23,24 ,37,38,39}. Schließen Sie die Kabel aus den Stimulator für jede Elektrode.
   Hinweis: Die Polarität der Elektroden Stimulation Muster beeinflusst nicht, solange die Elektroden richtig positioniert sind.
4. Beginnend mit dem rechten Bein, die aktuelle schrittweise erhöhen, bis eine sichtbare spürbare Spannung in die Knie Beinstrecker Muskel-Gruppe erkannt wird. Langsam den Strom auf volle Kniestreckung (max. 200 mA) evozieren Rampe weiter. Lassen Sie das Bein weiterhin erweiterte für 3-5 s, maximale Spannung in der aktivierten motorischen Einheiten zu erwähnen.
5. Schrittweise Verringerung des Stroms bis es ist unter 50 % des aktuellen Ziels erforderlich, um das Bein Strecken und bewegen Bein exzentrisch in die Ausgangsposition zurück. Notieren Sie die aktuelle Amplitude notwendig, volle Beinverlängerung zu evozieren.
6. Absolvieren Sie einseitige, einschließlich 4 Sätze 10 Wiederholungen pro Bein und Wechsel zwischen rechten und linken Beine. Lassen Sie das Bein 3-5 s zwischen den einzelnen Wiederholungen und 3 Minuten zwischen den Sätzen ausruhen. Wenn Teilnehmer nicht volle Kniestreckung erreicht, zeichnen Sie die % Bewegungsfreiheit und erhöhen Sie die Zeit zwischen Wiederholungen.
   Hinweis: Muskelermüdung ist definiert als zwei aufeinander folgenden Wiederholungen mit einer Palette von Bewegung ≤ 25 %.
7. Versuchen Sie jeder der vier Gruppen, aber wenn Teilnehmer Muskelermüdung auftritt, den aktuellen Satz zu beenden und das andere Bein Training weiter. Wenn volle Kniestreckung für 2 aufeinander folgende Trainingseinheiten ohne Ermüdung der Muskulatur erreicht wird, fügen Sie 2 lbs Fussblei in der folgenden Woche der Ausbildung.

(3) FES-LEC

1. Des Teilnehmers ruhenden Blutdruck und Herzfrequenz zu messen. Positionieren Sie die Teilnehmer vor dem FES Ergometer Bike (Table of Materials) Sitz in seine/ihre persönliche Kraft oder manuellen Rollstuhl (Abb. 3a, Abb. 3 b).
2. Die Knie Beinstrecker Klebstoff Kohleelektroden zuweisen, Knie Flexor und Musculus Muskelgruppen bilateral.
   1. Die distale Elektrode (7,5 x 12,7 cm) Platz für Knie Streckern, auf der Haut 1/3 der Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falten über den Vastus Medialis Muskel. Die proximale Elektrode seitlich zu platzieren und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel (Abb. 4a).
   2. Platz für Knie Flexoren, die distale Elektrode (7,5 x 10 cm) auf der Haut ca. 2-3 cm oberhalb der popliteal Fossa. Legen Sie die proximale Elektrode 20 cm oberhalb der popliteal Fossa (Abbildung 4 b). Um Bewegung der distalen Elektrode zu verhindern, gelten Sie eine elastische Hülle für sichere Positionierung der Elektrode (Abb. 3a).
   3. Weisen Sie für Gluteus Maximus an, die Teilnehmer müssen nach vorne beugen, auf dem Ergometer. Legen Sie zwei Elektroden (5 x 9 cm) Bauch parallel und auf die Masse des Muskels; ermöglichen ~ zwei Finger Breite der Trennung zwischen den Elektroden.
3. Schließen Sie mit dem Teilnehmer in seinem Rollstuhl sitzt und zentriert vor dem Ergometer die Kabel aus den Stimulator zu jedem der 12 Elektroden. Überprüfen Sie ist die Vorder- und Rückseite des Ergometers um sicherzustellen, dass den Teilnehmer richtig zentriert.
4. Sicherzustellen Sie, dass der Teilnehmer Rollstuhl gesperrt ist und legen Sie sanft des Teilnehmers Fuß (mit Tennis-Schuhe) in die Pedale (Abbildung 6). Sichern Sie die Unterschenkel auf dem Ergometer mit den elastischen Riemen, eingehüllt in eine Stoffbespannung. Sichern des Teilnehmers Füße mit zwei Gummibändern und Velcro befindet sich auf jedes Blütenblatt (Abbildung 5).
5. Nach Umreifen die Beine auf dem Ergometer, passiv bewegen Sie die Beine so das Radfahren Muster beobachten. Wenn die Beine auch komprimiert sind oder überstreckt, passen Sie die Höhe des Fahrrades und überprüfen Sie die Position durch das Bein passiv bewegen.
6. Sichern des Teilnehmers Rollstuhl auf dem Ergometer mit zwei ausziehbaren Haken am Fuße des Ergometers. Schließen Sie die Haken an eine stabile Struktur unter dem Rollstuhl (Abbildung 5). Legen Sie zwei hölzerne Pausen unter die Räder des Rollstuhls, um jede Bewegung des Stuhls während des Fahrens zu verhindern.
7. Festlegen der Stimulationsfrequenz 33,3 Hz, Impulsdauer, 350 µs und die aktuelle Amplitude 140, 100, 100 mA für die Knie Beinstrecker, Knie Flexor und Gluteus Maximus Muskel-Gruppen, beziehungsweise.
8. Legen Sie die Zyklus-Parameter wie folgt: Ziel Geschwindigkeit von 40-45 Umdrehungen pro Minute (u/min); einstellbare Drehmoment des Motors ab 10 Nm; Widerstand von 1.0, 1.5 und 2.0 Nm für Übung inszeniert I, II und III.
9. Legen Sie das Intervall Trainings-Parameter wie folgt: 3 min "warm up" Phase; drei 10-min Übung Stufen (Stimulation); eine 2-min Ruhephase nach jeder Übung Bühne; und 3 min "abkühlen" Phase.
10. Basierend auf der Ebene der Verletzung (über oder unter T4), Maßnahme die Blut Druck und Herz Rate alle 2 bis 5 min um zu verhindern das Auftreten von Symptomen der autonomen Dysreflexie.
11. Wenn Blutdruck erhöht bleibt, stoppen Sie das Ergometer und weisen Sie den Teilnehmer, seine/ihre Blase unwirksam oder ausruhen, wenn sie bereits storniert haben. Darüber hinaus prüfen Sie, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer korrekt eingesetzt wurde, um Druckstellen zu reduzieren und prüfen, ob die Schuhe oder Gurte nicht übermäßig fest angezogen sind. Blutdruck und zeitnah überwacht alle 2 min. Wenn der Blutdruck wieder erholt, Ausbildung; Wenn Blutdruck erfüllter bleibt, beenden Sie die Sitzung und weisen Sie die Teilnehmer zu seinem Hausarzt zu sehen.
    Hinweis: Es ist wichtig, um sicherzustellen, dass Teilnehmer konsequent ihre Blutdruck-Medikamente, wenn überhaupt, und ihre Blase vor FES-Radfahren nichtig.
12. Aufzeichnen des Teilnehmers Herzfrequenz, Geschwindigkeit, Kraft, Strecke, Widerstand und % Stimulation alle 30 s.
13. Wenn Teilnehmer eine ganze Trainingseinheit ohne Ermüdung abschließt (< 18 u/min bei aktiv Radfahren zu beschleunigen), verringern die Servounterstützung Drehmoment des Motors von 1 Nm der folgenden Sitzung, sonst halten alle Parameter gleich.
14. Wenn Teilnehmer zwei Trainingseinheiten Training ohne Ermüdung oder die Verwendung von Servo Motorunterstützung in Übung Phasen abgeschlossen wird, erhöht den Widerstand von 0,5 Nm in den einzelnen Phasen der Übung.

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Ergebnisse

Fussblei erhöht schrittweise für 22 Teilnehmer, über 16 Wochen NMES-RT (Abb. 6a). Die durchschnittliche Gewichte gehoben von den Teilnehmern war 19,6 ± 6,5 Pfund (rechtes Bein) und 20 ± 6 lbs (linkes Bein) [8-24 lb.]. Aktuelle Amplitude schwankte während des Versuches für rechten und linken Beine (Abb. 6 b).

Weiterentwicklung des Individuums mit Motor, die komple...

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Diskussion

Die aktuelle Studie zeigte zwei verschiedene Paradigmen der elektrischen Stimulation. Ein Paradigma konzentriert sich auf die Implementierung von progressive laden an den trainierten Muskel Hypertrophie der Skelettmuskulatur hervorrufen und die andere Paradigma richtet sich vor allem zur Verbesserung der Herz-Kreislauf-metabolische Leistung über die Verbesserung der aeroben Kapazität. Die Studie gewährleistet, beide Paradigmen zu vergleichen und die vor- und Nachteile der einzelnen hervorheben.

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
adhesive carbon electrodes (2 of each)	Physio Tech (Richmond, VA, USA 23233)	PT3X5 PALS3X4 E7300	7.5' x 12.7' 7.5' x 10' 5' x 9'
TheraTouch 4.7 stimulator	Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)	400-082	41.28' x 39.37' x 17.78' (8.91 kg) power: 110 VAC at 60 Hz / 220VAC at 50 Hz power consumption: 110 Watts
Red & White Lead Cords (2)	Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)	A1717	2.0 m
RT300-SL FES Ergometer	Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231)	RT300-SL	80' x 49' x 92-103' (39 kg) 16 channel speed: 15 – 55 rev/min
elastic NuStim wraps (2)	Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341)	PP108666	36"
wooden wheelchair break (2)	n/a	n/a	n/a
pillow/cushion	n/a	n/a	standard
ankle weights	n/a	n/a	2-26 lb.