Evaluación de activación muscular respiratoria Utilizar evaluaciones de control de motores respiratoria (RMCA) en personas con lesión de la médula espinal crónica

Resumen

El propósito de esta publicación es dar a conocer nuestro trabajo original en un enfoque multi-superficie electromiográfica del músculo para caracterizar cuantitativamente los patrones de activación muscular respiratoria en personas con lesión medular crónica mediante el análisis basado en vectores.

Resumen

Durante la respiración, la activación de los músculos respiratorios es coordinada por la entrada integrada desde el cerebro, tronco cerebral, y la médula espinal. Cuando esta coordinación se ve interrumpida por una lesión de la médula espinal (SCI), el control de los músculos respiratorios inervadas por debajo del nivel de la lesión se ve comprometida ^1,2 conduce a la disfunción de los músculos respiratorios y las complicaciones pulmonares. Estas condiciones se encuentran entre las principales causas de muerte en los pacientes con SCI ^3. Pruebas de función pulmonar estándar para evaluar la función motora respiratoria incluyen resultados spirometrical y máximo las vías respiratorias de presión: la capacidad vital forzada (FVC), volumen espiratorio forzado en el primer segundo (FEV _1), la presión inspiratoria máxima (PI _máx) y presión espiratoria máxima (PE _máx) ^4,5. Estos valores proporcionan mediciones indirectas de rendimiento muscular respiratoria ^6. En la práctica clínica y la investigación, la electromiografía de superficie (sEMG) registró a partir de los músculos respiratoriosse puede utilizar para evaluar la función respiratoria del motor y ayudar a diagnosticar patología neuromuscular. Sin embargo, la variabilidad en la amplitud sEMG inhibe los esfuerzos para desarrollar medidas objetivas y directas de la función motora respiratoria ^6. Basado en un enfoque de múltiples sEMG muscular para caracterizar el control del motor de músculos de las extremidades ^7, conocido como el índice de respuesta voluntaria (VRI) ^8, hemos desarrollado una herramienta analítica para caracterizar el control motor respiratorio directamente de sEMG los datos registrados a partir de múltiples músculos respiratorios durante el voluntario tareas respiratorias. Hemos llamado a esta la Evaluación respiratoria Control del Motor (RMCA) ^9. Este método de análisis vectorial cuantifica la cantidad y distribución de la actividad a través de los músculos y la presenta en la forma de un índice que se refiere el grado en que se asemeja a la salida sEMG dentro de un sujeto de prueba-que a partir de un grupo de (no lesionados) controles sanos. El valor del índice resultante ha demostrado tener alta validez aparente, la sensibilidady especificidad ^9-11. Hemos demostrado previamente que los ⁹ resultados RMCA correlacionan significativamente con los niveles de SCI y medidas de función pulmonar. Estamos presentando aquí el método para comparar cuantitativamente lesiones patrones de activación de varios músculos respiratorios espinal post-columna con los de individuos sanos.

Protocolo

1. Configuración

1. Cabezas de electrodos de superficie se colocaron en los vientres musculares de la izquierda (L) y derecho (R) los músculos respiratorios: esternocleidomastoideo (SC), escaleno (S), trapecio superior en la línea media clavicular (UT), la porción clavicular del pectoral en la línea media clavicular (P ), el diafragma en la línea paraesternal (D), intercostal, en 6 ^º espacio intercostal en la línea axilar anterior (IC), recto abdominal a nivel umbilical (RA), oblicuo abdominal en la línea media axilar (O), trapecio inferior paraspinally a nivel medioescapular (LT ) y paravertebral paraspinally on line intercrestal ilíaca (PS) ^6. Los electrodos de tierra se colocaron en los procesos acromion. Un sistema Lab Motion Back Unidad Pack, con electrodos conectados al mismo, se conecta a un movimiento Lab EMG sobremesa Unidad y Sistema Powerlab (Figura 1).
2. Pieza en T circuito de vigilancia para registrar la presión de las vías respiratorias fue ensamblado como se muestra en la Figura 2 y conectado a la baja PRESSUTransductor de re (MP45) utilizando tubo de aire.
3. MP45 se conectó a CD15 y Powerlab del sistema (Figura 1 y Tabla 1).

2. Protocolo RMCA

1. Las tareas motoras respiratorias consistían en tareas presión inspiratoria máxima (teléfono inalámbrico) y el Grupo de presión espiratoria máxima (MEPT). Para realizar MIPT o MEPT, se pidió a los sujetos para producir el máximo esfuerzo inspiratorio del volumen residual o esfuerzos espiratorios de la capacidad pulmonar total durante 5 segundos utilizando un circuito de vigilancia pieza en T (Figuras 1 y 2). Cada maniobra fue con claves por un tono largo de 5 segundos audible y se repite 3 veces. Por lo menos 1 min de descanso se le permitió entre cada esfuerzo.
2. De entrada EMG se amplificó con una ganancia de 2000; filtrada a 30-1,000 Hz y muestreada a 2000 Hz. Entrada de la presión de ventilación se calibró a 100 cm de agua y la muestra a 2000 Hz. Las entradas de presión EMG y las vías respiratorias fueron convertidos por el sistema de adquisición Powerlab usando 16 bits ADC escala completaresolución. Señales de presión de las vías respiratorias, sEMG y el marcador se registraron simultáneamente ^9.

3. Análisis de Datos

1. Multi-actividad muscular distribución ventanas de análisis de 5 segundos cada uno para MIPT o MEPT se determina a partir del marcador de eventos y la presión de las vías respiratorias grabado con el tono cuing que marcó el sujeto cuando empezar y terminar la tarea (Figura 3). La actividad sEMG para cada músculo se calculó usando una raíz cuadrada (RMS) algoritmo de ^6,12 (Figura 4) significa. Tres ensayos repetidos para cada tarea se promediaron ¹³ para cada músculo (canal).
2. Se evaluaron los patrones de activación multi-musculares basado en un método de análisis vectorial conocido como el Índice de Respuesta Voluntaria (VRI) ⁸ (figuras 4-6) utilizando el software Matlab cliente (MathWorks). Para cada maniobra, el cálculo VRI produce dos valores, una magnitud y un índice de similitud (SI) (Figuras 5-6).El parámetro de magnitud, la cantidad de actividad sEMG combinado para todos los músculos dentro de la ventana de tiempo específica, se calculó como una longitud del vector de respuesta (RV) para la tarea específica (Figura 7). El índice de similitud (SI) proporciona un valor que expresa la similitud de la RV de SCI sujeto es el vector de respuesta a Prototipo (PRV) obtenido a partir de sujetos sanos durante la misma tarea. El valor SI se calculó para cada tarea como un coseno del ángulo entre el sujeto RV y PRV SCI. El valor SI oscila entre 0 y 1,0, donde el valor de 1,0 representa la mejor opción para los vectores en comparación ⁹ (Figura 8).

Resultados

La figura 3 representa el electromiograma y la presión de la vía aérea (en la parte superior) registrados durante el mismo tiempo MEPT de unos individuos no lesionados (izquierda) y LIC (derecha). Nota disminuyó presión de vía aérea y la ausencia de actividad en los músculos espiratorios en un sujeto SCI sEMG en comparación con un individuo no lesionados (marcado con elipses grises). Tenga en cuenta también que inicio de la tarea, como se indica en la parte inferior, se asocia con un aumento d...

Discusión

Pruebas clínicas estándar para evaluar la función motora respiratoria después de SCI y otros trastornos incluyen las pruebas de función pulmonar y de la Escala de Deterioro Spinal Injury Association estadounidense (AIS) Evaluación ^14,15. Sin embargo, estas herramientas no están diseñadas para la evaluación cuantitativa del tronco y el control motor respiratorio. En nuestro trabajo previamente publicado ^9, hemos demostrado que la RMCA es un método válido para evaluar cuantitativamente la ...

Materiales

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.