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Résumé

La moelle épinière est une pathologie traumatique qui peut conduire à des risques élevés de troubles métaboliques secondaires chroniques. Ici, nous avons présenté un protocole formation de stimulation électrique neuromusculaire-résistance superficielle en utilisant conjointement avec fonctionnelles extrémités de stimulation-basse électriques vélo comme une stratégie d’améliorer plusieurs de ces problèmes médicaux.

Résumé

Atrophie du muscle squelettique, adiposité accrue et réduction de l’activité physique sont les principaux changements observés après une lésion de la moelle épinière (SCI) et sont associés de nombreuses conséquences sur la santé cardiométabolique. Ces changements sont susceptibles d’augmenter le risque de développer des problèmes de santé chroniques secondaires et impact sur la qualité de vie chez les personnes atteintes Sci. Surface résistance induite par la stimulation électrique neuromusculaire (NMES-RT) de formation a été mis au point une stratégie visant à atténuer le processus d’atrophie du muscle squelettique, réduire l’adiposité ectopique, améliorer la sensibilité à l’insuline et améliorer la capacité mitochondriale. Cependant, NMES-RT est limitée à seulement un groupe musculaire unique. Impliquant plusieurs groupes musculaires des membres inférieurs peut maximiser les avantages pour la santé de la formation. Fonctionnelle extrémité de stimulation-basse électrique cyclisme (FES-ESL) permet l’activation de 6 groupes de muscles, qui est susceptible d’évoquer une plus grande adaptation métabolique et cardiovasculaire. Connaissance appropriée des paramètres de la stimulation est essentielle pour maximiser les résultats de la formation de stimulation électrique chez les personnes atteintes Sci. adopter des stratégies pour une utilisation à long terme du NMES-RT et FES-ESL au cours de la remise en état peut maintenir l’intégrité de la système musculo-squelettique, une condition sine qua non pour des essais cliniques visant à rétablir la marche après une blessure. Le manuscrit actuel présente un protocole combiné à l’aide de NMES-RT avant FES-LEC. Nous émettons l’hypothèse que les muscles conditionnés pour 12 semaines avant le cyclisme sera capables de générer une plus grande puissance, cycle contre une résistance plus élevée et entraîner une plus grande adaptation chez les personnes souffrant de SCI.

Introduction

On estime qu’environ 282 000 personnes aux Etats-Unis vivent actuellement avec la moelle épinière lésions (SCI)1. En moyenne, il y a environ 17 000 nouveaux cas par an, principalement causés par les collisions de véhicules automobiles, les actes de violence et d’activités sportives1. SCI entraîne une interruption partielle ou totale de la transmission neuronale à travers et sous le niveau de blessure2, conduisant à la perte sub-lesional de sensoriel ou moteur. Après une blessure, l’activité du muscle squelettique au-dessous du niveau de la lésion est grandement réduite, conduisant à une baisse rapide de la masse maigre et concomitante infiltration du tissu adipeux ectopique ou gras intramusculaire (FMI). Des études ont montré que le muscle squelettique extrémité inférieur connaît une atrophie importante dans les premières semaines de blessures, tout au long de la fin de la première année3,4. Dès après lésion de 6 semaines, les personnes ayant expérimenté complète SCI une diminution de 18 à 46 % sub-lesional muscle taille par rapport à l’âge et poids abled-bodied témoins. Par blessure après 24 semaines, section transversale du muscle squelettique (CSA) pourrait être aussi faible que 30 à 50 %3. Gorgey et Dudley a montré que le muscle squelettique continue à s’atrophier par 43 % de la taille originale 4,5 mois après l’accident et a noté une trois fois plus grande quantité du FMI chez les personnes atteintes SCI incomplet par rapport au corps abled contrôle4. Perte de masse maigre métaboliquement active entraîne une réduction de taux métabolique basal (BMR)2,6, qui représente pour ∼65 - 70 % de la dépense d’énergie quotidienne totale ; ces réductions de BMR peuvent conduire à un déséquilibre de l’énergie néfaste et augmentant l’adiposité après blessure2,7,8,9,10,18. Adiposité accrue a été lié au développement des chroniques secondaires, y compris l’hypertension, de type II diabète sucré (T2DM) et les maladies cardiovasculaires2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. en outre, les personnes avec SCI peuvent souffrent de malnutrition et recours à un régime riche en graisses. Consommation de matières grasses alimentaire expliqueraient 29 à 34 % de la masse graisseuse chez les personnes avec la SCI, ce qui est probablement un facteur expliquant augmentant l’adiposité et la prévalence croissante de l’obésité au sein de la SCI population12,13.

La résistance induite par la stimulation électrique neuromusculaire (NMES-RT) de formation a été conçue pour induire une hypertrophie du muscle squelettique paralysés19,20,21,22,23, 24. Après douze semaines de bihebdomadaire NMES-RT, le muscle squelettique CSA de la cuisse entière, les extenseurs du genou et les groupes de muscles fléchisseurs du genou a augmenté de 28 %, 35 % et 16 %, respectivement le22. Dudley et al. a montré que 8 semaines bihebdomadaire de taille de muscle extenseur NMES-RT restauré du genou à 75 % de la taille d’origine à six semaines après la lésion19. En outre, Mahoney et al. utilisé le même protocole et a noté une augmentation de 35 % et 39 % dans le droit et gauche rectus femoris muscles après 12 semaines de NMES-RT20.

Fonctionnelles electrical stimulation-bas extrémités cyclisme (FES-ESL) est une technique courante de réhabilitation utilisée pour exercer des groupes musculaires extrémité inférieures après SCI25,26. Contrairement à NMES-RT, FES-ESL repose sur la stimulation des 6 groupes musculaires, ce qui peut entraîner une hypertrophie et des améliorations dans la cardiométabolique profil10,25,26,27, 28. Dolbow et al. trouvé cet organe total maigre masse a augmenté de 18,5 % après 56 mois de FES-ESL chez une personne souffrant SCI27. Après douze mois de trois fois par semaine FES-LEC, une femme de 60 an avec paraplégie expérimenté une augmentation de 7,7 % dans tout le corps maigre masse et une augmentation de 4,1 % à jambe maigre masse28. Utilisation systématique de la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) est liée à l’amélioration des facteurs de risque cardiométabolique conditions après SCI10,25,26.

Les candidats idéaux pour la formation de la stimulation électrique aura soit moteurs blessures complets ou incomplets, avec les motoneurones périphériques intacts et sensation limitée d’extrémité inférieure. Le manuscrit actuel, décrit une approche combinée à l’aide de NMES-RT et FES-ESL conçu pour améliorer les résultats de la formation de stimulation électrique chez les personnes atteintes chroniques Sci. Le processus de NMES-RT en utilisant des poids aux chevilles on soulignera, tout en soulignant les étapes clés au sein du protocole et de la prestation globale l’intervention fournit aux personnes ayant une chronique Sci. Le deuxième objectif est de décrire le processus de FES-ESL conçu pour maximiser l’effet cardiométabolique global d’intervention. Les travaux précédents a confirmé notre rationnel qu’un protocole de formation combinée peut évoquer des résultats supérieures à 24 semaines de stimulation électrique formation20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36.

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Protocole

Le protocole de formation décrit dans ce manuscrit est enregistré avec l’identificateur clinicaltrials.gov (NCT01652040). Le programme de formation implique NMES-RT avec des poids aux chevilles et FES-LEC. Tout le matériel nécessaire est répertorié dans le tableau 2. Le protocole de l’étude et le consentement éclairé ont été examinées et approuvées par le Richmond Lamothe Institutional Review Board (IRB) et la Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Toutes les procédures de l’étude ont été expliquées en détail à chaque participant avant le début du procès.

1. participant recrutement

  1. Procéder à une évaluation de présélection avec les participants potentiels.
    1. Expliquer complètement les détails du protocole de formation dont la durée d’études (24 semaines), fois par semaine (deux semaines) et durée des sessions (NMES-RT : 30 min et FES-ESL : 45-60 min).
      NOTE : NMES-RT est effectué pendant les 12 premières semaines, suivies de 12 semaines de FES-LEC.
    2. Décrire les exigences médicales pour les participants potentiels y compris : mâle ou femelle avec SCI, American Spinal Injury Classification (SIA) A, B ou C (ceux dont la classification de l’AIS « C », qui sont incapables de se lever et marcher), 18 à 65 ans, supérieure à 1 an après l’accident, corps (IMC) Indice de masse ≤ 30 kg/m2, moteur complet ou incomplet C5-L2 niveau de blessure.
    3. Décrire les restrictions médicales pour les participants potentiels y compris : un diagnostic de maladie cardiovasculaire, incontrôlée de type II diabète sucré ou ceux sur l’insuline, l’hypertension non contrôlée, pression plaies étape 3 ou supérieure, infections urinaires ou des symptômes, l’ostéoporose avec le T-Score-2,5 et grossesse chez les femmes présentant des SCI.

2. NMES-RT

  1. S’assurer que le participant annule sa vessie et mesurer la pression artérielle et la fréquence cardiaque au repos. Tandis que le participant est assis en fauteuil roulant, demander au participant d’enlever ses chaussures. Ensuite, placez un oreiller derrière le mollet pour amortir la jambe au cours de la flexion du genou. Appliquer des poids aux chevilles (0-26 lb) aux chevilles du participant (Figure 1).
    NOTE : Le rapport initial 2 séances sont effectuées sans poids aux chevilles pour s’assurer que le participant peut soulever sa jambe contre la gravité.
  2. Appliquez deux 7,5 cm x 12,7 cm adhésif carbone électrodes bilatéralement sur la peau au-dessus du groupe de muscles extenseurs du genou.
    1. Placer l’électrode distale ~1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal et la médiale de la ligne médiane du quadriceps. Placer l’électrode longitudinalement et parallèlement à l’axe de la ligne médiane allant de la hanche à l’articulation du genou (Figure 2).
    2. Placer l’électrode proximale latéralement et à côté du pli inguinal sur le muscle vastus lateralis. Placer l’électrode longitudinalement et parallèlement à l’axe de la ligne médiane (Figure 2).
  3. Définir un stimulateur portable à une fréquence de 30 Hz et d’une largeur d’impulsion rectangulaire biphasique de 450 µs et 50 µs interpulse intervalle19,20,21,22,23,24 ,37,38,,39. Raccordez les câbles de stimulateur à chaque électrode.
    Remarque : La polarité des électrodes n’influence pas le schéma de stimulation tant que les électrodes sont positionnées correctement.
  4. En commençant par la jambe droite, Augmentez graduellement le courant jusqu'à ce qu’une tension perceptible visible est reconnue dans le groupe de muscles extenseurs du genou. Continuer à augmenter lentement le courant pour évoquer l’extension du genou complet (max. 200 mA). Permettre à la jambe de rester étendu pendant 3-5 s évoquer la tension maximale dans les unités motrices activées.
  5. Diminuer progressivement le courant jusqu'à ce qu’il est ci-dessous 50 % de la cible actuelle pour allonger la jambe et de bouger la jambe excentriquement retour à la position de départ. Enregistrer l’amplitude du courant nécessaire pour évoquer l’extension de la jambe complète.
  6. Suivre une formation unilatérale dont 4 séries de 10 répétitions par jambe et suppléant entre jambes droite et gauche. Permettre à la jambe au repos de 3 à 5 s entre chaque répétition et 3 min entre les séries. Si le participant n’atteint pas l’extension du genou plein, enregistrer l’amplitude % du mouvement et augmenter le temps entre les répétitions.
    NOTE : La fatigue musculaire est définie comme deux répétitions consécutives avec une gamme de mouvement ≤ 25 %.
  7. Essayez chacun des quatre ensembles, mais si le participant éprouve de la fatigue musculaire, finir le jeu actuel et poursuivre la formation sur la jambe opposée. Si l’extension du genou complet est atteint sans fatigue musculaire pour 2 stages consécutifs, ajouter 2 livres de poids aux chevilles la semaine suivante de la formation.

3. FES-LEC

  1. Mesurer la tension artérielle et la fréquence cardiaque au repos du participant. Positionner le participant devant le vélo ergomètre de FES (Table des matières), assis dans son pouvoir personnel ou un fauteuil roulant manuel (Figure 3 a, 3 b Figure).
  2. Appliquez les électrodes de carbone adhésif pour les extenseurs du genou, genou de groupes de muscles fléchisseurs et fessier bilatéralement.
    1. Pour extenseurs du genou, placer l’électrode distale (7,5 x 12,7 cm) sur la peau 1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal, au-dessus du vastus medialis muscle. Placer l’électrode proximale latéralement et adjacent au pli inguinal sur le vastus lateralis muscle (Figure 4 a).
    2. Pour les fléchisseurs du genou, placer l’électrode distale (7,5 x 10 cm) sur la peau 2-3 cm au-dessus du creux poplité. Placer l’électrode proximale à 20 cm au-dessus du creux poplité (Figure 4 b). Pour éviter tout mouvement de l’électrode distale, appliquer un bandage élastique pour un positionnement sûr de l’électrode (Figure 3 a).
    3. Pour fessier, demandez aux participants de se pencher vers l’avant vers l’ergomètre. Placer deux électrodes (5 x 9 cm) parallèle et sur la majeure partie du muscle du ventre ; laisser ~ deux doigts de largeur de séparation entre les électrodes.
  3. Avec le participant, assis dans son fauteuil roulant et centrée devant l’ergomètre, raccordez les câbles de stimulateur à chacun des 12 électrodes. Vérifiez le recto et le verso de l’ergomètre pour s’assurer que le participant est correctement centré.
  4. S’assurer que le fauteuil roulant du participant est verrouillé et placez délicatement les pieds du participant (porter des chaussures de tennis) à l’intérieur les pédales (Figure 6). Fixer le bas de la jambe à l’ergomètre utilisant les sangles élastiques enveloppés dans une housse. Fixez les pieds du participant en place avec les sangles élastiques deux passage et Velcro situées sur chaque pétale (Figure 5).
  5. Après cerclage les jambes à l’ergomètre, déplacer passivement les jambes donc observent le modèle de vélo. Si les jambes sont trop compressés ou hyperétendu, régler la hauteur de la moto et re-vérifier la position en déplaçant passivement la jambe.
  6. Fixer le fauteuil roulant du participant à l’ergomètre utilisant les deux crochets extensibles situées à la base de l’ergomètre. Accrocher le crochet d’une structure stable sous le fauteuil (Figure 5). Placez deux pauses en bois sous les roues du fauteuil roulant, pour éviter tout mouvement de chaise lors de cyclisme.
  7. Régler la fréquence de stimulation à 33,3 Hz, durée de l’impulsion à 350 µs et l’amplitude du courant à 140, 100, 100 mA pour les extenseurs du genou, fléchisseurs du genou et de muscle grand fessier groupes, respectivement.
  8. Définissez les paramètres de cycle comme suit : cibler la vitesse de 40 à 45 tours par minute (tr/min) ; couple moteur réglable à partir de 10 Nm ; résistance de 1.0, 1.5 et 2.0 Nm pour exercice étapes I, II et III.
  9. Définir l’intervalle de paramètres de formation comme suit : min 3 phase de « chauffer »; trois 10 min exercice étapes (stimulation) ; a 2 min de phase de repos qui suit chaque exercice étape ; et 3 min de phase de « refroidir ».
  10. Selon le niveau de la lésion (au-dessus ou au-dessous de T4), mesure la sang pression et la fréquence cardiaque toutes les 2 à 5 min pour prévenir l’apparition de tout symptôme de dysréflexie autonome.
  11. Si la pression artérielle reste élevée, arrêter l’ergomètre et demander au participant d’annuler sa vessie ou reposez-vous si ils ont déjà annulé. En outre, vérifiez que le participant est bien installé pour réduire les points de pression et vérifier que les chaussures ou les sangles ne sont pas trop serrés. Surveiller la tension artérielle de près toutes les 2 min. Si la tension artérielle se redresse, reprendre l’entraînement ; Si la pression artérielle reste non recouvrée, fermer la session et demander aux participants de voir son médecin de soins primaires.
    Remarque : Il est essentiel de veiller à ce que les participants prennent systématiquement leur médicament contre l’hypertension, le cas échéant et la nullité de leur vessie avant d’arrêter FES.
  12. Enregistrer du participant la fréquence cardiaque, vitesse, puissance, distance, résistance et stimulation % toutes les 30 s.
  13. Si le participant remplit une séance d’exercice en entier sans fatigue (vitesse < 18 tr/min au cours de l’actif de cyclisme), diminuer l’assistance du couple du moteur servo de 1 Nm la session suivante, sinon conserver tous les paramètres même.
  14. Si le participant remplit deux sessions de formation exercice sans fatigue ou l’utilisation de servo moteur assistance durant les phases de l’exercice, augmenter la résistance de 0,5 Nm à chaque étape de l’exercice.

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Résultats

Poids aux chevilles a augmenté progressivement pour les 22 participants, plus de 16 semaines de NMES-RT (Figure 6 a). Les poids moyens soulevés par les participants a été 19,6 ± 6,5 lb (jambe droite) et 20 ± 6 lb (jambe gauche) [8-24 lb]. Amplitude du courant a fluctué tout au long de l’essai pour jambes droite et gauche (Figure 6 b).

Progression d’un individ...

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Discussion

La présente étude démontre deux différents paradigmes de la stimulation électrique. Un paradigme est axé sur la mise en œuvre de chargement progressif du muscle formés pour évoquer l’hypertrophie du muscle squelettique et l’autre paradigme vise principalement à améliorer la performance cardiométaboliques via le renforcement de la capacité aérobie. L’étude fait en sorte de comparer les deux paradigmes et pour mettre en évidence les avantages et les inconvénients de chacun.

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Nous tenons à remercier les participants qui ont consacré temps et efforts pour participer aux études précédentes. Nous tenons à remercier Hunter Holmes McGuire Research Institute et les Services de blessure de la moelle épinière et les troubles qui l’environnement pour mener des essais cliniques humains. Ashraf S. Gorgey est actuellement pris en charge par le ministère des anciens combattants, Administration de santé des anciens combattants, Rehabilitation Research et Development Service (B7867-W) et DoD-PCSEIM (W81XWH-14-SCIRP-CTA).

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matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
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 stimulatorRichmar (Chattanooga, TN, USA 37406)400-08241.28' 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)A17172.0 m
RT300-SL FES ErgometerRestorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231)RT300-SL80' x 49' x 92-103' (39 kg)
16 channel
speed: 15 – 55 rev/min
elastic NuStim wraps (2)Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341)PP10866636"
wooden wheelchair break (2)n/an/an/a
pillow/cushionn/an/astandard
ankle weightsn/an/a2-26 lb.

Références

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