כימות תרומות הידיים והרגליים במהלך תרגילי ישיבה לעמידה בסיוע חשמלי חוזרים ונשנים במשותקים: מחקר פיילוט

Summary

תרומת הזרועות ב-Sit-To-Stand (SitTS) נקבעת על פי מצב השרירים של הרגליים. מספר אסטרטגיות מפצות התגלו במאמצים להשיג מחזורי SitTS מלאים. ממצאים אלה משלשים את המדדים הביומכניים של אנשים הסובלים מפגיעה בחוט השדרה (SCI) עם תחושת העומס הסובייקטיבית שלהם הנישאים על ידי שתי הגפיים שלהם לאורך כל גישות ה-SitTS.

Abstract

ביצוע Sit-to-Stand (SitTS) בחולי פגיעה חלקית בחוט השדרה (SCI) כרוך בתפקוד מוטורי בגפיים העליונות והתחתונות. השימוש בתמיכת זרוע, בפרט, הוא גורם מסייע משמעותי בעת ביצוע תנועת SitTS באוכלוסיית SCI. בנוסף, היישום של גירוי חשמלי פונקציונלי (FES) על שרירי הארבע ראשי ושרירי gluteus maximus הוא אחד הניהול שנקבע עבור SCI לא שלם כדי לשפר את פעולת השרירים עבור תנועות פשוטות בגפיים התחתונות. עם זאת, התרומה היחסית של הגפיים העליונות והתחתונות במהלך ישיבה לא נחקרה לעומק. שני משותקי SCI מוטוריים לא שלמים ביצעו תרגיל SitTS חוזר ונשנה לאתגר עייפות. הביצועים שלהם נחקרו כמחקר מקרה-ביקורת בשיטה מעורבת המשווה SitTS עם וללא סיוע של FES. שלושה סטים של בדיקות SitTS הושלמו עם תקופת מנוחה של 5 דקות שהוקצתה בין סטים, עם חיישני מכנומיוגרפיה (MMG) מחוברים מעל שרירי פי הטבעת (rectus femoris) באופן דו-צדדי. התרגיל הופרד לשני מפגשים; יום 1 עבור SitTS מרצון ויום 2 עבור SitTS בסיוע FES. שאלונים נערכו לאחר כל מפגש כדי לאסוף את המשוב של המשתתפים על חוויית הישיבה החוזרת שלהם. הניתוח אישר כי מחזור SitTS יכול להיות מחולק לשלושה שלבים; שלב 1 (הכנה לעמידה), שלב 2 (מושב) ושלב 3 (התחלת הארכת מפרק הירך), שתרמו ל-23% ±-7%, 16% ±-4% ו-61% ±-6% ממחזור ה-SitTS, בהתאמה. תרומת הידיים והרגליים במהלך תנועת SitTS השתנתה אצל משתתפים שונים בהתבסס על דירוג השרירים של המועצה למחקר רפואי (MRC). בפרט, כוחות הזרוע המופעלים מתחילים לעלות בבירור כאשר כוחות הרגליים מתחילים לרדת במהלך עמידה. ממצא זה נתמך על ידי אות MMG מופחת באופן משמעותי המעיד על עייפות שרירי הרגליים ותחושת העייפות המדווחת שלהם.

Introduction

Sit-To-Stand (SitTS) היא תנועה משמעותית בפעילות חיי היומיום של האדם (ADL). זהו גם תנאי מוקדם לפעילויות תפקודיות בסיסיות כגון עמידה, העברה והליכה. עבור חולים עם פגיעה חלקית בחוט השדרה (SCI), משותקים בפרט, תרגיל SitTS הוא פעילות חיונית לעצמאותם התפקודית ^1,2. תרגיל זה חיוני לאימוני עצמאות, אשר בסופו של דבר מסייע לאוכלוסיית SCI לשפר את איכות חייהם. על מנת לבצע תרגיל SitTS מספיק ומתאים, הידע לגבי הביומכניקה שלהם ופעילות השרירים צריך להיות מדיד במהלך האימון.

בתוכנית שיקום קלינית, לחולי SCI עם סולם ליקויים של האגודה האמריקאית לפגיעות בעמוד השדרה (ASIA), AIS C יש התקדמות טובה יותר וסיכוי טוב יותר לשחזר את תפקודם המוטורי מאשר אלה עם AIS B בדרגה B, שיש להם ליקויים מוטוריים מלאים. ביצועי SitTS ממלאים מדד חשוב אצל מטופלי SCI כדי לציין את הפונקציונליות המוטורית שלהם במהלך תהליך ההחלמה³. עם זאת, חולי SCI AIS C זקוקים לתמיכה הן מהגפיים העליונות והן מהגפיים התחתונות כדי להשיג סדרה מוצלחת של תנועות SitTS חוזרות ונשנות. תמיכת הגפיים העליונות ממלאת תפקיד חשוב בפריקת הברכיים תוך מתן כוחות הרמה נאותים והבטחת איזון הגוף במהלך התרגיל⁴.

מטרת מחקר זה היא לתאר את התרומות הביומכניות של ידיים ורגליים במהלך סיטות חוזרות ונשנות באנשים SCI לא שלמים. מחקר זה ממקם את הניתוח הביומכני ביחס לתחושה הסובייקטיבית של המשתתפים לגבי הידיים והרגליים, ביצועי השרירים ותחושות של "מאמץ ועייפות" במהלך תרגיל ה-SitTS.

מחקרי SitTS קודמים רבים התרכזו רק בחקירת ההיבטים הקינמטיים והקינטיים של הפעילות 4,5,6,7. בהקשר רחב יותר של אימון SitTS, פיתוח שיטה זו, הכוללת את מסגרת העמידה המכשורית (SF) וניתוח לוחית הכוח, יכול להוביל חוקרים להעריך את תרומת הגפיים העליונות והתחתונות של אוכלוסיות אחרות כגון שבץ, קשישים וחולים עם דלקת מפרקים ניוונית ^8,9,10. מחקר קודם שנערך על ידי Zoulias et al., מכשור שנבנה במיוחד חומרה ותוכנה של SF הציג עיצוב מסגרת גדולה¹¹. שיטה זו יכולה להיות מאתגרת לשכפול. לפיכך מחקר SitTS זה הדגיש SF מכשור נייד שיכול להיות מאומץ על ידי חוקרים אחרים עם מערך מעבדה קיים לניתוח תנועה.

Protocol

תרגיל SitTS והסכמה מדעת בכתב יד זה מתוארים תחת שיקול אתי על ידי ועדת האתיקה של המרכז הרפואי של אוניברסיטת מלאיה (2017119-4828)¹². נהלי המחקר הוסברו בפירוט לכל משתתף, והסכמה מדעת בכתב התקבלה לפני תחילת ניסוי SitTS. מחקר זה נערך במצב מעורב, שבו התקבלו נתונים כמותיים באמצעות ניתוח ביומכני, ואילו ציונים סובייקטיביים התקבלו ממפגשי משוב (של המשתתפים) ומהקלטות שמע (של אינטראקציות בין החוקרים למשתתפים במהלך המחקר). מחקר פיילוט זה השווה את תרומת הידיים והרגליים של המשתתפים בתרגילי SitTS באופן התנדבותי לעומת הביצועים שלהם עם נוכחות FES.

1. בחירת המשתתפים

1. בצע הערכה עם משתתפי SCI פוטנציאליים.
   1. הסבר את פרטי פרוטוקול SitTS, כולל אורך הלימוד (4 ימים) ואורך המפגש (SitTS: 2 שעות).
      הערה: ישיבה וולונטרית נערכה ביום הראשון, ואחריה מנוחה במשך יומיים. לאחר מכן ממשיכים בגירוי חשמלי פונקציונלי (FES) בסיוע SitTS למחרת ומוגדרים כיום 2.
   2. תאר את הדרישות הרפואיות למשתתף הפוטנציאלי, כולל גבר או אישה עם SCI AIS C (שיכולים לעמוד), בני 18-60, מעל 12 חודשים לאחר הפציעה, והפגינו נכונות ללבוש בגדים ספציפיים.
      הערה: משתתפי SCI AIS C נתנו הסכמה כתובה ומודעת להתנדב במחקר זה. משתתף 1 היה זכר (45 שנים; מדד מסת הגוף (BMI) 20.32 ק"ג/מ"ר²) ומשתתפת 2 הייתה אישה (49 שנים; BMI 33.54 ק"ג/מ"ר²). שניהם הציגו 95 חודשים ו-33 חודשים לאחר פציעת SCI, בהתאמה. שני המשתתפים עברו הערכת דרגת שריר בגפיים התחתונות (LE). ציון שרירי LE של משתתף 1 היה 2 (צד ימין) ו -4 (צד שמאל). בינתיים, למשתתף 2 היה דירוג שריר LE של 4 דו צדדי¹². לשני המשתתפים הייתה שליטה טובה בתא המטען. משתתף 1 אובחן עם רגל ימין רפויה עם רפלקסים נעדרים של הברך והקרסול המעידים על פגיעה בנוירון המוטורי התחתון. מלבד זאת, רגלו הימנית נצפתה לא מראה כל תגובה ל- FES.
   3. תאר את קריטריוני ההדרה למשתתפים הפוטנציאליים, כולל מצבים רפואיים שיגרמו להם להיכשל בהשלמת ההוראות במהלך המחקר. קריטריוני פטור אחרים כוללים משתתפים שיש להם אוסטאופורוזיס ושבר עצם¹², קוצב לב או מערכת אלקטרונית מושתלת אחרת, היה להם מכשיר גירוי חשמלי קיים (דפיברילטור מושתל, קוצב לב או גירוי בעמוד השדרה) או שיש להם רעלן בוטולינום.

2. מערך ניסיוני SitTS

הערה: בתרגיל SitTS זה יירשמו שלושה פרמטרים. הפרמטר הראשון הוא כוח הזרוע והפרמטר השני הוא כוח הרגליים. הפרמטר השלישי הוא מכנומיוגרפיה (MMG) אשר מסתכלת על פעילות שריר פי הטבעת (rectus femoris).

1. הגדרת כיסא ו- SF.
   1. תכננו כיסא ללא זרועות בגובה של 45 ס"מ^13,14 ללא משענת בהתאם לממד לוחית הכוח 1 המשובצת ברצפת המעבדה לניתוח תנועה (איור 1).
   2. הניחו את הכיסא על החלק העליון של לוחית הכוח 1.
   3. מכשיר כל רגל SF בנפרד עם חיישן כוח¹⁵ בתחתית הרגל של SF בהתחשב בטווח הרגיש של כל חיישן הוא בין 0-12 ק"ג (איור 2).
      הערה: ערכי הסכום של ארבע קריאות חיישני כוח מ- SF כונו תרומת כוח הנשק.
   4. מקם SF נייד ומתקפל מול הכיסא בהישג יד¹². מקמו ארבע רגליים של SF בבטחה מחוץ ללוחית כוח 2 כדי למנוע מדידות כפולות (איור 1).
2. הגדרת ניתוח תנועה
   1. הזן את פרטי המשתתף (כלומר, אורך רגליים, רוחב קרסול, רוחב ברך) במערכת ניתוח התנועה.
   2. הניחו שישה עשר סמנים רפלקטיביים על הגפיים התחתונות של המשתתף באמצעות סרט דו-צדדי כאמור בשלבים 2.2.3-2.2.5.
   3. חבר סמנים אלה ישירות מעל הקדמי והאחורי הדו-צדדי של עמוד השדרה האיליאק העליון. שנית, יש להצמיד סמנים על האפיקונדיל הלטרלי של ברך שמאל וימין.
   4. יש להצמיד את הטוש מעל פני השטח הרוחביים של הירך והשוק הדו-צדדיים. לאחר מכן, לצרף סמן על malleolus שמאל וימין לרוחב.
   5. חבר סמנים משמאל ומימין לראש המטטרסלי השני. חבר את הסמנים על calcaneus באותו גובה של ראש metatarsal השני.
      הערה: מיקום הסמנים הרפלקטיביים מבוסס על התקנת מערכת ניתוח התנועה¹⁶.
3. הכנת המשתתף
   1. הנחו את המתאמן לשבת עם ברכיים מכופפות ב-90 מעלות כששתי רגליו מונחות על לוחית כוח 2.
   2. ודא שהראש ותא המטען של המשתתף פונים קדימה בזמן שהוא יושב במצב זקוף. ודא שהמשתתף יחף.
   3. הניחו ידיים על ידית ה-SF.
   4. זהה את שריר פי הטבעת (rectus femoris) על ידי מישוש האזור האמצעי והמגושם של הירך.
   5. הניחו שני חיישני MMG באזור הירך של שריר פי הטבעת (rectus femoris) באופן דו-צדדי, MMG אחד לכל רגל, כדי למדוד במדויק את מאמצי הישיבה-עמידה והעמידה של שרירי הרגליים¹².
   6. אבטח את החיישנים באמצעות סרט דו-צדדי. חגור את חיישני MMG סביב הירך כדי להפחית את חפצי התנועה¹².
   7. חבר את חיישני ה-MMG להתקן ה-MMG ולמחשב.

3. פרוטוקול SitTS

1. יום 1: בצעו תרגיל ישיבה מרצון.
   הערה: המשתתפים הונחו לעשות אירוע SitTS חוזר ונשנה בסיוע SF.
   1. לפני תחילת הניסוי, הקפד להפעיל את כל ההגדרות כדי להקליט את הפרמטרים שנבחרו.
      הערה: הפרמטרים שנרשמו היו חיישני כוח לתרומת גפיים עליונות, לוחית כוח לתרומת גפיים תחתונות ונתוני MMG לפעילות שריר רקטוס פמוריס.
   2. בקשו מהמשתתף לקום ממצב ישיבה נייח בתום ספירה לאחור של 5 שניות המתוזמנת על ידי טיימר אלקטרוני.
   3. תנו למשתתף לעמוד במשך 3 שניות ואז שבו על הכיסא.
   4. בקשו מהמשתתף לנוח במשך 5 שניות.
      הערה: זה היה מרווח המנוחה בין המשפטים.
   5. המשך לבצע ניסויי SitTS (חזור על שלבים 3.1.2 ו- 3.1.4 עד שהמשתתף אינו יכול לבצע את אותה שגרה יותר).
   6. כבה את כל הנתונים המוקלטים.
   7. לאחר מכן, בקשו מהמשתתפים לנוח במשך 5 דקות לפני שתמשיכו בסט הבא של שגרת הישיבה. תן הפסקה של 5 דקות בין סטים כדי לספק התאוששות שרירים בין סטים¹⁷.
   8. חזור על שלבים 3.1.1-3.1.7 עבור שתי קבוצות נוספות.
   9. אפשרו למשתתף לנוח לפחות 48 שעות.
2. יום 2: בצעו תרגיל SitTS בסיוע FES.
   הערה: המשתתפים הונחו לבצע אירועי SitTS חוזרים ונשנים בסיוע SF ו- FES.
   1. מניחים אלקטרודות FES על שרירי הארבע ראשי ושרירי gluteus maximus¹⁸.
   2. עבור שריר הארבע ראשי, מקם את האלקטרודה הראשונה אופקית ברוחב שתי אצבעות מעל הברך. מקם את האלקטרודה השנייה אופקית בערך ברוחב כף היד מתחת למפרק הירך.
   3. עבור שריר הגלוטאוס מקסימוס, בקשו מהמתאמן להתכופף קדימה ולמקם את האלקטרודה הראשונה הקרובה ביותר לעצם הירך. חבר את האלקטרודה השנייה במאונך הקרוב ביותר לעצם הזנב, זה לצד זה מהאלקטרודה הראשונה.
   4. חבר את כל אלקטרודות FES להתקן FES וחבר אותן לתוכנת FES במחשב.
   5. הגדר את תוכנת FES על ידי בחירת רוחב הפולס של 300 והתדר של 35 הרץ.
   6. הגדירו את עוצמת הזרם של FES על ידי כך שתשאלו את המתאמן אם הוא יכול לסבול את הזרם שניתן כדי להשיג הארכת ברך וירך⁷. קבע את המשרעת הנוכחית של FES באמצעות מספר שיטות עבודה לפני תחילת הניסוי בפועל.
      הערה: טבלה 1 מציגה את זרם ה-FES המגורה לכיוון השרירים שנבחרו על ידי המשתתפים במהלך אימון FES SitTS בסיוע.
   7. לפני תחילת הניסוי, הקפד להפעיל את כל ההגדרות כדי להקליט את הפרמטרים שנבחרו.
   8. בקשו מהמשתתף לקום ממצב ישיבה נייח בתום ספירה לאחור של 5 שניות המתוזמנת על ידי טיימר אלקטרוני. בסוף הספירה לאחור, הפעל את FES.
   9. תן למשתתף לעמוד במשך 3 שניות. לאחר מכן כבו את FES ותנו למשתתף לשבת לאחור על הכיסא.
   10. בקשו מהמשתתף לנוח במשך 5 שניות.
   11. המשך לבצע ניסויי SitTS (חזור על שלבים 3.2.7-3.2.10 עד שהמשתתף אינו יכול לבצע את אותה שגרה יותר).
   12. כבה את כל הנתונים המוקלטים.
   13. לאחר מכן, בקשו מהמשתתפים לנוח במשך 5 דקות לפני שתמשיכו בסט הבא של שגרת הישיבה.
   14. חזור על שלבים 3.2.7-3.2.13 עבור שתי קבוצות נוספות.

4. איסוף וניתוח נתונים

1. תרומת כוח הזרוע
   1. חלץ את כל הנתונים הגולמיים של חיישן הכוח לקובץ חוברת העבודה במחשב לצורך ניתוח לא מקוון.
2. תרומת כוח הרגל
   1. נתח נתונים גולמיים של SitTS קינמטי וקינטי בתוכנת ניתוח התנועה. חלץ את נתוני לוחית הכוח ואת נתוני זווית הברך לקובץ חוברת העבודה במחשב לצורך ניתוח לא מקוון.
      הערה: נתוני לוחית הכוח מייצגים את תרומת כוח הרגל
3. MMG של שריר פי הטבעת (rectus femoris)
   1. חלץ ואחסן נתוני MMG גולמיים של שריר פי הטבעת (rectus femoris) באמצעות שתי יחידות רכישה ותוכנת ויברומיוגרפיה לקובץ חוברת העבודה לצורך ניתוח לא מקוון.
      הערה: אות MMG נקלט על ידי חיישן ויברומיוגרפיה בקצב דגימה של 2 קילוהרץ. מסנן פס תגובת דחף סופית בין 20 הרץ ל- 200 הרץ שימש לממסר ושינוי הנתונים הגולמיים של אות MMG כפי שהומלץ על ידי היצרן להערכת מאמץ השרירים¹⁹. עבור כל ניסוי, כל מערך הנתונים נורמל ולאחר מכן סונכרן כמחזור שלם של תרגיל SitTS. בדיקת t מדגמית עצמאית נעשתה כדי לבחון הבדלים משמעותיים בזמן הממוצע בין תרגילי SItTS מרצון ותרגילי SItTS בסיוע FES.

5. מפגש משוב

1. הקלט אודיו במהלך מפגש המשוב (אינטראקציות חוקר-משתתף).
2. שאלו ארבע שאלות בנוגע ליציבות ולעייפות שחוו המשתתפים במהלך ההישגים של SitTS ביום הראשון וביום השני.
   הערה: בחלק זה, יציבות התפרשה על ידי המשתתפים כאיזון הגבוה ביותר באירוע SitTS. האיזון הגבוה ביותר הושג כאשר הם יכלו להחזיק באירוע שנבחר במשך הזמן הרב ביותר. בינתיים, העייפות זוהתה כתחושת ה"עייפות" שלהם שמובילה לביצועים הנמוכים ביותר שלהם במהלך תרגיל SitTS.
3. אסוף ותמלל את השמע.

תוצאות

בסך הכל הושלמו 399 ו-463 ניסויי SitTS ללא ובעזרת FES בהתאמה. הניסויים שתרמו לכל קבוצה מוצגים בטבלה 2. המשתתפים יכלו לבצע יותר ניסויי SitTS עם נוכחות של גירוי חשמלי על רגליהם, כלומר, FES. בסך הכל, שני המשתתפים הצליחו לבצע יותר ניסויי SitTS בעזרת FES. זה מצביע על כך ש- FES מסייע בגירוי שריר הארבע ראשי של ...

Discussion

המחקר הנוכחי הדגים תרומה למשקל הגוף אצל נבדקי SCI במהלך פעילות גופנית SitTS. מחקר זה הציג את SF כמכשיר עזר חיוני עבור משותקים כדי לבצע מחזור SitTS מוצלח. יתר על כן, SF מכשיר פותח כדי להבטיח שניתן יהיה להעריך גם את כוח הנשק²⁸. היישום של MMG נוסף במחקר כדי לצפות בשריר SitTS ראשוני המסייע לחוקרי?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Customade chair			A customade chair was built to following to the force plate's dimension.
FES RehaStim 2	Hasomed		A device that can stimulate electrical current towards the muscle.
FlexiForce A201	Tekscan, Inc., USA	Force ranges: 0-100 lbs. (440 N)	Force sensors is used to capture arms force at standing frame.
Foldable standing frame		Height: 70.0 cm - 90.0 cm.	A walking frame that was bought from local medical company.
Motion Analysis	Vicon Oxford, UK		A system that records kinematic and kinetics of the activity.
Serial port terminal application	CoolTerm	version 1.4.6; Roger Meier's	An application to record the force sensor data.
Vibromyography software	BIOPAC System Inc., USA	AcqKnowledge 4.3.1	A software to record and strore raw MMG data. It also function for offline analyses.
VMG transducers and BIOPAC Vibromyography system	BIOPAC System Inc., USA	BP150 and HLT100C	A device to measure muscle activity.