Valutazione delle vie respiratorie di attivazione muscolare Utilizzando respiratoria Motor Control Assessment (RMCA) in soggetti con lesioni spinali croniche

Riepilogo

Lo scopo di questa pubblicazione è quello di presentare il nostro lavoro originale su un approccio elettromiografico di superficie multi-muscolare per caratterizzare quantitativamente pattern di attivazione dei muscoli respiratori in persone con lesione cronica del midollo spinale utilizzando l'analisi su base vettoriale.

Abstract

Durante la respirazione, l'attivazione dei muscoli respiratori è coordinato da ingresso integrato dal cervello, tronco encefalico e del midollo spinale. Quando questo coordinamento è interrotta da lesioni del midollo spinale (SCI), il controllo dei muscoli respiratori innervati di sotto del livello di lesione è compromessa ^1,2 che porta alla disfunzione dei muscoli respiratori e complicanze polmonari. Queste condizioni sono tra le principali cause di morte nei pazienti con SCI ^3. Standard di test di funzionalità polmonare che valutano la funzione motoria respiratoria includono respiratorie esiti spirometrical e massima pressione: Capacità Vitale Forzata (FVC), volume espiratorio forzato in un secondo _(FEV1), massima pressione inspiratoria (PI _max) e massima pressione espiratoria (PE _max) ^4,5. Questi valori forniscono misurazioni indirette di performance dei muscoli respiratori ^6. Nella pratica clinica e di ricerca, una elettromiografia di superficie (sEMG) registrata da muscoli respiratoripuò essere utilizzato per valutare la funzione respiratoria motore e aiutare a diagnosticare patologia neuromuscolare. Tuttavia, la variabilità di ampiezza sEMG inibisce gli sforzi per sviluppare misure oggettive e diretto della funzione motoria respiratoria ^6. Sulla base di un approccio sEMG multi-muscolare per caratterizzare il controllo motorio dei muscoli degli arti ^7, noto come indice di risposta volontaria (VRI) ^8, abbiamo sviluppato uno strumento analitico per caratterizzare il controllo motorio respiratorio direttamente da EMG dati registrati da più muscoli respiratori durante il volontariato compiti respiratorie. Abbiamo definito questo il respiratoria Motor Control Assessment (RMCA) ^9. Questo metodo di analisi vettoriale quantifica la quantità e la distribuzione di attività fra muscoli e la presenta in forma di un indice che correla il grado in cui l'uscita sEMG all'interno di un test-soggetto assomiglia a quella di un gruppo di sani (non feriti) controlli. Il valore di indice risultante ha dimostrato di avere validità elevata viso, sensibilitàe specificità ^9-11. Abbiamo dimostrato in precedenza ⁹ che gli esiti RMCA correlano in modo significativo con i livelli di SCI e le misure di funzionalità polmonare. Vi presentiamo qui il metodo per confrontare quantitativamente lesioni respiratorie pattern di attivazione multi-muscolare spinale post-spinale a quelli di individui sani.

Protocollo

1. Impostazioni

1. Teste di elettrodi di superficie sono stati collocati sopra i ventri muscolari di sinistra (L) e destro (R) muscoli respiratori: sternocleidomastoideo (SC), scaleno (S), trapezio superiore sulla linea medio-clavicolare (UT), porzione clavicolare del pettorale sulla linea medio-clavicolare (P ), diaframma sulla linea parasternale (D), intercostale, 6 ^° spazio intercostale sulla linea ascellare anteriore (IC), retto addominale a livello ombelicale (RA), obliquo dell'addome sulla linea ascellare media (O), trapezio inferiore paraspinally a livello midscapular (LT ), e paraspinale paraspinally on iliaca intercrestal linea (PS) ^6. Gli elettrodi di massa sono stati collocati durante i processi acromion. Un Laboratorio Motion System Back Pack Unit, con elettrodi applicati, è stato collegato a un movimento Lab EMG Desk Top Unità e Powerlab sistema (Figura 1).
2. T-pezzo Monitoraggio circuito di registrare la pressione delle vie aeree è stato assemblato come mostrato in figura 2 e collegata alla bassa pressioneRe trasduttore (MP45) utilizzando tubo dell'aria.
3. MP45 era collegato a CD15 e Powerlab Sistema (Figura 1 e Tabella 1).

2. RMCA protocollo

1. I compiti motori respiratorie consistevano di massima Task Pressione inspiratoria (MIPT) e Massimo Task pressione espiratoria (MEPT). Per eseguire MIPT o MEPT, soggetti è stato chiesto di produrre il massimo sforzo inspiratorio da volume residuo o sforzi espiratori dalla capacità polmonare totale per 5 secondi utilizzando un circuito di monitoraggio a T (figure 1 e 2). Ogni manovra è stata provocata da un udibile suono lungo 5 sec e ripetuto 3 volte. Almeno 1 min di riposo è stato consentito tra ogni sforzo.
2. Ingresso EMG è stato amplificato con un guadagno di 2.000; filtrata a 30-1,000 Hz e campionato a 2000 Hz. Ingresso pressione delle vie aeree è stato tarato a 100 cm di acqua e di campionato a 2000 Hz. Gli ingressi di pressione EMG e delle vie aeree sono stati convertiti dal sistema di acquisizione Powerlab usando 16 bit di fondo scala ADCrisoluzione. Segnali di pressione delle vie aeree, sEMG e indicatore sono stati registrati simultaneamente ^9.

3. Analisi dei dati

1. Multi-muscolo attività di distribuzione analisi finestre di 5 secondi ciascuno per MIPT o MEPT sono stati determinati dal marcatore di evento e pressione delle vie aeree registrate con il tono cuing che segnalava il soggetto quando iniziare e terminare l'attività (Figura 3). L'attività EMG per ciascun muscolo è stata calcolata usando una radice quadrata (RMS) algoritmo ^6,12 (Figura 4) media. Tre prove ripetute per ogni attività sono stati in media ¹³ per ogni muscolo (canale).
2. I pattern di attivazione di multi-muscolari sono stati valutati sulla base di un metodo di analisi vettoriale noto come indice di risposta volontaria (VRI) ⁸ (figure 4-6) utilizzando su misura software Matlab (MathWorks). Per ogni manovra, il calcolo VRI produce due valori, una grandezza e un indice di somiglianza (SI) (Figure 5-6).Il parametro Entità, la quantità di attività sEMG combinato per tutti i muscoli all'interno della finestra temporale specifica, è stata calcolata come lunghezza del vettore di risposta (RV) per un'attività specifica (Figura 7). L'indice di similarità (SI) fornisce un valore che esprime quanto simile la RV di SCI soggetto è al vettore di risposta Prototype (PRV), prelevati da soggetti sani durante la stessa operazione. Il valore SI è stato calcolato per ogni operazione come coseno dell'angolo tra il soggetto e RV PRV SCI. Il valore SI varia tra 0 e 1,0 dove valore 1.0 rappresenta la migliore corrispondenza per vettori confrontati ⁹ (Figura 8).

Risultati

La figura 3 rappresenta la elettromiografia e la pressione delle vie aeree (in alto) contemporaneamente registrato durante MEPT da un non-danneggiati (a sinistra) e SIC (a destra) individui. Nota diminuita pressione delle vie aeree e l'assenza di attività EMG in muscoli espiratori in un soggetto SCI rispetto ad un individuo non feriti (contrassegnati con ellissi di grigio). Si noti inoltre che all'inizio del compito, come indicato sul lato inferiore, è associata ad un aumento EMG attività e a...

Discussione

Test clinici standard per valutare la funzione respiratoria del motore dopo SCI e altri disturbi includono le prove di funzionalità respiratoria e l'American Spinal Injury Association Impairment Scale (AIS) di valutazione ^14,15. Tuttavia, questi strumenti non sono progettati per la valutazione quantitativa del tronco e controllo motorio respiratorio. Nel nostro lavoro precedentemente pubblicata ^9, abbiamo dimostrato che la RMCA è un metodo valido per valutare quantitativamente la funzione mot...

Materiali

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.