私たちは、運動試験中のMartina LienertとFabienne Schaufelbergerの援助と、彼の科学的アドバイスのためにPD Claudio Perret博士から感謝しています。

研究は地方倫理委員会（Ethikkommission Nordwest- und Zentralschweiz、スイス、バーゼル）によって承認され、研究開始前に書面による同意が得られた。 1.試験準備と参加者指導<ol><li> アームクランクエルゴメーター <ol><li>ソフトウェアを開く前に、回転速度に依存するアームクランクエルゴメーターの電源を入れます。 </li><li> 3分、オールアウト・エルゴメーター・テストのテスト・プロトコルを選択します。 <ol><li> 120秒のウォームアップ、180秒の試験時間、および720秒の冷却時間を備えた新しいプロトコルを挿入します。このテストプロトコルを選択し、新しい参加者シートを開きます。 </li></ol></li><li>新しいテストごとに、参加者の体重を事前に決定します。 </li><li>有能な身体対麻痺者の場合、相対トルク係数を0.2に設定する（ 例えば、相対トルク係数が0.2、トルクが2の100kg参加者の場合0 Nm結果） 12 。 <ol><li>脊髄損傷の病変レベルに応じて、四肢麻痺者にはより低いトルク係数を適用する;関連する参加者のための最適な相対的なトルク係数を決定するためには、2つ以上の馴染み試験が必要である。 </li><li>習熟試験からデータを印刷した後にピークが現れない場合、または参加者が3分間全体をクランクできなかった場合は、トルク係数。参加者に各試行の間に少なくとも2日間の休息を与える。 </li></ol></li></ol></li><li> エクササイズテストの設定 <ol><li>アームクランクの高さを調整し、次のテストセッションで同じテスト設定を複製するように記録します。アームクランクエルゴメーターと参加者との距離を調整して記録する。 <ol><li>高さを決定するには、distaを測定する床とクランクの固定との間の距離である。クランクと参加者の距離を記録するには、壁と椅子固定の間の距離を測定し記録します。アームのクランク軸を肩関節に水平な高さに調整します。 </li></ol></li><li>壁の固定と椅子の間の距離、またはエルゴメータと椅子の固定の間の距離を記録する。参加者がa）有能な、b）対麻痺、c）四肢麻痺のいずれかに応じて、椅子の設定を調整する。 <ol><li>参加者が能力がある場合は、参加者を代理店が提供する椅子に座らせる。 </li><li>参加者が対麻痺で、自分の車椅子に座る必要がある場合は、アームクランクエルゴメーターに車椅子を固定する固定セットを使用します。参加者が自分の車椅子を必要としない場合は、参加者を代理店が提供する椅子に座らせてください。 </li><li>参加者が四肢麻痺である場合、上半身をペダルに手を固定する可能性があります。上体を固定するには、留め金具付きストラップを使用してください。手固定のために、四肢麻痺患者のリストバンドを使用する。 </li></ol></li></ol></li><li> 追加測定 <ol><li>乳酸分析計を使用する前に、乳酸塩システムの溶液が再充填されていることを確認してください。 6ヶ月ごとに新しいチップセンサーを挿入してください。品質管理溶液（12mM）を毎日、3mM品質管理溶液を2週間ごとに使用してください。 <ol><li>毎朝 &quot;STD 1&quot;スロットに12 mMの品質管理溶液を入れてください。 </li><li>品質をさらに向上させるには、ギャップ「1」および「2」に3 mM品質管理溶液を加え、2週間ごとに「開始」を押すことによって測定を実行します。測定は、2.96〜3.10mMの範囲になるはずである。 </li></ol></li><li>前もって全血の乳酸塩濃度を測定するには、3分、全アウトアームクランクエルゴメーター試験を行い、ベースラインの乳酸塩濃度を得る。消毒剤で耳たぶを消毒してから、耳たぶから血液サンプルを抜き取り、10μLキャピラリを使用します。ランセットを使用して全血サンプルを採取する。 <ol><li>毛細血管が完全に血液で満たされたら、それを溶血カップに入れます。 注：これらのカップは市販されており、溶血液があらかじめ充填されています。乳酸分析計のトレイに血液を入れる前に、血液が完全に混合されるまで溶液を振盪する。 </li><li>乳酸塩濃度を分析する前に較正を実行する。品質管理用カップを乳酸分析計に入れます（ステップ1.3.1.1を参照）。較正の結果、12 mMの乳酸塩濃度が得られることを確認する。それ以外の場合は、チップセンサーを交換してください。 </li><li>最初に採取されたサンプルの番号が「1」から始まる番号の付いたスロットにサンプルを置きます。 注：較正が完了した後、サンプルはmeasチップセンサーシステムによって自動的に制御されます。 </li></ol></li><li>心拍数を決定するには、参加者の胸の周りに心拍ベルトを置き、心拍モニターをアームクランクエルゴメーターに固定します。モニタの赤いスタートボタンを押して測定を開始します。腕時計に心拍数が表示されていない場合は、鼓動ベルトを水で濡らして心拍数を記録してください。 </li><li>ウォームアップ中および3分間の全アウトテスト中に酸素消費量を測定するには、試験前に代謝カートを較正する。テストの直前およびマスクを貼る前に、自動的にボリュームとガスの自動校正を実行してください。 <ol><li>ソフトウェアで自動音量較正を開き、開始ボタンを押します。エラーが画面上で3％以下になった場合は結果を保存します。 </li><li>ソフトウェアでガス校正を開き、校正ガスを開き、自動校正から始めます。 注記：校正ガスは5％CO 2 、16％のO 2 、および79％のN 2を含む 。キャリブレーションの終了時に8つの緑色のボタンが画面に表示されると、キャリブレーションは成功し、結果を保存することができます。ガスが漏れないようにガスボンベを閉じます。 </li><li>参加者の実際の体重がコンピュータプログラムに挿入されていることを確認します。参加者がコンピュータ上の検索エンジンによって選択された後、ソフトウェアで「エルゴスピロメトリー」を選択し、スタートボタンを押して室内の空気濃度を測定することから始めます。 </li><li>このキャリブレーションを実行するには、スパイロメーターからセンサーを取り出し、開始ボタンを押します。コンピュータに「ok」と表示されたら、キャリブレーションが終了します。 </li><li>その間、較正中に、酸素マスクを参加者に置く。 </li><li>室内の空気濃度の測定が終了し、プログラムが測定可能な状態になると、センサーを肺活量計に戻します。その後、肺活量計全体を空洞に入れてください。fマスク。酸素消費量を測定する準備が整いました。 </li><li>さらに、アームクランク運動中に干渉しないように、スパイロメーターのホースをどこかに（ 例えば、肩に粘着テープで）固定する。 </li></ol></li></ol></li></ol> 2.運動プロトコルの実行<ol><li> 準備し始める <ol><li>ウォーミングアップを開始する1分前に、参加者が動いたり話したりせずにアームクランクエルゴメーターに座ったときに、安静時の酸素消費量を測定し始める。ソフトウェアプログラムのスタートボタンを押します。 </li><li>同時に、赤いボタンを押して心拍数の測定を開始します。ウォームアップ中、および試験中および試験後に心拍数を測定する。 </li><li>テストの開始前に20Wで2分間にわたって標準化されたウォームアップを実行します。ウォーミングアップの最後の30秒間に、ケイデンスを60 rpmで一定に保つ。 30秒のウォーミングアップの最後の10秒をカウントダウンします。 </li></ol&gt; </li><li> 3分オールアウトエクササイズテスト <ol><li>カウントダウンが終わったら、「go」と叫んで明瞭な開始信号を与えてください。開始信号が与えられた後、参加者を加速させる。 </li><li>参加者に、試験の開始時にアームクランクエルゴメーターを可能な最大速度まで加速させるよう指示する。全テスト中に最大限のスピードでケイデンスを維持してください。標準化の理由から、テスト中に参加者を奨励しないでください。 </li><li> 30秒ごとの継続時間に関する情報を提供する。試験を3分後に終了する。 </li></ol></li><li> クールダウンとポスト分析 <ol><li> 3分の全量試験を終了した後、必要に応じて乳酸最終濃度を測定し、その後、次の10分間2分ごとに測定する。試験前に使用したのと同じ採血のために同じ穿刺部位を再使用する。 </li><li>これらの3を終えた後、酸素消費の測定を停止する<html>停止ボタンを押してください。酸素マスクを取り外します。コンピュータに酸素消費の測定値を保存するには、終了ボタンを押し、ソフトウェアがデータ保存を要求するときに「はい」をクリックします。 注記：データはソフトウェアプログラムに保存され、後で簡単にCSVファイルに変換できます。 </li><li>データをエクスポートするには、「エクスポート」ボタンを押して、後で分析できるようにファイルをCSVファイルに変換します。すべての血液サンプルが耳たぶから引き出された後、心拍モニタの左側にある停止ボタンを押して、心拍数測定を停止します。 </li></ol></li></ol>データ分析と結果の解釈<ol><li> パフォーマンスパラメータ <ol><li>このパフォーマンステストを終了した後、いくつかの異なるパラメータを分析します。 まず、テストを保存してスプレッドシートにエクスポートします。 </li><li>平均パワーを計算する（P mean =_upload / 55485 / 55485eq1.jpg &quot;/&gt; <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq2.jpg" /> 3分以上、ピーク電力、およびこれら3分間の最小電力12 。 注：ピーク電力（P ピーク ）は3分間の最大電力です。パワーは0.2秒の間隔で測定されます。ピーク電力は最高であり、最低電力（P min ）は最低単一電力測定値です。 </li><li>ピークパワーから最終パワーまでの1秒あたりのパワー低下としての疲労指数を計算する（（P peak [W] -P min [W] / t min [s] -t peak [s]））。 </li><li> 1秒ごとに行われる仕事（仕事[J] =抵抗[kg] *回転数/フライホイール距離[m] *時間[分]）を加えることによって、3分全体の合計仕事を計算します。 </li><li>開始からピーク電力までの時間を計算します（ピーク出力までの時間= t peak [s]）。さらに、相対ピーク（相対P pe絶対値を参加者の体重で割ることにより平均パワー（相対P mean = P mean / kg体重）を算出する。 </li><li> 3分間のオールアウトテストを30秒間に分けて、これらの3分間のペーシング戦略と疲労をチェックします。 30秒ごとのセグメントの平均パワーを計算する（P mean = <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq3.jpg" /><img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq4.jpg" /> 。 </li></ol></li><li> その他の測定 <ol><li>すべての血液サンプルを血液乳酸分析計の番号付きスロットに入れ、「分析」を押すと測定が自動的に実行されます。後で分析するために血液の乳酸塩濃度を印刷し、プリンタの電源を入れます。 </li><li>製造元の赤外線デバイスを使用して、心拍数の測定値をコンピュータに送信します。心拍モニタのソフトウェアを開き、心臓からデータをインポートするソフトウェアを監視してください。データをローカルに保存し、必要に応じて後で分析するためにスプレッドシートにエクスポートします（セグメント分析など）。 </li><li> 3分間の開始時と3分間の最後にマーカーを設定し、このセグメントの平均、最大および最小心拍数を自動的に計算することができます。 注：心拍数はソフトウェアによって5秒間隔で自動的に平均化されます。 </li><li>酸素消費のためのデータをcsvファイルにエクスポートし（ステップ2.3）、分析のためにスプレッドシートで開きます。安静時の平均酸素消費量を計算する：（VO 2_rest = <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq5.jpg" /><img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq6.jpg" /> 3分間（VO 2_180s = <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq1.jpg" /><img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq7.jpg" /> 、ならびにピーク酸素消費量、および酸素消費量を示しています。（VO 2_30s = <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq3.jpg" /><img alt="式" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq8.jpg" /> 。 注記：酸素消費量のデータは呼吸ごとに測定され、1セグメントにつき15秒間自動的に平均化されます。ピーク酸素消費量は、3分間の運動試験中、15秒間隔で最高値である。 </li></ol></li><li> 統計 <ol><li> Shapiro-Wilk検定、QQ-プロット、Kolmogorov Smirnov検定を使用して、データの正規分布を調べます。データが正常に分布している場合は、平均と標準偏差（SD）として提示します。 </li><li>クラス内相関係数（ICC; 3,1モデル）を用いて試験 - 再試験信頼性を分析する15 。 </li><li>測定の標準誤差（SEM）、係数ICC16の変動（CV）、最小実差（SRD）、および95％信頼区間を含む。 注：ICCはMunroの分類17に従って解釈されるべきである：0.26から0.49は低い相関を反映する。 0.50〜0.69は中程度の相関を反映する。 0.70〜0.89は高い相関を反映する。 0.90〜1.0は非常に高い相関を示す。絶対的な信頼性は、SRD、CV、およびSEMとして提示されるべきであり、相対的な信頼性は、ICC 16,18の形式でなければならない。 </li><li>ペアになったt検定を使用して、2つのテストセッション間の重要な変更を分析します。両方のテストセッションのデータセットの一致を表示するには、Bland-Altman 19プロットを使用します。統計的ソフトウェアを使用してデータ分析を実行する。統計的有意水準を0.05に設定する。 </li></ol></li></ol>

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著者は何も開示することはない。

数ヶ月または数年間のトレーニングで運動能力を追跡するには、脊髄損傷を受けたアスリートの運動テストが不可欠です。腕のクランクエルゴメーターで短期間で、高強度の運動能力をチェックするための運動テストは、ほんのわずかです。この方法では、サイクリング5およびローイング7の信頼性について既に検査された運動テストが、アームクランク?...

1、2、3、4、5のトレーニング期間中、エリート選手の運動能力の上昇を正確に判断するいくつかの運動テストがあります。これらの試験の1つは、ブレーキングされたサイクリングエルゴメーター3,4,5,6で信頼性の高い3分間のオールアウト運動テストです。このテストはクリティカルパワーを決定するために使用されましたが、運動選手のテストや7,8,9のリサーチにも適用されました。この試験は、ローイング7およびサイクリング3,5のような下肢の機能に主に用いられたので、同様のt上半身のエクササイズが必要でした。主に上半身を使用するスポーツ分野は、下半身筋肉の障害を有するアスリートまたは個人（ 例えば、切断または脊髄損傷による四肢の障害）に加えて、そのような新しい検査プロトコールのための可能な受益者であり得る。したがって、アームクランクエルゴメーターのテストプロトコルは、さまざまなスポーツ分野のさまざまな選手の上半身の運動能力を簡単にテストするのに適したツールです。 非常によく似た30秒のウィンゲートアームクランクエルゴメーター試験10,11の存在は、3分間のオールアウトアームクランクエルゴメーター試験のプロトコールの開発を助けた。その持続時間は、1,500mの車いすレースと非常に似ています。したがって、3分、全アウトアームクランクエルゴメーター試験のこの新しい試験プロトコールは、その試験 - 再試験の信頼性について試験された12 。全体として、thiの信頼性テストプロトコールは優れていたので、上半身の運動試験の分野における将来のテストツールとなる可能性があります。それにもかかわらず、特に、脊髄損傷を有する個体を試験する場合、この運動試験の使用は注意を必要とする。したがって、この実験記事の目的は、テストの設定とテスト結果の分析だけでなく、有能な人と脊髄損傷を持つアスリートとのテストの違いを示す詳細なプロトコルを示すことです。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Angio V2 arm crank ergometer</td>
			<td>Lode BV, Groningen, NL</td>
			<td>N/A</td>
			<td>arm crank ergometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lode Ergometry Manager Software</td>
			<td>Lode BV, Groningen, NL</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10ul end-to-end capillary</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>0209-0100-005</td>
			<td>Capillaries</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>haemolysis cup</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>0209-0100-006</td>
			<td>hemolysis cup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lactate analyzer</td>
			<td>Biosen C line, EKF-diagnostics GmbH</td>
			<td>5213-0051-6200</td>
			<td>lactate analyzer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heart rate monitor, Polar 610i</td>
			<td>Polar, Kempele, Finland</td>
			<td>P610i</td>
			<td>heart rate monitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>metabolic cart, Oxygen Pro</td>
			<td>Jaeger GmbH</td>
			<td>N/A</td>
			<td>metabolic cart</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oxygen mask, Hans Rudolph</td>
			<td>Hans Rudolph Inc. , USA</td>
			<td>113814</td>
			<td>oxygen mask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>statistical software, PSAW Software</td>
			<td>SPSS Inc., Chicago USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>statistical software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>desinfectant, Soft-Zellin</td>
			<td>Hartmann GmbH, Austria</td>
			<td>999979</td>
			<td>desinfectant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quality control cup, EasyCon Norm</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>0201-005.012P6</td>
			<td>quality control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quality control cup 3mmol/L</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>5130-6152</td>
			<td>control cup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chip sensor lactate analyzer</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>5206-3029</td>
			<td>chip sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lactate system solution</td>
			<td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td>
			<td>0201-0002-025</td>
			<td>lactate system solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lancet, Mediware Blutlanzetten</td>
			<td>medilab</td>
			<td>54041</td>
			<td>lancet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration gas,&#160;</td>
			<td>Jaeger GmbH</td>
			<td>36-MC G020</td>
			<td>calibration gas</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>chair provided by distributor (ergoselect)</td>
			<td>ergoline GmbH, Germany</td>
			<td>N/A</td>
			<td>chair provided by distributor</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental protocol of a three-minute, all-out arm crank exercise test in spinal-cord injured and able-bodied individuals

エリート選手の運動能力の変化を試験するためには、信頼できる運動プロトコルが必要です。これらのアスリートのパフォーマンスの改善は小さいかもしれません。したがって、敏感なツールは生理学を行うための基本的なものです。主に下半身または全身運動のためのプロトコールを有する、有能な身体の運動選手の運動能力の検査を可能にする多くの運動試験が存在する。競技者が行っている行動によく似たスポーツ特有の設定で選手をテストする傾向があります。下位身体の障害を有する参加者において、短期間で高強度の運動能力を試験するプロトコールはほんのわずかである。これらのプロトコルのほとんどはスポーツ特有のものであり、広範囲の選手には適用されません。 1つのよく知られている試験プロトコールはサイクリングおよびアームクランク運動試験において十分に確立されている30秒ウィンゲート試験である。この試験では、30秒間の長期間にわたって高強度の運動能力を分析するn。より長期間にわたって運動能力をモニターするために、上体への適用のために異なる方法を修正した。 3分間のオールアウト・アーム・クランク・エルゴメータ・テストにより、1,500mの車いすレース（運動時間の点で）に特化した方法、ローイングやハンド・サイクリングなどの上半身のエクササイズが可能になります。同一の試験条件で信頼性を高めるためには、抵抗（トルク係数）や参加者の位置などの設定を正確に複製することが重要です（クランクの高さ、クランクと参加者、および参加者の固定）。もう一つの重要な問題は、運動テストの開始に関係します。運動テスト開始時のテスト条件を標準化するためには、毎分回転数が固定されている必要があります。このエクササイズプロトコルは、同じテスト条件と設定を再現するための正確な操作の重要性を示しています。

（9人の男性、12人の女性、年齢：34±11歳、体重：69.6±11.1 kg、および身長： 175.5±6.9cm）。 表1は、相対的および絶対的な試験 - 再試験信頼性12の結果を示す。試験と再​​試験との間で比較したピーク出力を図 112に示す 。この試験再試験のためのBland Altmanプロットを図2に 示す 。?...

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Experimental Protocol of a Three-minute, All-out Arm Crank Exercise Test in Spinal-cord Injured and Able-bodied Individuals

我々は、上半身の筋肉の好気性および嫌気性の力を、被験者ならびに対麻痺者および四肢麻痺者において3分間にわたって試験するためのプロトコールを提示する。このプロトコルは、身体障害の有無にかかわらず、上半身の運動に適用する際の具体的な変更を示している。

脊髄損傷および肥満者における3分間の全身アームクランク運動試験の実験プロトコル

Reliable exercise protocols are required to test changes in exercise performance in elite athletes. Performance improvements in these athletes may be ...

experimental-protocol-three-minute-all-out-arm-crank-exercise-test

Research

JoVE Journal

Medicine

9.6K ビュー.  Swiss Paraplegic Center Nottwil. 我々は、上半身の筋肉の好気性および嫌気性の力を、被験者ならびに対麻痺者および四肢麻痺者において3分間にわたって試験するためのプロトコールを提示する。このプロトコルは、身体障害の有無にかかわらず、上半身の運動に適用する際の具体的な変更を示している。 

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Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with numerous cardiometabolic health consequences. These changes are likely to increase the risk of developing chronic secondary conditions and impact the quality of life in persons with SCI. Surface neuromuscular electrical stimulation evoked resistance training (NMES-RT) was developed as a strategy to attenuate the process of skeletal muscle atrophy, decrease ectopic adiposity, improve insulin sensitivity and enhance mitochondrial capacity. However, NMES-RT is limited to only a single muscle group. Involving multiple muscle groups of the lower extremities may maximize the health benefits of training. Functional electrical stimulation-lower extremity cycling (FES-LEC) allows for the activation of 6 muscle groups, which is likely to evoke greater metabolic and cardiovascular adaptation. Appropriate knowledge of the stimulation parameters is key to maximizing the outcomes of electrical stimulation training in persons with SCI. Adopting strategies for long-term use of NMES-RT and FES-LEC during rehabilitation may maintain the integrity of the musculoskeletal system, a pre-requisite for clinical trials aiming to restore walking after injury. The current manuscript presents a combined protocol using NMES-RT prior to FES-LEC. We hypothesize that muscles conditioned for 12 weeks prior to cycling will be capable of generating greater power, cycle against higher resistance and result in greater adaptation in persons with SCI.

Spinal cord injury is a traumatic medical condition that may result in elevated risks of chronic secondary metabolic disorders. Here, we presented a protocol using surface neuromuscular electrical stimulation-resistance training in conjunction with functional electrical stimulation-lower extremities cycling as a strategy to ameliorate several of these medical problems.

脊髄損傷後下肢電気刺激の訓練のパラダイム

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

行動学

Training Persons with Spinal Cord Injury to Ambulate Using a Powered Exoskeleton

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper extremity function and are able to maintain upright balance using forearm crutches. To ambulate in an exoskeleton, the user must acquire the ability to maintain balance while standing, sitting and appropriate weight shifting with each step. This can be a challenging task for those with deficits in sensation and proprioception in their lower extremities. This manuscript describes screening criteria and a training program developed at the James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY to teach users the skills needed to utilize these devices in institutional, home or community environments. Before training can begin, potential users are screened for appropriate range of motion of the hip, knee and ankle joints. Persons with SCI are at an increased risk of sustaining lower extremity fractures, even with minimal strain or trauma, therefore a bone mineral density assessment is performed to reduce the risk of fracture. Also, as part of screening, a physical examination is performed in order to identify additional health-related contraindications. 
Once the person has successfully passed all screening requirements, they are cleared to begin the training program. The device is properly adjusted to fit the user. A series of static and dynamic balance tasks are taught and performed by the user before learning to walk. The person is taught to ambulate in various environments ranging from indoor level surfaces to outdoors over uneven or changing surfaces. Once skilled enough to be a candidate for home use with the exoskeleton, the user is then required to designate a companion-walker who will train alongside them. Together, the pair must demonstrate the ability to perform various advanced tasks in order to be permitted to use the exoskeleton in their home/community environment.

Training a person with paralysis to ambulate using a powered exoskeleton may present challenges. The goals are to present the candidate selection criteria and the training procedures for exoskeletal-assisted walking and other mobility skills that can be progressed as the participant's skill level improves.

パワードスーツを使用して歩行する脊髄損傷者のトレーニング

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper ...

生物工学

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired populations. TMS is used extensively to study motor control and the response to neurorehabilitation of the upper extremities. However, TMS has been less utilized in the study of lower extremity postural and walking-specific motor control. The limited use and the additional methodological challenges of lower extremity TMS assessments have contributed to the lack of consistency in lower extremity TMS procedures within the literature. Inspired by the decreased ability to record lower extremity TMS motor evoked potentials (MEP), this methodological report details steps to enable post-stroke TMS assessments in a standing posture. The standing posture allows for the activation of the neuromuscular system, reflecting a state more akin to the system's state during postural and walking tasks. Using dual-top force plates, we instructed participants to equally distribute their weight between their paretic and non-paretic legs. Visual feedback of the participants' weight distribution was provided. Using image guidance software, we delivered single TMS pulses via a double-cone coil to the participants' lesioned and non-lesioned hemispheres and measured the corticomotor response of the paretic and non-paretic tibialis anterior and soleus muscles. Performing assessments in the standing position increased the TMS response rate and allowed for the use of the lower stimulation intensities compared to the standard sitting/resting position. Utilization of this TMS protocol can provide a common approach to assess the lower extremity corticomotor response post-stroke when the neurorehabilitation of postural and gait impairments are of interest.

This protocol describes the process for performing a neurophysiological assessment of the lower extremity muscles, tibialis anterior and soleus, in a standing position using TMS in people post-stroke. This position provides a greater probability of eliciting a post-stroke TMS response and allows for the use of reduced stimulator power during neurophysiological assessments.

脳卒中後の下肢筋の神経生理学的評価

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired ...

Quantifying Arms and Legs Contributions during Repetitive Electrically-Assisted Sit-To-Stand Exercise in Paraplegics: A Pilot Study

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of arm support, in particular, is a significant assistive factor while executing SitTS movement in SCI population. In addition, the application of functional electrical stimulation (FES) onto quadriceps and gluteus maximus muscles is one of the prescribed management for incomplete SCI to improve muscle action for simple lower limb movements. However, the relative contribution of upper and lower extremities during SitTS has not been thoroughly investigated. Two motor incomplete SCI paraplegics performed repetitive SitTS to fatigue exercise challenge. Their performance was investigated as a mixed-method case-control study comparing SitTS with and without the assistance of FES. Three sets of SitTS tests were completed with 5-min resting period allocated in between sets, with mechanomyography (MMG) sensors attached over the rectus femoris muscles bilaterally. The exercise was separated into 2 sessions; Day 1 for voluntary SitTS and Day 2 for FES-assisted SitTS. Questionnaires were conducted after every session to gather the participants&#39; input about their repetitive SitTS experience. The analysis confirmed that a SitTS cycle could be divided into three phases; Phase 1 (Preparation to stand), Phase 2 (Seat-off), and Phase 3 (Initiation of hip extension), which contributed to 23% &#177; 7%, 16% &#177; 4% and 61% &#177; 6% of the SitTS cycle, respectively. The contribution of arms and legs during SitTS movement varied in different participants based on their legs&#39; Medical Research Council (MRC) muscle grade. In particular, the applied arm forces start to increase clearly when the leg forces start to decline during standing. This finding is supported by the significantly reduced MMG signal indicating leg muscle fatigue and their reported feeling of tiredness.

Arms contribution in Sit-To-Stand (SitTS) is determined by the legs' muscle condition. Several compensating strategies were discovered in efforts to achieve complete SitTS cycles. These findings triangulate the spinal cord injury (SCI) persons' biomechanical measures with their subjective feeling of load borne by both their limbs throughout the SitTS approaches.

対麻痺患者における反復的な電気支援座位から立位への運動中の腕と脚の寄与の定量化:パイロット研究

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of ...

工学

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has been shown to be limited in inter-rater reliability. One factor in this poor inter-rater reliability is the variability of passive motion while measuring the angle of catch (AoC) measurements. Therefore, an isokinetic device has been proposed to standardize the manual joint motion; however, the benefits of isokinetic motion for AoC measurements has not been tested in a standardized manner. This protocol investigates whether isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for AoC measurements. For this purpose, a robotic isokinetic device was developed that is combined with surface electromyography (EMG). Two conditions, manual and isokinetic motions, are compared with the standardized method to measure the angle and subjective feeling of catch. It is shown that in 17 stroke patients with mild elbow flexor spasticity, isokinetic motion improved the intraclass correlation coefficient (ICC) for inter-rater reliability of AoC measurements to 0.890 [95% confidence interval (CI): 0.685&#8211;0.961] by the EMG criteria, and 0.931 (95% CI: 0.791&#8211;0.978) by the torque criteria, from 0.788 (95% CI: 0.493&#8211;0.920) by manual motion. In conclusion, isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability of AoC measurements in stroke patients with mild spasticity. Given that this system may provide greater standardized angle measurements and catch of feeling, it may be a good option for the evaluation of spasticity in a clinical setting.

Using a robotic isokinetic device with electromyography (EMG) measurements, this protocol illustrates that isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for the angle of catch measurements in stroke patients with mild elbow flexor spasticity.

痙攣性脳卒中患者におけるストレッチ反射測定のテスト再テストと評価間信頼性を向上させるアイソキネティックロボット装置

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery in humans. Herein we discuss the design of an eccentric exercise protocol to induce damage in the quadriceps muscles, marked by changes in strength, soreness, and plasma creatine kinase levels. This method is simple, ethical, and widely applicable since it is performed in human participants and eliminates the interspecies translation of the results. Subjects perform 300 maximal eccentric contractions of the knee extensor muscles at a speed of 120&#176;/sec on an isokinetic dynamometer. The extent of the damage is measurable using relatively non-invasive isokinetic and isometric measures of strength loss, soreness, and plasma creatine kinase levels over several days following the exercise. Therefore, its application can be directed to specific populations in an attempt to identify mechanisms for muscle adaptation and regeneration.

This article describes a safe and reliable method to induce and quantify exertional skeletal muscle damage in human subjects.

ヒトにおける労作骨格筋損傷の誘導および評価

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery ...

医学

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

脊髄とトレッドミル上のアクティビティ ベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

神経科学

Muscle Imbalances: Testing and Training Functional Eccentric Hamstring Strength in Athletic Populations

Many hamstring injuries that occur during physical activity occur while the muscles are lengthening, during eccentric hamstring muscle actions. Opposite of these eccentric hamstring actions are concentric quadriceps actions, where the larger and likely stronger quadriceps straighten the knee. Therefore, to stabilize the lower limbs during movement, the hamstrings must eccentrically combat against the strong knee-straightening torque of the quadriceps. As such, eccentric hamstring strength expressed relative to concentric quadricep strength is commonly referred to as the &#34;functional ratio&#34; as most movements in sports require simultaneous concentric knee extension and eccentric knee flexion. To increase the strength, resiliency, and functional performance of the hamstrings, it is necessary to test and train the hamstrings at different eccentric speeds. The main purpose of this work is to provide instructions for measuring and interpreting eccentric hamstring strength. Techniques for measuring the functional ratio using isokinetic dynamometry are provided and sample data will be compared. Additionally, we briefly describe how to address hamstring strength deficiencies or unilateral strength differences using exercises that specifically focus on increasing eccentric hamstring strength.

The hamstrings are a group of muscles that are sometimes problematic for athletes, resulting in soft tissue injury in the lower limbs. To prevent such injuries, functional training of the hamstrings requires intensive eccentric contractions. Additionally, hamstring function should be tested in relation to quadricep function at different contraction speeds.

筋肉の不均衡: テストと競技人口の機能的な偏心ハムスト リングの筋力トレーニング

Many hamstring injuries that occur during physical activity occur while the muscles are lengthening, during eccentric hamstring muscle actions. Opposite ...

Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans

Regular physical activity has a positive effect on human health, but the mechanisms controlling these effects remain unclear. The physiologic and biologic responses to acute exercise are predominantly influenced by the duration and intensity of the exercise regimen. As exercise is increasingly thought of as a therapeutic treatment and/or diagnostic tool, it is important that standardizable methodologies be utilized to understand the variability and to increase the reproducibility of exercise outputs and measurements of responses to such regimens. To that end, we describe two different cycling exercise regimens that yield different physiologic outputs. In a maximal exercise test, exercise intensity is continually increased with a greater workload resulting in an increasing cardiopulmonary and metabolic response (heart rate, stroke volume, ventilation, oxygen consumption and carbon dioxide production). In contrast, during endurance exercise tests, the demand is increased from that at rest, but is raised to a fixed submaximal exercise intensity resulting in a cardiopulmonary and metabolic response that typically plateaus. Along with the protocols, we provide suggestions on measuring physiologic outputs that include, but are not limited to, heart rate, slow and forced vital capacity, gas exchange metrics, and blood pressure to enable the comparison of exercise outputs between studies. Biospecimens can then be sampled to assess cellular, protein, and/or gene expression responses. Overall, this approach can be easily adapted into both short- and long-term effects of two distinct exercise regimens.

To assess the influence of exercise intensity on physiologic and biologic responses, two different exercise testing protocols were utilized. Methods outlining exercise testing on a cycle ergometer as an incremental maximal oxygen consumption test and endurance, steady state submaximal endurance test are described.

最大及び最大下運動生理・生物学的ヒトにおける急性運動レスポンスを測定するテストを実施

Regular physical activity has a positive effect on human health, but the mechanisms controlling these effects remain unclear. The physiologic and biologic ...

The Impact of Motor Task Conditions on Goal-Directed Arm Reaching Kinematics and Trunk Compensation in Chronic Stroke Survivors

Trunk compensation is the most common movement strategy to substitute for upper extremity (UE) motor deficits in chronic stroke survivors. There is a lack of evidence examining how task conditions impact trunk compensation and goal-directed arm reaching kinematics. This protocol aims to investigate the impact of task conditions, including task difficulty and complexity, on goal-directed arm reaching kinematics. Two non-disabled young adults and two chronic stroke survivors with mild UE motor impairment were recruited for testing the protocol. Each participant performed goal-directed arm reaches with four different task conditions (2 task difficulties [large vs. small targets] X 2 task complexities [pointing vs. picking up]). The task goal was to reach and point at a target or pick up an object located 20 cm in front of the home position as quickly as possible with a stylus or a pair of chopsticks, respectively, in response to an auditory cue. Participants performed ten reaches per task condition. A 3-dimensional motion capture camera system was used to record trunk and arm kinematics. Representative results showed that there was a significant increase in movement duration, movement jerkiness, and trunk compensation as a function of task complexity, but not task difficulty in all participants. Chronic stroke survivors showed significantly slower, jerkier, and more feedback-dependent arm reaches and significantly more compensatory trunk movements than non-disabled adults. Our representative results support that this protocol can be used to investigate the impact of task conditions on motor control strategies in chronic stroke survivors with mild UE motor impairment.

This protocol is intended to investigate the impact of task conditions on movement strategies in chronic stroke survivors. Further, this protocol can be used to examine if a restriction in elbow extension induced by neuromuscular electrical stimulation causes trunk compensation during goal-directed arm reaches in non-disabled adults.

慢性脳卒中生存者における運動学とトランク補償に到達する目標指向腕に及ぼす運動タスク条件の影響

Trunk compensation is the most common movement strategy to substitute for upper extremity (UE) motor deficits in chronic stroke survivors. There is a lack ...