Name: paradigms of lower extremity electrical stimulation training after spinal cord injury
Uploaded: 2018-02-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
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時間と従来の研究に参加する労力を捧げたの参加者に感謝したいと思います。我々 は臨床人間科学臨床試験を実施する環境を提供するためハンター ホームズ マクガイア研究所や脊髄損傷障害を感謝したいです。アシュラフ S. Gorgey は、復員軍人省、ベテランの健康の管理、リハビリテーションの研究と開発サービス (B7867 W)、国防総省-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA) によって現在サポートされています。

本稿で説明しているトレーニングのプロトコルは、clinicaltrials.gov 識別子 (NCT01652040) に登録されています。研修には、足首の重みと FES LEC NMES RT が含まれます。すべての必要な機器は、表 2に表示されます。研究プロトコルとインフォームド・コンセントが審査し、リッチモンド VAMC 制度審査委員会 (IRB) とヴァージニア連邦大学 (VCU) IRB 承認します。すべての研究手順が説明された裁判を開始する前に各参加者の詳細。
1. 参加者募集
<ol><li>潜在的な参加者とプレ ・ スクリーニング評価を実行します。<ol>
<li>勉強 (24 週)、週 (隔週) 毎回、セッションの長さの長さを含むトレーニングのプロトコルの詳細については徹底的に (NMES RT: 30 分、フェズ LEC: 45-60 分)。 注: NMES RT が行われる最初の 12 週間は、FES LEC の 12 週続きます。</li>
		<li>潜在的な参加者などに医療の条件を述べる: 男性か女性 sci、アメリカ脊髄損傷分類 (AIS) A、B または C (AIS"C"分類立ち上がって、歩くことができない人とのそれら)、18 歳 ~ 65 歳、1 年以上受傷後体ボディマス指数 (BMI) ≤ 30 kg/m2傷害のモーターの完全なまたは不完全な C5 L2 レベル。</li>
		<li>潜在的な参加者を含む医療の制限について説明する: 自由なタイプ II 糖尿病、心血管疾患の診断やインスリン、コントロール不良の高血圧の圧力傷ステージ 3 以上の尿路感染症症状、T スコア-2.5、骨粗しょう症や科学の女性のための妊娠</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. NMES RT
<ol><li>参加者は、彼/彼女の膀胱を空隙を確保し、安静時の血圧と心拍数を測定します。参加者を車椅子に着座、彼/彼女の靴を参加者に指示します。その後、膝関節屈曲時の足のクッションには子牛の後ろに枕を置きます。(0-26 ポンド) の足首の重みを参加者の足首 (図 1) に適用します。 注: 最初の 2 セッション参加者は重力に対して彼/彼女の足を持ち上げることができるように足首の重みなし行われます。</li>
	<li>膝伸筋群を皮膚に両側 2 7.5 cm × 12.7 cm 接着の炭素電極を適用します。<ol>
<li>遠位電極 ~1/3 膝蓋骨と鼠径倍と、大腿四頭筋の正中線の内側間の距離を置きます。股関節から膝継手 (図 2) に走る正中線軸長手方向と平行電極を配置します。</li>
		<li>近位部の電極を横方向に配置と外側広筋畳むの鼠径部に隣接します。正中線軸 (図 2) に、長手方向と平行に、電極を配置します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ポータブル刺激を周波数 30 Hz と 450 μ s の相性矩形波パルス幅に設定し、50 μ s interpulse 間隔19,20,21,22,23,24 ,37,38,39。各電極に刺激からのケーブルを接続します。 注: 電極の極性の電極が正しい位置に限り刺激パターンが影響しません。</li>
	<li>膝伸筋群の顕著な表示の緊張が認識されるまでは、現在を右脚に始まり、徐々 に増加します。引き続きにおける膝伸展 (最大 200 mA) を換起する電流をゆっくりと成長します。活性化された運動単位の最大緊張を呼び起こすための 3-5 秒のための拡張のままに脚を許可します。</li>
	<li>それの下の 50% 現在のターゲット、脚を拡張し、偏心脚を移動する必要が開始位置に戻るまで、電流を徐々 に減少します。完全伸展を呼び起こすに必要な現在の振幅を記録します。</li>
	<li>脚と右と左の足間の交互あたり 10 繰り返しの 4 セットを含む一方的な訓練を完了します。各繰り返しの間、セット間 3 分 3 5 s 残りの部分に脚を許可します。参加者がにおける膝伸展が到達しない場合 % 可動域を記録し、繰り返しの間の時間を増加します。 注: 筋肉疲労モーション ≤ 25% の範囲で 2 つの連続した繰り返しとして定義されます。</li>
	<li>4 つのセットのそれぞれを試みますが、参加者には、筋疲労が発生した場合現在のセットを終了し、反対側の脚にトレーニングを続けます。場合における膝伸展筋疲労なし 2 連続トレーニング セッション、達成トレーニングの次の週の足首の重みの 2 ポンドを追加します。</li>
</ol>3. FES LEC
<ol><li>参加者の安静時の血圧と心拍数を測定します。彼/彼女の個人的な力または手動車いす (図 3 a図 3 b) に装着されているフェス エルゴメータ バイク (材料表) の前で参加者を位置します。</li>
	<li>両側膝の屈筋と大殿筋群、膝伸筋に接着の炭素電極を適用します。<ol>
<li>膝伸筋の遠位電極 (7.5 x 12.7 cm) を皮膚上に配置 1/3 膝蓋骨と鼠径の畳む, 内側広筋との間の距離。近位部の電極を横方向に配置や鼠径部筋畳むに隣接する筋筋肉 (図 4 a)。</li>
		<li>膝屈筋群の遠位電極 (7.5 x 10 cm) を皮膚上に配置膝窩の上の 2-3 cm。膝窩 (図 4 b) 上記の 20 センチの近位の電極を配置します。遠位端の電極の動きを防ぐためには、するには、電極 (図 3 a) の安全な位置に弾性包帯を適用します。</li>
		<li>大殿、前方の方に傾く、エルゴメータ参加者に指示します。並列と筋腹の大きさの 2 つの電極 (5 × 9 cm) を配置します。許可 〜 電極間の分離の幅 2 本の指します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>彼/彼女の車椅子に装着されており、エルゴの前に中心の参加者とそれぞれ 12 電極の刺激からケーブルを接続します。前面を調べて、参加者を確認するエルゴ メーターの後ろは正しく中央に配置。</li>
	<li>参加者の車椅子がロックされていることを確認し、そっとペダル (図 6) 内 (テニス シューズを着用) 参加者の足を配置します。生地のカバーに包まれた弾性ストラップを使用してエルゴ メーターに下肢を固定します。2 つの交差の伸縮ストラップと Velcro 各花弁 (図 5) の上に位置する場所に参加者の足を保護します。</li>
	<li>結束後、エルゴ メーターに足を受動的足は従ってサイクリングのパターンを観察し移動します。足があまりにも圧縮またはようご注意、自転車の高さを調整し、脚を受動的に動かして位置を再確認します。</li>
	<li>エルゴ メーター、エルゴ メーターの底部にある 2 つの拡張可能なフックを使用して参加者の車いすを固定します。フックを車いす (図 5) の下に安定した構造に接続します。サイクリング中に椅子の任意の動きを防ぐために、車いすの車輪の下に 2 つの木製休憩を配置します。</li>
	<li>140, 100, 100 に現在の振幅、350 μ s パルス期間 33.3 Hz 刺激周波数を設定 mA 膝関節伸展、膝屈筋および大殿筋のグループ、それぞれ。</li>
	<li>サイクルのパラメーターを次のように設定: 目標 40 45 回転/分 (RPM) の速度10 で始まる調節可能なトルク Nm;1.0 の抵抗運動のための 1.5 と 2.0 Nm ステージ I、II および III。</li>
	<li>間隔訓練を次のように設定: 3 分相の「ウォーム アップ」。3 10 分運動段階(刺激);2 分相を休んで次各運動段階;3 分相の「クールダウン」。</li>
	<li>Dysreflexia 自律神経の症状の発生を予防する測定血圧および中心率すべての 2 〜 5 分を (上または下 T4)、損傷のレベルに基づいています。</li>
	<li>血圧が高いまま場合、エルゴ メーターを停止し、参加者が彼/彼女の膀胱を無効または彼らが既に無効にされた場合に指示します。さらに、参加者は任意の圧力ポイントを減らすと、靴または任意のストラップが過度に締めをチェックして正しく取り付けられていることを確認してください。密接に 2 分毎の血圧を監視します。血圧が回復すると、トレーニングを再開します。血圧が、セッションを終了し、彼/彼女のプライマリケアの医師を参照してくださいに参加者に指示します。 注: それはあれば、参加者が一貫して彼らの血圧の薬物を取ることを確認し、フェス サイクリング前に自分の膀胱が無効にすることが重要です。</li>
	<li>記録参加者の心拍数、スピード、パワー、距離、抵抗および % 刺激あらゆる 30 s。</li>
	<li>場合は参加者が疲労することがなく全体の演習を完了すると (アクティブなサイクリング中に速度 < 18 RPM)、サーボ モーターのトルクの支援を減 1 Nm 以下のセッションでは、それ以外の場合同じを保つすべてのパラメーター。</li>
	<li>参加者には、疲労またはサーボ モーター援助運動段階の使用なしの 2 つの運動トレーニング セッションが終了すると、0.5 での抵抗を高める各運動段階の Nm。</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

現在の調査は、電気刺激の 2 つの異なるパラダイムを示した。1 パラダイムは骨格筋肥大を換起する訓練を受けた筋肉にプログレッシブ ロードの実装に焦点を当てて、他のパラダイムの主な目的は、有酸素能力を高めることによって有酸素運動代謝のパフォーマンスを向上させること。両方のパラダイムを比較するとそれぞれの賛否両論を強調する研究。
NMES RT は復元筋...

米国で約 282,000 人が脊髄損傷 (SCI)1と現在生きていることが推定されます。平均では、ほぼ毎年、主にバイクの衝突事故、暴力、およびスポーツの活動1の行為によって引き起こされる 17,000 の新しいケースがあります。SCI は sub-lesional の感覚および/または運動の損失につながる神経伝達やけが2のレベルの下の一部または全部の中断で起因します。損傷後骨格筋傷害のレベルの下の活動が大幅に減少、無駄のない質量と異所性脂肪組織、または筋肉内脂肪 (IMF) の併用の浸潤の急激な減少に 。研究では、下の下肢骨格筋経験3,4最初の年の終わりを通して継続している傷害の最初の数週間以内に大幅に萎縮しているを示しています。すぐに受傷後 6 週完全な sci 経験豊富な個人 sub-lesional 筋肉のサイズ 18-46% 減少と比較して、年齢と体重をマッチさせた健常者ボディ コントロール。24 週間後の傷害によって骨格筋断面積 (CSA) は 30 ~ 503と低いかもしれない。Gorgey とダッドリーは、骨格筋が萎縮 43% 元のサイズの 4.5 ヶ月受傷後、指摘障害トイザらス ボディと比較して不完全な科学者における IMF のより多くの量を制御43 回続けることを示した。代謝活性の高い除脂肪体重の損失の結果基礎代謝率 (BMR)2,6、毎日の合計のエネルギー支出の ∼65-70% を占める削減BMR のような削減は有害なエネルギーの不均衡につながることができます傷害2,7,8,9,10,18後肥満の増加と。高められた肥満されている高血圧症を含む二次疾患の開発にリンクされているタイプ II 糖尿病 (2 型糖尿病) と心血管疾患2,10、11,12,13,14,15,16,17,18. 科学者が栄養失調と高脂肪食への依存をさらに、苦しむことがあります。脂肪摂取は、肥満と肥満 SCI 人口12,13内のエスカレートの有病率の増加を説明する要因と思われる科学者の脂肪の 29 から 34% の占める可能性があります。
神経筋電気刺激誘発抵抗 (NMES RT) を訓練は麻痺筋19,20,21,22,23、肥大を誘導するために設計されました。 24。週 2 回 NMES RT、骨格筋全体太もも、膝伸筋と膝屈筋群増の 28%、35%、16%、それぞれ22の CSA の次の 12 週間。ダドリーら。6 週間後負傷198 週間週 2 回 NMES RT 復元膝伸筋筋肉のサイズは元のサイズの 75% の示した。さらに、Mahoneyら。同じプロトコルを利用し、右の 35% および 39% の増加を指摘した NMES RT20の 12 週間後に直筋を左します。
機能的電気刺激の下位四肢サイクリング (FES LEC) は SCI25,26後下の下肢筋群の運動に使用される一般的なリハビリテーション手法です。NMES-RT とは異なり FES LEC が増加肥大があります 6 の筋群の刺激に依存しているし、cardiometabolic の改善プロファイル10,25,26,27, 28. Dolbowら。その合計の体の赤身の次の SCI27と個々 の FES LEC の 56 ヶ月 18.5% 増の質量を発見します。次の週 3 回フェス-LEC、麻痺の 60 歳の女性の 12 ヶ月経験豊富な全身の 7.7% 増加無駄のない質量、脚の 4.1% の増加に傾く質量28。機能的電気刺激 (FES) のルーチン使用は SCI10,25,26後 cardiometabolic の条件の危険因子の改善に関連付けられます。
電気刺激トレーニングの理想的な候補者はどちらかのモーター完了または未完了の傷害をそのまま末梢運動ニューロンと限られた低い下肢感覚だろう現在原稿 NMES RT と FES LEC 慢性的な科学者で電気刺激トレーニングの成果を改善するように設計を使用して結合されたアプローチを説明します。NMES RT のプロセスの足首の重みを使用してを説明した、プロトコルと全面的な利点内にある重要なステップを強調しながら介入は慢性的な科学者に提供します。第二の目的はフェス LEC 介入の全体的な cardiometabolic 効果を最大化するように設計のプロセスを記述します。前の仕事は我々 合理的な複合トレーニングのプロトコルが次の電気刺激トレーニング20,21,22,23,24 の 24 週間大きい成果を呼び起こす可能性がありますを確認しました。 ,25,26,31,32,33,34,35,36。

<table><tbody><tr><td>adhesive carbon electrodes (2 of each)</td><td>Physio Tech (Richmond, VA, USA 23233)</td><td>PT3X5&lt;br/&gt; PALS3X4&lt;br/&gt; E7300</td><td>7.5&#039; x 12.7&#039;&lt;br/&gt; 7.5&#039; x 10&#039;&lt;br/&gt; 5&#039; x 9&#039;</td></tr><tr><td>TheraTouch 4.7 stimulator</td><td>Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)</td><td>400-082</td><td>41.28&#039; x 39.37&#039; x 17.78&#039; (8.91 kg)&lt;br/&gt; power: 110 VAC at 60 Hz / 220VAC at 50 Hz&lt;br/&gt; power consumption: 110 Watts</td></tr><tr><td>Red &amp;amp; White Lead Cords (2)</td><td>Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)</td><td>A1717</td><td>2.0 m</td></tr><tr><td>RT300-SL FES Ergometer</td><td>Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231)</td><td>RT300-SL</td><td>80&#039; x 49&#039; x 92-103&#039; (39 kg)&lt;br/&gt; 16 channel&lt;br/&gt; speed: 15 &amp;ndash; 55 rev/min</td></tr><tr><td>elastic NuStim wraps (2)</td><td>Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341)</td><td>PP108666</td><td>36&quot;</td></tr><tr><td>wooden wheelchair break (2)</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>n/a</td></tr><tr><td>pillow/cushion</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>standard</td></tr><tr><td>ankle weights</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>2-26 lb.</td></tr></tbody></table>

paradigms of lower extremity electrical stimulation training after spinal cord injury

骨格筋萎縮、高められた肥満および減らされた身体活動脊髄損傷 (SCI) 後に観察された主な変更点は、多数の cardiometabolic の健康の結果に関連付けられています。これらの変更がセカンダリの慢性疾患の発症リスクを高めるし、誘発神経筋電気刺激の抵抗 (NMES RT) を訓練するための戦略として開発された科学の表面を持つ人の生活の質に影響を与える可能性が高い骨格筋萎縮のプロセスを減衰、異所性脂肪蓄積を減少、インスリン感受性を改善、ミトコンドリア容量を高めます。ただし、NMES RT は単一の筋グループのみに限定します。下肢の複数の筋群を含むと、トレーニングの健康上の利点が最大限可能性があります。機能的電気刺激下下肢サイクリング (FES LEC) は 6 の筋群の活性化のため大きいの代謝と心血管の適応を換起する可能性があることができます。NMES RT の長期使用の大採用戦略者における電気刺激トレーニングの成果を最大化する鍵であり、リハビリ中フェス LEC の整合性を維持可能性があります刺激パラメーターの適切な知識、筋骨格系損傷後の歩行の復元を目指す臨床試験の前提。現在の原稿は、FES LEC 前 NMES RT を使用して複合的なプロトコルを示します。我々 は筋肉の大きい発電できるサイクリング前に 12 週間のエアコンが高い抵抗に対してサイクルし、科学者の大きい適応の結果仮説します。

足首の重みは 22 の参加者、NMES RT (図 6 a) の 16 週間にわたって段階的に増加します。参加者が持ち上げた平均の重みは 19.6 ± 6.5 ポンド (右足) と 20 ± 6 ポンド (左脚) [8-24 lb]。電流振幅は、右と左の足 (図 6 b) の試みを通して変動。
表 1に次の 12 週間の FES LEC トレー?...

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Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

脊髄損傷は、慢性二次代謝障害のリスクが高い可能性のある外傷性病状です。ここでは、これら医学的な問題のいくつかを改善する機能的電気刺激下四肢戦略としてサイクリングと組み合わせて表面神経筋電気刺激筋力トレーニングを使用してプロトコルを提案します。

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 ...

paradigms-lower-extremity-electrical-stimulation-training-after

Research

JoVE Journal

Behavior

12.6K ビュー.  Hunter Holmes McGuire VAMC. 脊髄損傷は、慢性二次代謝障害のリスクが高い可能性のある外傷性病状です。ここでは、これら医学的な問題のいくつかを改善する機能的電気刺激下四肢戦略としてサイクリングと組み合わせて表面神経筋電気刺激筋力トレーニングを使用してプロトコルを提案します。

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Treating Low Back Pain in Failed Back Surgery Patients with Multicolumn-lead Spinal Cord Stimulation

Failed back surgery syndrome (FBSS) refers to persistent, chronic pain following spinal surgery. Spinal cord stimulation with dorsal epidural leads can be used to treat back and leg pain in FBSS patients. This paper presents a detailed protocol for using spinal cord stimulation with surgical leads in FBSS patients. In our department, with the patient under general anesthesia, we place the lead in the epidural space by means of a small laminectomy at the 10th thoracic level. Placement of the lead is followed by a 1 month trial period with an externalized lead. If pain relief is greater than 50% at the end of this 1 month stimulation trial (required by Belgian reimbursement criteria), an internal pulse generator is then placed under the skin and connected to the lead in a second surgical procedure. We have demonstrated that using this technique in rigorously selected FBSS patients can significantly improve back pain, leg pain, patient activity, and quality of life for a sustained period of time.

This paper presents a method that uses spinal cord stimulation with a multicolumn lead to treat neuropathic low back pain in failed back surgery patients.

複数列リード脊髄刺激療法失敗した背中の手術患者の腰痛の治療

Failed back surgery syndrome (FBSS) refers to persistent, chronic pain following spinal surgery. Spinal cord stimulation with dorsal epidural leads can be ...

行動学

Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. It has been extensively used in various clinical settings. Based upon recent discoveries related to the systemic effects of voluntary breathing and intrinsic physiological interactions among systems during voluntary breathing, a new EStim protocol, Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim), has been developed to augment the effects of electrical stimulation. In BreEStim, a single-pulse electrical stimulus is triggered and delivered to the target area when the airflow rate of an isolated voluntary inspiration reaches the threshold. BreEStim integrates intrinsic physiological interactions that are activated during voluntary breathing and has demonstrated excellent clinical efficacy. Two representative applications of BreEStim are reported with detailed protocols: management of post-stroke finger flexor spasticity and neuropathic pain in spinal cord injury.

Breathing-controlled Electrical Stimulation BreEStim for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

The purpose is to present a new method, breathing-control electrical stimulation (BreEStim) for management of neuropathic pain and spasticity.

神経因性疼痛、痙縮の管理のための呼吸制御型電気刺激（BreEStim）

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. ...

医学

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

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

神経科学

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) ...

Structured Motor Rehabilitation After Selective Nerve Transfers

After severe nerve injuries, selective nerve transfers provide an opportunity to restore motor and sensory function. Functional recovery depends both on the successful re-innervation of the targets in the periphery and on the motor re-learning process entailing cortical plasticity. While there is an increasing number of methods to improve rehabilitation, their routine implementation in a clinical setting remains a challenge due to their complexity and long duration. Therefore, recommendations for rehabilitation strategies are presented with the aim of guiding medical doctors and therapists through the long-lasting rehabilitation process and providing step-by-step instructions for supporting motor re-learning.
Directly after nerve transfer surgery, no motor function is present, and therapy should focus on promoting activity in the sensory-motor cortex areas of the paralyzed body part. After about two to six months (depending on the severity and modality of injury, the distance of nerve regeneration and many other factors), the first motor activity can be detected via electromyography (EMG). Within this phase of rehabilitation, multimodal feedback is used to re-learn the motor function. This is especially critical after nerve transfers, as muscle activation patterns change due to the altered neural connection. Finally, muscle strength should be sufficient to overcome gravity/resistance of antagonistic muscles and joint stiffness, and more functional tasks can be implemented in rehabilitation.

Here, we present a protocol for the motor rehabilitation of patients with severe nerve injuries and selective nerve transfer surgery. It aims at restoring the motor function proposing several stages in patient education, early-stage therapy after surgery and interventions for rehabilitation after successful re-innervation of the nerve&#8217;s target.

選択的神経移動後の構造化運動リハビリテーション

After severe nerve injuries, selective nerve transfers provide an opportunity to restore motor and sensory function. Functional recovery depends both on ...

Implantation and Control of Wireless, Battery-free Systems for Peripheral Nerve Interfacing

Peripheral nerve interfaces are frequently used in experimental neuroscience and regenerative medicine for a wide variety of applications. Such interfaces can be sensors, actuators, or both. Traditional methods of peripheral nerve interfacing must either tether to an external system or rely on battery power that limits the time frame for operation. With recent developments of wireless, battery-free, and fully implantable peripheral nerve interfaces, a new class of devices can offer capabilities that match or exceed those of their wired or battery-powered precursors. This paper describes methods to (i) surgically implant and (ii) wirelessly power and control this system in adult rats. The sciatic and phrenic nerve models were selected as examples to highlight the versatility of this approach. The paper shows how the peripheral nerve interface can evoke compound muscle action potentials (CMAPs), deliver a therapeutic electrical stimulation protocol, and incorporate a conduit for the repair of peripheral nerve injury. Such devices offer expanded treatment options for single-dose or repeated dose therapeutic stimulation and can be adapted to a variety of nerve locations.

This is a protocol for the surgical implantation and operation of a wirelessly powered interface for peripheral nerves. We demonstrate the utility of this approach with examples from nerve stimulators placed on either the rat sciatic or phrenic nerve.

末梢神経インターフェースのためのワイヤレス、バッテリーレスシステムの移植と制御

Peripheral nerve interfaces are frequently used in experimental neuroscience and regenerative medicine for a wide variety of applications. Such interfaces ...

Therapy Interventions for Upper Limb Amputees Undergoing Selective Nerve Transfers

Targeted Muscle Reinnervation (TMR) improves the biological control interface for myoelectric prostheses after above-elbow amputation. Selective activation of muscle units is made possible by surgically re-routing nerves, yielding a high number of independent myoelectric control signals. However, this intervention requires careful patient selection and specific rehabilitation therapy. Here a rehabilitation protocol is presented for high-level upper limb amputees undergoing TMR, based on an expert Delphi study. Interventions before surgery include detailed patient assessment and general measures for pain control, muscle endurance and strength, balance, and range of motion of the remaining joints. After surgery, additional therapeutic interventions focus on edema control and scar treatment and the selective activation of cortical areas responsible for upper limb control. Following successful&#160;reinnervation of target muscles, surface electromyographic (sEMG) biofeedback is used to train the activation of the novel muscular units. Later on, a table-top prosthesis may provide the first experience of prosthetic control. After fitting the actual prosthesis, training includes repetitive drills without objects, object manipulation, and finally, activities of daily living. Ultimately, regular patient appointments and functional assessments allow tracking prosthetic function and enabling early interventions if malfunctioning.

This work presents a protocol to enhance prosthetic function after selective nerve transfer surgery. Rehabilitation interventions include patient information and selection, support of wound healing, cortical re-activation of sensory-motor areas of the upper limb, training of selective muscle activation, prosthetic handling in daily life, and regular follow-up assessments.

脊髄損傷後下肢電気刺激の訓練のパラダイム

要約

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この動画の章

複数列リード脊髄刺激療法失敗した背中の手術患者の腰痛の治療

神経因性疼痛、痙縮の管理のための呼吸制御型電気刺激（BreEStim）

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

脳卒中後の下肢筋の神経生理学的評価

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

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

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

選択的神経移動後の構造化運動リハビリテーション

末梢神経インターフェースのためのワイヤレス、バッテリーレスシステムの移植と制御

選択的神経伝達を受ける上肢切断者に対する治療介入

脊髄損傷後下肢電気刺激の訓練のパラダイム

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複数列リード脊髄刺激療法失敗した背中の手術患者の腰痛の治療

神経因性疼痛、痙縮の管理のための呼吸制御型電気刺激（BreEStim）

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

脳卒中後の下肢筋の神経生理学的評価

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

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

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

選択的神経移動後の構造化運動リハビリテーション

末梢神経インターフェースのためのワイヤレス、バッテリーレスシステムの移植と制御

選択的神経伝達を受ける上肢切断者に対する治療介入

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