척수 손상 후 더 낮은 말단 전기 자극 교육의 패러다임

요약

척수 상해 보조 만성 대사 질환의 높은 위험에 발생할 수 있는 충격적인 건강 상태 이다. 여기, 우리는 함께 사용 하 여 표면 신경 근육 학 전기 자극-저항 훈련 전략으로 사이클링 기능적 전기 자극 더 낮은 사지와 여러 의료 문제를 개량 하는 프로토콜을 제시.

초록

골격 근육 위축, 증가 시킨된 adiposity 및 감소 된 신체 활동은 척수 상해 (SCI) 후 관찰 하는 주요 변화 되며 수많은 cardiometabolic 건강 결과와 관련. 이러한 변화는 만성 보조 조건 개발의 위험을 증가 하 고 신경 근육 학 전기 자극을 갖는 저항 (NMES-RT)을 훈련 하는 전략으로 개발 되었다 과학 표면을 가진 사람의 삶의 질에 영향을 줄 것 골격 근육 위 축의 과정을 감소, 소성 adiposity 감소, 인슐린 감도 향상 고 미토 콘 드리 아 수 용량을 강화 한다. 그러나, NMES RT만 단일 근육 그룹에 제한 된다. 더 낮은 말단의 여러 근육 그룹에 관련 된 훈련의 효능 극대화 수 있습니다. 기능적 전기 자극-낮은 말단 (FES-LEC) 자전거는 큰 신진 대사 및 심혈 관계 적응을 보여주고 것 6 근육 그룹의 활성화에 대 한 수 있습니다. 적절 한 지식의 자극 매개 변수 NMES RT의 장기 사용에 대 한 영향은 채택 전략을 가진 사람에서 전기 자극 훈련의 결과 극대화 하는 열쇠 이며 재활 중 FES-LEC의 무결성을 유지할 수 있는 근육 골격 시스템, 산책 부상 후 복원 하는 것을 목표로 하는 임상 시험에 대 한 필수. 현재 원고 FES-LEC 이전 NMES-RT를 사용 하 여 결합 된 프로토콜을 제공 합니다. 우리 근육 단련에 12 주간 자전거 타기 전에 큰 힘을 생성할 수 있을 것입니다 높은 저항에 대 한 주기 및 영향은 명에 더 적응 결과 가설

서문

그것은 미국에서 약 282000 명 현재 척수 상해 (SCI)¹살고 추정. 평균, 대략 매년, 주로 자동차 충돌, 폭력, 그리고 스포츠 활동¹의 행위에 의해 발생 하는 17000 새로운 경우가 있습니다. 스키 부상²의 수준의 밑에 걸쳐 신경 전송의 부분 또는 전체 중단 sub-lesional 감각 및 모터 손실 선도 발생 합니다. 부상 후 상해의 수준 아래 골격 근육의 활동은 크게 감소, 근육 량에 수 반하는 침투 소성 지방 조직 또는 근육 내 지방 (IMF)의 급속 한 감소에 지도. 연구 더 낮은 말단 골격 근육 부상, 첫 번째 년^3,4의 끝에 걸쳐 계속의 처음 몇 주 동안 내 상당한 위축 경험으로 나타났습니다. 최대한 빨리 6 주 후 부상, 완전 한 SCI 경험된과 개인 18-46% 감소 sub-lesional 근육 크기에 연령과 체중 일치 abled 바디 컨트롤에 비해. 24 주 후 부상으로 골격 근육 단면적 (CSA)³30 ~ 50 낮은 수 있습니다. Gorgey Dudley 골격 근육 위축 원래 크기의 43%로 4.5 개월 후 부상과 지적 abled 바디에 비해 불완전 한 문화를 가진 사람에서 IMF의 큰 금액 제어⁴세 번 계속 보여주었다. Metabolically 활성 근육 량의 손실을 기저의 신진 대사 속도 (BMR)^2,6, 어떤 계정에 대 한 ∼65-70%; 총 일일 에너지 지출의 감소에 있는 결과 BMR 감소 등 해로운 에너지 불균형으로 이어질 수 있는 부상^{2,7,,89,10,18}후 adiposity를 증가. 높아 adiposity 되었습니다 고혈압 등 만성 2 차 조건의 개발에 연결 하는 것은 II 당뇨병 mellitus (T2DM) 심혈 관 질환^2,,1011, 를 입력 ^{12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18}. 또한, SCI 명 영양 부족 및 높은 지방 다이어트에 대 한 의존도에서 고통을 수 있습니다. 식이 지방 섭취 량 높습니다 SCI와 사람의 체 지방 량의 29 ~ 34 %adiposity SCI 인구^12,13내 비만의 확대 보급 증가 요인 설명 계정 수 있습니다.

신경 근육 학 전기 자극을 갖는 저항 훈련 (NMES-RT) 마비 골격 근육^{19,20,,2122,23의 비 대를 유도 하도록 설계 되었습니다. 24}. 두 번 주간 NMES-RT, 골격 근육 전체 허벅지, 무릎 신 근 및 무릎 flexor 근육 그룹 28%, 35%, 16%, 각각²²로 증가의 CSA의 다음 12 주. 더 들 리 외. 6 주 후 부상¹⁹에서 8 주 두 번 주간 NMES RT 복원 무릎 신 근 근육 크기 원래 크기의 75%를의 보여주었다. 또한, 마 호 외. 동일한 프로토콜을 활용 하 고 오른쪽에 35%와 39% 증가 지적 NMES RT²⁰의 12 주 후 곧바로 femoris 근육을 왼쪽.

기능적 전기 자극-낮은 사지 사이클링 (FES-LEC) SCI^25,26후 더 낮은 말단 근육 그룹을 운동 하는 일반적인 재활 기술 이다. NMES RT와 달리 FES-LEC 증가 비 대 될 수 있습니다 6 근육 그룹의 자극에 의존 하 고는 cardiometabolic에 개선 프로^{10,25,,2627, 28}. Dolbow 외. 그 몸 전체 마른 질량 SCI²⁷와 개인의 FES-LEC의 56 개월 다음 18.5% 증가 발견. 다음 세 번-주간 FES-LEC, 하반신 마비와 함께 60 세의 여성의 12 개월 경험 몸 전체에 7.7% 증가 기대 다 질량 그리고 다리에서 4.1% 증가 기대 대량²⁸. 기능적 전기 자극 (FES)의 사용은 SCI^10,,2526후 cardiometabolic 조건의 위험 요인 개선에 연관 된다.

전기 자극 훈련을 위한 이상적인 후보자 중 모터 완전 하거나 불완전 한 부상, 그대로 주변 모터 신경 및 제한 된 더 낮은 말단 감각을 가질 것 이다. 현재 원고 NMES RT 및 FES-LEC 만성 영향은 사람에서 전기 자극 훈련의 결과 개선 하도록 설계 된 사용 하 여 결합된 방법을 설명 합니다. NMES RT 과정 발목 아령을 사용 하 여 설명 될 것 이다, 개입 만성 문화를 가진 사람을 제공 하는 프로토콜 및 전반적인 혜택 내에서 주요 단계를 강조 하면서 두 번째 목표는 FES-LEC 개입의 전반적인 cardiometabolic 효과 극대화 하도록 설계 된 과정을 설명 하는. 이전 작업은 우리의 합리적인 결합된 훈련 프로토콜 전기 자극 훈련^{20,,2122,23,24의 24 주에 따라 큰 결과 그대로 보여주고 있습니다 재확인 ,25,26,31,32,33,,3435,36}.

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프로토콜

이 원고에 설명 된 훈련 프로토콜 clinicaltrials.gov 식별자 (NCT01652040) 등록 됩니다. 훈련 프로그램 발목 무게와 FES-LEC NMES RT를 포함 한다. 모든 필요한 장비는 표 2에 나열 됩니다. 연구 프로토콜 및 동의 검토 하 고 리치몬드 VAMC 기관 검토 위원회 (IRB)의 버지니아 연방 대학 (VCU) IRB에 의해 승인 했다. 모든 연구 절차 설명 했다 재판을 시작 하기 전에 각 참가자에 게 정보.

1. 참가자 모집

1. 잠재적인 참가자에 대 한 사전 심사 평가 수행 합니다.
   1. 철저 하 게 연구 (24 주), 회 주 (격주) 및 세션의 길이의 길이 포함 하 여 훈련 프로토콜의 세부 사항을 설명 (NMES RT: 30 분 및 FES-LEC: 45-60 분).
      참고: NMES RT에 FES-LEC의 12 주 뒤 첫 12 주 동안 실시 됩니다.
   2. 잠재적인 참가자를 포함 하 여 의료 요구 사항을 설명: 남성 또는 여성 스키, 미국 척수 상해 분류 (AIS) A, B 또는 C (그는 일어서서 걸을 수 없습니다 누가 AIS "C" 분류)와 18에 65 년 오래 된, 1 년 이상 후 부상, 신체 질량 지 수 (BMI) ≤ 30 k g/m², 상해의 모터 완전 하거나 불완전 한 C5-L2 수준.
   3. 잠재적인 참가자를 포함 하 여 의료 제한 설명: 통제 유형 II 당뇨병 심혈 관 질환의 진단 또는 인슐린, 통제 고혈압에 압력 염증 단계 3 이상, 요로 감염 또는, T-점수가-2.5, 골다공증 증상과 임신 여성 과학을 위한

2입니다. NMES-RT

1. 참가자는 자신의 방광을 비운 다 고 휴식 혈압과 심장 박동을 측정. 참가자는 휠체어에 장착 되어, 하는 동안 자신의 신발을 벗고 참가자를 지시 합니다. 다음, 무릎 굴곡 하는 동안 다리를 쿠션에 종 아리 뒤에 베개를 두십시오. 참가자의 발목 (그림 1) 발목 무게 (0-26 파운드)을 적용 합니다.
   참고: 초기 2 회 실시 하는 참가자는 중력에 대 한 자신의 다리를 올릴 수 있도록 발목 무게 없이.
2. 두 개의 7.5 c m x 12.7 c m 접착 탄소 전극 양측에 적용 피부 무릎 신 근 근육 그룹.
   1. 원심 전극 ~1/3을 슬 개 골과 사 타 구니 겹 quadriceps의 중간에 중간 거리를 놓습니다. 엉덩이에서 무릎 관절 (그림 2)를 실행 하는 중간 축 전극 경도 평행 배치 합니다.
   2. 옆으로 인접 전극 배치 및 vastus lateralis 근육에 사 타 구니 겹에 인접 한. 장소 전극 경도 및 평행 중간 축 (그림 2).
3. 휴대용 자극 기 30 Hz의 주파수와 450 µs의 복 형 직사각형 펄스 폭을 설정 하 고 50 µs interpulse 간격^{19,20,,2122,23,24 ,,3738,39}. 각 전극에는 자극에서 케이블을 연결 합니다.
   참고: 전극의 극성은 하지 영향을 미칠 자극 패턴으로 전극 올바르게 배치 됩니다.
4. 오른쪽 다리부터 눈에 보이는 긴장 무릎 신 근 근육 그룹에서 인식 될 때까지 점차적으로 전류를 증가. 전체 무릎 확장 (최대 200 mA) 연상 전류를 천천히 진입로를 계속 합니다. 확장에 대 한 3-5 활성화 된 모터 장치에 최대 긴장을 연상 남아 다리를 허용 합니다.
5. 점차적으로 그것의 아래 50% 현재 대상의 다리를 확장 하 고 괴상 다리를 이동 하는 데 필요한 시작 하는 위치를 다시 때까지 전류를 감소. 전체 다리 확장을 연상 하는 데 필요한 현재 진폭을 기록 합니다.
6. 다리와 왼쪽 다리 사이 대체 당 10 반복의 4 세트를 포함 하 여 일방적인 훈련을 완료 합니다. 3-5 s 각 반복 사이 세트 사이 3 분 휴식 하는 다리를 수 있습니다. 참가자 전체 무릎 확장에 도달 하지 않습니다, 만약 운동 % 범위를 기록 하 고 반복 사이 시간을 증가.
   참고: 근육 피로 모션 ≤ 25%의 범위를 가진 두 개의 연속 반복으로 정의 됩니다.
7. 4 세트의 각각을 시도 하지만 참가자 근육 피로 경험, 현재 세트를 종료 하 고 반대쪽 다리에 훈련을 계속. 경우 전체 무릎 확장은 근육 피로 없이 2 연속 훈련 세션, 훈련의 다음 주 발목 무게의 2 파운드를 추가 합니다.

3입니다. FES-LEC

1. 참가자의 휴식 혈압과 심장 박동을 측정 합니다. FES 측 자전거 (자료 테이블) 앞 참가자의 개인 전원 또는 수동 휠체어 (그림 3a, 그림 3b)에 장착 위치.
2. 무릎 신 근에 접착 탄소 전극 적용, flexor 및 대 둔 근 근육 그룹을 양측 무릎.
   1. 피부에 무릎 extensors 장소 원심 전극 (7.5 x 12.7 cm) 1/3는 슬 개 골 및 vastus medialis 근육 위로 사 타 구니 배 사이의 거리. 인접 전극을 옆으로 놓고는 vastus 통해 사 타 구니 겹에 인접 한 lateralis 근육 (그림 4a).
   2. 무릎에 파편이 박 혀, 피부에 원심 전극 (7.5 x 10 cm) 장소 오 금 fossa 위에 2-3 cm. 인접 전극 20 cm 오 금 fossa (그림 4b) 위에 놓습니다. 원심 전극의 움직임을 방지 하기 위해 탄성 포장 (그림 3a) 전극의 보안 위치에 적용 됩니다.
   3. Gluteus maximus에 대 한 참가자가 앞으로 측 향을 지시 합니다. 장소 두 전극 (5 x 9 cm) 병렬 및 근육의 대량 배; 허용 ~ 두 전극 사이의 분리의 폭을 손가락.
3. 참가자의 휠체어에 장착 하 고는 측 앞 중심으로 각각 12 전극의 사용은 자극에서는 케이블을 연결 합니다. 전면을 확인 하 고 참가자를 확인 하는 측의 다시 올바르게 중심 이다.
4. 참가자의 휠체어 고정 고 부드럽게 페달 (그림 6) 내부 (테니스 신발을 입고) 참가자의 피트를 배치. 직물 덮 음에 싸여 탄력 있는 결박을 사용 하 여 측에 더 낮은 다리를 보호 합니다. 두 개의 교차 탄력 있는 결박과 Velcro 각 꽃잎 (그림 5)에 있는 장소에 참가자의 발을 보호 합니다.
5. 달아서 다리는 측에 수 동적으로 이동 후 다리는 그래서 순환 패턴을 관찰. 다리는 너무 압축 또는 hyperextended, 자전거의 높이 조정 하 고 수 동적으로 다리를 이동 하 여 위치를 다시 확인 하는 경우.
6. 참가자의 휠체어는 노동력의 기지에 위치한 2 개의 연장 후크를 사용 하 여 노동력을 보호 합니다. 휠체어 (그림 5) 아래 안정적인 구조를 후크를 연결 합니다. 중의 자 모든 움직임을 방지 하기 위해 휠체어의 바퀴 아래 두 나무 나누기를 배치 합니다.
7. 33.3 Hz, 350 µ s 펄스 기간을 140, 100, 100를 현재 진폭 자극 주파수 설정 mA 무릎 신 근, 무릎 flexor 및 대 둔 근 근육 그룹, 각각.
8. 사이클 매개 변수를 다음과 같이 설정: 40-45 분당 회전 (RPM);의 속도 대상 10부터 시작 하는 조정 가능한 모터 토크 Nm; 1.0의 저항 운동에 대 한 1.5 및 2.0 Nm 단계 I, II 및 III.
9. 간격 훈련 매개 변수를 다음과 같이 설정: 3 분 "워밍업" 단계; 3 10 분 운동 단계 (자극에); 2 분 휴식 단계 다음 각 운동 단계; 그리고 3 분 "진정" 단계.
10. 에 따라 (위 또는 아래 T4), 상해의 수준 측정 혈액 압력 및 심장 속도 2 ~ 5 분 마다 자율 dysreflexia의 증상의 발생을 방지 하기 위해.
11. 혈압 상승 된 경우는 노동력을 중지 하 고 무효 자신의 방광 또는 그들은 이미 무효화 하는 경우 나머지 참가자를 지시. 또한, 참가자는 어떤 압력 포인트를 줄이기 위해 신발 또는 어떤 스트랩 되는지 확인 하지 지나치게 강화를 올바르게 장착 되도록 확인 하십시오. 혈압 모니터링 밀접 하 게 모든 2 분. 혈압, 복구 하는 경우 다시 훈련; 혈압 남습니다, 세션을 종료 하 고 참가자가 자신의 주치의 볼 지시.
    참고: 있는 경우 참가자 일관 되 게 그들의 혈압 약을 먹어야을 보장 하 고 FES 사이클링 하기 전에 그들의 방광을 무효화 하기 생명 이다.
12. 기록 참가자의 심장 박동, 속도, 전력, 거리, 저항 및 % 자극 각 30 s.
13. 참가자 피로 없이 전체 연습 세션을 완료 하는 경우 (활성 중 < 18 RPM의 속도), 서보 모터 토크 지원 1 감소 Nm 다음 세션 그렇지 않으면 모든 매개 변수는 그대로 유지.
14. 참가자 피로 또는 운동 단계 동안 서보 모터 지원의 사용 없이 두 운동 교육 세션을 완료 하는 경우 0.5에 의해 저항을 증가 각 운동 단계에서 Nm.

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결과

발목 무게 증가 22 참가자, 점차적으로 16 주 동안 NMES RT (그림 6a). 참가자에 의해 해제 평균 무게는 19.6 ± 6.5 파운드 (오른쪽 다리)와 20 ± 6 파운드 (왼쪽된 다리) [8-24 l b]. 현재 진폭 오른쪽과 왼쪽 다리 (그림 6b)에 대 한 재판 내내 변동 했다.

완전 한 SCI FES-LEC 훈련 12 주 다음 표 ...

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토론

현재 연구는 전기 자극의 2 개의 다른 패러다임을 설명 했다. 하나의 패러다임 골격 근육 비 대를 연상 훈련된 근육에 진보적인 로드 구현에 집중 하 고 다른 패러다임 주로 에어로빅 용량 강화를 통해 심장-대사 성능을 향상 하기 위한 것. 보장 두 패러다임을 비교 하 고 각각의 찬 부 양론을 강조 하는 연구.

NMES RT 복원 근육 크기와 급성과 만성 SCI^19,<...

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자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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 stimulator	Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406)	400-082	41.28' 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)	A1717	2.0 m
RT300-SL FES Ergometer	Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231)	RT300-SL	80' x 49' x 92-103' (39 kg) 16 channel speed: 15 – 55 rev/min
elastic NuStim wraps (2)	Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341)	PP108666	36"
wooden wheelchair break (2)	n/a	n/a	n/a
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