Avaliação da ativação muscular respiratória Usando respiratória Motor Control Assessment (ACMD) em indivíduos com lesão medular crônica

Resumo

O objetivo desta publicação é apresentar o nosso trabalho original sobre uma abordagem eletromiografia de superfície multi-muscular para caracterizar quantitativamente os padrões de ativação dos músculos respiratórios em indivíduos com lesão medular crônica usando análise baseada em vetor.

Resumo

Durante a respiração, a ativação dos músculos respiratórios é coordenado pela entrada integrado do cérebro, tronco cerebral e medula espinhal. Quando esta coordenação é interrompida por uma lesão medular (LM), controle dos músculos respiratórios inervados abaixo do nível da lesão é comprometida ^1,2 levando a disfunção muscular respiratória e complicações pulmonares. Estas condições estão entre as principais causas de morte em pacientes com SCI ^3. Testes de função pulmonar normais que avaliam a função motora respiratória incluem spirometrical e máxima das vias aéreas resultados de pressão: capacidade vital forçada (CVF), volume expiratório forçado no primeiro segundo _(FEV1), pressão inspiratória máxima (PI _máx) e pressão expiratória máxima (PE _máx) ^4,5. Estes valores fornecem medidas indiretas do desempenho da musculatura respiratória ^6. Na prática clínica e de pesquisa, a eletromiografia de superfície (EMG), gravado a partir de músculos respiratóriospode ser utilizada para avaliar a função motora respiratória e ajudar a diagnosticar a patologia neuromuscular. No entanto, a variabilidade na amplitude EMG inibe os esforços para desenvolver medidas objetivas e diretas da função motora respiratória ^6. Com base em uma abordagem multi-EMG muscular para caracterizar o controle motor dos músculos dos membros ^7, conhecido como o índice de resposta voluntária (VRI) ^8, desenvolvemos uma ferramenta analítica para caracterizar o controle motor respiratória diretamente do EMG dados gravados a partir de vários músculos respiratórios durante o voluntário tarefas respiratórias. Nós chamamos isso o Respiratória Motor Control Assessment (ACMD) ^9. Este método de análise de vector quantifica a quantidade e distribuição da actividade entre os músculos e apresenta-lo na forma de um índice que relaciona o grau no qual a saída EMG num teste se assemelha ao objecto a partir de um grupo de controlos saudáveis ​​(não lesionado). O valor do índice resultante foi demonstrado ter alta validade de face, a sensibilidade^9-11 e especificidade. Nós mostramos anteriormente ⁹ que os resultados LUCR correlação significativa com os níveis de SCI e medidas de função pulmonar. Estamos apresentando aqui o método de comparar quantitativamente os padrões de ativação pós-lesão medular respiratórias multi-musculares aos de indivíduos saudáveis.

Protocolo

1. Configurações

1. Cabeças de eletrodos de superfície foram colocados sobre os ventres musculares esquerda (L) e direito (R) músculos respiratórios: esternocleidomastóideos (SC), escaleno (S), trapézio superior na linha hemiclavicular (UT), porção clavicular do peitoral na linha hemiclavicular (P ), diafragma na linha paraesternal (D), intercostal a 6 ^º espaço intercostal na linha axilar anterior (IC), reto abdominal a nível umbilical (RA), oblíquo abdominal na linha axilar média (O), trapézio inferior paraspinally a nível midscapular (LT ) e paravertebral paraspinally em ilíaca linha intercrestal (PS) ^6. Os eletrodos de terra foram colocados sobre os processos acrômio. Um Sistema Lab Movimento Voltar Unidade Pack, com eletrodos conectados, estava ligado a um movimento Lab EMG Desk Top aparelho e do sistema Powerlab (Figura 1).
2. Circuito de monitorização peça em T para registar a pressão nas vias aéreas foi montado como mostrado na Figura 2, e ligado à baixa pressuTransdutor re (MP45) utilizando tubo de ar.
3. MP45 foi ligado ao CD15 e Powerlab sistema (Figura 1 e Tabela 1).

2. Protocolo RMCA

1. As tarefas motoras respiratórias consistiu em Task pressão inspiratória máxima (telefone sem fio) e Task pressão expiratória máxima (MEPT). Para executar MIPT ou MEPT, os participantes foram convidados a produzir o máximo esforço inspiratório a partir do volume residual ou esforços expiratórios da capacidade pulmonar total por 5 segundos usando um circuito de monitoramento em T (Figuras 1 e 2). Cada manobra foi cued por um longo tom 5-sec audível e repetiu 3x. Pelo menos 1 min de descanso foi permitido entre cada esforço.
2. Entrada EMG foi amplificado com um ganho de 2000; filtrada em 30-1,000 Hz e amostrado a 2000 Hz. Entrada de pressão das vias aéreas foi calibrado em 100 cm de água e amostrados a 2000 Hz. Os EMG e entradas de pressão nas vias aéreas foram convertidos pelo sistema de aquisição Powerlab usando 16-bit ADC escala completaresolução. Sinais de pressão nas vias aéreas, EMGs e marcador foram registrados simultaneamente ^9.

3. Análise de Dados

1. Multi-atividade muscular análise janelas distribuição de 5 segundos para cada telefone sem fio ou MEPT foram determinadas a partir do marcador evento e pressão das vias aéreas gravado com o tom cuing que sinalizou o assunto quando começar e terminar a tarefa (Figura 3). A atividade EMG de cada músculo foi calculada usando uma raiz quadrada (RMS) algoritmo de ^6,12 (Figura 4) significam. Três ensaios repetidos para cada tarefa foram em média ¹³ para cada músculo (canal).
2. Os padrões de ativação multi-musculares foram avaliados com base em um método de análise de vetor conhecido como o Índice de resposta voluntária (VRI) ⁸ (Figuras 4-6), usando custom-made software Matlab (MathWorks). Para cada manobra, o cálculo do VRI produz dois valores, uma magnitude e um índice de similaridade (SI) (Figuras 5-6).O parâmetro de magnitude, a quantidade de actividade de EMG combinado de todos os músculos no interior da janela de tempo específico, foi calculado como uma extensão do Vector de resposta (VR) para a tarefa específica (Figura 7). O Índice de Similaridade (SI) fornece um valor que expressa o quão similar a RV do SCI assunto é o vetor resposta Prototype (PRV) obtidos a partir de indivíduos saudáveis ​​durante a mesma tarefa. O valor SI foi computada para cada tarefa como um co-seno do ângulo entre o sujeito e RV PRV SCI. O valor SI varia entre 0 e 1,0, onde o valor de 1,0 representa o melhor jogo para vetores comparados ⁹ (Figura 8).

Resultados

A Figura 3 representa o eletromiograma e pressão das vias aéreas (em cima) registraram simultaneamente durante MEPT de um não-feridos (esquerda) e SCI indivíduos (à direita). Nota diminuição da pressão das vias aéreas e na ausência de actividade nos músculos expiratórios de um sujeito SCI EMG quando comparado a um indivíduo não-lesado (marcado com elipses cinzentas). Observe também que o início da tarefa, como marcado no fundo, está associada ao aumento de EMG atividade e aumento da pre...

Discussão

Testes clínicos padrão para avaliar a função motora respiratória após SCI e outros distúrbios incluem os testes de função pulmonar ea Escala American Spinal Injury Association Impairment (AIS) a avaliação ^14,15. No entanto, essas ferramentas não são projetados para avaliação quantitativa do tronco e controle motor respiratório. No nosso trabalho previamente publicado a ^9, que têm demonstrado que o ACMD é um método válido para avaliar quantitativamente a função motora respirat?...

Materiais

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.