Paradigmas de formação de estimulação elétrica de extremidade inferior após lesão medular

Resumo

Lesão da medula espinhal é uma condição médica traumática que pode resultar em riscos elevados de crônicos distúrbios metabólicos secundários. Aqui, apresentamos um protocolo utilizando treinamento de superfície estimulação elétrica neuromuscular-resistência em conjunto com extremidades de baixa estimulação elétricas funcionais ciclismo como uma estratégia para amenizar vários destes problemas médicos.

Resumo

Atrofia do músculo esquelético, aumento de adiposidade e reduzida atividade física são as principais alterações observadas após lesão da medula espinhal (SCI) e estão associados com numerosas consequências para a saúde Cardiometabólica. Essas alterações são susceptíveis de aumentar o risco de desenvolver condições crônicas secundárias e afetar a qualidade de vida em pessoas com Sci. superfície resistência de estimulação elétrica neuromuscular evocada formação (EENM-RT) foi desenvolvida como uma estratégia para atenuar o processo de atrofia do músculo esquelético, diminuir a adiposidade ectópica, melhorar a sensibilidade à insulina e aumentar a capacidade mitocondrial. No entanto, a EENM-RT é limitado a apenas um grupo único músculo. Envolver vários grupos musculares dos membros inferiores pode maximizar os benefícios de saúde do treinamento. Extremidade de baixa estimulação elétrica funcional ciclismo (FES-LEC) permite a ativação de 6 grupos musculares, que é provável que evocam maior adaptação metabólica e cardiovascular. Conhecimento adequado dos parâmetros de estimulação é a chave para maximizar os resultados da formação de estimulação elétrica em pessoas com Sci. adotando estratégias para uso a longo prazo de EENM-RT e FES-LEC durante a reabilitação pode manter a integridade do sistema músculo-esquelético, um pré-requisito para ensaios clínicos, com o objetivo de restaurar a andar após lesão. O manuscrito atual apresenta um protocolo combinado usando EENM-RT antes da FES-LEC. Nós hypothesize que os músculos condicionados para 12 semanas antes de ciclismo será capazes de gerar um poder maior, ciclo contra uma resistência mais elevada e resultar em maior adaptação em pessoas com Sci.

Introdução

Estima-se que aproximadamente 282.000 pessoas nos Estados Unidos estão vivendo atualmente com medular lesão (SCI)¹. Em média, há cerca de 17.000 novos casos por ano, principalmente causados por acidentes de automóvel, atos de violência e de actividades desportivas¹. SCI resulta na interrupção parcial ou total da transmissão neural do outro lado e abaixo do nível da lesão², levando a perda sensorial e/ou motor sub-lesional. Após a lesão, a atividade do músculo esquelético, abaixo do nível da lesão é muito reduzida, levando a um rápido declínio na massa magra e infiltração concomitante de gravidez ectópica tecido adiposo, ou gordura intramuscular (IMF). Estudos têm mostrado que o músculo esquelético de extremidade inferior experiências atrofia significativa dentro as primeiras semanas da lesão, continuando durante todo o fim do primeiro ano^3,4. Tão logo pós-lesão de 6 semanas, os indivíduos com SCI completa experiente uma 18-46% de diminuição no tamanho do músculo sub-lesional comparado com idade e peso-abled-bodied controles. Por pós-lesão de 24 semanas, a área transversal do músculo esquelético (CSA) poderia ser tão baixa quanto 30 a 50%³. Esperimente e Dudley mostraram que o músculo esquelético continua a atrofia por 43% do tamanho original 4,5 meses pós-lesão e notou uma três vezes maior quantidade do FMI em pessoas com SCI incompleta em comparação com capacidades diferentes encorpado controla⁴. Perda de massa magra metabolicamente ativa resulta em uma redução na taxa metabólica basal (TMB)^2,6, quais contas para ∼65 - 70% do gasto energético total diário; tais reduções na BMR podem levar a um desequilíbrio de energia prejudicial e aumentando a adiposidade após lesão^{2,7,8,9,10,18}. Adiposidade elevada tem sido ligada ao desenvolvimento de doenças crônicas secundárias, incluindo hipertensão, tipo II diabetes mellitus (T2DM) e doença cardiovascular^{2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18}. Além disso, pessoas com SCI podem sofrer de desnutrição e confiança em uma dieta de alta gordura. Ingestão de gordura dietética pode contabilizar 29 a 34% da massa gorda em pessoas com SCI, que é provavelmente um fator explicando aumento da adiposidade e a crescente prevalência de obesidade dentro da população de SCI^12,13.

Resistência de estimulação elétrica neuromuscular evocada formação (EENM-RT) foi projetada para induzir a hipertrofia do músculo esquelético paralisado^{19,20,21,22,23, 24}. Seguir a doze semanas de duas vezes por semana a EENM-RT, músculo esquelético CSA da coxa inteira, extensora e grupos do músculo flexor do joelho aumentados 28%, 35% e 16%, respectivamente,²². Dudley et al. mostrou que 8 semanas duas vezes-semanal do tamanho do músculo de EENM-RT restaurado joelho extensor para 75% do tamanho original em seis semanas pós-lesão¹⁹. Além disso, Mahoney et al. utilizado o mesmo protocolo e observou um aumento de 35% e 39% na direita e deixou o músculo reto femoris músculos após 12 semanas de EENM-RT²⁰.

Ciclismo de extremidades funcionais do elétricas baixa estimulação (FES-LEC) é uma técnica de reabilitação comum usada para exercitar-se grupos de músculo de extremidade inferiores depois SCI^25,26. Ao contrário de EENM-RT, FES-LEC se baseia na estimulação de 6 grupos musculares, o que pode resultar em maior hipertrofia e melhorias na Cardiometabólica perfil^{10,25,26,27, 28}. Dolbow et al. encontrado o corpo de total magra massa aumentado 18,5% após 56 meses de FES-LEC em um indivíduo com SCI²⁷. Após doze meses de três vezes por semana FES-LEC, uma mulher de 60 ano de idade com paraplegia experiente um aumento de 7,7% no total do corpo inclinar-se em massa e um aumento de 4,1% na perna magra massa²⁸. Uso rotineiro de estimulação elétrica funcional (FES) é associado com melhora nos factores de risco das condições Cardiometabólica após SCI^10,25,26.

Candidatos ideais para o treinamento de estimulação elétrica terá qualquer motor lesões completas ou incompletas, com intactos neurônios periféricos e sensação de extremidade inferior limitada. O manuscrito atual, descreve uma abordagem combinada usando EENM-RT e FES-LEC projetado para melhorar os resultados da formação de estimulação elétrica em pessoas com Sci crônica. O processo de EENM-RT usar pesos de tornozelo vai ser delineado, ao destacar as etapas-chave dentro do protocolo e o benefício geral a intervenção proporciona às pessoas com Sci crônica. O segundo tem como objetivo descrever o processo de FES-LEC projetado para maximizar o efeito Cardiometabólica global de intervenção. Trabalhos anteriores afirmou nosso racional que um protocolo de treinamento combinado pode evocar maiores resultados após 24 semanas de estimulação elétrica formação^{20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36}.

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Protocolo

O protocolo de treinamento descrito neste manuscrito é registrado com clinicaltrials.gov identificador (NCT01652040). O programa de treinamento envolve EENM-RT com pesos nos tornozelos e FES-LEC. Todo o equipamento necessário está listado na tabela 2. O protocolo do estudo e consentimento informado foram revistos e aprovados pelo Richmond Veiga institucional Review Board (IRB) e Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Todos os procedimentos do estudo foram explicados em detalhes para cada participante antes de começar o julgamento.

1. participante recrutamento

1. Realize uma avaliação pré-triagem com potenciais participantes.
   1. Explicar minuciosamente os detalhes do protocolo de treinamento, incluindo a duração do estudo (24 semanas), vezes por semana (bi-semanal) e duração das sessões (EENM-RT: 30min e FES-LEC: 45-60 min).
      Nota: A EENM-RT é realizado nas primeiras 12 semanas, seguido por 12 semanas de FES-LEC.
   2. Descrever os requisitos médicos ao potencial participante, incluindo: masculino ou feminino com SCI, American Spinal lesão classificação (AIS) A, B ou C (aqueles com uma classificação de AIS "C", que são incapazes de se levantar e caminhar), 18 a 65 anos, maior que 1 ano pós-lesão, corpo índice de massa (IMC) ≤ 30 kg/m², motor completo ou incompleto C5-L2 nível de lesão.
   3. Descrever as restrições médicas ao potencial participante, incluindo: um diagnóstico da doença cardiovascular, descontrolada tipo II diabetes mellitus ou aqueles em insulina, hipertensão não controlada, pressão sores estágio 3 ou maior, infecà § ou sintomas, osteoporose com T-Score-2.5 e gravidez para mulheres com Sci.

2. A EENM-RT

1. Certifique-se do que participante inutiliza a sua bexiga e medir a pressão arterial e a frequência cardíaca repouso. Enquanto participante está sentado na cadeira de rodas, instrua o participante a tirar seu sapatos. Em seguida, coloque um travesseiro atrás do bezerro para amortecer a perna durante a flexão do joelho. Aplica os pesos de tornozelo (0-26 lbs) para tornozelos do participante (Figura 1).
   Nota: A inicial 2 sessões são conduzidas sem pesos nos tornozelos para assegurar que o participante pode levantar sua perna contra a gravidade.
2. Aplique os elétrodos do carbono adesivo de dois 7,5 cm x 12,7 cm bilateralmente na pele sobre o grupo do músculo extensor do joelho.
   1. Coloque o eletrodo distal ~1/3 a distância entre a patela e dobra inguinal e medial à sua mediana do quadríceps. Coloque o eletrodo no sentido longitudinal e paralelamente ao eixo da linha média, compreendido entre o quadril e as articulações do joelho (Figura 2).
   2. Coloque o eléctrodo proximal lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o músculo vasto lateral. Coloque o eletrodo no sentido longitudinal e paralelamente ao eixo da linha média (Figura 2).
3. Definir um estimulador portátil para uma frequência de 30 Hz e uma largura de pulso retangular bifásico 450 µs e 50 µs interpulse intervalo^{19,20,21,22,23,24 ,37,38,39}. Conecte os cabos do estimulador para cada eletrodo.
   Nota: A polaridade dos eletrodos não influencia o padrão de estimulação, enquanto os eletrodos são posicionados corretamente.
4. Começando com a perna direita, gradualmente aumente a corrente, até uma tensão perceptível e visível é reconhecida no grupo de músculo extensor do joelho. Continue a aumentar lentamente a corrente para evocar a extensão completa do joelho (máx 200 mA). Permitir que a perna ficar estendido para 3-5 s evocar a máxima tensão nas unidades motoras ativadas.
5. Diminua gradualmente a corrente até a abaixo 50% do alvo atual necessário para estender a perna e mova a perna excêntrica de volta à posição inicial. Recorde a amplitude atual necessária para evocar a extensão de perna inteira.
6. Complete a formação unilateral, incluindo 4 conjuntos de 10 repetições por perna e alternar entre pernas direita e esquerdas. Permitir que a perna de descansar 3-5 s entre cada repetição e 3 min entre as séries. Se o participante não atinge a extensão completa do joelho, gravar a % de amplitude de movimento e aumentar o tempo entre as repetições.
   Nota: A fadiga muscular é definida como duas repetições consecutivas com um intervalo de movimento ≤ 25%.
7. Tentativa de cada uma das quatro, mas se participante experimenta fadiga muscular, acabar com o conjunto atual e continuar a formação sobre a perna oposta. Se a extensão completa do joelho é alcançado sem fadiga muscular para 2 sessões de treinamento consecutivos, adicione 2 lbs de pesos de tornozelo na semana seguinte de formação.

3. FES-LEC

1. Medir do participante descanso pressão arterial e frequência cardíaca. Posicione o participante na frente da moto de ergometro FES (Tabela de materiais), sentado em seu poder pessoal ou cadeira de rodas manual (Figura 3a, Figura 3b).
2. Aplicar os elétrodos do carbono adesivo extensora, joelho grupos do músculo flexor e glúteo máximo bilateralmente.
   1. Para extensores de joelho, coloque o eletrodo distal (7,5 x 12,7 cm) sobre a pele 1/3 da distância entre a patela e a prega inguinal, sobre o músculo vasto medial. Coloque o eléctrodo proximal lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o vasto lateral do músculo (figura 4a).
   2. Para flexores de joelho, coloque o eletrodo distal (7,5 x 10 cm) sobre a pele 2-3 cm acima da fossa poplítea. Coloque o eléctrodo proximal 20 cm acima da fossa poplítea (figura 4b). Para evitar movimento do eletrodo distal, aplique uma ligadura elástica para posicionamento seguro do eletrodo (Figura 3a).
   3. Para glúteos, instrua o participante a inclinar-se para a frente para o ergometro. Coloque dois eletrodos (5 x 9 cm) paralelo e a maior parte da barriga do músculo; permitir que ~ dois dedos de largura de separação entre os eléctrodos.
3. Com o participante sentado na sua cadeira de rodas e centrada na frente o ergometro, conecte os cabos do estimulador para cada um dos 12 eletrodos. Verifique a frente e para trás do ergometro para certificar-se de que o participante corretamente é centrado.
4. Certifique-se de que a cadeira de rodas do participante está bloqueada e Coloque suavemente os pés do participante (vestindo tênis) dentro dos pedais (Figura 6). Prenda a parte inferior da perna para o ergometro usando as cintas elásticas embrulhadas em um tecido cobrindo. Segura os pés do participante no lugar com o cruzamento de duas correias elástica e Velcro localizado em cada pétala (Figura 5).
5. Depois de amarrar as pernas para o ergometro, passivamente mova que as pernas, então, observar o padrão de ciclismo. Se as pernas também são compactadas ou hiperestendida, ajustar a altura da moto e verifique novamente a posição movendo passivamente a perna.
6. Seguro para o ergometro usando os dois ganchos extensíveis, localizados na base do ergometro, cadeira de rodas do participante. Ligue os ganchos para uma estrutura estável debaixo da cadeira de rodas (Figura 5). Coloque duas quebras de madeira debaixo das rodas da cadeira de rodas, para impedir qualquer movimento da cadeira durante a ciclagem.
7. Definir a frequência de estimulação para 33,3 Hz, duração do pulso para 350 µs e a amplitude atual para 140, 100, 100 mA para o extensor do joelho, flexores de joelho e músculo glúteo máximo grupos, respectivamente.
8. Defina os parâmetros do ciclo da seguinte maneira: atingir a velocidade de 40-45 rotações por minuto (RPM); torque do motor ajustável começando com 10 Nm; resistência de 1.0, 1.5 e 2.0 Nm para exercício dos estágios I, II e III.
9. Definir o intervalo de parâmetros de treinamento da seguinte forma: 3 min "aquecer" fase; três-10min exercer estágios (estimulação); um 2-min descansando fase seguinte cada exercício de estágio; e 3 min fase "esfriar".
10. Baseado no nível de lesão (acima ou abaixo de T4), medida a taxa de pressão e coração de sangue cada 2 a 5 min para prevenir a ocorrência de quaisquer sintomas de Disreflexia autonômica.
11. Se a pressão arterial permanece elevada, parar o ergometro, e instruir o participante a esvaziar sua bexiga ou descansar se eles já têm anulado. Além disso, verifique se que o participante está encaixado corretamente para reduzir quaisquer pontos de pressão e verifique se os sapatos ou qualquer alças não são excessivamente apertadas. Monitore a pressão arterial intimamente cada 2 min. Se a pressão arterial se recuperar, voltar ao treinamento; se a pressão arterial permanece não recuperado, terminar a sessão e instruir o participante a ver seu médico da atenção primária.
    Nota: É vital para garantir que os participantes consistentemente tomam a sua medicação de pressão arterial, se for o caso e esvaziar sua bexiga antes de FES-ciclismo.
12. Registro do participante frequência cardíaca, velocidade, potência, distância, resistência e estimulação % cada 30 s.
13. Se o participante for concluída uma sessão de exercício inteiro sem fadiga (< 18 RPM de velocidade durante a ciclagem ativo), diminuir a assistência de torque do motor servo por 1 Nm a sessão seguinte, caso contrário mantenha todos os parâmetros da mesma.
14. Se o participante for concluído duas sessões de treinamento de exercício sem fadiga ou o uso de assistência de motor servo durante estágios do exercício, aumentar a resistência por 0,5 Nm em cada estágio do exercício.

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Resultados

Pesos de tornozelo progressivamente aumentaram para 22 participantes, mais de 16 semanas de EENM-RT (Figura 6a). Os pesos médios levantados pelos participantes foi de 19,6 ± 6,5 lb (perna direita) e ± 20 6 lbs (perna esquerda) [8-24 lb.]. Amplitude atual oscilou durante todo o julgamento para pernas direita e esquerdas (Figura 6b).

Progressão de um indivíduo com mo...

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Discussão

O atual estudo demonstrou dois paradigmas diferentes de estimulação elétrica. Um paradigma é focada na implementação de carga progressiva para o músculo treinado para evocar a hipertrofia do músculo esquelético e a outro paradigma é destinada principalmente para melhorar o desempenho cardio-metabólicas através de reforço de capacidade aeróbia. O estudo assegurado para comparar os dois paradigmas e para destacar os prós e contras de cada um.

EENM-RT é provado para ser eficaz em ...

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Materiais

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
pillow/cushion	n/a	n/a	standard
ankle weights	n/a	n/a	2-26 lb.