Biofeedback eletromiográfico de superfície como uma ferramenta de reabilitação para pacientes com lesão global do plexo braquial recebendo reconstrução biônica

Resumo

Os resultados funcionais óptimos após a reconstrução Bionic nos pacientes com ferimento global do plexo braquial dependem de um protocolo estruturado da reabilitação. O treinamento guiado eletromiográfico de superfície pode melhorar a amplitude, a separação e a consistência de sinais do EMG, que-após a amputação eleitoral de um mão-controle functionless e conduza uma mão protética.

Resumo

Nos pacientes com ferimento global do plexo braquial e na falta de alternativas do tratamento biológico, a reconstrução Bionic, incluindo a amputação eleitoral da mão functionless e sua recolocação com uma prótese, foi descrita recentemente. A função protética óptima depende de um protocolo estruturado da reabilitação, porque a atividade residual do músculo no braço de um paciente é traduzida mais tarde na função protética. O biofeedback electromiográfico de superfície (sEMG) foi usado durante a reabilitação após o curso, mas não tem sido usado até agora nos pacientes com os ferimentos periféricos complexos do nervo. Aqui, apresentamos nosso protocolo de reabilitação implementado em pacientes com lesões globais do plexo braquial, adequadas para a reconstrução biônica, partindo da identificação de sinais de sEMG para o treinamento protético final. Este programa estruturado da reabilitação facilita o Relearning do motor, que pode ser um processo cognitivamente debilitante após os ferimentos complexos da avulsão da raiz de nervo, a re-inervação aberrante e a reconstrução extra-anatômica (como é o caso com transferência do nervo cirurgia). O protocolo da reabilitação que usa ajudas do Biofeedback de sEMG no estabelecimento de testes padrões novos do motor como pacientes está sendo feito ciente do processo de avanço da re-inervação de músculos do alvo. Além disso, sinais fracos também podem ser treinados e melhorados usando o biofeedback sEMG, tornando um músculo clinicamente "inútil" (exibindo a força muscular M1 na escala do British Medical Research Council [BMRC]) elegíveis para o controle protético Dexterous da mão. Além disso, os resultados funcionais após a reconstrução Bionic bem sucedida são apresentados neste artigo.

Introdução

Os ferimentos globais do plexo braquial que incluem a avulsão traumático de raizes de nervo da medula espinal representam um dos ferimentos os mais severos do nervo nos seres humanos e afetam geralmente os pacientes^{novos, de}outra maneira saudáveis no auge da vida^1,2 . Dependendo do número de raizes de nervo avulsed, a paralisia superior completa do membro pode seguir desde que a conexão Nerval do cérebro ao braço e à mão é interrompida. Tradicionalmente, a avulsão das raízes nervosas tem sido associada a desfechos pobres³. Com técnicas do nervo microsurgical que ganham a terra dentro das últimas décadas, os resultados cirúrgicos foram melhorados e a função de motor útil no ombro e no cotovelo é restaurada geralmente^4,5. A musculatura intrínseca na mão, que se encontra mais distalmente, normalmente sofre degeneração gordurosa, resultando em atrofia irreversível antes que os axônios regenerantes possam alcançá-lo⁶. Para tais casos, a reconstrução biônica, que inclui a amputação eletiva da mão "plexo" sem funcionamento e sua reposição com mão Mecatrônica, tem sido descrita^7,8. A atividade muscular residual no antebraço de um paciente, que pode ser clinicamente insignificante (contrações isométricas, M1 na escala do British Medical Research Council [BMRC]), é captado de eletrodos transcutâneos que detectam atividade eletromiográfica, que é em seguida, traduzido em vários movimentos de uma mão protética⁹.

Suficientes sinais eletromiográficos (sEMG) de superfície podem estar presentes na consulta inicial. Em alguns casos, entretanto, os sinais adicionais precisam de ser estabelecidos realizando transferências seletivas do nervo e do músculo⁷. Em ambos os casos, um protocolo de reabilitação estruturado é necessário para garantir a consistência do sinal sEMG e subsequente função protética ideal no final do processo. Um desafio principal que segue a avulsão da raiz de nervo e a re-inervação aberrante assim como após a cirurgia da transferência do nervo é o estabelecimento de testes padrões novos do motor para permitir o controle volitiva sobre o músculo do alvo. os métodos de biofeedback sEMG têm sido amplamente utilizados na reabilitação do AVC¹⁰. Este método permite a visualização direta da atividade muscular que de outra forma seria despercebida devido à fraqueza muscular e/ou coativação de antagonistas. Incentiva assim pacientes a treinar seus músculos fracos, ao fornecer o gabarito preciso na execução correta de tarefas do motor¹¹.

Em uma publicação recente nós mostramos pela primeira vez que o biofeedback de sEMG pode igualmente ser usado na reabilitação de lesões periféricas complexas do nervo¹². Nós acreditamos que o biofeedback de sEMG é um método extremamente útil fazer um paciente ciente do processo de avanço da re-inervação após a cirurgia da transferência do nervo. Também, a atividade fraca do músculo, que anteriormente era de nenhum uso ao paciente, pode ser treinada e strengthened para um controle protético mais atrasado usando o biofeedback de sEMG, que permite o visualização concreta da atividade de outra maneira despercebida do músculo ao clínico e ao paciente . O progresso do treinamento pode, portanto, ser bem compreendido e documentado. Adicionalmente, o uso de feedback direto sobre a atividade muscular permite ao clínico correlacionar vários comandos motores com a amplitude e consistência do sinal associado, estabelecendo as melhores estratégias motoras para permitir o controle protético robusto no futuro. Em suma, o objetivo deste método é facilitar o processo de reabilitação, aumentando o entendimento, a conscientização e o controle de seus sinais sEMG, que mais tarde impulsionarão uma mão protética.

Protocolo

A implementação clínica deste protocolo de reabilitação foi aprovada pelo Comitê de ética da universidade médica de Viena (número de votos éticos: 1009/2014), Áustria e realizada de acordo com as normas estabelecidas pela declaração de Helsínquia. Todos os pacientes forneceram consentimento informado por escrito para participar deste estudo.

Nota: publicações anteriores de aszmann et al.⁷ e Hruby et al.^8,13 estão disponíveis descrevendo o conceito, o algoritmo de tratamento e os pré-requisitos psicossociais em relação à reconstrução biônica em grande detalhe. Tabela de materiais referencia todos os materiais e equipamentos utilizados no protocolo de reabilitação proposto.

1. avaliação do doente aquando da consulta inicial

1. Para todas as etapas da avaliação, da reabilitação e do treinamento pacientes, encontre um escritório ou uma sala de exame, onde o paciente esteja sozinho em uma atmosfera quieta sem distúrbios. Certifique-se de ter espaço suficiente para examinar o paciente e para configurar o sistema de biofeedback sEMG.
2. Obtenha uma anamnese detalhada do paciente que inclui o mecanismo e o primeiro cuidado de ferimento, relatórios em cirurgias precedentes do reparo do nervo, e a inabilidade subjetiva na vida do dia a dia.
3. Considere somente pacientes para a reconstrução Bionic com alternativas falhadas do tratamento biológico (isto é, reparo do nervo, transferências do nervo, reconstruções secundárias tendo por resultado a função fútil do membro superior). Excluir pacientes com danos simultâneos ao sistema nervoso central, fraturas instáveis do membro afetado, problemas de saúde mental não tratados e/ou resilientes, dependência de drogas, falta de conformidade e compromisso de aderir a uma reabilitação de longa duração Programa.
4. Realize um exame clínico detalhado com foco na função do membro superior atual. Avalie clinicamente a função de todos os músculos principais no braço e na mão afetados usando a escala de classificação de BMRC.
5. Avaliar em uma equipe multidisciplinar constituída por cirurgiões reconstrutivos, cirurgiões ortopédicos, fisiatras, psicólogos e fisioterapeutas se alternativas de tratamento biológico são possíveis. Explique ao paciente que a funcionalidade de uma prótese mioelétrica não pode de maneira nenhuma comparar com a de uma mão biológica.
6. Pergunte ao paciente sobre seus motivos e perspectivas sobre a reconstrução biônica (ver uma publicação anterior¹³ , incluindo a entrevista estruturada com um psicólogo para avaliar se um paciente é psicosocialmente apto a percorrer o processo de biônico reconstrução).
7. Avalie se os sinais de Tinel podem ser eliciados ao longo do eixo neural dos principais nervos periféricos, indicando a presença de axônios viáveis adequados para a cirurgia de transferência nervosa.
8. Além da avaliação do paciente, também vagamente delinear uma possível linha do tempo de todo o processo, que depende da disponibilidade de sinais EMG detectáveis. Se outras intervenções, tais como apoio psicológico, formação postural, e/ou fortalecimento dos músculos remanescentes são indicadas, iniciá-los o mais rapidamente possível.

2. identificação dos sinais sEMG

1. Configurar um sistema de biofeedback sEMG em uma mesa em uma sala tranquila. Isso pode ser um dispositivo autônomo ou um conectado a um computador. Se um computador for usado, conecte o dispositivo EMG ao computador conectando todos os cabos e inicie o software apropriado no computador.
2. Para reduzir a impedância, prepare a pele do paciente, raspando cuidadosamente a respectiva parte do corpo e/ou removendo suavemente as células mortas da pele com um gel de peeling ou uma toalha de papel molhada.
3. Explique logo a funcionalidade do dispositivo do EMG e do software de computador associado ao paciente.
4. Posicione o paciente na frente da tela do computador.
5. Peça ao paciente para pensar em movimentos de mão e, simultaneamente, tentar contrair os músculos destinados a realizar uma ação específica (como estender o pulso, fazendo um punho, flexiando o polegar, etc.), mesmo que isso não resultará em movimento real de seu functionless Mão. Palpate seu antebraço para (fraco) contração muscular.
6. Coloque um eletrodo sEMG na posição exata da pele, onde a contração muscular pode ser palpada com o dedo, por exemplo, no compartimento extensor dorsal 5 cm distal à articulação do cotovelo ao pedir ao paciente para pensar em estender seu pulso e dedos.
   Nota: enquanto a atividade sEMG pode ser detectada com eletrodos secos e molhados, os eletrodos secos são preparados para testes, pois podem ser facilmente movidos para a pele para verificar se há posições ideais.
7. Repita o comando do motor usado antes (isto é, extensão do pulso e dedos) para provocar a contração do músculo.
   1. Observe o sinal EMG na tela do computador e veja se a amplitude aumenta consistentemente quando o paciente tenta contrair o músculo destinado a realizar uma ação específica (ou seja, estendendo o pulso e os dedos).
   2. Se a amplitude não é suficientemente elevada (menos de 2 − 3 vezes do ruído de fundo¹²) ou o sinal é inconsistente, tente outros comandos do motor com a mesma posição do elétrodo e veja se as amplitudes mais elevadas podem ser obtidas.
8. Repita o procedimento para um grupo muscular ou muscular diferente. Por exemplo, mova o eletrodo sEMG para o aspecto volar do antebraço, colocando-o no músculo pronador redondo, e peça ao paciente que tente pronating seu antebraço. Observe o sinal na tela do computador e veja se a amplitude aumenta repetidamente quando o paciente pensa deste movimento.
   Nota: em alguns pacientes, nenhuma atividade muscular é palpável. Aqui, três ou mais eletrodos de sEMG devem ser colocados sobre o aspecto volar, dorsal e radial do antebraço e vários comandos do motor devem ser tentados, observando atentamente todos os sinais para mudanças de amplitude, mesmo com as menores alterações no posicionamento do eletrodo ( consulte a Figura 1).

Figura 1: captura de tela de sinais EMG em uma tela de computador.
Para identificar a atividade EMG, dois ou mais eletrodos podem ser colocados no antebraço de um paciente pedindo-lhe para tentar vários movimentos. Neste caso específico, o eletrodo no aspecto volar do antebraço detecta atividade EMG como refletido pela primeira onda vermelha exibida na tela do computador, quando o paciente tenta fechar sua mão. A separação do sinal neste paciente é satisfatória, desde que o sinal azul, que corresponde ao segundo elétrodo coloc no aspecto dorsal do antebraço, não alcança o ponto inicial. Quando o paciente pensa em abrir a mão, a amplitude do sinal azul excede o limiar, enquanto o sinal vermelho permanece quase inativo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

9. Tente também os comandos do motor e as posições do elétrodo que diferem da anatomia "normal" como a re-inervação aberrante e as reconstruções extra-anatômicas como em transferências do nervo alteraram a entrada neural aos músculos parcialmente desnervado.
10. Se nenhuma atividade muscular for encontrada no antebraço, repita o procedimento no braço superior e na cintura do ombro.
    Nota: em alguns doentes, não são encontrados sinais de sEMG. Nestas, as transferências do nervo e do músculo precisam de ser executadas para estabelecer locais novos do sinal do EMG (o conceito cirúrgico detalhado pode ser encontrado em outra parte⁷), atrasando o treinamento do sinal por 6 − 9 meses. Para o controle protético Dexterous da mão pelo menos dois sinais separáveis do EMG são necessários.

3. treinamento de sinal guiado por sEMG

Observação: as sessões de treinamento para treinamento de sinal guiado por sEMG não devem exceder 30 min, pois isso leva à fadiga muscular, o que está dificultando a aprendizagem motora bem-sucedida. As etapas descritas precisam ser repetidas durante um longo período de tempo para garantir uma boa coordenação neuromuscular, conforme necessário posteriormente, para um controle protético confiável.

1. Assim que dois ou mais sinais EMG tiverem sido identificados, incentive o paciente a ativá-los alternadamente (ver Figura 2a). Para conduzir de forma confiável uma prótese, os sinais EMG independentes precisam ser controlados sem interferência.
   1. Ajuste o ganho da tensão de cada sinal independentemente para conseguir um limiar de amplitude similar para todos os sinais durante o treinamento, que fará a separação e a compreensão do sinal mais fáceis para o paciente.
   2. Repita e explique ao paciente a mecânica de uma mão protética: a contração ligeira do músculo conduzirá finalmente à separação melhorada do sinal e deve ser preferida sobre a força de músculo, isto é, a amplitude de um sinal.

Figura 2: reabilitação guiada por sEMG para pacientes com reconstrução da mão biônica.
(A) com visualização direta da atividade muscular, vários comandos motores podem ser tentados a identificar a maior amplitude EMG sobre um músculo alvo específico e diferentes posições de sinal podem ser comparadas. (B) usando uma prótese da parte superior de tabela, a atividade do EMG no braço de um paciente é traduzida diretamente na função protética. (C) o encaixe de uma mão protética híbrida permite que o paciente visualize e compreenda o uso protético futuro da mão. (D) após a reconstrução protética, os sinais EMG podem ser treinados e otimizados com biofeedback SEMG ou com a própria mão protética. Este número foi modificado de Sturma et al.¹² e reproduzido com permissão de fronteiras em neurociência. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Observe os sinais EMG na tela do computador e conscientizar o paciente se os dois sinais são coativados ao tentar um movimento específico. Explique ao paciente que dois sinais não devem ser coativados durante a tentativa de uma ação específica, pois cada sinal EMG está vinculado a uma ação protética específica. Os sinais coativados não resultarão, portanto, na ação desejada pelo paciente.
3. Instrua o paciente a tentar diferentes movimentos (ligeiros) e observar quais padrões de movimento precisos são os melhores em relação à separação do sinal. Incentive o paciente a treinar esses movimentos.
4. Deixe o paciente saber que a separação perfeita do sinal é improvável no começo do treinamento mas melhorará com um número elevado de repetições.
   Cuidado: permitir que as fases de relaxamento como força muscular pode diminuir mais rápido em pacientes com lesões nervosas complexas e mioatividade fraca.
5. Com consistência melhorada do sinal, instrua o paciente a gerar uma amplitude mais elevada do sinal para reforçar mais o músculo e seu sinal.
6. Com separação consistente do sinal do EMG e controle contínuo, instale uma prótese da parte superior de tabela conectada ao software correspondente do EMG e aos elétrodos coloc no antebraço/braço do paciente. Isto traduzirá diretamente a atividade EMG na função protética mecânica (ver Figura 2B e Figura 3).

Figura 3: paciente na frente de uma prótese da parte superior de tabela e screenshot de seus dois sinais em uma tela de computador.
No antebraço do paciente, dois eletrodos sentido atividade EMG. Esses dois sinais são exibidos como gráficos codificados por cores na tela do computador (vermelho e azul) e são traduzidos simultaneamente para o movimento protético, permitindo que o paciente compreenda a relação entre a qualidade do sinal e o controle protético. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

7. Eduque o paciente que as próteses mioelétrica com controle direto usam a entrada de um elétrodo (isto é, a atividade muscular detectada de um elétrodo) para controlar um movimento protético.
8. Faça o paciente ciente da correlação entre a aparência do sinal (na maior parte altura da amplitude) na tela de computador e a velocidade/força do movimento protético, caso que um dispositivo com controle proporcional da velocidade de movimento é escolhido.
   Nota: dependendo do número de sinais EMG disponíveis e dos graus de liberdade do dispositivo protético final, pode ser necessário utilizar métodos para alternar entre estes graus de liberdade. Um método freqüentemente usado de comutação entre graus de liberdade (por exemplo, mão aberta/próxima à pronação/supinação) é através da contração simultânea de dois músculos, também conhecido como cocontração¹⁴.
9. Treinar cocontração. Deixe o paciente observar os sinais EMG na tela do computador e a prótese. Se o dispositivo protético não se mover, ou seja, abrir/fechar durante a cocontração, o paciente está fazendo isso corretamente.

4. encaixe híbrido da mão e treinamento protético

1. Marque as posições do eletrodo na pele do paciente, que foram definidas como ideais para controle protético confiável e deixe um técnico ortopédico fabricar uma tomada protética preliminar projetada com essas posições exatas do eletrodo.
2. Monte uma mão protética híbrida com o soquete individualmente costurado sobre ou abaixo da mão "plexo" functionless (veja Figura 2C).
3. Simultaneamente executar o programa de software EMG para tornar o paciente consciente de suas ações.
4. Alternadamente treinar diferentes movimentos protéticos. Eletrodos também podem ser colocados em músculos adjacentes ao longo do braço e cintura ombro para evitar cocontrações inconscientes, o que levará à fadiga em todo o membro superior com o aumento dos tempos de desgaste.
   1. Comece com movimentos protéticos simples (Abra somente/feche a mão sem nenhuma cocontração) com o peso do dispositivo protético que está sendo apoiado.
   2. Mova-se para movimentos protéticos simples em posições diferentes do braço, tais como o cotovelo que está sendo estendido ou flexied alternadamente. Faça o paciente ciente de discrepâncias do sinal ao ajustar as várias posições do braço e a consistência do sinal do trem em todas as posições.
      Nota: após a regeneração espontânea do nervo não intencional, a coativação de diferentes grupos musculares ou musculares ocorre frequentemente devido à re-inervação aberrante, que pode dificultar os movimentos coordenados e desabilitar as atividades musculares adequadas¹⁵. A contração muscular fraca não intencional geralmente ocorre quando se move o braço, que é detectado pelos sensores sEMG e traduzido para o movimento protético. Isso pode resultar em um fraco controle protético, se não for adequadamente abordado durante a reabilitação usando treinamento EMG e fortalecimento muscular, conforme descrito abaixo.
   3. Em caso do controle protético incômodo em posições diferentes do braço, observe completamente os sinais do EMG na tela de computador e aponte-o para fora ao paciente, em que a contração não intencional da posição do braço de um ou mais músculos conduz à excursão do sinal. Treinar a ativação precisa de sinais EMG em posições que o paciente ainda pode manipular e mudar lentamente a posição do braço ao longo do tempo.
   4. Realize o treinamento da força para flexores do cotovelo (e os músculos do ombro, se aplicável), se a coativação dos músculos usados para o controle protético é observada ao levantar o braço. Explique ao paciente que um músculo mais forte (ou seja, um músculo que não funciona com sua força voluntária máxima durante tarefas de levantamento simples) geralmente também contribui para uma melhor separação dos sinais. Também realizar o treinamento de força, se os músculos do membro superior são muito fracos para mover o dispositivo protético no espaço tridimensional e/ou estabilizar o ombro ao fazê-lo.
   5. Continue com tarefas de agarramento simples, como pegar pequenas caixas e manipular objetos pequenos (veja a Figura 2C).
   6. Finalmente, treinar tarefas simples da vida diária como abrir uma porta, dobrar uma toalha ou abrir uma garrafa.
      Nota: muitas tarefas podem ser restritas devido ao fato de que a mão paralisada fica no caminho, e o dispositivo pode se sentir bastante pesado como o paciente tem que levantar o peso de sua própria mão, além da mão prótese híbrida.
5. Se a qualidade do sinal for insuficiente, pode ser benéfico voltar ao sinal de treinamento na tela do computador. Em todas as tarefas especificamente olhar para a coativação de sinais na tela do computador e melhorar ainda mais a independência do sinal.
6. Avalie a função do membro superior usando a mão protética híbrida e grave o vídeo dos resultados do teste. Adicionalmente, use as mesmas Avaliações para a mão paralisada a fim documentar o benefício funcional esperado da recolocação protética da mão functionless.

5. amputação eletiva e substituição protética da mão

1. Planejar precisamente o nível de amputação, dependendo do local dos vários sinais EMG (TransRadial, transumeral ou, em casos raros, glenoumeral) na equipe multidisciplinar consistindo de fisioterapeuta do paciente/instrutor EMG, o cirurgião responsável para a amputação e o psicólogo familiarizado com as expectativas do paciente.
2. Pergunte ao paciente se ele/ela tem quaisquer perguntas não resolvidas a respeito da amputação planejada e comunique claramente que é possível a qualquer momento antes da amputação revogar esta decisão, que resultará de outra forma em uma cirurgia irreversível e que altera a vida.
3. Realize a avaliação padronizada da função de membro superior usando a mão sem funções e a fita de vídeo os resultados
4. Realize a avaliação padronizada da função do membro superior usando a mão protética híbrida e a fita de vídeo os resultados para documentar os benefícios de um encaixe protético futuro.
5. Realize a amputação eletiva do membro functionless como descrito previamente^7,8.
6. Permita a cicatrização de feridas pós-operatória e deixe o paciente treinar juntas adjacentes para melhorar a mobilidade dos membros superiores. Após 4 − 6 semanas, treinar os sinais EMG como descrito acima e definir os melhores hotspots para as posições do eletrodo.
   Nota: estas posições do elétrodo e os comandos do motor puderam diferir ligeiramente daqueles encontrados antes da amputação.
7. Deixe que um técnico ortopédico projete a tomada protética final usando as posições previamente definidas do elétrodo do EMG (veja Figura 4, ilustrando um projeto possível do soquete em um dos pacientes incluídos).
   Nota: quando não houver nenhum projeto específico do soquete recomendado, a posição exata dos elétrodos e sua adesão à pele do coto são da importância máxima porque os pacientes do plexo braquial têm uma relação neuro-muscular pela maior parte reduzida.

Figura 4: exemplo de um possível projeto de prótese e soquete.
(A) a prótese deste paciente consiste em uma bainha exterior feita do carbono. (B) em vez de uma mão protética, o paciente prefere usar um gancho, que abre e fecha, como uma ferramenta de agarramento. (C, D) Os dois eletrodos são integrados na prótese. O paciente veste um forro do silicone com dois furos nele, permitindo o contato direto da pele com os dois elétrodos (não mostrados). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

8. Comece o treinamento protético.
   1. Mais uma vez, comece com movimentos protéticos simples (apenas abrir/fechar a mão sem qualquer cocontração) com o peso do dispositivo protético que está sendo apoiado.
   2. Mova-se para movimentos protéticos simples em posições diferentes do braço, tais como o cotovelo que está sendo estendido ou flexied alternadamente.
   3. Continue com tarefas de agarramento simples tais como pegarar caixas pequenas e manipular objetos pequenos (veja Figura 2D).
   4. Finalmente, treinar as atividades da vida diária, novamente começando com tarefas bastante simples (como abrir uma porta) e lentamente adicionar complexidade e tarefas que o paciente considera relevante para sua situação de vida específica.
9. Três meses após o encaixe protético, repita a avaliação padronizada da função do membro superior usando a mão protética e registre um vídeo dos resultados.

Resultados

Em seis pacientes com as lesões severas do plexo braquial que incluem as avulsões múltiplas da raiz de nervo o protocolo de reabilitação apresentado usando o biofeedback de sEMG foi executado com sucesso. As características detalhadas do paciente podem ser encontradas na tabela 1. A Figura 2 demonstra as diversas fases do protocolo de reabilitação estruturada e explicações detalhadas sobre sua implementação.

Para demonstrar melhorias na função da mão antes e após a reconstrução Bionic, uma avaliação padronizada que avalia a função global da extremidade superior foi executada em dois pontos do tempo: antes da amputação eleitoral da mão "plexo" functionless assim como após a reconstrução protética bem sucedida e reabilitação. O teste do braço da pesquisa da ação (ARAT) foi desenvolvido originalmente para avaliar a função global do motor da extremidade superior nos pacientes com prejuízo cognitivo do controle da mão¹⁶. A abordagem padronizada de Yozbatiran et al.¹⁷ foi utilizada em nossos estudos. O ARAT consiste em quatro seções diferentes, que incluem tarefas próximas à vida diária. O teste é cronometrado pelo observador que igualmente taxa o desempenho da tarefa de 0 − 3, com 3 que indica a função normal. Um máximo de 57 pontos é atingível indicando A função motora incomprometida¹⁶. O número de sessões de terapia com biofeedback sEMG e resultados detalhados para cada paciente pode ser encontrado na tabela 2.

Embora a satisfação paciente com o Protocolo oferecido da reabilitação usando o biofeedback de sEMG não fosse medida diretamente, todos os seis pacientes relatados para encontrá-lo extremamente útil em compreender o processo da re-inervação depois da cirurgia de transferência do nervo e para treinar a contração dos músculos com atividade muito fraca que anteriormente não era de uso clínico para eles.

Número do caso	Sexo, idade (anos)	Tipo de acidente	Tipo de lesão	Cirurgias para melhorar a interface biotecnológica após reconstruções iniciais não conseguiram melhorar a função da mão
1	m, 32	Queda da altura	Avulsão de C7 − T1; lesão de tração do plexo infraclavicular	Amputação eletiva do antebraço
2	m, 32	Acidente de motocicleta	Ruptura de todos os 3 truncos da BP	O músculo grácil livre transferido ao compartimento do extensor do antebraço & neurotização do ramo profundo do nervo radial ao nervo obturator; amputação eletiva do antebraço
3	m, 55	Acidente de motocicleta	Avulsão de C5 − T1	Amputação eletiva do braço superior
4	m, 38	Acidente de motocicleta	Dano extensivo às raizes C5 − C8; avulsão de T1	Amputação eletiva do antebraço
5	m, 27	Acidente de motocicleta	Avulsão C8 − T1	Amputação eletiva do antebraço
6	m, 43	Acidente de motocicleta	Avulsão de C6 − T1	Transferência de músculo tríceps para fossa infraspinatosa e transferência de músculo bíceps para fossa supraclavicular para melhorar o encaixe protético; Amputação eletiva do braço (exarticulação do ombro)

Tabela 1: características do paciente. Em todos os pacientes, a reconstrução Bionic foi iniciada devido ao inviabilidade de alternativas do tratamento biológico. As cirurgias para estabelecer sinais EMG no braço dianteiro e superior podem incluir transferências seletivas do nervo e do músculo, que conduirão então uma mão protética mioelétrica. A amputação eletiva é realizada em um nível TransRadial ou transhumeral, dependendo da atividade residual do músculo. Todas as transferências seletivas do nervo executadas neste grupo paciente eram bem sucedidas. Esta tabela foi modificada de Sturma et al.¹² e reproduzida com permissão de fronteiras em neurociência.

Número do caso	ARAT na linha de base	ARAT na empresa follow-up	Início do treinamento sEMG		Número de sessões de terapia no total (30 min cada)
1	7	35	Imediatamente após a primeira consulta		24
2	0	15	Treinamento com um sinal imediatamente após a primeira consulta; o segundo sinal estava disponível 9 meses após transferência livre do núcleo + transferência do nervo		30
3	0	19	Imediatamente após a primeira consulta		16
4	1	22	Imediatamente após a primeira consulta		20
5	9	42	Imediatamente depois que a decisão para apontar para uma reconstrução Bionic como a reconstrução biológica falhou		20
6	0	17	Imediatamente após a primeira consulta		22
Média (± DP)	2,83 ± 4, 7	25, 0 ± 10,94			22 ± 4,32

Tabela 2: escores de Arat e número de sessões de terapia. No teste do braço da pesquisa da ação (ARAT), os pacientes mostraram inicialmente a função superior insignificante do membro (média 2,83, de um máximo de 57 pontos atingível). A função útil foi restaurada após a reconstrução Bionic (média 25, 0, de 57). Esta tabela foi modificada de Sturma et al.¹² e reproduzida com permissão de fronteiras em neurociência.

Discussão

As abordagens de biofeedback têm sido amplamente utilizadas na reabilitação de diversas desordens neuromusculares, variando de (Hemi)-condições plégicas resultantes de patologias centrais como hemorragia cerebral e AVC^18,19a vários degeneração ou ferimento osteomuscular e sua terapia cirúrgica^20,21,22. Curiosamente, o conceito de biofeedback estruturado não foi implementado na prática clínica para lesões nervosas periféricas. No entanto, precisamente na reabilitação de lesões nervosas complexas, prática, repetição, e programas de treinamento estruturado com biofeedback adequado são necessários para estabelecer padrões motores corretos²³.

Aqui, e em um estudo anterior¹², nós apresentamos um protocolo estruturado da reabilitação usando o biofeedback de SEMG para os pacientes com falta de alternativas do tratamento biológico elegíveis para a recolocação protética da mão, um conceito sabido hoje como Bionic Reconstrução. A vantagem a mais aparente de usar um conjunto do Biofeedback de sEMG no contexto da reconstrução Bionic levanta-se da definição exata de hotspots de sEMG, isto é, posições da pele, onde uma amplitude relativamente elevada da atividade do EMG pode ser medida transcutaneously. Os vários comandos do motor podem ser tentados alternadamente, porque os sensores podem facilmente ser movidos ao longo do antebraço inteiro, e-em caso de faltar a função detectável do músculo no antebraço-também no braço superior e na cintura do ombro. Quando um paciente é solicitado a tentar contrair os músculos destinados a realizar uma ação específica (como estender o pulso), um eletrodo pode ser colocado, onde a contração muscular (fraca) é palpada pelo examinador. Observando o sinal EMG na tela do computador, pode-se facilmente determinar se a amplitude do sinal aumenta consistentemente, quando o paciente tenta contrair este músculo. Se a amplitude não for suficientemente alta ou se o sinal for inconsistente, podem ser tentados outros comandos do motor com a mesma posição do eléctrodo. Como opor à agulha EMG, este procedimento é não-invasor, nao doloroso e pode ser repetido para todos os músculos/grupos do músculo no braço. O teste de vários comandos do motor em diferentes locais musculares permite identificar os hotspots EMG, com a maior amplitude e atividade reprodutível associada a uma ação motora específica. Após a identificação dos sinais EMG mais fortes, estes podem ser treinados usando biofeedback sEMG com relação à separação do sinal (a coativação de dois ou mais sinais EMG não deve ocorrer na tela do computador), a intensidade do sinal (refletida pelo sinal EMG amplitude na tela do computador) e reprodutibilidade do sinal (cada tentativa de contrair o músculo deve levar a uma excursão do respectivo sinal EMG). Em uma etapa mais atrasada do treinamento, a atividade do EMG é traduzida diretamente na função protética, primeiramente usando uma prótese da parte superior de tabela (veja Figura 3), que dá o gabarito adicional ao paciente permitindo o ajuste fino da força do aperto, e então desgastando o prótese física.

Em amputados convencionais, uma grande quantidade de literatura mostrou que a-músculo-renervação direcionada (TMR), ou seja, a transferência cirúrgica de nervos de braço residual para sítios musculares alternativos no tórax e no braço superior, melhora a função protética, uma vez que estes os músculos re-inervados servem como amplificadores biológicos de comandos de motor intuitivos e fornecem sinais EMG fisiologicamente adequados para controle de mão, pulso e cotovelo de prótese^24,25,26,27 . Usando sistemas de controle do padrão-reconhecimento, os dados do EMG extraídos dos sinais numerosos de SEMG coloc sobre a pele destes músculos re-inervado podem ser decodificados e traduzidos às saídas específicas, reprodutíveis do motor, que fornece o mioelétrica mais de confiança controle da prótese^28,29,30. Porque o número de locais do sinal do EMG e a atividade mioelétrica dos músculos nos pacientes com ferimento da avulsão do plexo braquial são muito limitados, os algoritmos do reconhecimento do teste padrão não podem ser usados como é feito para amputados convencionais⁸. Ainda, com uma pesquisa mais adicional e uma tecnologia melhorada, estes sistemas podem poder extrair mais informação nos sinais fracos existentes do músculo e conseqüentemente melhorar a função protética também neste grupo paciente peculiar.

Embora o protocolo apresentado seja considerado uma diretriz, os detalhes precisam ser adaptados dependendo do paciente e do equipamento disponível. Devido à re-inervação aberrante ocorrendo após tais lesões nervosas, os comandos motores não resultam necessariamente na ativação de músculos anatomicamente "corretos"¹². Por exemplo, os autores observaram atividade EMG no compartimento flexor do antebraço, enquanto os pacientes estavam tentando abrir a mão. Conseqüentemente, os vários comandos do motor devem ser testados a fim identificar sinais do EMG. Adicionalmente, a função muscular residual (embora em todos os casos demasiado fraca para gerar movimentos úteis da mão) pôde pela maior parte variar através dos pacientes e causar variações no tempo de treinamento exigido como mostrado na tabela 2. Além disso, a escolha do dispositivo protético e o número de eletrodos utilizados para o controle alteram os requisitos para a precisão da separação do sinal, a amplitude do sinal e a necessidade de cocontração. Tudo isso precisa ser levado em conta durante o treinamento do sinal, treinamento de prótese híbrida e treinamento protético real, como também é recomendado no treinamento protético padrão de amputados³¹. Em relação aos dispositivos utilizados para o treinamento sEMG biofeedback, os autores consideram dispositivos adequados se eles podem exibir simultaneamente o número de sinais necessários para o controle protético, dar feedback em tempo real, e pode ser conectado a um computador ou exibir os sinais em uma tela eles mesmos. Os dispositivos que permitem ajustar o ganho de sinal durante o treinamento são preferidos.

Após a reabilitação, todos os pacientes puderam usar suas próteses durante as atividades cotidianas e ficaram satisfeitos com a decisão de ter sua mão sem funcionamento substituída por um dispositivo protético¹². Essa melhora funcional foi refletida por aumentos significativos nos escores médios de ARAT de 2,83 ± 4, 7 para 25, 0 ± 10,94 (p = 0, 28).

De nossa perspectiva, os set-ups do Biofeedback de SEMG apresentam ferramentas valiosas para facilitar o processo cognitivamente de exigência da recuperação do motor associado com ferimento do nervo e reconstrução Bionic. A identificação do posicionamento óptimo do elétrodo do EMG e o teste de vários comandos do motor com visualização direta da atividade do músculo são simplificados extremamente usando o biofeedback de sEMG em uma configuração clínica. Embora o biofeedback de SEMG possa igualmente ser usado na reabilitação da função superior biológica do membro^10,12, sua aplicação no processo da reconstrução Bionic é considerada particular eficaz. O mais importante, os sinais de sEMG ativados durante o treinamento refletem mais tarde as posições do elétrodo dentro do soquete protético, que é personalizado individualmente para cada paciente. Conseqüentemente, a ativação repetitiva destes sinais durante o treinamento aumenta provavelmente a manipulação protética futura e a capacidade manual. A visualização direta desta atividade muscular também permite que um paciente compreenda o conceito de controle mioelétrico da mão e ele/ela pode seguir o progresso do treinamento mais conscientemente.

No futuro, nosso protocolo de reabilitação apresentado pode ser estendido com ferramentas mais avançadas para melhorar os resultados funcionais. Isso pode incluir gravações SEMG de alta densidade para facilitar o processo de colocação do eletrodo através de mapas de calor de ativação³², mais soluções virtuais para avaliar a atividade EMG^30,33, e jogos sérios para melhorar o treinamento motivação³⁴. Adicionalmente, as tecnologias novas para o controle protético, tais como algoritmos do recognition do teste padrão puderam igualmente ser usadas^28,30,35. Entretanto, devido à relação neuro-muscular reduzida, não está desobstruído se os sistemas atualmente comercialmente disponíveis projetados para amputados de outra maneira saudáveis melhorariam significativamente a função protética neste grupo paciente específico. Os estudos futuros devem avaliar a aplicabilidade e os benefícios das tecnologias novas alistadas para a reabilitação dos pacientes com os ferimentos severos do plexo braquial. Adicionalmente, os ensaios controlados com números de pacientes mais elevados permitirão também demonstrar os efeitos positivos do protocolo atual usando o biofeedback de sEMG com um nível mais elevado de evidência.

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
dry EMG electrodes	Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany	13E202 = 50	The EMG electrodes used in this study were bipolar and included a ground. They can be used both for EMG training with the Myoboy and for the control of a prosthetic device.
Myoboy	Otto bock Healthcare, Duderstadt, Germany	Myoboy	This device that can be used as stand alone device or with a computer. It allows to display EMG activity while using the dry EMG electrodes that can also be impeded in the prosthetic socket.
SensorHand Speed	Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany		All patients used this commercially available myoelectrical prosthesis as their standard prosthetic device and during functional testing. Fitting of patients undergoing this procedure is, however, not restricted to this device.
Standard laptop with Microsoft operating system			Usually, devices for EMG biofeedback connected to a computer do not require much computing power and thus work on any regular laptop
TeleMyo 2400T G2	Noraxon, US		A surface EMG biofeedback set-up used in our protocol, connected to TeleMyo-Software, which displays the recorded EMG activity as color-coded graphs on the computer screen
wet EMG electrodes	Ambu	Ambu Blue Sensor VL Adhesive Electrodes	These adhesive electrodes can be used in combination with many different EMG biofeedback devices, including the TeleMyo 2400T. While they cannot be moved easily, the wet contacts usually allow to detect very faint EMG signals as well.