Paraplejiklerde Tekrarlayan Elektrik Destekli Oturarak Ayakta Durma Egzersizi Sırasında Kolların ve Bacakların Katkılarının Ölçülmesi: Bir Pilot Çalışma

Özet

Sit-To-Stand'da (SitTS) kolların katkısı bacakların kas durumuna göre belirlenir. Tam SitTS döngülerine ulaşma çabalarında çeşitli telafi stratejileri keşfedildi. Bu bulgular, omurilik yaralanması (SKY) hastalarının biyomekanik ölçümlerini, SitTS yaklaşımları boyunca her iki uzuvları tarafından taşınan subjektif yük hissi ile üçgenleştirmektedir.

Özet

İnkomplet omurilik yaralanması (SKY) hastalarında Sit-to-Stand (SitTS) uygulaması hem üst hem de alt ekstremitelerde motor fonksiyonu içerir. Özellikle kol desteğinin kullanılması, SKY popülasyonunda SitTS hareketinin yürütülmesinde önemli bir yardımcı faktördür. Ek olarak, kuadriseps ve gluteus maksimus kaslarına fonksiyonel elektriksel stimülasyonun (FES) uygulanması, basit alt ekstremite hareketleri için kas hareketini iyileştirmek için eksik SCI için öngörülen tedavilerden biridir. Bununla birlikte, SitTS sırasında üst ve alt ekstremitelerin göreceli katkısı tam olarak araştırılmamıştır. İki motor inkomplet SKY paraplejik, yorgunluk egzersizi zorluğuna tekrarlayan SitTS uyguladı. Performansları, FES yardımı olan ve olmayan SitTS'yi karşılaştıran karma yöntemli bir vaka kontrol çalışması olarak araştırıldı. Setler arasında ayrılan 5 dakikalık dinlenme süresi ile rektus femoris kaslarına bilateral olarak takılan mekanomyografi (MMG) sensörleri ile üç set SitTS testi tamamlandı. Egzersiz 2 seansa ayrıldı; Gönüllü SitTS için 1. gün ve FES destekli SitTS için 2. gün. Katılımcıların tekrarlayan SitTS deneyimleri hakkında girdilerini toplamak için her oturumdan sonra anketler yapıldı. Analiz, bir SitTS döngüsünün üç aşamaya ayrılabileceğini doğruladı; Faz 1 (Ayağa Kalkmaya Hazırlık), Faz 2 (Oturma) ve Faz 3 (Kalça ekstansiyonunun başlatılması), SitTS döngüsünün sırasıyla %23 ± %7, %16 ± %4 ve %61 ± %6'sına katkıda bulunmuştur. SitTS hareketi sırasında kol ve bacakların katkısı, bacaklarının Tıbbi Araştırma Konseyi (MRC) kas derecesine göre farklı katılımcılarda değişmiştir. Özellikle ayakta durma sırasında bacak kuvvetleri azalmaya başladığında uygulanan kol kuvvetleri belirgin bir şekilde artmaya başlar. Bu bulgu, bacak kas yorgunluğunu ve bildirilen yorgunluk hissini gösteren önemli ölçüde azalmış MMG sinyali ile desteklenmektedir.

Giriş

Sit-To-Stand (SitTS), bir insanın günlük yaşam aktivitesinde (ADL) önemli bir harekettir. Aynı zamanda ayakta durma, aktarma ve yürüme gibi temel fonksiyonel aktiviteler için bir ön koşuldur. İnkomplet omurilik yaralanması (SKY) olan hastalar, özellikle belden aşağısı felçliler için SitTS egzersizi, fonksiyonel bağımsızlıkları için çok önemli bir aktivitedir ^1,2. Bu egzersiz, sonunda SCI popülasyonunun yaşam kalitelerini iyileştirmesine yardımcı olan bağımsızlık eğitimi için gereklidir. Yeterli ve yeterli bir SitTS egzersizi yapabilmek için, biyomekanik ve kas aktivitesi ile ilgili bilgilerin eğitim sırasında uygulanabilir bir şekilde ölçülebilir olması gerekir.

Bir klinik rehabilitasyon programında, derece Amerikan Omurilik Yaralanması Derneği (ASIA) Bozukluk Ölçeği, AIS C'ye sahip SCI hastaları, tam motor defisiti olan derece AIS B'ye sahip olanlara göre daha iyi bir ilerleme ve motor fonksiyonlarını iyileştirme şansına sahiptir. SitTS performansı, bir SCI hastasında iyileşme sürecinde motor işlevselliğini göstermek için önemli bir ölçü oynar³. Bununla birlikte, SCI AIS C hastaları, başarılı bir dizi tekrarlanan SitTS hareketi elde etmek için hem üst hem de alt ekstremitelerden desteğe ihtiyaç duyar. Üst ekstremite desteği, egzersiz sırasında yeterli kaldırma kuvveti sağlarken ve vücut dengesini sağlarken dizlerin boşaltılmasında önemli bir rol oynar⁴.

Bu çalışmanın amacı, inkomplet OY'li bireylerde tekrarlayan SitTS boyunca kol ve bacakların biyomekanik katkılarını tanımlamaktır. Bu çalışma, biyomekanik analizi, katılımcıların SitTS egzersizi boyunca kolları ve bacakları, kas performansı ve 'çaba ve yorgunluk' duyguları hakkındaki öznel algıları ile ilişkili olarak konumlandırmaktadır.

Daha önceki birçok SitTS çalışması, yalnızca^aktivitenin kinematik ve kinetik yönlerini araştırmaya odaklanmıştır 4,5,6,7. SitTS eğitiminin daha geniş bir bağlamında, aletli ayakta çerçeve (SF) ve kuvvet plakası analizini içeren bu yöntemin geliştirilmesi, araştırmacıların inme, yaşlılar ve osteoartritli hastalar gibi diğer popülasyonların hem üst hem de alt ekstremite katkısını değerlendirmesine yol açabilir ^8,9,10. Zoulias ve arkadaşları tarafından yapılan önceki bir çalışma, SF'nin enstrümanlı özel yapım donanım ve yazılımı, büyük bir çerçeve tasarımı sundu¹¹. Bu yöntemin çoğaltılması zor olabilir. Bu nedenle, bu SitTS çalışması, mevcut bir hareket analizi laboratuvarı kurulumuna sahip diğer araştırmacılar tarafından benimsenebilecek taşınabilir bir aletli SF'yi vurguladı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Bu makaledeki SitTS egzersizi ve bilgilendirilmiş onam, Malaya Üniversitesi Tıp Merkezi Etik Komitesi (2017119-4828)¹² tarafından etik değerlendirme altında açıklanmıştır. Çalışma prosedürleri her katılımcıya ayrıntılı olarak açıklandı ve SitTS çalışmasına başlamadan önce yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. Bu çalışma, nicel verilerin biyomekanik analiz kullanılarak elde edildiği, öznel puanların ise geri bildirim oturumlarından (katılımcıların) ve ses kayıtlarından (çalışma sırasında araştırmacı-katılımcı etkileşimlerinin) elde edildiği karma modda gerçekleştirilmiştir. Bu pilot çalışma, katılımcının gönüllü olarak SitTS egzersizine kol ve bacak katkılarını FES varlığındaki performanslarıyla karşılaştırdı.

1. Katılımcı seçimi

1. Potansiyel SCI katılımcıları ile bir değerlendirme yapın.
   1. Çalışma süresi (4 gün) ve oturum süresi (SitTS: 2 saat) dahil olmak üzere SitTS protokolünün ayrıntılarını açıklayın.
      NOT: 1. Günde gönüllü SitTS yapıldı, ardından 2 gün istirahat edildi. Fonksiyonel elektrik stimülasyonu (FES) destekli SitTS daha sonra ertesi gün devam ettirilir ve 2. gün olarak tanımlanır.
   2. SCI AIS C'li (ayağa kalkabilen), 18-60 yaşları arasında, yaralanma sonrası 12 aydan büyük olan erkek veya kadın da dahil olmak üzere potansiyel katılımcıya tıbbi gereksinimleri açıklayın ve belirli kıyafetler giymeye istekli olduğunuzu gösterin.
      NOT: SCI AIS C katılımcıları bu çalışmada gönüllü olmak için yazılı, bilgilendirilmiş onam verdiler. Katılımcı 1 erkekti (45 yaş; Vücut Kitle İndeksi (VKİ) 20.32 kg/^m2) ve Katılımcı 2 kadın (49 yaş; VKİ 33.54 kg/m²). Her ikisi de SCI yaralanmasından sırasıyla 95 ay ve 33 ay sonra başvurdu. Her iki katılımcının da alt ekstremite (LE) kas derecesi değerlendirildi. Katılımcı 1'in LE kas derecesi 2 (sağ taraf) ve 4 (sol taraf) idi. Bu arada, Katılımcı 2'nin LE kas derecesi 4, bilateral¹² idi. Her iki katılımcının da gövde kontrolü iyiydi. Katılımcı 1'e, alt motor nöron hasarına işaret eden diz ve ayak bileği refleksleri olmayan sarkık bir sağ bacak teşhisi kondu. Bunun yanı sıra sağ bacağında FES'e yanıt vermediği gözlendi.
   3. Çalışma sırasında talimatları tamamlayamamalarına neden olacak tıbbi durumlar da dahil olmak üzere potansiyel katılımcılara dışlama kriterlerini açıklayın. Diğer muafiyet kriterleri, osteoporoz ve kemik kırığı¹², kalp pili veya diğer implante elektronik sistemi olan, mevcut elektrik stimülasyon cihazına (implante edilebilir kardiyoverter defibrilatör, kalp pili veya spinal stimülasyon) sahip olan veya botulinum toksini olan katılımcıları içerir.

2. SitTS deney düzeneği

NOT: Bu SitTS egzersizinde üç parametre kaydedilecektir. İlk parametre kol kuvveti, ikinci parametre ise bacak kuvvetidir. Üçüncü parametre, rektus femoris kas aktivitesine bakan mekanomiyografidir (MMG).

1. Sandalye ve SF kurulumu.
   1. Hareket analiz laboratuvarının zeminine gömülü kuvvet plakası 1'in boyutuna göre 45 cm^13,14 yüksekliğinde sırtlıksız kolsuz bir sandalye tasarlayın (Şekil 1).
   2. Sandalyeyi kuvvet plakasının üstüne yerleştirin 1.
   3. Her bir sensörün hassas aralığı^15-0 kg arasında olduğu göz önüne alındığında, SF'nin bacağının altındaki kuvvet sensörü 12 ile her bir SF bacağını bağımsız olarak enstrümantalın (Şekil 2).
      NOT: SF'den alınan dört kuvvet sensörü okumasının toplam değerleri, silah kuvveti katkısı olarak adlandırılmıştır.
   4. Taşınabilir ve katlanabilir bir SF'yi sandalyenin önüne kolun ulaşabileceği bir yere^{yerleştirin 12}. Çift ölçümleri önlemek için SF'nin dört ayağını kuvvet plakası 2'nin dışına güvenli bir şekilde yerleştirin (Şekil 1).
2. Hareket analizi kurulumu
   1. Katılımcının ayrıntılarını (yani bacak uzunluğu, ayak bileği genişliği, diz genişliği) hareket analiz sistemine girin.
   2. Adım 2.2.3-2.2.5'te belirtildiği gibi çift taraflı bantla katılımcının alt uzuvlarına on altı yansıtıcı işaretleyici yerleştirin.
   3. Bu belirteçleri doğrudan superior iliak omurganın bilateral anterior ve posterioruna takın. İkinci olarak, sol ve sağ dizin lateral epikondiline işaretleyiciler takın.
   4. İşaretleyiciyi iki taraflı uyluk ve sapın yan yüzeyine takın. Ardından, yanal sol ve sağ malleolün üzerine bir işaretleyici takın.
   5. İkinci metatarsal başın soluna ve sağına işaretleyiciler takın. İşaretleyicileri kalkaneus üzerine ikinci metatarsal başın aynı yüksekliğinde takın.
      NOT: Yansıtıcı işaretleyicilerin yerleştirilmesi, hareket analiz sisteminin^{kurulumuna bağlıdır 16}.
3. Katılımcının hazırlığı
   1. Katılımcıya, dizleri 90° bükülmüş ve her iki ayağı da kuvvet plakası 2'ye gelecek şekilde oturmasını söyleyin.
   2. Dik pozisyonda otururken katılımcının başının ve gövdesinin öne baktığından emin olun. Katılımcının çıplak ayaklı olduğundan emin olun.
   3. Ellerinizi SF'nin tutamağına yerleştirin.
   4. Uyluğun orta ve hacimli bölgesini palpe ederek rektus femoris kasını tanımlayın.
   5. Bacak kaslarının oturarak ayakta durma ve ayakta durma çabalarını doğru bir şekilde ölçmek için rektus femoris kasının uyluk bölgesine iki MMG sensörünü bacak başına bir MMG olmak üzere iki MMG sensörü yerleştirin¹².
   6. Sensörleri çift taraflı bir bantla sabitleyin. Hareket artefaktlarını azaltmak için MMG sensörlerini uyluğun etrafına bağlayın¹².
   7. MMG sensörlerini MMG cihazına ve bilgisayara bağlayın.

3. SitTS protokolü

1. 1. Gün: Gönüllü SitTS egzersizi yapın.
   NOT: Katılımcılara SF'nin yardımıyla tekrarlayan bir SitTS etkinliği yapmaları talimatı verildi.
   1. Deneme başlamadan önce, seçilen parametreleri kaydetmek için tüm kurulumları açtığınızdan emin olun.
      NOT: Kaydedilen parametreler üst ekstremite katkısı için kuvvet sensörleri, alt ekstremite katkısı için kuvvet plakası ve kas rektus femoris aktivitesi için MMG verileriydi.
   2. Katılımcıdan, elektronik bir zamanlayıcı tarafından zamanlanan 5 saniyelik bir geri sayımın sonunda sabit oturma pozisyonundan kalkmasını isteyin.
   3. Katılımcının 3 saniye ayakta durmasına izin verin ve ardından sandalyeye oturun.
   4. Katılımcıdan 5 saniye dinlenmesini isteyin.
      NOT: Bu, denemeler arasındaki dinlenme aralığıydı.
   5. SitTS denemeleri yapmaya devam edin (katılımcı artık aynı rutini gerçekleştiremeyene kadar 3.1.2 ve 3.1.4 adımlarını tekrarlayın).
   6. Kaydedilen tüm verileri kapatın.
   7. Ardından, SitTS rutininin bir sonraki setine devam etmeden önce katılımcıdan 5 dakika dinlenmesini isteyin. Setler arasında kas iyileşmesini sağlamak için setler arasında 5 dakika ara verin¹⁷.
   8. Diğer iki set için 3.1.1-3.1.7 adımlarını tekrarlayın.
   9. Katılımcının en az 48 saat dinlenmesine izin verin.
2. 2. Gün: FES destekli SitTS egzersizi yapın.
   NOT: Katılımcılara, SF ve FES'in yardımıyla tekrarlayan SitTS etkinlikleri yapmaları talimatı verildi.
   1. FES elektrotlarını kuadriseps ve gluteus maksimus kaslarına^{yerleştirin 18}.
   2. Kuadriseps kası için, ilk elektrodu dizin yaklaşık iki parmak genişliğinde yatay olarak yerleştirin. İkinci elektrodu kalça ekleminin altında avuç içi genişliğinde yatay olarak konumlandırın.
   3. Gluteus maximus kası için, katılımcıdan öne doğru eğilmesini ve ilk elektrodu kalça kemiğine dikey olarak en yakın yere yerleştirmesini isteyin. İkinci elektrotu kuyruk kemiğine dikey olarak en yakın şekilde, birinci elektrottan yan yana takın.
   4. Tüm FES elektrotlarını FES cihazına takın ve bilgisayardaki FES yazılımına bağlayın.
   5. 300 darbe genişliğini ve 35 Hz frekansını seçerek FES yazılımını kurun.
   6. Katılımcıya diz ve kalça ekstansiyonunu elde etmek için verilen akımı tolere edip edemeyeceğini sorarak FES akım yoğunluğunu tanımlayın⁷. Gerçek denemeye başlamadan önce bir dizi uygulama yoluyla FES akım genliğini belirleyin.
      NOT: Tablo 1 , yardımlı FES SitTS seansı sırasında katılımcıların seçilen kaslarına doğru uyarılan FES akımını göstermektedir.
   7. Deneme başlamadan önce, seçilen parametreleri kaydetmek için tüm kurulumları açtığınızdan emin olun.
   8. Katılımcıdan, elektronik bir zamanlayıcı tarafından zamanlanan 5 saniyelik bir geri sayımın sonunda sabit oturma pozisyonundan kalkmasını isteyin. Geri sayımın sonunda FES'i açın.
   9. Katılımcının 3 saniye ayakta durmasına izin verin. Ardından FES'i kapatın ve katılımcının sandalyeye oturmasına izin verin.
   10. Katılımcıdan 5 saniye dinlenmesini isteyin.
   11. SitTS denemeleri yapmaya devam edin (katılımcı artık aynı rutini gerçekleştiremeyene kadar 3.2.7-3.2.10 adımlarını tekrarlayın).
   12. Kaydedilen tüm verileri kapatın.
   13. Ardından, SitTS rutininin bir sonraki setine devam etmeden önce katılımcıdan 5 dakika dinlenmesini isteyin.
   14. Diğer iki set için 3.2.7-3.2.13 adımlarını tekrarlayın.

4. Veri toplama ve analizi

1. Kol kuvveti katkısı
   1. Çevrimdışı analiz için kuvvet sensörünün tüm ham verilerini bilgisayardaki çalışma kitabı dosyasına çıkarın.
2. Bacak kuvveti katkısı
   1. Hareket analiz yazılımında SitTS kinematik ve kinetiğinin ham verilerini analiz edin. Çevrimdışı analiz için kuvvet plakası verilerini ve diz açısı verilerini bilgisayardaki çalışma kitabı dosyasına ayıklayın.
      NOT: Kuvvet plakası verileri, bacak kuvveti katkısını temsil eder
3. Rektus femoris kasının MMG'si
   1. Çevrimdışı analiz için iki toplama ünitesi ve bir vibromiyografi yazılımı kullanarak rektus femoris kasının ham MMG verilerini ayıklayın ve çalışma kitabı dosyasına saklayın.
      NOT: MMG sinyali, 2 kHz örnekleme hızında bir vibromiyografi sensörü tarafından kaydedildi. Kas eforu değerlendirmesi¹⁹ için üretici tarafından önerildiği şekilde MMG sinyalinin ham verilerini iletmek ve dönüştürmek için 20 Hz ile 200 Hz arasında sonlu bir darbe tepkili bant geçiren filtre kullanıldı. Her deneme için, tüm veri seti normalleştirildi ve daha sonra tam bir SitTS egzersiz döngüsü olarak senkronize edildi. Gönüllü ve FES destekli SItTS egzersizleri arasındaki ortalama sürede anlamlı farklılıkları gözlemlemek için bağımsız bir örneklem t-testi yapıldı.

5. Geri bildirim oturumu

1. Geri bildirim oturumu sırasında ses kaydı yapın (araştırmacı-katılımcı etkileşimleri).
2. Gün 1 ve Gün 2'de SitTS'nin gerçekleştirilmesi sırasında katılımcıların yaşadığı stabilite ve yorgunluk ile ilgili dört soru sorun.
   NOT: Bu bölümde stabilite katılımcılar tarafından SitTS etkinliğindeki en yüksek denge olarak yorumlanmıştır. En yüksek denge, seçilen etkinliğe en uzun süre dayanabildiklerinde elde edildi. Bu arada, yorgunluk, SitTS egzersizi sırasında elde edilen en düşük performanslarına yol açan 'yorgunluk' hissi olarak tanımlandı.
3. Sesi toplayın ve yazıya dökün.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

Toplam 399 ve 463 SitTS denemesi, FES destekli ve FES destekli olarak tamamlandı. Her sete katkıda bulunan denemeler Tablo 2'de tablo halinde verilmiştir. Katılımcılar, bacaklarında elektriksel stimülasyon, yani FES varlığında daha fazla SitTS denemesi yapabilirler. Genel olarak, her iki katılımcı da FES'in yardımıyla daha fazla SitTS denemesi yapmayı başardı. Bu, FES'in katılımcıların kuadrisepslerini uzun bir süre²⁰ SitTS eylemini yürütmek için uyarmay...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Bu çalışma, SitTS egzersizi sırasında SCI bireylerinde vücut ağırlığı katkısı olduğunu göstermiştir. Bu çalışma, SF'yi belden aşağısı felçlilerin başarılı bir SitTS döngüsü yapması için gerekli bir yardımcı cihaz olarak sunmuştur. Ayrıca, silah kuvvetinin de değerlendirilebilmesini sağlamak için aletli bir SF geliştirildi²⁸. Araştırmacıların SitTS performansını daha iyi anlamalarına yardımcı olan asal SitTS kasını gözlemlemek için çalışmaya M...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Customade chair			A customade chair was built to following to the force plate's dimension.
FES RehaStim 2	Hasomed		A device that can stimulate electrical current towards the muscle.
FlexiForce A201	Tekscan, Inc., USA	Force ranges: 0-100 lbs. (440 N)	Force sensors is used to capture arms force at standing frame.
Foldable standing frame		Height: 70.0 cm - 90.0 cm.	A walking frame that was bought from local medical company.
Motion Analysis	Vicon Oxford, UK		A system that records kinematic and kinetics of the activity.
Serial port terminal application	CoolTerm	version 1.4.6; Roger Meier's	An application to record the force sensor data.
Vibromyography software	BIOPAC System Inc., USA	AcqKnowledge 4.3.1	A software to record and strore raw MMG data. It also function for offline analyses.
VMG transducers and BIOPAC Vibromyography system	BIOPAC System Inc., USA	BP150 and HLT100C	A device to measure muscle activity.