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Neuroscience

Valutazione della Neuromuscolare Funzione Con percutanea stimolazione elettrica del nervo

Published: September 13, 2015 doi: 10.3791/52974
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1INSERM U1093, Faculty of Sport Sciences, Univ. Bourgogne Franche–Comté, 2Neural Control of Movement Laboratory, School of Medicine, Faculty of Science, Medicine and Health, University of Wollongong

Introduction

Stimolazione elettrica percutanea è ampiamente utilizzato per valutare la funzione neuromuscolare 1. Il principio di base è costituito da indurre uno stimolo elettrico di un nervo motore periferici per evocare una contrazione muscolare. Meccanica (misura della coppia) ed elettrofisiologici (attività elettromiografico) le risposte sono contemporaneamente registrati. Coppia, registrato presso il comune considerato, viene valutata utilizzando un ergometro. Il segnale elettromiografico (EMG) registrati con elettrodi di superficie è stato dimostrato per rappresentare l'attività del muscolo 2. Questo metodo non invasivo, non è doloroso e più facilmente attuabile di registrazioni intramuscolari. Entrambi gli elettrodi monopolari e bipolari possono essere usati. La configurazione degli elettrodi monopolare ha dimostrato di essere più sensibile alle variazioni di attività muscolare 3, che possono essere utili per piccoli muscoli. Tuttavia, elettrodi bipolari hanno dimostrato di essere più efficace nel migliorare la r segnale-rumoreazio 4 e sono più comunemente usato come metodo di registrazione e quantificare l'attività gruppo motore. La metodologia descritta di seguito si concentrerà sulle registrazioni bipolari. Attività EMG è un indicatore dell'efficacia e l'integrità del sistema neuromuscolare. L'uso di stimolazione del nervo percutanea offre ulteriori approfondimenti funzione neuromuscolare, cioè cambiamenti a livello muscolare, spinale, o sovra-spinale (Figura 1).

Figura 1
Figura 1:. Panoramica delle misurazioni neuromuscolari STIM: la stimolazione del nervo. EMG: elettromiografia. VAL: Livello di attivazione volontaria. RMS: Root Mean Square. M max: massima ampiezza M-onda.

A riposo, il potenziale d'azione muscolare composto, chiamato anche M-onda, è la risposta a breve latenza osservata dopo stimolo manufatto, e rappresenta la massa muscolare eccitabile dalla Activ diretta zione di assoni motori portano al muscolo (Figura 2, il numero 3). Ampiezza M-onda aumenta con l'intensità fino a raggiungere un plateau del suo valore massimo. Questa risposta, denominato M max, rappresenta la sommatoria sincrono di tutte le unità del motore e / o potenziali di azione delle fibre muscolari registrate sotto gli elettrodi EMG 5. L'evoluzione dell'area ampiezza o onda di picco-picco viene utilizzato per identificare alterazioni della trasmissione neuromuscolare 6. Variazioni nelle risposte meccanici associati M-onda, cioè picco contrazione coppia / forza, possono essere causa di alterazioni dell'eccitabilità muscolare e / o all'interno delle fibre muscolari 7. L'associazione di M max ampiezza e ampiezza coppia massima contrazione (rapporto Pt / M) fornisce un indice di efficienza elettromeccanica del muscolo 8, cioè risposta meccanica per un determinato comando elettrico del motore.

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Figura 2:. Motore e percorsi riflessivi attivate dalla stimolazione del nervo stimolazione elettrica di un (/ sensoriale motore) nervo misto (STIM) induce una depolarizzazione sia assoni motori e Ia afferente cottura. Depolarizzazione Ia afferenti verso il midollo spinale attiva un motoneurone alfa, che a sua volta evoca una risposta H-reflex (percorso 1 + 2 + 3). A seconda della intensità dello stimolo, assone motore depolarizzazione evoca una risposta muscolare diretta: M-wave (via 3). Alla massima intensità M-onda, una corrente antidromic viene anche generato (3 ') e si scontra con volley reflex (2). Questa collisione parzialmente o totalmente annulla la risposta H-reflex.

L'H-riflesso è una risposta elettrofisiologica usato per valutare i cambiamenti nella Ia-α motoneuroni sinapsi 9. Questo parametro può essere valutato a riposo o durante le contrazioni volontarie. H-reflex rappresenta una variante del riflesso di stiramento (Figura 2, number 1-3). L'H-reflex attiva unità motorie monosinaptica reclutati da Ia vie afferenti 10,11, e può essere sottoposto a influenze periferici e centrali 12. Il metodo di evocare un H-reflex è noto per avere una elevata affidabilità intra-soggetto per valutare l'eccitabilità spinale a riposo 13,14 e durante contrazioni isometriche 15.

Durante una contrazione volontaria, la grandezza della spinta neurale volontario può essere valutato utilizzando la ampiezza del segnale EMG, generalmente quantificata usando l'Mean Square Root (RMS). RMS EMG è comunemente utilizzato un mezzo di quantificare il livello di eccitazione del sistema motorio durante la contrazione volontaria (Figura 1). A causa della variabilità intra e inter-soggetto 16, RMS EMG deve essere normalizzati con il EMG registrato durante un massimale contrazione volontaria muscolo-specifica (RMS EMGmax). Inoltre, perché i cambiamenti nel segnale EMG possono be a causa di alterazioni a livello periferico, la normalizzazione con un parametro periferico, come M-onda è tenuta a valutare solo la componente centrale del segnale EMG. Questo può essere fatto dividendo il RMS EMG dalla massima ampiezza o RMS Mmax dell'M-onda. Normalizzazione utilizzando RMS Mmax (cioè RMS EMG / RMS Mmax) è il metodo preferito in quanto prende in considerazione il possibile cambiamento della durata M-wave 17.

Comandi motori possono anche essere valutati calcolando il livello di attivazione volontaria (VAL). Questo metodo utilizza la tecnica di interpolazione contrazione 18 sovrapponendo una stimolazione elettrica a M intensità massima nel corso di una massima contrazione volontaria. L'extra-coppia indotta dalla stimolazione del nervo viene confrontato con una contrazione di controllo prodotto da stimolazione del nervo in un identico rilassante muscolare potenziato 19. Per valutare la massima VAL, la contrazione INTERPO originaletecnica mento descritta da Merton 18 comporta un singolo stimolo interpolato su una contrazione volontaria. Recentemente, l'uso della stimolazione accoppiato è diventato più popolare perché gli incrementi di coppia evocati sono più grandi, più facilmente rilevata e meno variabile rispetto alle risposte stimolazione singole 20. Il VAL fornisce un indice della capacità del sistema nervoso centrale per attivare massimo muscoli di lavoro 21. Attualmente, VAL valutata utilizzando la tecnica di interpolazione contrazione è il metodo più importante della valutazione del livello di attivazione muscolare 22. Inoltre, la coppia massima valutata utilizzando un ergometro è il parametro di prova di forza più propriamente studiati applicabile uso nella ricerca e contesti clinici 23.

Stimolazione nervosa elettrica può essere utilizzata in una varietà di gruppi muscolari (ad esempio flessori del gomito, del polso, flessori estensori del ginocchio, flessori plantari). Tuttavia, l'accessibilità dei nervi rende iltecnica difficile in alcuni gruppi di muscoli. I muscoli flessori plantari, soprattutto tricipite surale (soleo e gastrocnemii) muscoli, sono spesso studiati in letteratura 24. In effetti, questi muscoli sono coinvolti nella locomozione, giustificando il loro particolare interesse. La distanza tra il sito di stimolazione e elettrodi di registrazione permette l'identificazione delle diverse onde evocati di tricipite surale muscoli. La parte superficiale del nervo tibiale posteriore nella fossa poplitea e il gran numero di mandrini facilitano registrare risposte riflesse rispetto ad altri muscoli 24. Per queste ragioni, la metodologia reflex attualmente presentato si concentra sul gruppo tricipite surale dei muscoli (soleo e gastrocnemio). Lo scopo di questo protocollo è quindi di descrivere percutanea tecnica di stimolazione del nervo indagare funzione neuromuscolare nella tricipite surale.

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Protocol

Le procedure sperimentali delineate ricevuto approvazione etica istituzionale e sono in accordo con la Dichiarazione di Helsinki. I dati sono stati raccolti da un partecipante rappresentante che era a conoscenza delle procedure e ha dato il suo consenso informato scritto.

1. Strumento Preparazione

  1. Pulire la pelle in corrispondenza della posizione degli elettrodi per la rasatura, e rimuovere lo sporco con alcool per ottenere bassa impedenza (<5 k).
  2. Inserire due elettrodi di superficie AgCl (registrazione diametro di 10 mm) a 2/3 della linea tra i condylis mediali del femore al malleolo mediale del muscolo soleo; sul rigonfiamento più importante del muscolo gastrocnemio mediale per la; a 1/3 della distanza lungo una linea tra la testa del perone e tallone per gastrocnemio laterale; e a 1/3 della distanza lungo una linea tra la punta del perone e la punta del malleolo mediale per il muscolo tibiale anteriore, con un interelectrodistanza de (da centro a centro) 2 cm, secondo le raccomandazioni SENIAM 30.
    Nota: Gli elettrodi muscolo soleo devono essere posizionato sotto l'inserzione distale dei muscoli gastrocnemii per garantire che non stanno registrando attività dalle teste dei muscoli gastrocnemii (cross-talk).
  3. Collocare un elettrodo di riferimento in posizione centrale sulla stessa gamba (tra stimolazione e siti di registrazione).
  4. Regolare l'altezza e la profondità della sedia per ottenere un angolo di 90 ° caviglia (0 ° = massima flessione plantare), in modo che il soleo e muscoli gastrocnemii non sono allungati e l'H-reflex non è alterata 11,12.
    1. Impostare l'angolo del ginocchio a 90 ° (0 ° = estensione del ginocchio) a causa della natura biarticolare dei muscoli gastrocnemii. Tuttavia, l'angolo della caviglia ottimale per eseguire una coppia massima volontaria dei flessori plantari è 70-80 ° (0 ° = flessione plantare piena) 26. Così, l'angolo caviglia dipenderà dalla parametro di interessi (elettrofisiologiche contro registrazioni meccaniche).
      Nota: Indipendentemente dal angolo iniziale prescelta, deve rimanere costante durante l'esperimento di standardizzare eccitabilità neuromuscolare 11,12,27,28.
    2. Prestare particolare attenzione quando si controllano postura dei soggetti durante il test di mantenere influenze cortico-vestibolare costanti sulla eccitabilità della piscina motore 29.
  5. Cinghia saldamente la caviglia per un ergometro, con l'asse anatomico del giunto (malleolo esterno) allineato con l'asse di rotazione del ergometro 25.
    1. Avere la pressione soggetto esercitano su una pedana collegata al ergometro per registrare la coppia flessore plantare. Tenere il piede immobile durante l'esperimento in modo che le piccole variazioni di coppia possono essere rilevati.
  6. Nota: In determinate circostanze, il tallone potrebbe sollevare leggermente la piastra forza se il piede e la caviglia non sono garantiti, che può leannuncio a una trasmissione incompleta della coppia contro la piastra. Figura 3 presenta una descrizione del setup sperimentale.

Figura 3
Figura 3:. Apparato sperimentale classico setup sperimentale per registrare i segnali (EMG) e di coppia elettromiografici.

  1. Collegare gli elettrodi all'amplificatore con cavi.
  2. Impostare la frequenza di campionamento per le misure di coppia e EMG per 2-5 kHz. Registrare il segnale EMG utilizzando un (AD) sistema di conversione analogico-digitale. Il segnale viene visualizzata su un monitor con un sistema di acquisizione dati, che dà istantaneamente valori di alcuni parametri (ad esempio il valore massimo, ampiezza picco-picco, durata). Lo spettro del segnale EMG può variare tra 5 Hz e 2 kHz frequenze, ma è contenuta soprattutto tra 10 Hz e 31 kHz 1. Pertanto, la frequenza di campionamento deve essere sufficientemente alta per preservare dur forma del segnaleing registrazione EMG. Amplificare e filtrare i segnali EMG (guadagno = 500-100) con una frequenza di banda tra 10 Hz e 1 kHz 8,21,32.
  3. Inserire l'anodo per la stimolazione elettrica sul tendine rotuleo.
  4. Determinare il miglior sito di stimolazione del nervo tibiale posteriore per ottenere un ottimale soleus H reflex per una data intensità, utilizzando un elettrodo catodico palla a mano nella fossa poplitea. Testare diversi siti di stimolazione con l'elettrodo a sfera catodo fino a raggiungere un valore massimo del riflesso H.
    1. Record tibiale anteriore attività EMG per garantire che il nervo peroneo comune non si attiva per evitare l'influenza da antagonista Ia afferenze 12. Impostare la larghezza di impulso a 1 msec per fornire una attivazione ottimale delle fibre nervose, specialmente fibre afferenti 10.
  5. Posizionare un AgCl catodo autoadesiva in corrispondenza della posizione del sito di stimolazione al fine di garantire condizioni di costante stimolo (ad esempio pressione, orientezione).
    Nota: Tutti questi parametri (posizione del soggetto, la posizione degli elettrodi e del sito di stimolazione) non cambiare per la valutazione delle varie misurazioni elettrofisiologiche. Solo l'intensità della stimolazione e la condizione (resto contro contrazione) variano.

2. procedure di test a riposo

  1. Istruire il soggetto di rimanere rilassati e per mantenere i suoi / i suoi muscoli a riposo.
  2. Regolare l'intensità di stimolazione per ottenere soleo massima H-reflex ampiezza (H max; consueta gamma: 20-50 mA). Un M-onda del muscolo soleo può essere osservato in H intensità max.
    Nota: Per misure ripetute (per esempio prima e dopo un protocollo faticosa), l'intensità ottimale per ottenere una risposta max H possono variare durante la sessione. Come mantenere una intensità costante può portare a una sottovalutazione di H max di ampiezza, si raccomanda che lo sperimentatore rivaluta regolarmente H max33 intensità.
  3. Registrare un minimo di 3 soleo risposte H-reflex a questa intensità, con un intervallo minimo di 3 secondi per evitare post-attivazione depressione 34.
    Nota: Sebbene registrazione diverse risposte è più adatto a causa della particolare sensibilità del riflesso H, un singolo stimolazione può essere sufficiente in alcune circostanze, ad esempio quando si cerca di evitare gli effetti di recupero rapido (ad esempio durante un protocollo affaticante).
  4. Aumentare l'intensità di stimolazione per ottenere la massima ampiezza soleo M-onda (M max; consueta gamma: 40-100 mA). Normalmente, impostare l'incremento nell'intensità di stimolo a 2-4 mA, con un intervallo di 8-10 sec tra due stimoli 12,35. L'intensità desiderata è raggiunto quando si ottiene M max, e nessuna risposta H-riflesso può essere osservato.
  5. Impostare l'intensità finale al 120-150% della M max intensità dello stimolo per garantire che il M-onda raggiunge un plateau del suo valore massimo. Questo intensity è chiamato intensità sovramassimale nelle istruzioni riportate di seguito.
  6. Tenere intensità di stimolazione costante per soleo registrazioni M-onda per tutta la sessione.
  7. Record 3 soleo M-onde e 3 coppie di contrazione associati a questa intensità.

3. Procedure di test durante la contrazione volontaria

  1. Come un warm-up, chiedere al soggetto di eseguire 10 brevi e non affaticante contrazioni submassimali dei muscoli flessori plantari, con un riposo di alcuni secondi tra ciascuna delle contrazioni. Alla fine del warm-up, prendere un 1 minuto di riposo minimo per evitare effetti affaticanti 11.
  2. Attività EMG tricipite surale continuamente discografiche. Registrazione soleo e muscoli gastrocnemii permette l'analisi del comportamento di diverse tipologie muscolari per un singolo sito di stimolazione 24.
  3. Istruire il soggetto di eseguire una contrazione isometrica massimale volontaria (MVC) dei flessori plantari. Il soggetto deve spingere come posBLE contro l'ergometro contraendo i muscoli flessori plantari. Dare un feedback visivo per il soggetto durante lo sforzo, e standardizzato incoraggiamento verbale 19. Il MVC si raggiunge quando si osserva un plateau.
  4. Fornire una stimolazione accoppiato (frequenza 100 Hz) ad intensità sopramassimale durante l'altopiano del MVC (doppietto sovrapposti), e un altro stimolo associato quando il muscolo è completamente rilassato subito dopo la contrazione (doppietto potenziato) per valutare il livello di attivazione volontaria. Consegnare questa stimolazione accoppiato attraverso un dispositivo specifico (ad esempio Digitimer D185 MultiPulse stimolatore) o attraverso un programma di stimolazione associata ad un singolo impulso stimolatore.
  5. Istruire il soggetto di eseguire una seconda MVC del flessore plantare con almeno 1 minuto di riposo tra ogni prova 11. Se la coppia di picco dalla seconda prova non è entro il 5% del primo, ulteriori prove devono essere effettuate 36. La coppia massima raggiunta dalil soggetto è preso come la coppia MVC.

Analisi 4. I dati

  1. Analisi dei dati a riposo
    1. Selezionare una finestra temporale compresa la risposta EMG associato alla contrazione a riposo (H-onda o M-wave).
    2. Misurare la durata ampiezza picco-picco, picco-picco, e / o l'area delle onde (Figura 4A). Se l'ampiezza non è fornita direttamente dal software, sottrarre il minimo per i valori massimi.
      1. Per la durata, misurare il periodo di tempo a partire dal picco massimo e termina al picco minimo. Per l'area, calcolare l'integrale di segnale EMG partire dall'inizio dell'onda e termina alla fine dell'onda.
        Nota: l'ampiezza picco-picco può riflettere: 1) la trasmissione neuromuscolare, 2) azione di gruppo motore potenziale ampiezza e / o 3) la dispersione temporale di unità dell'azione motoria potenziale 37. Durata M-onda riflette neuromuscolare propagazione 37.
      2. Per prove multiple, calcolare la media delle onde. Se la media non può essere fornito direttamente dal software, software uso foglio di calcolo (ad esempio, la funzione di formula in un foglio di calcolo) per calcolare questo valore da diversi studi (almeno 3).
      3. Selezionare la contrazione di riposo.
      4. Misurare la coppia di picco associata alla contrazione riposo (Figura 4B).
      5. In caso di più prove, calcolare la coppia media di picco delle contrazioni di riposo. Se la media non può essere fornito direttamente dal software, software uso foglio di calcolo (ad esempio, la funzione di formula in un foglio di calcolo) per calcolare questo valore dai numerosi studi (almeno 3).
      6. Ripetere queste procedure di cui al punto 4.1.2 per gli altri parametri desiderati (tempo contrazione o tempo mezza di relax). L'analisi dei parametri di contrazione fornisce indicazioni in merito alla efficienza di accoppiamento eccitazione-contrazione 17. In particolare, il contrattotempo ioni fornisce un indice di cinetica di contrazione 8, che può dipendere il gruppo muscolare scelto 38.
      7. Calcolare il rapporto tra la coppia massima e la somma di m-onde utilizzando software di foglio (ad esempio Excel), per quantificare l'efficienza elettromeccanico (P t / M). Poiché le risposte meccaniche evocate dalla stimolazione del nervo tibiale posteriore corrispondono all'attivazione del tricipite surale nel suo complesso, ampiezze di soleus e gastrocnemii M-onde devono essere sommati 39.

    Figura 4
    Figura 4: Spiegazione delle risposte elettrofisiologiche e meccaniche (A) Misurazione di picco-picco di ampiezza (mV), latenza (ms) e l'area (mV.ms) di un tipico M-onda.. (B) Misura della coppia contrazione di picco (Nm), tempo di contrazione (ms) e il tempo di rilassamento metà (msec) di una contrazione.

    1. L'analisi dei dati in contrazione
      1. Selezionare una finestra di 500 msec di attività EMG soleo durante l'altopiano di coppia MVC tra cui la coppia di picco, ma escluso il tempo tra l'artefatto di stimolazione e la fine del periodo di silenzio di EMG. Il periodo di silenzio corrisponde alla soppressione del corso attività di volontariato EMG dopo stimolazione.
      2. Se il valore quadratico medio (RMS) non viene fornita direttamente dal software, calcolare il RMS per quantificare l'attività EMG utilizzando la seguente formula 40: RMS EMG
        Equazione 1
      3. Misurare o calcolare RMS di M max a riposo per tutta la durata dell'onda.
      4. Calcolare il rapporto RMS EMG / RMS Mmax utilizzando il software foglio di calcolo.Valore RMS EMG e valore efficace Mmax devono essere selezionati dallo stesso muscolo.
      5. Misurare la coppia picco massimo della MVC dalla linea di coppia a riposo al valore massimo della coppia MVC escludendo sovrapposto indotto dalla stimolazione doppietto (Figura 5).
      6. Misurare la coppia sovrapposta indotto dalla stimolazione doppietto durante il MVC, dal valore di coppia volontaria al momento della comparsa della stimolazione al picco della risposta evocata (Figura 5).
      7. Selezionare il doppietto potenziato.
      8. Misurare la coppia di picco associata al doppietto potenziato.
      9. Calcolare il livello di attivazione volontaria (VAL) mediante la seguente formula 40:
        Equazione 1

    Figura 5
    Figura 5: Misura della sovrapposte epotenziato doppietto sul segnale meccanico. Per registrare la coppia di picco sovrapposto (Pt), la stimolazione doppietto è evocato durante l'altopiano di isometrica massima contrazione volontaria (MVC). Per registrare una coppia massima potenziata (Pt G), la stimolazione doppietto è evocato a riposo dopo l'offset del MVC.

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Representative Results

Aumentando intensità dello stimolo conduce ad una diversa evoluzione delle ampiezze di risposta tra H e M-onde. A riposo, l'H-reflex raggiunge un valore massimo prima di essere totalmente assente dal segnale EMG, mentre M onda aumenta progressivamente fino a raggiungere un plateau ad intensità massima (vedere Figura 4 per una rappresentazione grafica del M-onda e la Figura 6 per l'evoluzione di M-onde e H-reflex con intensità). Per il muscolo soleo, la latenza tra l'insorgenza stimolo e M-onda è di circa 10 msec (Figura 4A) e generalmente tra 25 e 40 msec per H-onda. Tuttavia, la latenza può variare tra i gruppi muscolari e oggetto della lunghezza degli arti o altezza complessiva, a causa della distanza tra il sito di stimolazione e il muscolo. Quando stimolando ad intensità M-max, sarà anche osservato una coppia massima contrazione massima (Figura 4B). M-onde, H-riflessi e picco coppie contrazione variano a seconda della condizione. Ad esempio, questi parametri tendono ad aumentare durante la contrazione volontaria, e diminuire in presenza di fatica 17.

Figura 6
Figura 6: Curve tipiche di reclutamento a riposo ampiezze di risposte riflesse (H-reflex, tondo bianco) e le risposte muscolari dirette (M-wave, tondo nero) con crescente intensità dello stimolo.. Pannelli di fondo presentano tracce tipici a quattro progressivamente aumentato intensità (da A a B). (A) debole intensità, evocando soltanto una risposta H-reflex. (B) Intensità fornire l'ampiezza H-onda massima (H max). (C) Al di là di intensità H max, la collisione tra raffiche antidromic e riflesso induce una diminuzione di ampiezza risposta H. (D) A M intensità max, H-riflesso è totalmente annullata e M-onda raggiunge un plateau.iles / ftp_upload / 52974 / 52974fig6highres.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Maximal VAL viene valutato durante un MVC. La Figura 5 mostra una coppia sovrapposta indotta dalla stimolazione elettrica durante il MVC. L'effetto indotto dalla stimolazione riflette un reclutamento incompleta di unità motorie e / o una frequenza di scarica submassimale delle unità motrici, e quindi un deficit in attivazione volontaria (vedere l'effetto della stimolazione nel mezzo della figura 5). Come parametri precedenti, massima VAL varia a seconda della condizione (ad esempio il livello di contrazione, affaticamento) 21.

Hanno già stati convalidati queste diverse tecniche. Infatti, studi recenti hanno dimostrato una buona affidabilità per M onda e il picco di coppia associato contrazione 22, H-reflex 14 e massimo 41 VAL.

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Discussion

Stimolazione nervosa percutanea consente la quantificazione di numerose caratteristiche del sistema neuromuscolare non solo di comprendere il controllo fondamentale della funzione neuromotoria in esseri umani sani, ma anche per essere in grado di analizzare adattamenti acute o croniche per fatica o formazione 17. Ciò è molto utile soprattutto per i protocolli affaticanti, dove le misurazioni devono essere effettuate il più presto possibile dopo la fine esercizio per evitare gli effetti di rapido recupero 42.

Anche se numerosi studi si sono concentrati sul tricipite surale muscoli 24, la stimolazione del nervo percutanea può essere applicato in altre arti inferiori (ad esempio tibiale anteriore 43,44, muscoli quadricipiti 45,46) e dei muscoli degli arti superiori (ad es bicipite brachiale 32, flessore radiale del carpo 47 , muscoli delle dita 48). Tuttavia, la stimolazione del nervo presenta potenziali limiti metodologici per qualche muscles. Ad esempio, l'ottenimento di un H-reflex da bicipite brachiale muscolo può essere difficile da ottenere a riposo 49. Inoltre, stimolando il nervo muscolocutaneo sopra del plesso brachiale porta alla contrazione dei due agonisti e antagonisti dei muscoli 32, inducendo la valutazione erronea del livello di attivazione volontaria. Registrazione attività muscolare vicina permette lo sperimentatore per garantire che solo il muscolo bersaglio è attivata, o almeno limitare attivazione di questi muscoli adiacenti. Per superare queste limitazioni, alcuni autori hanno suggerito che la stimolazione nel ventre muscolare con elettrodi di grandi dimensioni può essere un metodo affidabile per evocare M-wave e contrazioni 32,50. Tuttavia, l'organizzazione spaziale dei rami terminali assonali all'interno del muscolo può variare tra i muscoli. Perciò, l'attivazione di unità motorie varierebbe tra il nervo e muscolo stimolazione 51. Stimolazione nervosa attiva unità motrici secondo il principio dimensioni, mentre l'ordine di assunzione during stimolazione muscolare diretto è più dipendente l'organizzazione spaziale delle fibre muscolari sotto gli elettrodi stimolatori 50.

Aspetti monosinaptici della H-reflex consentono una valutazione affidabile dei eccitabilità spinale con la stimolazione del nervo. Tuttavia, si deve notare che motoneuroni Ia-alfa sinapsi può essere oggetto di numerose influenze corticali, quali l'attenzione del soggetto 52, ambiente visivo 53, movimenti della testa 54 o anche mascella stringendo 55. Fattori periferici possono anche influenzare l'ampiezza risposta, come ad esempio il feedback afferente dal tratto muscolo 56. La postura del soggetto ha anche essere attentamente controllata per durante gli esperimenti e attraverso sessioni sperimentali per ridurre al minimo cortico-spinale influenze 29. Inoltre, le sessioni di familiarizzazione in grado di ridurre la variabilità intercessione, soprattutto per i soggetti inesperti 57.

Oltre a questi physiologpreoccupazioni iCal, caratteristiche di stimolazione (ad esempio intensità, ubicazione) possono ampiamente influenzare i risultati. Sebbene M risposte max raggiungono un plateau nei pressi di massima intensità, H max si ottiene per un'intensità specifica. Pertanto, l'intensità di stimolazione per ottenere H max è più suscettibile alla variabilità delle condizioni. Per garantire una buona affidabilità in condizioni diverse (ad esempio, il muscolo fresco o affaticati), intensità dello stimolo deve essere impostato su H intensità massimo o al di sotto, quando la risposta riflessa si trova nella parte ascendente della curva di assunzione 58. Infatti, l'ampiezza H-reflex può essere modificato per intensità superiori intensità H max a causa della collisione tra reflex e volée antidromic (Figura 2, numero 3 'e il numero 2). Si raccomanda inoltre che l'ampiezza H-reflex essere normalizzata alla risposta M max (portata massima H / M). E 'stato dimostrato che questo metodo permette int affidabileER- ed intra-individuali confronti 59.

In termini di dedurre la natura del comando del motore, anche se la tecnica VAL ha dimostrato di essere una tecnica affidabile per valutare discendente comandi 40 e centrale affaticamento 19,60, questo metodo presenta alcune limitazioni. Infatti, alcuni autori hanno suggerito che VAL sopravvaluta attivazione muscolare massima 61-63. Potrebbe non essere abbastanza sensibile per rilevare variazioni nei livelli di attivazione durante le contrazioni superiori al 90% MVC 62. Inoltre, l'uso della stimolazione accoppiato per valutare VAL può aumentare disagio per soggetti 64. Nonostante la valutazione di massima attivazione volontaria, questo metodo non fornisce informazioni su cortico-spinale eccitabilità. La stimolazione magnetica transcranica potrebbe essere utilizzato per valutare i cambiamenti a questo livello 65-67.

L'uso del RMS EMG / RMS Infatti, portata massima / M RMS EMG può rimanere costante, mentre la tecnica di interpolazione contrazione evidenzia una diminuzione significativa attivazione muscolare 68. Tuttavia, il rapporto EMG RMS / RMS Mmax permette lo sperimentatore di valutare l'attivazione dei diversi muscoli individuali dello stesso gruppo muscolare (es soleo gastrocnemio mediale e laterale per gastrocnemio tricipite surale) 17.

Particolare attenzione deve essere assunto con la stimolazione del nervo percutanea per quanto riguarda protocollo di stimolazione e analisi dei dati al fine di evitare interpretazioni errate e per consentire un confronto tra diversi studi. Numerosi autori hanno già stabilito raccomandazioni metodologiche per registrare e analizzare i dati da percutanea 20,29,34,59 stimolazione elettrica.In particolare, i muscoli flessori plantari sembrano essere un gruppo muscolare difficile da contrarre al massimo 69-71. La pratica è necessaria per garantire che i partecipanti, soprattutto in popolazioni con alterata funzione neuromuscolare, sono capaci di elevati livelli di attivazione volontaria prima del test sperimentale 72,73. Pertanto, le misure MVC-dipendente come l'attivazione volontaria rappresenteranno valori errati che probabilmente riflettono una mancanza di pratica o di un insufficiente numero di tentativi MVC isometrica, piuttosto che una riduzione di valore o la limitazione della funzione neuromuscolare. Una sessione di familiarizzazione deve essere eseguito prima di tutti gli studi che utilizzano la stimolazione nervosa percutanea e / o gli sforzi massimali.

Stimolazione elettrica percutanea può essere utilizzato per valutare la plasticità neuromuscolare seguente acuta (affaticamento) o (formazione / detraining) esercizi croniche. Ad esempio, Lepers et al. 74 osservata una diminuzione della cenattivazione trale (livello di attivazione volontaria) e parametri muscolari (picco contrazione, M-Wave) del muscolo quadricipite a seguito di un esercizio di ciclismo prolungato. A seguito dell'esercizio cronica, Duchateau e Hainaut 75 osservati diversi effetti di allenamenti isometriche e dinamici sulle proprietà di picco di coppia contrazione, il che suggerisce che il muscolo scheletrico si adatta in modo diverso per il tipo di programmi di formazione. Stimolazione elettrica è anche utile per valutare gli adattamenti online del sistema neuromuscolare durante le varie condizioni, come la postura 27 o un'attività mentale concomitante 21. Questo metodo può essere utilizzato non solo nella ricerca di base, ma anche in ambito clinico 76. Infatti, stimolazione elettrica è stato utilizzato per studiare unità centrale nelle malattie anziani 77 e diversi come ictus 78 o morbo di Parkinson 79. Plasticità neuromuscolare può anche essere valutato in popolazioni patologiche durante la terapia / Retraprogramma ining 80.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Biodex dynamometer Biodex Medical System Inc., New York, USA www.biodex.com
MP150 Data Acquisition System Biopac Systems Inc., Goleta, USA
Acknowledge 4.1.0 software Biopac Systems Inc., Goleta, USA www.biopac.com
DS7A constant current high voltage stimulator Digitimer, Hertfordshire, UK www.digitimer.com
Silver chloride surface electrodes Control Graphique Medical, Brie-Comte-Robert, France
Computer
1 Cable for connecting the Biodex to the MP150
1 Cable for connecting the Digitimer to the MP150
1 Cable for connecting the MP150 to the computer

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References

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Rozand, V., Grosprêtre, S., Stapley, P. J., Lepers, R. Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation. J. Vis. Exp. (103), e52974, doi:10.3791/52974 (2015).

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