Method Article

Bewertung der Posturalen Kontrolle und der Muskelaktivierung unterextremer Art bei Personen mit chronischer Knöchelinstabilität

DOI:

10.3791/61592

⸱

September 18th, 2020

 ,  ,  ,  , 
1Department of Critical Care Medicine, Shanghai Tenth People's Hospital, School of Medicine, Tongji University, 2School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, 3Department of Rehabilitation Medicine, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Personen mit chronischer Knöchelinstabilität (CAI) zeigen Haltungskontrollmangel und verzögerte Muskelaktivierung der unteren Extremitäten. Die computergestützte dynamische Posturographie in Kombination mit der Oberflächenelektromyographie liefert Einblicke in die Koordination der visuellen, somatosensorischen und vestibulären Systeme mit Muskelaktivierungsregulation, um die Haltungsstabilität bei Personen mit CAI aufrechtzuerhalten.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Computerisierte dynamische Posturographie (CDP) ist eine objektive Technik zur Bewertung der Haltungsstabilität unter statischen und dynamischen Bedingungen und Störung. CDP basiert auf dem invertierten Pendelmodell, das die Wechselbeziehung zwischen dem Druckpunkt und dem Schwerpunkt nachverfolgt. CDP kann verwendet werden, um die Proportionen von Vision, Propriozeption und vestibuläre Empfindung zu analysieren, um die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten. Die folgenden Charaktere definieren die chronische Knöchelinstabilität (CAI): anhaltende Knöchelschmerzen, Schwellungen, das Gefühl des "Weggebens" und selbst gemeldete Behinderung. Haltungsstabilität und fibuläre Muskelaktivierung sebei Personen mit CAI verringert aufgrund von seitlichen Knöchel Bänder komplexe Verletzungen. Nur wenige Studien haben CDP verwendet, um die Haltungsstabilität von Personen mit CAI zu erforschen. Studien, die die Haltungsstabilität und die damit verbundene Muskelaktivierung durch die Verwendung von synchronisiertem CDP mit Oberflächenelektromyographie untersuchen, fehlen. Dieses CDP-Protokoll umfasst einen sensorischen Organisationstest (SOT), einen Motor control test (MCT) und einen Anpassungstest (ADT) sowie Tests, die einseitige Haltung (US) und Stabilitätsgrenze (LOS) messen. Das Oberflächenelektromyographiesystem wird mit CDP synchronisiert, um Daten über die Aktivierung der Unteren Gliedmaßenmuskeln während der Messung zu sammeln. Dieses Protokoll stellt einen neuartigen Ansatz zur Bewertung der Koordination der visuellen, somatosensorischen und vestibulären Systeme und der damit verbundenen Muskelaktivierung zur Aufrechterhaltung der Haltungsstabilität dar. Darüber hinaus bietet es neue Einblicke in die neuromuskuläre Kontrolle von Personen mit CAI, wenn es um reale komplexe Umgebungen geht.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Computerisierte dynamische Posturographie (CDP) ist eine objektive Technik zur Bewertung der Haltungsstabilität unter statischen und dynamischen Bedingungen und Störung. CDP basiert auf dem invertierten Pendelmodell, das die Wechselbeziehung zwischen dem Druckmittelpunkt (COP) und dem Schwerpunkt (COG) nachverfolgt. COG ist die vertikale Projektion des Massenmittelpunkts (COM), während COM das Punktäquivalent der gesamten Körpermasse im globalen Referenzsystem ist. COP ist die Punktposition des vertikalen Bodenreaktionskraftvektors. Es stellt einen gewichteten Durchschnitt aller Drücke über der Oberfläche der Kontaktfläche mit dem Boden1dar. Haltungsstabilität ist die Fähigkeit, die COM innerhalb der Basis der Unterstützung in einer bestimmten sensorischen Umgebung zu halten. Es reflektiert neuromuskuläre Kontrollfähigkeit, die das zentrale Nervensystem mit dem affektiven Sensorsystem (Vision, Propriozeption und vestibuläre Empfindung) und Motorbefehlsausgang2koordiniert.

Frühere Auswertungsmethoden für die Haltungskontrolle, wie die Zeit für eine einbeinige Haltung und der Reichweitenabstand für Y-Balance-Tests, sind ergebnisorientiert und können nicht zur objektiven Bewertung der Koordination zwischen sensorischen Systemen und Motorsteuerung3verwendet werden. Darüber hinaus verwendeten einige Studien tragbare computerisierte Wackelplatten, die dynamische Balance-Leistungen aus Laboreinstellungen4,5,6quantifizierten. CDP unterscheidet sich von den oben genannten Prüfmethoden, da es auf die Analyse des Anteils von Sehkraft, Propriozeption und vestibulärem Empfindung bei der Haltungsstabilitätserhaltung und auf die Bewertung des Anteils der Motorstrategie, wie knöchel- oder hüftdominante Strategie, angewendet werden kann. Es wurde als Goldstandard für die Messung der Haltungskontrolle7 angesehen, da es genauigkeit, zuverlässigkeit und gültigkeit8ist.

Chronische Knöchelinstabilität (CAI) ist durch anhaltende Knöchelschmerzen, Schwellungen und das Gefühl des "Weggebens" gekennzeichnet; es ist eine der häufigsten Sportverletzungen9. CAI stammt hauptsächlich von seitlichen Knöchelverstauchungen, die die Integrität und Stabilität des seitlichen Knöchelbandkomplexes zerstören. Die Propriozeption, die fibuläre Muskelkraft und die normale Flugbahn des Talus sind10,11beeinträchtigt. Die Mängel des schwachen Knöchelsegments können zu einer mangelhaften Haltungskontrolle und Muskelaktivierung bei Personen mit CAI12führen. Jedoch, wenige Studien haben die Haltungsstabilität von Personen mit CAI mit CDP3untersucht ,13. Aktuelle Messungen konnten den Haltungskontrollmangel von CAI selten aus der Perspektive der sensorischen Analyse analysieren. Daher muss die Fähigkeit der sensorischen Organisation und der Haltungsstrategie von CAI, die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten, weiter erfordert werden.

Muskelaktivität ist ein wichtiger Bestandteil der neuromuskulären Kontrolle, die die Regulierung der Haltungsstabilität beeinflusst14,15. ALLERDINGS überwacht CDP die Wechselbeziehung zwischen COP und COG nur durch Kraftplatten, und seine Anwendung auf die Beobachtung des spezifischen Aktivierungsniveaus der unteren Gliedmaßenmuskeln bei Personen mit CAI ist schwierig. Derzeit haben nur wenige Studien die Haltungsstabilität von Individuen mit CAI durch eine Methode bewertet, die CDP mit Elektromyographie (EMG) kombiniert.

Daher zielt das entwickelte Protokoll darauf ab, die Haltungskontrolle und die damit verbundene Muskelaktivität durch die Kombination von CDP und Oberflächenelektromyographie (sEMG) zu untersuchen. Dieses Protokoll bietet einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung der neuromuskulären Kontrolle, einschließlich der sensorischen Organisation, der Haltungskontrolle und der damit verbundenen Muskelaktivität, für Teilnehmer mit CAI.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Vor den Tests unterzeichneten die Teilnehmer eine informierte Einwilligung, nachdem sie Informationen über den Versuchsprozess erhalten hatten. Dieses Experiment wurde von der Ethikkommission der Shanghai University of Sports genehmigt.

1. Ausrüstungsaufbau

  1. Schalten Sie das CDP-System ein, führen Sie eine vollständige Selbstkalibrierung aus und stellen Sie sicher, dass das Gerät normal mit einer Abtastfrequenz von 100 Hz arbeitet.
    HINWEIS: Jede der beiden installierten unabhängigen Kraftplatten misst drei Kräfte (Fx, Fy und Fz) und drei Momente (Mx, My und Mz). Die x-Achse befindet sich in der links-rechten Richtung und ist senkrecht zur sagittalen Ebene. Die y-Achse befindet sich in vorwärts-rückwärtsgerichteter Richtung und ist senkrecht zur koronalen Ebene. Die Z-Achse ist senkrecht zur horizontalen Ebene. Die Ursprünge befinden sich in den Zentren der Kraftplatten.
  2. Doppelklicken Sie auf Balance Manager System | Klinisches Modul, und klicken Sie dann auf Neuer Patient und legen Sie die Patienten-ID fest. Geben Sie eine genaue Größe, Gewicht und Alter ein. Wählen Sie Sensorischer Organisationstest, einseitige Haltung, Stabilitätsgrenzen, Motorcontrol Test und Anpassungstestaus.
    HINWEIS: Solche demografischen Daten werden auch für altersgerechte normative Diagnoseanalysen verwendet.
  3. Schalten Sie das Oberflächenelektromyographiesystem (sEMG) ein, und doppelklicken Sie auf das EMG Motion Tools-Symbol. Geben Sie das Triggersignal als Trigger In (Manueller Stopp)an, richten Sie die Teilnehmer-ID ein und stimmen Sie die gemessenen Muskeln mit der drahtlosen Elektrode ab. Die Muskeln der instabilen unteren Extremität sind vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM) und gastrocnemius lateralis (GL).
    HINWEIS: Der Ausdruck Trigger In (Manueller Stopp) gibt an, dass CDP das sEMG-System auslöst, um EMG-Daten während Tests zu erfassen, aber das "End"-Flag erfordert manuelles Klicken, um die Erfassung zu stoppen.
  4. Verbinden Sie das sEMG-System über die Synchronisationsleitung mit dem CDP-System. Passen Sie die Kamera des sEMG-Systems an, um die Signalanzeige des CDP-Systems zu erfassen.
    HINWEIS: Das Video der Kontrollleuchte wird synchron mit dem CDP-System und sEMG gesammelt, um den entsprechenden Zyklus des EMG gemäß den CDP-Tests zu schneiden. "Licht an" gibt an, dass der Test ausgeführt wird, und "Light off" zeigt an, dass der Test angehalten/angehalten wird.

2. Auswahl und Vorbereitung der Teilnehmer

  1. Verwenden Sie die folgenden Inklusionskriterien für CAI-Teilnehmer: (1) 35 männliche Teilnehmer mit regelmäßiger täglicher Aktivität, ausgenommen Profisportler oder sitzende Teilnehmer; (2) 20-29 Jahre alt; (3) Vorgeschichte von mindestens einer signifikanten Knöchelverstauchung, und die anfängliche Verstauchung muss mindestens 12 Monate vor der Einschreibung in die Studie aufgetreten sein; (4) Gefühle des "Verschenkens" des verletzten Sprunggelenks und/oder der wiederkehrenden Verstauchung und/oder des "Gefühls der Instabilität"; und (5) ein Cumberland-Knöchel-Instabilitätswerkzeug-Fragebogenvon von weniger als 24 Punkten16.
    1. Teilnehmer mit einer Geschichte von bilateralen Verstauchungen, Unterschenkelfraktur, Operation, nervösen und vestibulären Systemerkrankungen oder Allergie gegen Taping ausschließen. Zusätzlich rekrutieren Sie 35 männliche Teilnehmer ohne CAI, deren demografische Daten mit der CAI-Gruppe übereinstimmten, als Kontrollgruppe.
  2. Zur Vorbereitung das Elektrodenstück am Bauch der gemessenen Muskeln zu fixieren. Weisen Sie die Teilnehmer an, einen Sicherheitsgurt zu tragen und barfuß auf den Kraftplatten zu stehen, um der visuellen Umgebung zu begegnen.
    1. Passen Sie die Ausrichtung der Füße auf den Kraftplatten an. Richten Sie die malleolus medialis an der horizontalen Linie und der seitlichen Fußkante mit der entsprechenden computergenerierten Höhenlinie (S-, M- und T-Linien) aus. Deaktivieren Sie den in den visuellen Surround eingebetteten Bildschirm (Abbildung 1).
      HINWEIS: Diese Richtlinien basieren auf den folgenden Höhen. "S" bedeutet "klein" und umfasst Höhen von 76 cm bis 140 cm. "M" bedeutet "mittel" und umfasst Höhen von 141 cm bis 165 cm. "T" bedeutet "hoch" und umfasst Höhen von 166 cm bis 203 cm. Der Bildschirm kann Lerneffekte erzeugen, da er visuelles Feedback in Echtzeit liefern kann. Daher sollte der Bildschirm während des Tests geschlossen bleiben, außer während der Stabilitätsgrenze (LOS) Test17.

figure-protocol-1
Abbildung 1: Vorbereitung der Teilnehmer auf die Messung. Die Teilnehmer stehen aufrecht barfuß, um sich der visuellen Umgebung zu stellen, tragen Sicherheitsgurt, richten ihre Füße korrekt an den Kraftplatten aus und fixieren die drahtlosen EMG-Elektroden an ihren Beinen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

3. Messverfahren

  1. CDP-Messung
    1. Sensorischer Organisationstest
      1. Weisen Sie die Teilnehmer an, aufrecht zu stehen und ihre COG so stabil wie möglich zu halten, um mit den Interferenzen von Sehvermögen, somatosensorischer und vestibulärer Empfindung (singly oder combined) fertig zu werden (Tabelle 1). Führen Sie die Messungen der Bedingungen 1–6 durch. Jeder Test dauert 20 s. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede Bedingung.
    2. Einseitige Haltung
      1. Weisen Sie die Teilnehmer an, ihre Hände mit offenen/geschlossenen Augen auf die vordere überlegene Iliac-Spinne zu legen. Betrachten Sie die instabile Knöchelseite als das Stützbein. Verlängern Sie ihr Kniegelenk vollständig aus und beugen Sie das Knie ihres nicht stützenden Beins um ca. 30°. Lassen Sie die Teilnehmer stabil für 10 s stehen bleiben. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede visuelle Bedingung.
    3. Grenze der Stabilität
      1. Weisen Sie die Teilnehmer an, ihre COG im zentralen Bereich zu halten. Wenn Sie den Ring hören, lehnen Sie ihren Körper und verschieben Sie ihre COG schnell in den Zielrahmen im Bildschirm. Weisen Sie die Teilnehmer an, 10 s stabil zu bleiben. Schließen Sie die acht Richtungsverschiebungen ihrer COG (vorwärts, vorwärts rechts, rechts, rechts rückwärts, rückwärts, rückwärts-links, links und links-vorwärts) ab).
        HINWEIS: Beim PROZESS der COG-Verschiebung wird der Körper gerade gehalten, die Ferse oder Zehen sind nicht weit von den Kraftplatten entfernt, und das Hüftgelenk ist nicht gebogen.
    4. Motorsteuerungstest
      1. Weisen Sie die Teilnehmer an, effektiv zu reagieren, um die Körperstabilität wiederherzustellen und mit dem unerwarteten Abrutschen der Kraftplatten fertig zu werden. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede Slipbedingung.
        HINWEIS: Die Kraftplatten sind mit kleiner/mittlerer/großer Amplitude in vorderer/posteriorer Richtung verrutscht. Je nach Höhe des Teilnehmers wird die Rutschamplitude der Kraftplatten automatisch angepasst. Es müssen Standardverfahren befolgt werden, um die Fußposition auf den Kraftplatten auszurichten. Zwischen den Versuchen besteht eine zufällige Verzögerung.
    5. Anpassungstest
      1. Weisen Sie die Teilnehmer an, effektiv zu reagieren, um die Körperstabilität wiederherzustellen und fünf aufeinander folgende unerwartete Rotationen mit einer Geschwindigkeit von 20°/s zu bewältigen. Richten Sie die Zehen nach oben oder unten.
ZustandAugenKraftplattenVisuelle SurroundStörungenErwartete Reaktion
1ÖffnenLösungLösungSomatosensorik
2SchließenLösungLösungVisionSomatosensorik
3ÖffnenLösungSway-ReferenzVisionSomatosensorik
4ÖffnenSway-ReferenzLösungSomatosensorikVision, vestiular
5SchließenSway-ReferenzLösungSomatosensorik, VisionVestibulären
6ÖffnenSway-ReferenzSway-ReferenzSomatosensorik, VisionVestibulären

Tabelle 1: Unterschiedliche Interferenzen und entsprechende erwartete Reaktionen im sensorischen Organisationstest. Der Begriff "sway-referenced" bedeutet, dass die Bewegung der Kraftplatten und die visuelle Umgebung dem COG-Schwanken des Teilnehmers folgt.

  1. sEMG Mess- und Datenprozess
    1. Nach dem Auslösen durch CDP-System während SOT, US, LOS, MCT und ADT, starten Sie die automatische Erfassung der unteren Gliedmaßen Muskelaktivität Rohdaten. Stoppen Sie die Erfassung während des sEMG-Systems manuell, wenn das Licht ausgeschaltet ist. Die Stichprobengröße beträgt 1000 Hz.
    2. Geben Sie das Bearbeitungsfenster der sEMG-Software ein. Importieren Sie die C3d-Datei der EMG-Rohdaten und die mp4-Datei des Lichtvideos. Schneiden Sie den Testzyklus, wenn das Licht eingeschaltet ist.
    3. Fügen Sie in die Vorgänge "Verarbeitungspipeline" die folgenden Optionen in die Laufpipeline ein: Butterworth-Filter mit Tiefpass (450 Hz, 2). Ordnung) und High-Pass (20 Hz, 2. Ordnung); Notenfilter bei 50 Hz; und Wurzel mittlere quadratische Glättung Fenster von 100 ms.
      HINWEIS: Wählen Sie den Butterworth-Filter mit Tiefpass (450 Hz, 2. Ordnung) und High-Pass (20 Hz, 2. Auftrag), um unerwünschte Nieder- und Hochfrequenzkomponenten herauszufiltern. Stellen Sie den Kerbfilter auf 50 Hz ein, um 50 Hz-Interferenzen von der Hauptstromversorgung zu entfernen. Verwenden Sie das mittlere quadratische Glättungsfenster von 100 ms, um das laute Signal zu glätten.
    4. Fügen Sie in die Optionen Ereignisse generieren die folgenden Ereignisse in die Ausführungspipeline ein. "muscle on" ist definiert als "alle Kanäle gehen über 5x Grundwertrauschen Standardabweichungen für mindestens 50 ms". "Muskel aus" ist definiert als "alle Kanäle fallen unter 5x Standardabweichungen über Basislinie für mindestens 50 ms ".
    5. Fügen Sie in die Optionen Parameter generieren die folgenden Parameter in die Laufpipeline ein: integrale Elektromyographie (iEMG); Wurzel mittelgroßes Quadrat (RMS); mittlere Leistungsfrequenz (MPF); mittlere Frequenz (MDF); und Co-Aktivierungsverhältnis.
      HINWEIS: Im Folgenden sind die referenzierten Berechnungsformeln für die oben genannten Parameter (Gleichungen 1–4):
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
      figure-protocol-5
    6. Normalisieren Sie die RMS-Werte der SOT-, US-, LOS-, MCT- und ADT-Studien mit den RMS-Werten der maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion (MVIC) für jeden Muskel (Gleichung 5).
      figure-protocol-6
      HINWEIS: MVIC zeigt die maximale Kraftkontraktion jedes Muskels für Teilnehmer in der Standardhaltung für 5 s an (Zusatzdatei 1)18.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Repräsentative CDP-Ergebnisse
Sensorischer Organisationstest
Das System bewertet die Fähigkeit des Teilnehmers, COG im vorgegebenen Zielbereich beizubehalten, wenn sich die Umgebung als peripherer Signaleingang ändert. Equilibrium Score (ES) ist die Punktzahl unter den Bedingungen 1–6, die die Fähigkeit widerspiegelt, das Sensorsystem zu koordinieren, um die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten (Gleichung 6). Der zusammengesetzte Wert (KOMPOs) ist...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Das vorgestellte Protokoll wird verwendet, um die dynamische Haltungskontrolle und die damit verbundene Muskelaktivität bei Personen mit CAI zu messen, indem CDP mit sEMG synchronisiert wird. CDP verfolgt die Flugbahn der COP und COG und gibt Einblick in die Wechselwirkung zwischen sensorischen Informationen (visuelle, somatosensorische und vestibuläre Empfindung) Eingang und die externe Umgebung8,21,22. Es ist ein effektives We...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren würdigen die Finanzierung des National Natural Science Fund of China (11572202, 11772201 und 31700815).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTestNatus Medical Incorporated, USAZu den Hauptkomponenten gehören: NeuroCom Balance Manager Software Suite, dynamische Dual-Kraftplatte (Drehen & Verschieben), bewegliche visuelle Umgebung mit 15" LCD-Display (es könnte eine Echtzeitanzeige des Motivs bieten) s Schwerpunkt, der während der Aufgabe als Cursor angezeigt wird) und Beleuchtung, Überkopfstützstange mit Patientengurt, Computer und andere Teile.
drahtloses Myon 320 sEMG-SystemMyon AGDas System besteht aus 16 parallelen Kanälen von Sendesignalen, Empfänger, "EMG Motion Tools" und "ProEMG" Software, Computer und anderen Teilen.

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