Evaluation de l&#39;activation des muscles respiratoires aide respiratoire évaluation du contrôle moteur (MRAC) chez les personnes atteintes de maladies chroniques Spinal Cord Injury

Sevda C. Aslan; Manpreet K. Chopra; William B. McKay; Rodney J. Folz; Alexander V. Ovechkin

doi:10.3791/50178

Article de méthode

Evaluation de l'activation des muscles respiratoires aide respiratoire évaluation du contrôle moteur (MRAC) chez les personnes atteintes de maladies chroniques Spinal Cord Injury

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DOI :

10.3791/50178

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19 juillet 2013

Sevda C. Aslan¹ , Manpreet K. Chopra¹ , William B. McKay² , Rodney J. Folz³ , Alexander V. Ovechkin¹

¹Department of Neurological Surgery, University of Louisville, ²Spinal Cord Injury Laboratory, Shepherd Center, ³Department of Medicine: Division of Pulmonary, Critical Care and Sleep Disorders, University of Louisville

Dans cet article

Résumé

Le but de cette publication est de présenter notre travail original sur une approche électromyographique surface multi-musculaire pour caractériser quantitativement les modèles d'activation musculaire des voies respiratoires chez les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière chronique en utilisant une analyse basée sur un vecteur.

Résumé

Pendant la respiration, l'activation des muscles respiratoires est coordonné par l'entrée intégrée du cerveau, le tronc cérébral et la moelle épinière. Lorsque cette coordination est perturbée par une blessure de la moelle épinière (SCI), le contrôle des muscles respiratoires innervés dessous du niveau de la blessure est compromise ^1,2 conduisant à un dysfonctionnement des muscles respiratoires et des complications pulmonaires. Ces conditions sont parmi les principales causes de décès chez les patients atteints de SCI ^3. Des tests de la fonction pulmonaire standard qui évaluent la fonction motrice respiratoire comprennent les résultats spirometrical et maximum pression des voies aériennes: la capacité vitale forcée (CVF), le volume expiratoire maximal en une seconde (VEMS _1), la pression inspiratoire maximale (PI _max) et pression expiratoire maximale (PE _max) ^4,5. Ces valeurs constituent des mesures indirectes de la performance musculaire respiratoire ^6. Dans la pratique clinique et la recherche, une électromyographie de surface (EMG) a enregistré des muscles respiratoirespeut être utilisé pour évaluer la fonction motrice respiratoires et aider à diagnostiquer la pathologie neuromusculaire. Cependant, la variabilité de l'amplitude EMG inhibe les efforts pour développer des mesures objectives et directes de la fonction motrice respiratoire ^6. Basé sur une approche EMG multi-musculaire pour caractériser commande motrice des muscles des membres inférieurs ^7, connus sous le nom de l'indice de réponse volontaire (VRI) ^8, nous avons développé un outil d'analyse pour caractériser le contrôle moteur respiratoires directement à partir de sEMG données enregistrées à partir de plusieurs muscles respiratoires pendant le volontaire tâches respiratoires. Nous avons appelé cela le respiratoire évaluation de contrôle moteur (MRAC) ^9. Cette méthode d'analyse vectorielle quantifie le montant et la répartition des activités sur les muscles et les présente sous la forme d'un index qui concerne le degré de sortie sEMG dans un essai-sujet ressemble à celle d'un groupe de santé (non-blessés) contrôles. La valeur de l'indice qui en résulte a été démontré qu'ils ont une grande validité apparente, la sensibilitéet la spécificité ^9-11. Nous avons montré précédemment que les résultats ⁹ MRAC corrélation significative avec les niveaux de SCI et des mesures de la fonction pulmonaire. Nous présentons ici la méthode pour comparer quantitativement blessures respiratoires modèles d'activation multi-musculaires de la moelle épinière après à ceux de personnes en bonne santé.

Protocole

1. Réglages

têtes d'électrodes de surface ont été placés sur les ventres musculaires de gauche (L) et droit (R) des muscles respiratoires: sternocléidomastoïdien (SC), scalene (S), trapèze supérieur sur la ligne médio-claviculaire (UT), la partie claviculaire du grand pectoral sur la ligne médio-claviculaire (P ), le diaphragme en ligne parasternal (D), intercostal au 6 ^ème espace intercostal sur la ligne axillaire antérieure (IC), abdomen rectus au niveau ombilical (RA), oblique abdomen sur la ligne axillaire (O), trapèze inférieur paraspinally au niveau midscapular (LT ), et paraspinal paraspinally sur iliaque intercrestal ligne (PS) ^6. Les électrodes de masse ont été placées au cours des processus d'acromion. Un laboratoire Système de mouvement Back Pack Unit, avec des électrodes fixées, était relié à un mouvement Laboratoire d'EMG Desk Top appareil et du système Powerlab (Figure 1).
Circuit de surveillance de T-pièce pour enregistrer la pression des voies aériennes a été assemblé comme le montre la figure 2 et relié à la faible Pressure transducteur (MP45) en utilisant le tube d'air.
MP45 a été connecté au CD15 et le système Powerlab (figure 1 et tableau 1).

2. Protocole MRAC

Les tâches motrices respiratoires comprenaient des tâches maximum de pression inspiratoire (MIPT) et le Groupe de pression expiratoire maximum (MEPT). Pour effectuer MIPT ou MEPT, les sujets devaient produire effort inspiratoire maximum de volume résiduel ou efforts expiratoires de la capacité pulmonaire totale pendant 5 secondes à l'aide d'un circuit de surveillance T (figures 1 et 2). Chaque figure a été repéré par une longue tonalité 5 sec audible et répété 3x. Au moins 1 min de repos a été autorisée entre chaque effort.
Entrée EMG a été amplifié avec un gain de 2,000; filtré à 30-1,000 Hz et échantillonnée à 2.000 Hz. Entrée de pression des voies aériennes a été calibré à 100 cm d'eau et échantillonné à 2.000 Hz. Les entrées de pression des voies aériennes EMG et ont été converties par le système d'acquisition Powerlab utilisant 16 bits pleine échelle ADCrésolution. signaux pression des voies respiratoires, sEMG et marqueur ont été enregistrés simultanément ^9.

3. Analyse des données

Multi-musculaire activité de distribution fenêtres d'analyse de 5 secondes chacun pour MIPT ou MEPT été déterminée à partir du marqueur d'événement et de la pression des voies aériennes enregistrées avec le ton cuing qui a marqué le sujet quand commencer et terminer la tâche (Figure 3). L'activité sEMG pour chaque muscle a été calculée en utilisant une racine carrée (RMS) ^6,12 algorithme (Figure 4) signifier. Trois essais répétés pour chaque tâche ont été en moyenne de ¹³ pour chaque muscle (canal).
Les modèles d'activation multi-musculaires ont été évalués sur la base d'une méthode d'analyse de vecteur connu comme l'indice de réponse volontaire (VRI) ⁸ (figures 4-6) en utilisant le logiciel Matlab sur mesure (MathWorks). Pour chaque manœuvre, le calcul VRI produit deux valeurs, une ampleur et un indice de similarité (SI) (figures 5-6).Le paramètre Magnitude, le montant de l'activité EMG combiné de tous les muscles dans la fenêtre de temps spécifique, a été calculé comme une longueur du vecteur de réponse (RV) pour tâche spécifique (figure 7). L'indice de similarité (SI) fournit une valeur qui exprime le degré de similarité le RV de la SCI est soumise au vecteur de réponse de Prototype (PRV) provenant de sujets sains au cours de la même tâche. La valeur SI a été calculé pour chaque tâche en cosinus de l'angle entre l'objet VR et PRV SCI. La valeur SI varie entre 0 et 1,0, où la valeur de 1,0 représente la meilleure correspondance pour les vecteurs comparés ⁹ (figure 8).