Name: Evaluation de lactivation des muscles respiratoires aide respiratoire évaluation du contrôle moteur (MRAC) chez les personnes atteintes de maladies chroniques Spinal Cord Injury (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-19T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 37 s
Description: Découvrez une méthode d'analyse vectorielle pour évaluer l'activation des muscles respiratoires chez les personnes atteintes de lésion médullaire chronique. Cette approche EMG quantifie les patterns musculaires et les compare aux valeurs normatives.

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Ce travail a été soutenu par Christopher et Dana Reeve Foundation (Grant CDRF OA2-0802-2), Kentucky moelle épinière et traumatisme crânien Research Trust (Grant 9-10A - KSCHIRT), Craig H. Fondation Neilsen (Grant 1000056824 - HN000PCG) et national Institutes of Health: National Heart Lung and Blood Institute (Grant 1R01HL103750-01A1).

1. Réglages <ol><li> têtes d&#39;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&#39;acromion. Un laboratoire Système de mouvement Back Pack Unit, avec des électrodes fixées, était relié à un mouvement Laboratoire d&#39;EMG Desk Top appareil et du système Powerlab (Figure 1). </li><li> 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&#39;air. </li><li> MP45 a été connecté au CD15 et le système Powerlab (figure 1 et tableau 1). </li></ol> 2. Protocole MRAC <ol><li> 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&#39;aide d&#39;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. </li><li> 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&#39;eau et échantillonné à 2.000 Hz. Les entrées de pression des voies aériennes EMG et ont été converties par le système d&#39;acquisition Powerlab utilisant 16 bits pleine échelle ADCrésolution. signaux pression des voies respiratoires, sEMG et marqueur ont été enregistrés simultanément 9. </li></ol> 3. Analyse des données <ol><li> Multi-musculaire activité de distribution fenêtres d&#39;analyse de 5 secondes chacun pour MIPT ou MEPT été déterminée à partir du marqueur d&#39;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&#39;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). </li><li> Les modèles d&#39;activation multi-musculaires ont été évalués sur la base d&#39;une méthode d&#39;analyse de vecteur connu comme l&#39;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&#39;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&#39;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&#39;angle entre l&#39;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). </li></ol>

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<li>McKay, W. B., Lim, H. K., Priebe, M. M., Stokic, D. S., Sherwood, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+neurophysiological+assessment+of+residual+motor+control+in+post-spinal+cord+injury+paralysis%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabil.+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">Clinical neurophysiological assessment of residual motor control in post-spinal cord injury paralysis.</a> Neurorehabil. Neural Repair. 18, 144-153 (2004).</li>
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</ol>

Aucun conflit d&#39;intérêt à déclarer.

Essais cliniques standard pour évaluer la fonction motrice respiratoire après SCI et d&#39;autres troubles comprennent les tests de la fonction pulmonaire et la moelle échelle de dégradation de l&#39;Association américaine des blessures (AIS) évaluation 14,15. Toutefois, ces outils ne sont pas conçus pour l&#39;évaluation quantitative du tronc et le contrôle moteur respiratoires. Dans notre travail déjà publié 9, nous avons montré que le MRAC est une méthode valide pour évaluer quantitativement la ...

<table><tbody><tr><td>PowerLab System 16/35</td><td>ADInstruments</td><td>PL3516</td><td>Le nombre d’unités dépend du nombre de canaux enregistrés</td></tr><tr><td>Système EMG MA 300</td><td>Motion Lab Systems</td><td>MA300-XVI</td><td>Le nombre d’unités dépend du nombre de canaux enregistrés</td></tr><tr><td>Transducteur basse pression MP45</td><td>Validyne</td><td>MP45-40-871</td><td></td></tr><tr><td>Démodulateur de porteuse de base CD15</td><td>Validyne</td><td>CD15-A-2-A-1</td><td></td></tr><tr><td>Manomètre de pression atmosphérique</td><td>Boehringer</td><td>4103</td><td>Nécessaire pour l’étalonnage MP45</td></tr><tr>Marqueur <td></td><td></td><td>d’événement</td><td>Interrupteur portatif qui, lorsqu’il est enfoncé, donne une tension continue et une sortie sonore (y compris une marque de 5 secondes de long)</td></tr><tr><td>Lingettes imbibées d’alcool</td><td>Henry Schein</td><td>1173771</td><td>Nécessaire pour le placement des électrodes</td></tr><tr><td>Gel d’électrodes</td><td>Lectron II</td><td>36-3000-25</td><td>Nécessaire pour le placement des électrodes</td></tr><tr><td>Tagaderm</td><td>Henry Schein</td><td>7779152</td><td>Nécessaire pour le placement des électrodes</td></tr><tr><td>Pince-nez </td><td>Henry Schein</td><td>1089460</td><td></td></tr><tr><td>Circuit de surveillance de ventilateur à pièce en T avec vannes unidirectionnelles </td><td>Alleglance (Airlife)</td><td>1504</td><td></td></tr><tr><td>Tube d’air </td><td>UnoMedical</td><td>400E</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Tableau 1. Liste de l’équipement et des fournitures spécifiques utilisés pour l’évaluation du contrôle respiratoire.</td></tr></tbody></table>

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

Evaluation of Respiratory Muscle Activation Using Respiratory Motor Control Assessment (RMCA) in Individuals with Chronic Spinal Cord Injury

Pendant la respiration, l&#39;activation des muscles respiratoires est coordonné par l&#39;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&#39;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&#39;indice de réponse volontaire (VRI) 8, nous avons développé un outil d&#39;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&#39;analyse vectorielle quantifie le montant et la répartition des activités sur les muscles et les présente sous la forme d&#39;un index qui concerne le degré de sortie sEMG dans un essai-sujet ressemble à celle d&#39;un groupe de santé (non-blessés) contrôles. La valeur de l&#39;indice qui en résulte a été démontré qu&#39;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&#39;activation multi-musculaires de la moelle épinière après à ceux de personnes en bonne santé.

La figure 3 représente l&#39;électromyogramme et la pression des voies aériennes (en haut) simultanément enregistrée au cours MEPT d&#39;un non-blessés (à gauche) et SCI individus (à droite). Remarque diminution de la pression des voies aériennes et l&#39;absence de sEMG activité des muscles expiratoires chez un sujet SCI par rapport à un individu non-blessés (marqué d&#39;ellipses grises). Notez également que début de la tâche, comme indiqué sur le fond, est associée à une augmentation sEMG activité et...

Le but de cette publication est de présenter notre travail original sur une approche électromyographique surface multi-musculaire pour caractériser quantitativement les modèles d&#39;activation musculaire des voies respiratoires chez les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière chronique en utilisant une analyse basée sur un vecteur.

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

During breathing, activation of respiratory muscles is coordinated by integrated input from the brain, brainstem, and spinal cord. When this coordination ...

L'objectif général de cette procédure est d'évaluer de manière quantitative les schémas d'activation des muscles respiratoires chez des sujets ayant une lésion de la moelle épinière, en les comparant à des valeurs normatives obtenues chez des sujets sains. Cela est réalisé par l'enregistrement de l'activité électromyographique, ou EMG, des muscles respiratoires chez des sujets présentant une lésion de la moelle épinière durant des tâches respiratoires. Afin de calculer l'ampleur de cette activité pour chaque muscle dans une deuxième étape, un vecteur résultant est construit, qui caractérise la répartition et l'ampleur de l'activité au sein de ces muscles.Ensuite, les données provenant de sujets sains réalisant la même tâche sont utilisées pour calculer un vecteur de réponse prototype. Un indice de similarité peut alors être calculé, indiquant dans quelle mesure le vecteur obtenu ressemble au vecteur de réponse prototype, permettant ainsi une comparaison entre le schéma d'activation des muscles respiratoires chez les patients ayant une lésion médullaire et le schéma normal observé chez un sujet sain. Grâce à cette technique, nous pouvons surveiller la fonction motrice respiratoire chez les patients présentant une lésion médullaire ou d'autres troubles associés à des déficits du contrôle moteur respiratoire.L'acquisition et le traitement des données sont très importants pour une évaluation réussie de cette méthode. C'est pourquoi la démonstration visuelle est essentielle, car elle permet d'illustrer la procédure. Le chercheur scientifique Islam, le responsable de recherche Edward Brown et le technologue de recherche Man PRI Chopra, tous de mon laboratoire, commencent par placer les électrodes de surface sur les ventres musculaires des muscles respiratoires gauche et droit.Ces points incluent le trapèze inférieur para-vertébral au niveau scapulaire moyen. Les muscles para-vertébraux sur la ligne inter-cristique iliaque. Le sterno-cléido-mastoïdien, le trapèze supérieur sur la ligne médio-claviculaire.La portion claviculaire du muscle pectoral sur la ligne midclaviculaire. L’intercostal au niveau du sixième espace intercostal sur la ligne axillaire antérieure. Le diaphragme sur la ligne para-sternale, le grand droit de l’abdomen au niveau ombilical et l’oblique de l’abdomen sur la ligne axillaire moyenne.Placer les électrodes de mise à la terre au-dessus des apophyses acromiales. Amplifier le signal EMG avec un gain de 2000. Filtrer entre 30 et 1000 hertz et échantillonner à 2000 hertz.Connecter un unité dorsale de système de laboratoire du mouvement, munie d'électrodes, à une unité de bureau de laboratoire du mouvement, un système EMG et un système PowerLab. Comme illustré dans le protocole textuel, étalonner l'entrée de pression des voies respiratoires. Ajouter 120 centimètres d'eau et échantillonner à 2000 hertz.Assembler un circuit de surveillance en T pour enregistrer la pression des voies respiratoires. Ensuite, le relier au transducteur de basse pression à l'aide d'un tube d'air. Enfin, connecter le transducteur de basse pression au système CD 15 et PowerLab.Les tâches motrices respiratoires comprennent la tâche de pression inspiratoire maximale, abrégée en MIPT, et la tâche de pression expiratoire maximale ou MEPT. Réalisez la MIPT en utilisant un ton audible pour inciter le sujet Q à produire un effort inspiratoire maximal à partir du volume résiduel pendant cinq secondes. À l’aide d’un circuit de surveillance en T, prévoir au moins une minute de repos avant de répéter le processus trois fois. Pour réaliser la MEPT.Utilisez un signal sonore de cinq secondes pour indiquer aux sujets qu’ils doivent produire des efforts expiratoires maximaux à partir de la capacité pulmonaire totale. À l’aide du circuit de surveillance en T, laissez à nouveau reposer au moins une minute, puis répétez le processus trois fois. Convertissez les entrées de l’EMG et de la pression aérienne par le système d’acquisition PowerLab en utilisant un enregistrement avec une résolution A DC de 16 bits à échelle complète, enregistrant simultanément la pression aérienne, l’électromyographie cutanée et les signaux de repère pour le MIPT et le MEPT, puis déterminez les fenêtres d’analyse de la distribution de l’activité multi-musculaire de cinq secondes chacune à partir du repère d’événement et de la pression aérienne enregistrées avec le signal sonore de sollicitation qui a indiqué au sujet.Déterminer le moment de commencer et de terminer la tâche, puis calculer l'activité d'électromyographie de surface pour chaque muscle à l'aide d'un algorithme de moyenne quadratique, ou RMS. Moyenner trois essais répétés pour chaque tâche. Pour chaque muscle, évaluer les profils d'activation multimusculaire selon une méthode d'analyse vectorielle appelée indice de réponse volontaire, ou VRI, à l'aide d'un logiciel MATLAB sur mesure. Pour chaque manœuvre, calculer le paramètre d'amplitude, correspondant à l'intensité combinée de l'activité d'électromyographie de surface pour tous les muscles dans une fenêtre temporelle spécifique, exprimée comme la longueur du vecteur de réponse, ou RV, pour une tâche donnée.Calculer également l'indice de similarité, ou valeur IS, pour chaque tâche, correspondant au cosinus de l'angle entre le vecteur de réponse (VR) des sujets ayant une lésion de la moelle épinière et le vecteur de réponse prototype (VRP) obtenu à partir des sujets sains lors de la même tâche. Voici représentés l'électromyogramme et la pression dans les voies aériennes enregistrés simultanément pendant le MEPT chez un sujet non lésé et un sujet ayant une lésion de la moelle épinière (LME). Remarquez la diminution de la pression dans les voies aériennes et l'absence d'activité électromyographique de surface dans les muscles expiratoires chez un sujet LME par rapport à un sujet non lésé. Notez également que le début de la tâche, indiqué en bas, est associé à une augmentation de l'activité électromyographique de surface et à une montée de la pression dans les voies aériennes. Les principales étapes de la construction du vecteur de réponse sont indiquées ici.Le début et la fin de la tâche ont été définis comme des points de données selon le marqueur. La racine carrée moyenne de l'électromyographie de surface dans cette fenêtre d'événement représente l'activité moyenne de l'électromyographie de surface pour chaque muscle. Le vecteur de réponse est constitué à l'aide des valeurs RMS pour la combinaison musculaire spécifique illustrée.Voici le calcul du vecteur de réponse prototype et de son amplitude pour un groupe d'individus non blessés. La matrice de réponse prototype a été construite à partir des vecteurs de réponse individuels. Chaque colonne de la matrice de réponse prototype contient les données d'un individu du groupe, et chaque ligne représente l'activité électromyographique de surface quantifiée d'un muscle spécifique pour tous les individus du groupe.Le vecteur de réponse prototype a été calculé en prenant la moyenne de chaque ligne de la matrice de réponse prototype. La valeur de magnitude représente la longueur du vecteur de réponse et a été calculée selon la formule indiquée. Les étapes présentées ici concernent le calcul de l'indice de similarité.Le vecteur de réponse et son amplitude pour un sujet particulier atteint de LS ont été calculés. L'indice de similarité a été obtenu en calculant le produit scalaire du vecteur prototype et du vecteur de réponse. Une fois maîtrisé, l'enregistrement sera effectué en environ une heure.Le traitement des données dépendra du logiciel utilisé après cette procédure. D'autres tâches respiratoires, telles que la toux ou le niveau maximal du flux aérien, peuvent être utilisées pour répondre à des questions supplémentaires.

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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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