Paradigmi della formazione di stimolazione elettrica dell'arto inferiore dopo la ferita del midollo spinale
1 febbraio 2018
Ferita del midollo spinale è una patologia traumatica che può provocare rischi elevati di disordini metabolici secondari cronici. Qui, abbiamo presentato un protocollo utilizzando formazione superficie stimolazione-resistenza elettrica neuromuscolare in combinazione con estremità inferiore di stimolazione elettrica funzionale bicicletta come una strategia per migliorare molti di questi problemi medici.
L'obiettivo generale di questo intervento riabilitativo è quello di evidenziare diversi usi della stimolazione elettrica neuromuscolare di superficie, dell'allenamento di resistenza e della stimolazione elettrica funzionale, del ciclo degli arti inferiori, come strategie per migliorare molte delle conseguenze sulla salute delle lesioni del midollo spinale. Quindi questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nell'area della riabilitazione, su come progettare efficacemente un protocollo di stimolazione elettrica per le persone che hanno una lesione del midollo spinale. Il vantaggio di queste tecniche è quello di massimizzare i benefici cardio-metabolici e di aumentare la massa muscolare dopo una lesione del midollo spinale.
Vorremmo approfondire questa domanda di ricerca per migliorare i protocolli di riabilitazione disponibili per le persone con lesione midollare. Se un individuo con la lesione del midollo spinale che è nuovo a questo metodo può avere difficoltà a causa del dolore, che può sperimentare all'inizio dell'allenamento. Tuttavia, è probabile che questi pazienti abbiano una sensibilità intatta e, man mano che sviluppano l'allenamento e vanno avanti nel loro allenamento, è probabile che si abituino al programma e diventino più tolleranti al protocollo di stimolazione elettrica.
A dimostrare il protocollo di stimolazione elettrica neuro-muscolare è Refka Khalil. È coordinatrice della ricerca nel nostro laboratorio. A dimostrare il ciclismo FAS per l'allenamento degli arti inferiori sono Robert Lester e Sally Abilmona.
Entrambi sono assistenti di ricerca nel nostro laboratorio. Per iniziare, misura la pressione sanguigna a riposo e la frequenza cardiaca del partecipante. Con il partecipante seduto su una sedia a rotelle, chiedigli di togliersi le scarpe.
Posizionare un cuscino dietro il polpaccio del partecipante, per sostenere le gambe durante la flessione del ginocchio. Quindi, fissare i pesi alle caviglie del partecipante. Posizionare l'elettrodo distale a circa 1/3 della distanza tra la rotula e la piega inguinale.
Successivamente, posizionare l'elettrodo prossimale sul muscolo vasto laterale, lateralmente e adiacente alla piega inguinale. Posizionare l'elettrodo prossimale longitudinalmente e parallelamente all'accesso della linea mediana delle articolazioni dell'anca e del ginocchio. Impostare la frequenza di uno stimolatore portatile a 30 hertz, con un'ampiezza dell'impulso rettangolare bifasico di 450 microsecondi e un intervallo tra gli impulsi di 50 microsecondi.
Quindi, collegare i cavi dello stimolatore a ciascun elettrodo. Inizia con la gamba destra e aumenta gradualmente la corrente fino a quando non si osserva una tensione visibile nel gruppo muscolare estensore del ginocchio. Lentamente rampa la corrente fino a quando il ginocchio non è completamente esteso.
Mantenere il ginocchio in questa posizione per tre-cinque secondi per ottenere la massima tensione nelle unità motorie. Quindi, diminuire progressivamente la corrente fino a quando non scende al di sotto del 50% della corrente necessaria per estendere la gamba e riportare la gamba nella posizione di partenza. Registra l'ampiezza attuale necessaria per ottenere l'estensione completa della gamba.
Completa un protocollo di allenamento composto da quattro serie da 10 ripetizioni per gamba, alternando la gamba destra e quella sinistra. Se il partecipante non riesce a raggiungere l'estensione completa del ginocchio, registrare la percentuale di movimento e consentire al partecipante di impiegare più tempo tra le ripetizioni. Innanzitutto, misura la pressione sanguigna a riposo e la frequenza cardiaca del partecipante.
Quindi, posizionare il partecipante, seduto sulla propria sedia a rotelle personale, davanti a una bicicletta ergometro FES. Aggiungere qui l'elettrodo distale degli estensori del ginocchio alla pelle sopra il vasto mediale, circa 1/3 della distanza tra la rotula e la piega inguinale. Quindi, posizionare l'elettrodo prossimale sul muscolo vasto laterale lateralmente e adiacente alla piega inguinale.
Far aderire l'elettrodo distale per i flessori del ginocchio alla pelle da due a tre centimetri sopra la fossa poplitea e applicare un involucro elastico per assicurarne il posizionamento. Quindi, posizionare l'elettrodo prossimale a 20 centimetri sopra la fossa poplitea. Quindi, istruire il partecipante a piegarsi in avanti nella direzione dell'ergometro.
Far aderire due elettrodi paralleli e sulla massa del ventre muscolare del grande gluteo. Ispezionare la parte anteriore e posteriore dell'ergometro per assicurarsi che il partecipante sia posizionato correttamente e collegare gli elettrodi allo stimolatore. Quindi assicurati che la sedia a rotelle del partecipante sia bloccata e assicurati i piedi del partecipante ai pedali dell'ergometro.
Successivamente, muovi passivamente le gambe del partecipante per osservare il suo movimento nell'ergometro. Regola l'altezza della bici se le gambe del partecipante sono compresse o iperestese. Utilizzare due ganci situati alla base dell'ergometro per fissare la sedia a rotelle all'ergometro.
Quindi, posizionare due blocchi di legno sotto le ruote della sedia a rotelle per impedire il movimento durante la pedalata. Sullo stimolatore, impostare la frequenza di stimolazione appropriata per ciascun gruppo muscolare. Quindi, selezionare i parametri appropriati per il ciclo e l'allenamento a intervalli.
Mentre il partecipante sta completando la sessione di allenamento, misurare la pressione sanguigna ogni due-cinque minuti. Infine, registra la frequenza cardiaca, la velocità, la potenza, la distanza, la resistenza e la percentuale di stimolazione del partecipante ogni 30 secondi, fino al completamento della sessione di allenamento. Come mostrato in questa tabella, i risultati indicano che con FES-LEC c'è un aumento della percentuale di stimolazione della corrente per compensare l'aumento della resistenza del volano nelle 12 settimane di allenamento.
La resistenza è progredita da 1,0 a 4,5 newton metri durante il primo stadio, da 1,6 a 5,5 newton metri durante il secondo stadio e da 2,1 a 5,5 newton metri durante il terzo stadio. Infine, la potenza erogata è aumentata da due a quattro volte in ciascuna delle tre fasi tra la prima e la dodicesima settimana. La potenza è passata da quattro a 12 watt durante il primo stadio, da 5,4 a 11,24 watt durante il secondo stadio e da 2,6 a 11 watt durante il terzo stadio.
Le implicazioni di queste tecniche si estendono alla terapia e alla riabilitazione di una persona che ha una lesione del midollo spinale a causa della drammatica atrofia muscolare che ha sperimentato e che porta a conseguenze significative per la salute dopo una lesione del midollo spinale. Questo metodo è essenziale e può fornire informazioni su come applicare la stimolazione elettrica ad altre popolazioni cliniche, non solo alle lesioni del midollo spinale con disturbi neurologici. Può essere applicato anche ad altri sistemi, come i muscoli degli arti superiori, addominali e del tronco.
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Panoramica
Questo articolo presenta un intervento riabilitativo volto ad affrontare le conseguenze sanitarie della lesione del midollo spinale attraverso tecniche di stimolazione elettrica. L'attenzione è rivolta all'allenamento resistenziale con stimolazione elettrica neuromuscolare transcutanea e alla stimolazione elettrica funzionale per la cyclette degli arti inferiori.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Riabilitazione
- Tecniche di stimolazione elettrica
Sfondo
- La lesione del midollo spinale può portare a disturbi metabolici cronici.
- Strategie di riabilitazione efficaci sono fondamentali per il recupero.
- I metodi di stimolazione elettrica possono migliorare la massa muscolare e la salute cardio-metabolica.
- I pazienti possono inizialmente provare disagio, ma possono adattarsi nel tempo.
Scopo dello studio
- Valutare l'efficacia dei protocolli di stimolazione elettrica per la riabilitazione delle lesioni del midollo spinale.
- Ottenere il massimo beneficio cardio-metabolico nei soggetti interessati.
- Migliorare i protocolli di riabilitazione esistenti per i pazienti con lesione del midollo spinale.
Metodi Utilizzati
- Allenamento resistivo con stimolazione elettrica neuromuscolare superficiale.
- Ciclistica degli arti inferiori con stimolazione elettrica funzionale.
- Valutazione della massa muscolare e degli esiti cardio-metabolici.
- Monitoraggio dell'adattamento del paziente ai protocolli di stimolazione elettrica.
Risultati Principali
- Miglioramento della massa muscolare osservato nei partecipanti.
- Migliorata salute cardio-metabolica rilevata attraverso l'allenamento.
- I pazienti si sono adattati alla stimolazione elettrica nel tempo.
- Potenziale per protocolli di riabilitazione migliorati dimostrato.
Conclusioni
- Le tecniche di stimolazione elettrica possono apportare benefici significativi alla riabilitazione delle lesioni del midollo spinale.
- L'adattamento ai protocolli di allenamento è realizzabile per i pazienti.
- Sono necessarie ulteriori ricerche per perfezionare le strategie riabilitative.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
L'allenamento con stimolazione elettrica affronta i principali rischi cardiometabolici e il deterioramento muscoloscheletrico nelle popolazioni con lesione del midollo spinale, offrendo un modello preclinico per la valutazione di interventi neuromuscolari. Mirando all'atrofia del muscolo scheletrico, all'adiposità ectopica e alla resistenza all'insulina, questo approccio supporta la riduzione meccanicistica dei rischi associati a strategie terapeutiche finalizzate al ripristino della mobilità funzionale. Il protocollo combinato NMES-RT e FES-LEC permette di valutare adattamenti dipendenti dalla dose, rilevanti per l'identificazione di biomarcatori traslazionali e per una previsione affidabile nei percorsi di neuroriabilitazione.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo di Biopharma
Scoperta Precoce e Convalida del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi dei modelli di attivazione neuromuscolare come biomarcatore dell'integrità delle vie motorie dopo un infortunio.
- Valore operativo: Fornisce parametri quantificabili come l'output di potenza e la tolleranza alla resistenza per valutare l'efficacia del bersaglio nel tempo.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Parametri di stimolazione standardizzati (frequenza di 30 Hz, larghezza dell'impulso di 450 μs) permettono l'induzione riproducibile della contrazione muscolare tra diversi soggetti.
- Valore operativo: L'utilizzo sequenziale di NMES-RT seguito da FES-LEC crea un flusso di lavoro scalabile per valutare gli effetti di condizionamento sull'adattamento metabolico.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Le misure di aumento della potenza (da 2 a 4 volte il valore basale) e il progressivo incremento della resistenza (da 1,0 a 5,5 Nm) riflettono un miglioramento della capacità mitocondriale e dell'adattamento cardiovascolare.
- Valore operativo: La fattibilità di un allenamento a lungo termine sostiene decisioni di avanzamento personalizzate in base al rischio per terapie neuromodulatorie o rigenerative.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo collega la fase iniziale della scoperta (la validazione del bersaglio neuromuscolare) alla valutazione preclinica fornendo una piattaforma quantificabile e ripetibile per valutare l'efficacia della stimolazione elettrica funzionale in sistemi motori rilevanti per la malattia.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi su se il condizionamento muscolare mediante NMES-RT migliori la risposta al FES-LEC, fornendo indicazioni per la selezione di target in interventi neuromodulatori.
- Selezione: Permette la valutazione della tolleranza alla stimolazione e della generazione di potenza come criteri quantitativi di prontezza per test terapeutici successivi.
- Analisi: Monitora i cambiamenti longitudinali nell'ampiezza della corrente, nella resistenza e nell'output di potenza per definire relazioni dose-risposta e soglie adattative.
- Ricerca traslazionale: Collega le risposte neuromuscolari acute a miglioramenti metabolici sostenuti, sostenendo la continuità tra meccanismo e risultato funzionale.
- Riutilizzo aziendale: La struttura del protocollo ne consente l'adattamento a diversi gruppi muscolari (ad esempio, estremità superiori, tronco) per un'ampia applicazione nei programmi di riabilitazione motoria.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Previsione affidabile dell'adattamento neuromuscolare, riduzione dell'ambiguità nella modellizzazione dose-risposta per la stimolazione elettrica.
- Valore operativo: Posizionamento standardizzato degli elettrodi, parametri di stimolazione e protocolli di progressione garantiscono riproducibilità tra diversi centri.
- Valore strategico: Orienta le decisioni di proseguimento o interruzione identificando i pazienti che raggiungono un adattamento metabolico significativo, riducendo i fallimenti nelle fasi avanzate dei trial.
- Impatto sul portafoglio: Permette una selezione dei pazienti stratificata per rischio in base alla risposta precoce alla fase di condizionamento, migliorando le strategie di arricchimento nei trial di neuroriabilitazione.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specialistiche nella stimolazione elettrica neuromuscolare e una titolazione accurata per evitare disagio o eventi avversi.
- È dipendente dalla precisione dello stimolatore per il controllo di frequenza, larghezza dell'impulso e rampa della corrente, al fine di garantire un reclutamento costante delle unità motorie.
- Necessita di ambienti di allenamento standardizzati (stabilizzazione della sedia a rotelle, allineamento dell'ergometro) per ridurre al minimo la variabilità nelle misurazioni di potenza e resistenza.
- L'adattamento tra diversi gruppi muscolari può richiedere il riposizionamento degli elettrodi e la regolazione dei tempi di stimolazione per mantenere la sinergia.
- Il disagio iniziale può influenzare l'aderenza; una progressione graduale e un monitoraggio costante sono essenziali per garantire una partecipazione prolungata.
