Name: 脊髄損傷後下肢電気刺激の訓練のパラダイム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
Description: 学ぶ脊髄損傷後の電気刺激リハビリテーション手法。表面神経筋電気刺激抵抗トレーニングと機能的電気刺激下肢サイクリングを用いて、筋量増加と心代謝機能改善を実現する方法を解説します。

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時間と従来の研究に参加する労力を捧げたの参加者に感謝したいと思います。我々 は臨床人間科学臨床試験を実施する環境を提供するためハンター ホームズ マクガイア研究所や脊髄損傷障害を感謝したいです。アシュラフ S. Gorgey は、復員軍人省、ベテランの健康の管理、リハビリテーションの研究と開発サービス (B7867 W)、国防総省-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA) によって現在サポートされています。

本稿で説明しているトレーニングのプロトコルは、clinicaltrials.gov 識別子 (NCT01652040) に登録されています。研修には、足首の重みと FES LEC NMES RT が含まれます。すべての必要な機器は、表 2に表示されます。研究プロトコルとインフォームド・コンセントが審査し、リッチモンド VAMC 制度審査委員会 (IRB) とヴァージニア連邦大学 (VCU) IRB 承認します。すべての研究手順が説明された裁判を開始する前に各参加者の詳細。
1. 参加者募集
<ol><li>潜在的な参加者とプレ ・ スクリーニング評価を実行します。<ol>
<li>勉強 (24 週)、週 (隔週) 毎回、セッションの長さの長さを含むトレーニングのプロトコルの詳細については徹底的に (NMES RT: 30 分、フェズ LEC: 45-60 分)。 注: NMES RT が行われる最初の 12 週間は、FES LEC の 12 週続きます。</li>
		<li>潜在的な参加者などに医療の条件を述べる: 男性か女性 sci、アメリカ脊髄損傷分類 (AIS) A、B または C (AIS"C"分類立ち上がって、歩くことができない人とのそれら)、18 歳 ~ 65 歳、1 年以上受傷後体ボディマス指数 (BMI) ≤ 30 kg/m2傷害のモーターの完全なまたは不完全な C5 L2 レベル。</li>
		<li>潜在的な参加者を含む医療の制限について説明する: 自由なタイプ II 糖尿病、心血管疾患の診断やインスリン、コントロール不良の高血圧の圧力傷ステージ 3 以上の尿路感染症症状、T スコア-2.5、骨粗しょう症や科学の女性のための妊娠</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. NMES RT
<ol><li>参加者は、彼/彼女の膀胱を空隙を確保し、安静時の血圧と心拍数を測定します。参加者を車椅子に着座、彼/彼女の靴を参加者に指示します。その後、膝関節屈曲時の足のクッションには子牛の後ろに枕を置きます。(0-26 ポンド) の足首の重みを参加者の足首 (図 1) に適用します。 注: 最初の 2 セッション参加者は重力に対して彼/彼女の足を持ち上げることができるように足首の重みなし行われます。</li>
	<li>膝伸筋群を皮膚に両側 2 7.5 cm × 12.7 cm 接着の炭素電極を適用します。<ol>
<li>遠位電極 ~1/3 膝蓋骨と鼠径倍と、大腿四頭筋の正中線の内側間の距離を置きます。股関節から膝継手 (図 2) に走る正中線軸長手方向と平行電極を配置します。</li>
		<li>近位部の電極を横方向に配置と外側広筋畳むの鼠径部に隣接します。正中線軸 (図 2) に、長手方向と平行に、電極を配置します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ポータブル刺激を周波数 30 Hz と 450 μ s の相性矩形波パルス幅に設定し、50 μ s interpulse 間隔19,20,21,22,23,24 ,37,38,39。各電極に刺激からのケーブルを接続します。 注: 電極の極性の電極が正しい位置に限り刺激パターンが影響しません。</li>
	<li>膝伸筋群の顕著な表示の緊張が認識されるまでは、現在を右脚に始まり、徐々 に増加します。引き続きにおける膝伸展 (最大 200 mA) を換起する電流をゆっくりと成長します。活性化された運動単位の最大緊張を呼び起こすための 3-5 秒のための拡張のままに脚を許可します。</li>
	<li>それの下の 50% 現在のターゲット、脚を拡張し、偏心脚を移動する必要が開始位置に戻るまで、電流を徐々 に減少します。完全伸展を呼び起こすに必要な現在の振幅を記録します。</li>
	<li>脚と右と左の足間の交互あたり 10 繰り返しの 4 セットを含む一方的な訓練を完了します。各繰り返しの間、セット間 3 分 3 5 s 残りの部分に脚を許可します。参加者がにおける膝伸展が到達しない場合 % 可動域を記録し、繰り返しの間の時間を増加します。 注: 筋肉疲労モーション ≤ 25% の範囲で 2 つの連続した繰り返しとして定義されます。</li>
	<li>4 つのセットのそれぞれを試みますが、参加者には、筋疲労が発生した場合現在のセットを終了し、反対側の脚にトレーニングを続けます。場合における膝伸展筋疲労なし 2 連続トレーニング セッション、達成トレーニングの次の週の足首の重みの 2 ポンドを追加します。</li>
</ol>3. FES LEC
<ol><li>参加者の安静時の血圧と心拍数を測定します。彼/彼女の個人的な力または手動車いす (図 3 a図 3 b) に装着されているフェス エルゴメータ バイク (材料表) の前で参加者を位置します。</li>
	<li>両側膝の屈筋と大殿筋群、膝伸筋に接着の炭素電極を適用します。<ol>
<li>膝伸筋の遠位電極 (7.5 x 12.7 cm) を皮膚上に配置 1/3 膝蓋骨と鼠径の畳む, 内側広筋との間の距離。近位部の電極を横方向に配置や鼠径部筋畳むに隣接する筋筋肉 (図 4 a)。</li>
		<li>膝屈筋群の遠位電極 (7.5 x 10 cm) を皮膚上に配置膝窩の上の 2-3 cm。膝窩 (図 4 b) 上記の 20 センチの近位の電極を配置します。遠位端の電極の動きを防ぐためには、するには、電極 (図 3 a) の安全な位置に弾性包帯を適用します。</li>
		<li>大殿、前方の方に傾く、エルゴメータ参加者に指示します。並列と筋腹の大きさの 2 つの電極 (5 × 9 cm) を配置します。許可 〜 電極間の分離の幅 2 本の指します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>彼/彼女の車椅子に装着されており、エルゴの前に中心の参加者とそれぞれ 12 電極の刺激からケーブルを接続します。前面を調べて、参加者を確認するエルゴ メーターの後ろは正しく中央に配置。</li>
	<li>参加者の車椅子がロックされていることを確認し、そっとペダル (図 6) 内 (テニス シューズを着用) 参加者の足を配置します。生地のカバーに包まれた弾性ストラップを使用してエルゴ メーターに下肢を固定します。2 つの交差の伸縮ストラップと Velcro 各花弁 (図 5) の上に位置する場所に参加者の足を保護します。</li>
	<li>結束後、エルゴ メーターに足を受動的足は従ってサイクリングのパターンを観察し移動します。足があまりにも圧縮またはようご注意、自転車の高さを調整し、脚を受動的に動かして位置を再確認します。</li>
	<li>エルゴ メーター、エルゴ メーターの底部にある 2 つの拡張可能なフックを使用して参加者の車いすを固定します。フックを車いす (図 5) の下に安定した構造に接続します。サイクリング中に椅子の任意の動きを防ぐために、車いすの車輪の下に 2 つの木製休憩を配置します。</li>
	<li>140, 100, 100 に現在の振幅、350 μ s パルス期間 33.3 Hz 刺激周波数を設定 mA 膝関節伸展、膝屈筋および大殿筋のグループ、それぞれ。</li>
	<li>サイクルのパラメーターを次のように設定: 目標 40 45 回転/分 (RPM) の速度10 で始まる調節可能なトルク Nm;1.0 の抵抗運動のための 1.5 と 2.0 Nm ステージ I、II および III。</li>
	<li>間隔訓練を次のように設定: 3 分相の「ウォーム アップ」。3 10 分運動段階(刺激);2 分相を休んで次各運動段階;3 分相の「クールダウン」。</li>
	<li>Dysreflexia 自律神経の症状の発生を予防する測定血圧および中心率すべての 2 〜 5 分を (上または下 T4)、損傷のレベルに基づいています。</li>
	<li>血圧が高いまま場合、エルゴ メーターを停止し、参加者が彼/彼女の膀胱を無効または彼らが既に無効にされた場合に指示します。さらに、参加者は任意の圧力ポイントを減らすと、靴または任意のストラップが過度に締めをチェックして正しく取り付けられていることを確認してください。密接に 2 分毎の血圧を監視します。血圧が回復すると、トレーニングを再開します。血圧が、セッションを終了し、彼/彼女のプライマリケアの医師を参照してくださいに参加者に指示します。 注: それはあれば、参加者が一貫して彼らの血圧の薬物を取ることを確認し、フェス サイクリング前に自分の膀胱が無効にすることが重要です。</li>
	<li>記録参加者の心拍数、スピード、パワー、距離、抵抗および % 刺激あらゆる 30 s。</li>
	<li>場合は参加者が疲労することがなく全体の演習を完了すると (アクティブなサイクリング中に速度 < 18 RPM)、サーボ モーターのトルクの支援を減 1 Nm 以下のセッションでは、それ以外の場合同じを保つすべてのパラメーター。</li>
	<li>参加者には、疲労またはサーボ モーター援助運動段階の使用なしの 2 つの運動トレーニング セッションが終了すると、0.5 での抵抗を高める各運動段階の Nm。</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

現在の調査は、電気刺激の 2 つの異なるパラダイムを示した。1 パラダイムは骨格筋肥大を換起する訓練を受けた筋肉にプログレッシブ ロードの実装に焦点を当てて、他のパラダイムの主な目的は、有酸素能力を高めることによって有酸素運動代謝のパフォーマンスを向上させること。両方のパラダイムを比較するとそれぞれの賛否両論を強調する研究。
NMES RT は復元筋肉のサイズと急性および慢性 SCI19,20,21,22,23,と24人に想起させる肥大に有効であることが証明されています。ほとんどの臨床設定でまたは科学者の家庭での使用のためにアクセスする可能性があるデュアル チャネル刺激ユニットに依存している...

米国で約 282,000 人が脊髄損傷 (SCI)1と現在生きていることが推定されます。平均では、ほぼ毎年、主にバイクの衝突事故、暴力、およびスポーツの活動1の行為によって引き起こされる 17,000 の新しいケースがあります。SCI は sub-lesional の感覚および/または運動の損失につながる神経伝達やけが2のレベルの下の一部または全部の中断で起因します。損傷後骨格筋傷害のレベルの下の活動が大幅に減少、無駄のない質量と異所性脂肪組織、または筋肉内脂肪 (IMF) の併用の浸潤の急激な減少に 。研究では、下の下肢骨格筋経験3,4最初の年の終わりを通して継続している傷害の最初の数週間以内に大幅に萎縮しているを示しています。すぐに受傷後 6 週完全な sci 経験豊富な個人 sub-lesional 筋肉のサイズ 18-46% 減少と比較して、年齢と体重をマッチさせた健常者ボディ コントロール。24 週間後の傷害によって骨格筋断面積 (CSA) は 30 ~ 503と低いかもしれない。Gorgey とダッドリーは、骨格筋が萎縮 43% 元のサイズの 4.5 ヶ月受傷後、指摘障害トイザらス ボディと比較して不完全な科学者における IMF のより多くの量を制御43 回続けることを示した。代謝活性の高い除脂肪体重の損失の結果基礎代謝率 (BMR)2,6、毎日の合計のエネルギー支出の ∼65-70% を占める削減BMR のような削減は有害なエネルギーの不均衡につながることができます傷害2,7,8,9,10,18後肥満の増加と。高められた肥満されている高血圧症を含む二次疾患の開発にリンクされているタイプ II 糖尿病 (2 型糖尿病) と心血管疾患2,10、11,12,13,14,15,16,17,18. 科学者が栄養失調と高脂肪食への依存をさらに、苦しむことがあります。脂肪摂取は、肥満と肥満 SCI 人口12,13内のエスカレートの有病率の増加を説明する要因と思われる科学者の脂肪の 29 から 34% の占める可能性があります。
神経筋電気刺激誘発抵抗 (NMES RT) を訓練は麻痺筋19,20,21,22,23、肥大を誘導するために設計されました。 24。週 2 回 NMES RT、骨格筋全体太もも、膝伸筋と膝屈筋群増の 28%、35%、16%、それぞれ22の CSA の次の 12 週間。ダドリーら。6 週間後負傷198 週間週 2 回 NMES RT 復元膝伸筋筋肉のサイズは元のサイズの 75% の示した。さらに、Mahoneyら。同じプロトコルを利用し、右の 35% および 39% の増加を指摘した NMES RT20の 12 週間後に直筋を左します。
機能的電気刺激の下位四肢サイクリング (FES LEC) は SCI25,26後下の下肢筋群の運動に使用される一般的なリハビリテーション手法です。NMES-RT とは異なり FES LEC が増加肥大があります 6 の筋群の刺激に依存しているし、cardiometabolic の改善プロファイル10,25,26,27, 28. Dolbowら。その合計の体の赤身の次の SCI27と個々 の FES LEC の 56 ヶ月 18.5% 増の質量を発見します。次の週 3 回フェス-LEC、麻痺の 60 歳の女性の 12 ヶ月経験豊富な全身の 7.7% 増加無駄のない質量、脚の 4.1% の増加に傾く質量28。機能的電気刺激 (FES) のルーチン使用は SCI10,25,26後 cardiometabolic の条件の危険因子の改善に関連付けられます。
電気刺激トレーニングの理想的な候補者はどちらかのモーター完了または未完了の傷害をそのまま末梢運動ニューロンと限られた低い下肢感覚だろう現在原稿 NMES RT と FES LEC 慢性的な科学者で電気刺激トレーニングの成果を改善するように設計を使用して結合されたアプローチを説明します。NMES RT のプロセスの足首の重みを使用してを説明した、プロトコルと全面的な利点内にある重要なステップを強調しながら介入は慢性的な科学者に提供します。第二の目的はフェス LEC 介入の全体的な cardiometabolic 効果を最大化するように設計のプロセスを記述します。前の仕事は我々 合理的な複合トレーニングのプロトコルが次の電気刺激トレーニング20,21,22,23,24 の 24 週間大きい成果を呼び起こす可能性がありますを確認しました。 ,25,26,31,32,33,34,35,36。

<table><tbody><tr><td>接着カーボン電極(各2)</td><td>Physio Tech(リッチモンド、バージニア州、米国23233)</td><td>PT3X5 PALS3X4 E7300</td><td>7.5 'x 12.7' 7.5 'x 10' 5 'x</td></tr> <tr><td>9'TheraTouch 4.7刺激装置</td><td>リッチマー(チャタヌーガ、テネシー州、米国37406)</td><td>400-082</td><td>41.28フィートx 39.37フィートx 17.78フィート(8.91 kg) 電力:60 Hzで110 VAC / 50 Hz で220VAC消費電力:110ワット</td></tr><tr><td>(赤)白いリード線 (2)</td><td>リッチマー(チャタヌーガ、テネシー州、米国37406)</td><td>A1717</td><td>2.0 m</td></tr><tr><td>RT300-SL FES Ergometer Restorative</td><td>Therapies、Inc.(ボルチモア、メリーランド州、米国21231)</td><td>RT300-SL</td><td>80 'x 49 'x 92-103 '(39 kg) 16チャンネル 速度:15 &ndash; 55回転/分の</td></tr><tr><td>弾性NuStimラップ (2)</td><td>Fabrifoam(エクストン、ペンシルベニア州、米国19341)</td><td>PP108666</td><td>36インチ</td></tr><tr><td>木製車椅子休憩(2)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>N/</td></tr><tr><td>A 枕/クッション</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>標準</td></tr><tr><td>足首の重さ</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>2-26 ポンド</td></tr></tbody></table>

脊髄損傷後下肢電気刺激の訓練のパラダイム

Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

骨格筋萎縮、高められた肥満および減らされた身体活動脊髄損傷 (SCI) 後に観察された主な変更点は、多数の cardiometabolic の健康の結果に関連付けられています。これらの変更がセカンダリの慢性疾患の発症リスクを高めるし、誘発神経筋電気刺激の抵抗 (NMES RT) を訓練するための戦略として開発された科学の表面を持つ人の生活の質に影響を与える可能性が高い骨格筋萎縮のプロセスを減衰、異所性脂肪蓄積を減少、インスリン感受性を改善、ミトコンドリア容量を高めます。ただし、NMES RT は単一の筋グループのみに限定します。下肢の複数の筋群を含むと、トレーニングの健康上の利点が最大限可能性があります。機能的電気刺激下下肢サイクリング (FES LEC) は 6 の筋群の活性化のため大きいの代謝と心血管の適応を換起する可能性があることができます。NMES RT の長期使用の大採用戦略者における電気刺激トレーニングの成果を最大化する鍵であり、リハビリ中フェス LEC の整合性を維持可能性があります刺激パラメーターの適切な知識、筋骨格系損傷後の歩行の復元を目指す臨床試験の前提。現在の原稿は、FES LEC 前 NMES RT を使用して複合的なプロトコルを示します。我々 は筋肉の大きい発電できるサイクリング前に 12 週間のエアコンが高い抵抗に対してサイクルし、科学者の大きい適応の結果仮説します。

足首の重みは 22 の参加者、NMES RT (図 6 a) の 16 週間にわたって段階的に増加します。参加者が持ち上げた平均の重みは 19.6 ± 6.5 ポンド (右足) と 20 ± 6 ポンド (左脚) [8-24 lb]。電流振幅は、右と左の足 (図 6 b) の試みを通して変動。
表 1に次の 12 週間の FES LEC トレーニング完全な科学を強調するモーターと個々 の進行。フェズ-LEC、12 週間以上のトレーニングを高められたフライ ホイール抵抗を相殺するため電流の刺激の割合の増加があることが示唆されました。12 週間のトレーニングを通して 3 つの段階のそれぞれで 3-4 回でフライ ホイール抵抗増加(表 1)...

脊髄損傷は、慢性二次代謝障害のリスクが高い可能性のある外傷性病状です。ここでは、これら医学的な問題のいくつかを改善する機能的電気刺激下四肢戦略としてサイクリングと組み合わせて表面神経筋電気刺激筋力トレーニングを使用してプロトコルを提案します。

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

このリハビリテーション介入の全体的な目標は、脊髄損傷の健康関連の影響のいくつかを改善するための戦略として、表面神経筋電気刺激抵抗トレーニング、および機能的電気刺激下肢サイクリングのさまざまな使用法を強調することです。したがって、この方法は、脊髄損傷者のための電気刺激プロトコルを効果的に設計する方法に関するリハビリテーションの分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。これらの技術の利点は、心血管代謝の利点を最大化し、脊髄損傷後の筋肉量を増加させることです。私たちは、脊髄損傷者が利用できるリハビリテーションプロトコルを改善するために、この研究課題を調査したいと考えています。この方法に不慣れな脊髄損傷の個人が痛みのために苦労する可能性がある場合、それはトレーニングの開始時に経験する可能性があります。ただし、これらの患者は無傷の感覚を持っている可能性が高く、トレーニングを開発し、トレーニングに進むにつれて、プログラムに慣れる可能性が高く、電気刺激プロトコルに対してより耐性を持つようになります。神経筋電気刺激プロトコルを実証しているのが Refka Khalil です。当研究室の研究コーディネーターです。下肢トレーニングのためのFASサイクリングを実演するのは、ロバート・レスターとサリー・アビルモナです。お二人とも当研究室の研究助手です。まず、参加者の安静時血圧と心拍数を測定します。車椅子に座っている状態で、靴を脱ぐように指示します。膝の屈曲中に脚を支えるために、参加者のふくらはぎの後ろに枕を置きます。次に、足首の重りを参加者の足首に固定します。遠位電極を膝蓋骨と鼠径部の間の距離の約1/3に配置します。次に、近位電極を外側広筋の上、横方向に、鼠径部のひだに隣接して配置します。近位電極を縦方向に配置し、股関節と膝関節の正中線アクセスと平行に配置します。ポータブル刺激装置の周波数を 30 ヘルツに設定し、二相性四角形パルス幅を 450 マイクロ秒、パルス間間隔を 50 マイクロ秒に設定します。次に、刺激ケーブルを各電極に接続します。右脚から始めて、膝伸筋グループに目に見える緊張が観察されるまで、電流を徐々に増やします。膝が完全に伸びるまで、電流をゆっくりと上げます。モーターユニットで最大の張力を達成するために、膝をこの位置に3〜5秒間保持します。次に、脚を伸ばすのに必要な電流の50%を下回るまで電流を徐々に減らし、脚を開始位置に戻します。脚をフルに伸展させるために必要な電流振幅を記録します。各脚で10回を4セット、右脚と左脚を交互に繰り返すトレーニングプロトコルを完了します。参加者が膝を完全に伸ばすことができない場合は、可動域のパーセンテージを記録し、参加者が繰り返しの間により多くの時間を取ることができるようにします。まず、参加者の安静時血圧と心拍数を測定します。次に、参加者を個人用車椅子に座らせて、FESエルゴメーターバイクの前に置きます。ここに、膝伸筋の遠位電極を内側広筋の上の皮膚に加え、膝蓋骨と鼠径部の間の距離の約1/3を追加します。次に、近位電極を外側広筋の横方向に配置し、鼠径部のひだに隣接させます。膝窩の2〜3センチメートル上の皮膚に膝屈筋の遠位電極を接着し、伸縮性のあるラップを適用してその位置を固定します。次に、近位電極を膝窩窩の20センチメートル上に配置します。次に、エルゴメーターの方向に前かがみになるように参加者に指示します。2つの電極を平行に、大殿筋の筋肉腹の大部分に接着します。エルゴメーターの前面と背面を検査して、参加者が適切な位置に配置されていることを確認し、電極を刺激装置に接続します。次に、参加者の車椅子がロックされていることを確認し、参加者の足をエルゴメーターペダルに固定します。次に、参加者の足を受動的に動かして、エルゴメーターで参加者の動きを観察します。参加者の足が圧縮または過度に伸びている場合は、自転車の高さを調整します。エルゴメーターの基部にある2つのフックを使用して、車椅子をエルゴメーターに固定します。次に、自転車の車輪の下に2つの木製ブロックを置き、サイクリング中の動きを防ぎます。刺激装置で、各筋肉群に適切な刺激周波数を設定します。次に、適切なサイクルとインターバルのトレーニングパラメータを選択します。参加者がトレーニングセッションを完了している間、2〜5分ごとに血圧を測定します。最後に、トレーニングセッションが完了するまで、参加者の心拍数、速度、パワー、距離、抵抗、および刺激の割合を30秒ごとに記録します。この表に示すように、結果は、FES-LECを使用すると、12週間のトレーニングでフライホイール抵抗の増加を相殺する電流刺激の割合が増加することを示しています。抵抗は、第1段で1.0〜4.5ニュートンメートル、第2段で1.6〜5.5ニュートンメートル、第3段で2.1〜5.5ニュートンメートルに進行しました。最後に、第1週から第12週までの3つのステージで、出力がそれぞれ2〜4倍に増加しました。電力は、第 1 ステージで 4 ワットから 12 ワットに、第 2 ステージで 5.4 ワットから 11.24 ワットに、第 3 ステージで 2.6 ワットから 11 ワットに増加しました。この技術の意味は、彼が経験した劇的な筋萎縮のために脊髄損傷を受けた人の治療とリハビリテーションにまで及び、脊髄損傷後に重大な健康関連の結果をもたらします。この方法は不可欠であり、神経障害を伴う脊髄損傷だけでなく、他の臨床集団に電気刺激を適用する方法についての洞察を提供することができます。また、上肢、腹部、体幹の筋肉など、他のシステムにも適用できます。

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Research

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Behavior

行動

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