Methodenartikel

Evaluatie van Respiratory Muscle Activation Met Respiratory Motor Control Assessment (KMMA) in Personen met chronische ruggenmergletsel

9.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/50178

⸱

19 juli 2013

 ,  ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

Het doel van deze publicatie is om onze oorspronkelijke werk op een multi-spier oppervlak elektromyografische aanpak te presenteren om kwantitatief te karakteriseren respiratoire spieractivatiepatronen bij personen met chronische dwarslaesie behulp van vector-gebaseerde analyse.

Samenvatting

Tijdens de ademhaling, wordt activering van de ademhalingsspieren gecoördineerd door geïntegreerde input van de hersenen, hersenstam en ruggenmerg. Bij deze coördinatie wordt verstoord door ruggenmergletsel (SCI), controle van de ademhalingsspieren geïnnerveerd onder het letsel niveau wordt gecompromitteerd 1,2 leidt tot ademhalingsspieren dysfunctie en pulmonale complicaties. Deze voorwaarden zijn een van de belangrijkste oorzaken van overlijden bij patiënten met SCI 3. Standaard longfunctietesten die respiratoire motorische functie te beoordelen zijn spirometrical en maximale luchtwegdruk uitkomsten: Forced Vital Capacity (FVC), geforceerde uitademing in een seconde (FEV 1), Maximal Inspiratoire Pressure (PI max) en de maximale expiratoire druk (PE max) 4,5. Deze waarden geven indirecte metingen van de ademhalingsspieren prestaties 6. In de klinische praktijk en onderzoek, een oppervlakte elektromyografie (EMG) opgenomen van ademhalingsspierenkan worden gebruikt voor respiratoire motorfunctie beoordelen en helpen diagnosticeren neuromusculaire pathologie. Echter, variabiliteit in de EMG amplitude remt inspanningen om objectieve en directe maatregelen van de respiratoire motorische functie 6 ontwikkelen. Op basis van een multi-spier EMG aanpak van motorische controle van de spieren van de ledematen 7, bekend als de respons index vrijwillige (VRI) 8 karakteriseren, hebben we een analyse-instrument ontwikkeld voor de ademhalingswegen motorische controle direct karakteriseren van EMG-gegevens opgenomen van meerdere ademhalingsspieren tijdens de vrijwillige respiratoire taken. We hebben dit de Respiratory Motor Control Assessment (KMMA) 9 genoemd. Deze vector analysemethode kwantificeert de hoeveelheid en de verdeling van de activiteit in de spieren en presenteert deze in de vorm van een index die de mate waarin sEMG uitgang binnen een test-onderwerp lijkt verhaalt dat uit een groep van gezonde (niet-gewonde) controles. De resulterende indexwaarde is aangetoond dat hoge face validity, gevoeligheid hebbenen specificiteit 9-11. We toonden eerder 9 dat het KMMA uitkomsten significant correleren met de niveaus van SCI en longfunctie maatregelen. We zijn hier de presentatie van de methode om kwantitatief na dwarslaesie respiratoire multi-spieractivatiepatronen vergelijken met die van gezonde personen.

Protocol

1. Instellingen

  1. Sternocleidomastoideus (SC), ongelijkzijdige (S), trapezius op midclaviculaire lijn (UT), claviculaire deel van pectoralis op midclaviculaire lijn (P: oppervlakte-elektrode hoofden werden over de spierbuiken van links (L) en rechts (R) ademhalingsspieren geplaatst ), middenrif bij parasternale lijn (D), intercostale bij 6e intercostale ruimte op de anterieure axillaire lijn (IC), rectusabdominus op umbilical niveau (RA), obliquus abdominis op midaxillaire lijn (O), lagere trapezius paraspinally op midscapular niveau (LT ), en paraspinale paraspinally on iliacale intercrestal lijn (PS) 6. De massa-elektroden werden geplaatst over het acromion processen. Een Motion Lab System Back Pack Unit, met aangehechte elektroden, was verbonden met een Motion Lab EMG Desk Top Unit en Powerlab System (figuur 1).
  2. T-stuk Monitoring Circuit de luchtwegdruk opnemen werd geassembleerd zoals getoond in figuur 2 en op de lage drukniveaure Transducer (MP45) met luchtslang.
  3. MP45 is verbonden CD15 en Powerlab System (figuur 1 en tabel 1).

2. KMMA Protocol

  1. De respiratoire motorische taken bestonden uit maximaal inspiratoire druk Task (MIPT) en maximale expiratoire druk Task (MEPT). Om MIPT of MEPT voeren, werden proefpersonen maximale ademinspanning produceren uit restvolume of expiratoire inspanning van de totale longcapaciteit voor 5 seconden via een T-stuk monitoring circuit (figuren 1 en 2). Elke manoeuvre werd ingelast door een hoorbaar 5-sec lange toon en herhaalde 3x. Minstens 1 min van rust mocht tussen elke inspanning.
  2. EMG-ingang werd vermeerderd met een winst van 2000; gefilterd bij 30-1,000 Hz en bemonsterd bij 2000 Hz. Luchtwegdruk ingang werd gekalibreerd op 100 cm water en bemonsterd bij 2000 Hz. De EMG en luchtwegdruk inputs werden omgezet door het Powerlab acquisitie systeem met 16-bits volledige schaal ADCresolutie. Luchtwegdruk, sEMG en marker signalen werden simultaan 9 opgenomen.

3. Data Analysis

  1. Multi-spieractiviteit distributie analyse ramen van 5 sec elk voor MIPT of MEPT werden bepaald uit de event marker en druk in de luchtwegen opgenomen met de cuing toon die het onderwerp gesignaleerd wanneer te beginnen en eindigen de taak (figuur 3). De EMG-activiteit voor elke spier werd berekend met behulp van een root mean square (RMS) algoritme 6,12 (figuur 4). Drie herhaalde proeven voor elke taak werden gemiddeld 13 voor elke spier (kanaal).
  2. De multi-spieractivatiepatronen werden geëvalueerd op basis van een vector analyse methode die bekend staat als de Vrijwillige Response Index (VRI) 8 (Figuren 4-6) met behulp van op maat gemaakte software Matlab (MathWorks). Voor elke manoeuvre, de VRI berekening produceert twee waarden, een Magnitude en een Gelijkenis Index (SI) (figuren 5-6).De parameter Magnitude de hoeveelheid gecombineerde EMG activiteit voor alle spieren binnen het tijdvenster, berekend als de lengte van de vector Response (RV) voor specifieke taak (figuur 7). De Gelijkenis Index (SI) geeft een waarde die uitdrukt hoe vergelijkbaar de RV van SCI onderhevig is aan de Prototype Response Vector (PRV) van gezonde proefpersonen tijdens dezelfde taak. De SI waarde werd berekend voor elke taak als een cosinus van de hoek tussen de SCI subject RV en PRV. De SI-waarde varieert tussen 0 en 1.0 waar waarde van 1.0 vertegenwoordigt de beste match voor vergelijking vectoren 9 (figuur 8).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Figuur 3 geeft de electromyogram en luchtwegdruk (bovenaan) simultaan opgenomen tijdens MEPT uit een niet-gewonde (links) en SCI (rechts) personen. Opmerking verminderde luchtwegdruk en afwezigheid van sEMG activiteit uitademingsspieren per SCI onderworpen in vergelijking met een niet-verwonde persoon (aangegeven met grijze ellipsen). Merk ook op dat de start van de taak, zoals aangegeven op de bodem, is geassocieerd met verhoogde sEMG actoren en van luchtwegdruk.

Fi...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Standaard klinische tests om respiratoire motorische functie na SCI en andere aandoeningen te evalueren onder het longfunctieonderzoek en de American Spinal Injury Association Impairment Scale (AIS) evaluatie 14,15. Echter, deze instrumenten niet ontworpen voor kwantitatieve evaluatie van de romp en respiratoire motorbesturing. In onze eerder gepubliceerd werk 9, hebben wij aangetoond dat het KMMA een geldige methode van de luchtwegen motorfunctie die door SCI kwantitatief evalueren. We hebben aang...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Geen belangenconflicten te verklaren.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door Christopher Reeve Foundation en Dana (Grant CDRF OA2-0802-2), Kentucky Spinal Cord en Head Injury Research Trust (Grant 9-10A - KSCHIRT), Craig H. Neilsen Foundation (Grant 1000056824 - HN000PCG) en de Nationale Institutes of Health: National Heart Lung and Blood Institute (Grant 1R01HL103750-01A1).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
PowerLab System 16/35ADInstrumentsPL3516Aantal units hangt af van het aantal opgenomen kanalen
EMG System MA 300Motion Lab SystemsMA300-XVIAantal units hangt af van het aantal opgenomen kanalen
Low Pressure Transducer MP45ValidyneMP45-40-871
Basic Carrier Demodulator CD15ValidyneCD15-A-2-A-1
Air Pressure ManometerBoehringer4103Nodig voor MP45 kalibratie
Event MarkerHandbediende schakelaar die bij indrukken een DC-spanning en geluidsuitvoer geeft (inclusief 5 seconden lange markering)
Alcohol WipesHenry Schein1173771Nodig voor het plaatsen van elektroden
Electrode GelLectron II36-3000-25Nodig voor het plaatsen van elektroden
TagadermHenry Schein7779152Nodig voor het plaatsen van elektroden
Noseclip Henry Schein1089460
T-piece Ventilator Monitoring Circuit with One-way Valves Alleglance (Airlife)1504
Air Tube UnoMedical400E
Tabel 1. Lijst van specifiek materiaal en benodigdheden die worden gebruikt voor de beoordeling van de respiratoire motorische controle.

Referenties

  1. Schilero, G. J., Spungen, A. M., Bauman, W. A., Radulovic, M., Lesser, M. Pulmonary function and spinal cord injury. Respir. Physiol. Neurobiol. 166, 129-141 (2009).
  2. Winslow, C., Rozovsky, J. Effect of spinal cord injury on the respiratory system. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 82, 803-814 (2003).
  3. Garshick, E., et al. A prospective assessment of mortality in chronic spinal cord injury. Spinal Cord. 43, 408-416 (2005).
  4. Jain, N. B., Brown, R., Tun, C. G., Gagnon, D., Garshick, E. Determinants of forced expiratory volume in 1 second (FEV1), forced vital capacity (FVC), and FEV1/FVC in chronic spinal cord injury. Arch. Phys. Med. Rehabil. 87, 1327-1333 (2006).
  5. Stolzmann, K. L., Gagnon, D. R., Brown, R., Tun, C. G., Garshick, E. Longitudinal change in FEV1 and FVC in chronic spinal cord injury. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 177, 781-786 (2008).
  6. American Thoracic Society/European Respiratory Society. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 166, 518-624 (2002).
  7. Sherwood, A. M., McKay, W. B., Dimitrijevic, M. R. Motor control after spinal cord injury: assessment using surface EMG. Muscle Nerve. 19, 966-979 (1996).
  8. Lee, D. C., et al. Toward an objective interpretation of surface EMG patterns: a voluntary response index (VRI). J. Electromyogr. Kinesiol. 14, 379-388 (2004).
  9. Ovechkin, A., Vitaz, T., de Paleville, D. T., Aslan, S., McKay, W. Evaluation of respiratory muscle activation in individuals with chronic spinal cord injury. Respir. Physiol. Neurobiol. 173, 171-178 (2010).
  10. Lim, H. K., Sherwood, A. M. Reliability of surface electromyographic measurements from subjects with spinal cord injury during voluntary motor tasks. J. Rehabil. Res. Dev. 42, 413-422 (2005).
  11. Lim, H. K., et al. Neurophysiological assessment of lower-limb voluntary control in incomplete spinal cord injury. Spinal Cord. 43, 283-290 (2005).
  12. Sherwood, A. M., Graves, D. E., Priebe, M. M. Altered motor control and spasticity after spinal cord injury: subjective and objective. 37, 41-52 (2000).
  13. McKay, W. B., Lim, H. K., Priebe, M. M., Stokic, D. S., Sherwood, A. M. Clinical neurophysiological assessment of residual motor control in post-spinal cord injury paralysis. Neurorehabil. Neural Repair. 18, 144-153 (2004).
  14. Marino, R. J., et al. International standards for neurological classification of spinal cord injury. J. Spinal. Cord. Med. 26, Suppl 1. S50-S56 (2003).
  15. American Spinal Injury Association and International Spinal Cord Society. International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury. , ASIA and ISCS. (2006).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Oppervlakte elektromyografievectoranalysemethodemaximale inspiratoire drukmaximale expiratoire drukprototype responsvectorberekening van de similarity indexademhalingstaken

Gerelateerde artikelen