Artykuł metodologiczny

Stymulacja elektryczna sterowana oddychaniem (BreEStim) w leczeniu bólu neuropatycznego i spastyczności

DOI:

10.3791/50077

⸱

10 stycznia 2013

1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Texas Health Science Center at Houston , 2UTHealth Motor Recovery Laboratory, TIRR Memorial Hermann Hospital, 3The Institute of Rehabilitation and Research (TIRR), TIRR Memorial Hermann Hospital

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celem jest przedstawienie nowej metody, stymulacji elektrycznej kontroli oddechu (BreEStim) do leczenia bólu neuropatycznego i spastyczności.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stymulacja elektryczna (EStim) odnosi się do zastosowania prądu elektrycznego do mięśni lub nerwów w celu osiągnięcia celów funkcjonalnych i terapeutycznych. Jest szeroko stosowany w różnych warunkach klinicznych. Opierając się na najnowszych odkryciach związanych z ogólnoustrojowymi skutkami dobrowolnego oddychania i wewnętrznymi fizjologicznymi interakcjami między układami podczas dobrowolnego oddychania, opracowano nowy protokół EStim, Stymulacja elektryczna kontrolowana oddychaniem (BreEStim), w celu wzmocnienia efektów stymulacji elektrycznej. W BreEStim jednoimpulsowy bodziec elektryczny jest wyzwalany i dostarczany do obszaru docelowego, gdy natężenie przepływu powietrza izolowanego dobrowolnego wdechu osiągnie próg. BreEStim integruje wewnętrzne interakcje fizjologiczne, które są aktywowane podczas dobrowolnego oddychania i wykazał doskonałą skuteczność kliniczną. Dwa reprezentatywne zastosowania BreEStim zostały opisane wraz ze szczegółowymi protokołami: postępowanie w spastyczności zginaczy palców po udarze mózgu oraz bólu neuropatycznego w urazie rdzenia kręgowego.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stymulacja elektryczna (EStim) odnosi się do zastosowania prądu elektrycznego do mięśni lub nerwów w celu osiągnięcia celów funkcjonalnych i terapeutycznych. Jest szeroko stosowany w różnych warunkach klinicznych, np. przezskórna elektryczna stymulacja nerwów (TENS) w leczeniu bólu1, stymulacja nerwu strzałkowego w przypadku opadania stopy2, elektryczna stymulacja nerwowo-mięśniowa (NMES) w celu aktywacji i wzmocnienia sparaliżowanych lub osłabionych mięśni3. Kiedy NMES jest używany do osiągnięcia zadania funkcjonalnego, nazywa się to funkcjonalną stymulacją elektryczną (FES)4. Stymulacja nerwowo-mięśniowa wywołana elektromiogramem (EMG) została wykorzystana do zwiększenia skuteczności stymulacji elektrycznej w regeneracji motorycznej 5-14 i zmniejszeniu spastyczności po udarze 7, 15. W tym artykule przedstawiono nowy protokół EStim - stymulację elektryczną sterowaną oddychaniem (BreEStim), zgodnie z najnowszymi wynikami badań nad ogólnoustrojowym wpływem dobrowolnego oddychania16, 17.

Przezskórna elektryczna stymulacja nerwów (TENS) to niefarmakologiczna metoda leczenia bólu1. TENS jest nieinwazyjny, niedrogi, bezpieczny i łatwy w użyciu18. TENS jest zwykle stosowany przy różnych częstotliwościach, intensywnościach i czasach trwania impulsów bodźców przez przepisany czas leczenia. TENS jest stosowany w różnych stanach bólowych, w tym w bólu neuropatycznym. Skuteczność kliniczna TENS jest kontrowersyjna, szczególnie w przypadku urazów rdzenia kręgowego (SCI) i amputacji (patrz Przeglądy 1, 19, 20). Możliwymi mechanizmami są teoria kontroli bramki 21 i uwalnianie endogennych opioidów 22, 23. Akupunktura z Tradycyjnej Medycyny Chińskiej to kolejna niefarmakologiczna metoda leczenia bólu. Został dobrze przyjęty w medycynie zachodniej24. We współczesnej akupunkturze tradycyjna igła do akupunktury została zastąpiona elektrodą powierzchniową (lub jej odpowiednikiem). Na tradycyjne punkty akupunkturowe umieszcza się specjalistyczną elektrodę i dostarczana jest stymulacja elektryczna. Modyfikacja ta została nazwana elektroakupunkturą25, 26. Zarówno akupunktura igłowa, jak i elektroakupunktura są skuteczne w analgezji poprzez uwalnianie endogennych opioidów 27, 28. Efekt elektroakupunktury jest zwykle niezawodny, jednak efekt zależy od intensywności i częstotliwości dostarczanej stymulacji elektrycznej. Różne częstotliwości stymulacji elektrycznej generują różne endogenne opioidy, a efekt przeciwbólowy jest odwracalny przez nalokson 26, 27. Ostatnio stwierdzono, że powtarzająca się bolesna stymulacja (awersyjność) prowadzi do znacznego osłabienia bólu. Wywołane osłabienie bólu nie jest odwracalne przez nalokson 29. Włączenie tych mechanizmów radzenia sobie z bólem (akupunktura, stymulacja elektryczna, awersyjność) do możliwej nowej interwencji może poprawić jej skuteczność kliniczną.

Stymulacja nerwowo-mięśniowa wywołana EMG jest stosowana od wielu lat w celu ułatwienia powrotu motorycznego po udarze do zaburzeń wyprostowania palców 5-10, 12-14, 34. Przywrócenie funkcji ręki jest ważne dla pacjentów po udarze, a mimo to jest bardzo trudne. Około jedna trzecia wszystkich osób, które doświadczą udaru, będzie miała pewne szczątkowe upośledzenie kończyny górnej 30-32, z poważnymi zaburzeniami funkcji ręki 33. Protokół interwencji NMES wyzwalany przez EMG polega na zainicjowaniu dobrowolnego skurczu mięśni prostowników dla określonego ruchu, aż aktywność mięśni osiągnie poziom progowy. Gdy tylko aktywność EMG osiągnie próg docelowy, wspomagający bodziec elektryczny zaczyna ułatwiać ruchy. Ten protokół interwencji jest lepszy niż zwykły NMES w odzyskiwaniu motorycznym6, 7. Chae i Yu 35 stwierdzili, że wszystkie randomizowane badania kontrolowane wykazały poprawę funkcji motorycznych przy użyciu tego protokołu interwencji, przy czym pacjenci z łagodnymi lub umiarkowanymi zaburzeniami poprawie poprawili się najbardziej. Najprawdopodobniej interwencja ta wykorzystuje aktywne zaangażowanie pacjentów (poprzez ustawienie docelowego progu EMG), co skutkuje mierzalnymi zmianami w powrocie do zdrowia, a także udokumentowanymi zmianami w korze mózgowej6, 7. Jest to poparte niedawnym funkcjonalnym badaniem MRI, które wykazało znaczny wzrost intensywności kory mózgowej w ipsilateralnej korze somatosensorycznej po leczeniu w grupie NMES, w porównaniu z grupą kontrolną36. Co więcej, stymulacja elektryczna może również pomóc w zmniejszeniu spastyczności po udarze7, 15, ale efekt jest krótkotrwały, około 30 minut po EStim37. W przeciwieństwie do tego, nasz niedawny wynalazek stymulacji elektrycznej sterowanej oddechem (BreEStim) ma długotrwały wpływ na zmniejszenie spastyczności, nawet po jednej sesji leczenia 16.

Oddychanie człowieka jest bardzo wyjątkowym aktem motorycznym. Może być sterowany odruchowo (oddychanie automatyczne), np. podczas snu, a także dobrowolnie w razie potrzeby (oddychanie dobrowolne), np. śpiew, mowa itp. Podczas dobrowolnego oddychania ludzie muszą dobrowolnie tłumić autonomiczną kontrolę oddychania poprzez dobrowolną aktywację kory mózgowej ("korowe centrum oddechowe") 38, 39. Badania obrazowania mózgu 40-51 wykazały rozległe obustronne zajęcie obszarów korowych związanych z oddychaniem, w tym pierwszorzędowej kory ruchowej (M1), kory przedruchowej, dodatkowego obszaru motorycznego, pierwotnej i wtórnej kory somatosensorycznej, wyspy, przedniej części kory obręczy i ciała migdałowatego oraz grzbietowo-bocznej kory przedczołowej. Wiadomo, że wyspa ma silne połączenia z ośrodkami pnia mózgu i bierze udział w przetwarzaniu bólu 52. Podczas oddychania autonomicznego wdech jest aktywny, podczas gdy wydech jest pasywny, głównie opierając się na sile odrzutu ściany klatki piersiowej. Podobnie, wdychanie wolicjonalne aktywuje więcej obszarów korowych i podkorowych związanych z oddychaniem w porównaniu z wydechem wolicjonalnym 46. Te obszary korowe i podkorowe aktywowane podczas dobrowolnego oddychania są również zaangażowane w różne funkcje, takie jak napięcie mięśniowe, ból, postawa, nastrój, mowa itp. Dlatego nie jest nierozsądne kojarzenie interakcji w oddychaniu z modulacją innych funkcji.

Ostatnio odkryliśmy, że podczas dobrowolnego oddychania zachodzą interakcje między układem oddechowym a układem motorycznym. W szczególności istnieje sprzężenie przedłużenia palca z inspiracją 16, 54-56. Gdy stymulacja elektryczna jest dostarczana do prostowników palców podczas fazy wdechowej dobrowolnego oddychania, obserwuje się długotrwały efekt zmniejszenia spastyczności zginaczy palców (napięcia mięśniowego) u pacjenta z przewlekłym udarem mózgu 16. W innym badaniu, 17 przestrzeliwanie bólu fantomowego u pacjenta po amputacji powyżej kolana zniknęło po leczeniu BreEStim, ale pojawiło się ponownie 28 dni później po przypadkowym otrzymaniu długotrwałej stymulacji elektrycznej. To studium przypadku daje wyjątkową okazję do zrozumienia, że afektywny komponent szkodliwych bodźców bólu neuropatycznego (strzelający ból fantomowy) został zmodyfikowany przez leczenie BreEStim, ale następnie ponownie uruchomiony przez przypadkową stymulację. Te obserwacje dotyczące tonu i redukcji bólu wykazały, że dobrowolne oddychanie, w szczególności wdech, można zintegrować z paradygmatem stymulacji elektrycznej w celu poprawy jej skuteczności w leczeniu bólu neuropatycznego i leczeniu spastyczności po udarze.

Prezentacje przypadków

Przypadek 1: Zarządzanie spastycznością po udarze

Pacjentem był 69-letni mężczyzna, który miał prawostronną połowiczą połowiczkę wtórną do udaru 22 miesiące temu. Jego stan medyczny był stabilny i został wypisany z ambulatoryjnych programów fizjoterapii i terapii zajęciowej. W czasie eksperymentów nie były dostępne żadne wyniki obrazowania mózgu. Miał osłabienie po prawej stronie, ale był w stanie samodzielnie chodzić bez urządzenia wspomagającego. Miał szczątkowe dobrowolne zgięcie i wyprost palca, ale z ograniczonym aktywnym zakresem ruchu w prawych stawach śródręczno-paliczkowych (MCP), od 90 ° do 70 ° zgięcia MCP, tj. Nie był w stanie wystarczająco otworzyć dłoni i palców do funkcjonalnego użytku. Napięcie mięśniowe zginaczy prawego palca było umiarkowanie podwyższone. Zmodyfikowana skala Ashwortha (MAS) wynosiła 1+. Czucie jego prawej ręki i palców było jednak nienaruszone przy lekkim dotyku. Otrzymał około 30-minutowy BreEStim do prostowników palców. Jego spastyczność zginaczy palców zmniejszyła się do minimum (MAS = 0), a dobrowolne wyprostowanie palca stało się prawie normalne natychmiast po leczeniu. Ten pacjent odzyskał również sprawność ręki. Relacjonował, że potrafił kroić mięso nożem i koszule zapinane na guziki za pomocą swojej uszkodzonej ręki. Co bardziej uderzające, rekonwalescencja utrzymywała się co najmniej 8 tygodni podczas wizyt kontrolnych (ryc. 1).

Przypadek 2: Leczenie bólu neuropatycznego

Pacjentem był 40-letni mężczyzna, który 4,5 roku temu doznał urazu rdzenia kręgowego w wypadku samochodowym, co spowodowało uraz rdzenia kręgowego T8 ASIA A. Pacjent skarżył się na ból neuropatyczny na poziomie urazu, podczas gdy nie miał żadnych innych aktywnych problemów medycznych. Przez 2 tygodnie przed zabiegiem jego stan utrzymywał się na stałym poziomie. Najpierw otrzymał EStim (jedna sesja dziennie przez pięć kolejnych dni), odczekał 1 tydzień jako wypłukanie, a następnie otrzymał BreEStim w tej samej dawce (jedna sesja dziennie przez 5 kolejnych dni). Każda sesja zabiegowa składała się ze 120 bodźców (EStim lub BreEStim). Elektrody powierzchniowe umieszczono na punktach akupunkturowych (Neiguan i Weiguan) prawego przedramienia. Zmodyfikowana Wizualna Skala Analogowa (mVAS) została wykorzystana do porównania efektu każdej interwencji (EStim i BreEStim). Jak pokazano na rycinie 2, BreEStim miał większy efekt redukcji bólu niż EStim, z wyjątkiem dnia 2 podczas BreEStim, kiedy pacjent miał infekcję dróg moczowych (ZUM), którą skutecznie leczono antybiotykami. Intensywność stymulacji elektrycznej była podobna między EStim i BreEStim (ryc. 2). Dobrze tolerował obie interwencje (zastosowano maksymalną intensywność wyjściową stymulatora), nawet podczas ZUM. Przez cały okres eksperymentu (4 tygodnie) badany utrzymywał tę samą dawkę i schemat przyjmowania leków przeciwbólowych. Zarówno sesje terapeutyczne BreEStim, jak i EStim przeprowadzono o tej samej porze dnia (od 11 rano do południa), tak że zmiany w ocenie bólu można było przypisać efektom stymulacji, a nie zmianom dobowym.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Następujący protokół BreEStim może być zastosowany zarówno do spastyczności zginaczy palców, jak i do leczenia bólu neuropatycznego. Główna różnica polega na umieszczeniu elektrod powierzchniowych i regulacji intensywności stymulacji. Różnice te są szczegółowo wyjaśnione dla każdej aplikacji.

1. Przygotowanie i przygotowanie do tematu

  1. Posadź obiekt wygodnie. Połóż wygodnie ramiona i dłonie na stole zabiegowym.
  2. Zidentyfikuj i zlokalizuj obszar zainteresowania do umieszczenia elektrody powierzchniowej.
    1. W celu leczenia spastyczności należy wykonać badanie palpacyjne mięśni brzucha prostowników palców i potwierdzić stymulacją elektryczną.
    2. W celu leczenia bólu należy zlokalizować punkty akupunkturowe Neiguana i Weiguana na przedramieniu24 ipsilateralnie do strony zainteresowania, np. amputacja17, lub po stronie z większą liczbą objawów, np. SCI. Neiguan znajduje się około 3 palców powyżej zgięcia nadgarstka po stronie wolar i pośrodku między przyśrodkową i boczną deską przedramienia (tj. dystalna 1/6 przedramienia)24 (ryc. 3). Weiguan jest odpowiednikiem Neiguan, znajduje się w grzbietowej części przedramienia24.
  3. Przytnij każdą elektrodę samoprzylepną do około 2 cm x 2 cm kwadratu, aby zapewnić ogniskową i izolowaną stymulację elektryczną.
    1. W celu opanowania spastyczności umieść katodę na brzuchu mięśnia prostownika palca (ryc. 4). Przymocuj anodę do miejsca 1 ~ 2 cm dystalnie od katody. Zoptymalizuj miejsca dla anody i katody, wywołując największą i izolowaną reakcję wyprostu palca przy minimalnej reakcji nadgarstka.
    2. W celu leczenia bólu umieść elektrodę katodową na Neiguan, a elektrodę anodową na Weiguan.
  4. Podłącz elektrody powierzchniowe do stymulatora elektrycznego (Digitimer DS7A, Wielka Brytania, www.digitimer.com).
  5. Załóż i zabezpiecz maskę na twarz. Starannie dobierz rozmiar maski na twarz, aby dopasować ją do twarzy danej osoby, aby zapobiec wyciekom powietrza i zapewnić komfort noszenia maski (Rysunek 5).
  6. Podłącz maskę ochronną do systemu pneumatycznego (seria 1110A, Hans Rodolph Inc; Kansas City w stanie Missouri; http://www.rudolphkc.com).

2. Instrukcja o dobrowolnym oddychaniu

Dobrowolne oddychanie, szczególnie dobrowolne wdychanie, odgrywa kluczową rolę w tej interwencji. Dobrowolna inhalacja jest definiowana jako głęboki i szybki wdech z wysiłkiem. Poinstruuj badanego, aby wziął pojedynczy izolowany głęboki oddech, podobny do rutynowych głębokich oddechów, ale szybszy i silniejszy. Nie ma potrzeby wykonywania dobrowolnego wydechu poprzedzającego wymuszony wdech w cyklu oddechowym. Pozwól testerowi na przeprowadzenie 8 ~ 10 prób praktycznych, aby zrozumieć instrukcje.

3. Ustawienia stymulacji elektrycznej

  1. Ustaw pojedynczy bodziec elektryczny jako pojedynczy impuls fali prostokątnej o czasie trwania 0,1 ms. Intensywność stymulacji elektrycznej jest różna dla różnych zastosowań. Ponieważ za każdym razem dostarczany jest pojedynczy bodziec elektryczny, nie ma potrzeby ustawiania parametru częstotliwości.
  2. W celu leczenia spastyczności należy określić intensywność stymulacji elektrycznej, gdy: 1) wywoływane są izolowane reakcje wyprostu palca przy minimalnym zaangażowaniu reakcji stawu nadgarstkowego; 2) najwyższy poziom, jaki badany może tolerować. Bezwzględna wielkość intensywności stymulacji może być różna dla różnych osób. Zachęcaj do najwyższej intensywności, jaką badany może tolerować, aby osiągnąć najlepszy wynik.
  3. W celu leczenia bólu, pozwól pacjentowi określić stopniowe zmiany intensywności stymulacji. Intensywność początkowa wynosi zero. Najwyższy poziom to maksymalna moc wyjściowa stymulatora lub poziom, który badany może tolerować. Jednak wyraźnie poinstruuj pacjenta, że dyskomfort lub bolesność, a nawet "awersyjność" stymulacji elektrycznej jest częścią leczenia; Dlatego zachęć osobę badaną do wybrania najwyższego poziomu, który może tolerować.

4. Kontrola stymulacji elektrycznej

  1. Napisz dostosowany program LabView (National Instrument, Austin, TX) do sterowania dostarczaniem stymulacji elektrycznej na dwa sposoby: BreEStim i EStim.
  2. Stymulacja elektryczna sterowana oddechem (BreEStim) (ryc. 6):
    1. Określ szczytowe natężenie przepływu powietrza podczas dobrowolnej inhalacji, tj. podczas najgłębszej i najszybszej inhalacji.
    2. Określ próg, który wynosi 40% szczytowego natężenia przepływu powietrza. Warto zauważyć, że ustaw próg wyższy niż natężenie przepływu powietrza podczas normalnego oddychania, aby zachęcić do głębszego i szybszego dobrowolnego oddychania.
    3. Następnie ustaw funkcję wyzwalania. Gdy chwilowe natężenie przepływu powietrza podczas izolowanej dobrowolnej inhalacji osiągnie lub przekroczy próg, program LabView uruchamia i dostarcza pojedynczy bodziec elektryczny o zadanym czasie trwania i intensywności16. Pozwól obiektowi odpocząć na żądanie.
  3. Losowo wyzwalana stymulacja elektryczna (EStim):
    1. Pozwól badanemu oddychać normalnie bez szczegółowych instrukcji dotyczących oddychania.
    2. Program LabView losowo dostarcza pojedynczy bodziec elektryczny o zaprogramowanym czasie trwania i intensywności co 4 do 7 sekund. Podobnie, pozwól podmiotowi odpocząć na żądanie.

5. Dawka BreEStim

Zaleca się, aby każda sesja leczenia miała od 100 do 120 bodźców BreEStim. Trwa około 30-40 min.

6. Nagrywanie i monitorowanie

  1. Upewnij się, że z maski na twarz nie wycieka powietrze, ponieważ dobrowolne wdychanie odgrywa ważną rolę w tym protokole.
  2. Monitoruj oznaki hipoksemii i hiperwentylacji, gdy pacjent nosi maskę na twarz. W tym celu pozwól na odpoczynek na prośbę podmiotu.
  3. Rejestruj wszelkie skutki uboczne, tolerancję dobrowolnego oddychania przez maskę na twarz i wszelkie skutki psychospołeczne.
  4. W celu leczenia bólu należy zapisać wszelkie zmniejszenie bólu, tj. wizualne wyniki analogowe (VAS) 57 i czas trwania efektu. Użyj zmodyfikowanego VAS (mVAS), aby dokładniej określić ilościowo efekt redukcji bólu, tj. jak bardzo ból jest zmniejszony i jak długo trwa (redukcja × godzin). Zapisuj również średnią intensywność każdej sesji, ponieważ intensywność stymulacji elektrycznej zmienia się podczas każdej sesji leczenia.
  5. W celu leczenia spastyczności zapisz wartość zmodyfikowanej skali Ashwortha (MAS) mięśnia docelowego i inne pomiary kliniczne, w tym siłę, czucie i zakres ruchu.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stymulacja elektryczna sterowana oddechem (BreEStim) wykazała doskonałą skuteczność kliniczną w leczeniu bólu neuropatycznego w urazie rdzenia kręgowego i spastyczności zginaczy palców po udarze. Zmniejszenie spastyczności po leczeniu BreEStim zależy od ciężkości warunków przed leczeniem. Jak pokazano na rycinie 1, spastyczność zginaczy palców uległa znacznemu zmniejszeniu po leczeniu preparatem BreEStim. Spastyczność zginaczy palców została zmniejszona z MAS 1+ do minimum (MAS=0). Pacjent jest w stanie otworzyć dłoń i palce w celu funkcjonalnego użycia. Ważne jest, aby pamiętać, że inni pacjenci mogą nie mieć takiego samego stopnia zmniejszenia spastyczności i poprawy funkcjonalnej. U pacjenta z ciężką spastycznością zginaczy palców (MAS = 3) i bez resztkowego dobrowolnego wyprostu palca (jak pokazano na rycinie 4), spastyczność zginaczy palców zmniejszyła się do MAS = 1. Ułatwia to pacjentce dołożenie palców, ale nie przywraca funkcjonalnego korzystania z dłoni.

BreEStim wykazuje również lepsze i dłuższe efekty redukcji bólu. Rysunek 2 pokazuje, że przy podobnej intensywności stymulacji elektrycznej, BreEStim daje lepsze wyniki niż zwykła stymulacja elektryczna. Jednak BreEStim nie wpłynął na ocenę bólu w dniu 2, gdy pacjent miał infekcję dróg moczowych. Sugeruje to, że BreEStim nie ma wpływu na redukcję bólu, gdy ból jest zakłócony przez infekcję.

Dobrowolne oddychanie odgrywa kluczową rolę w BreEStim. Ważne jest, aby wybrać maskę na twarz, która pasuje do pacjenta (ryc. 5), aby zapobiec wyciekom powietrza. Natężenie przepływu powietrza jest stosunkowo niskie podczas normalnego oddychania (1,6 litra/s, rysunek 6). Mocne, dobrowolne wdychanie może znacznie zwiększyć szybkość przepływu powietrza (około 8 litrów/s). Ważne jest również rozmieszczenie elektrod powierzchniowych. Jak opisano szczegółowo i pokazano na rycinie 3 i rycinie 4, umiejscowienie do leczenia bólu i spastyczności jest różne. Należy zauważyć, że lokalizacja mięśni brzucha prostowników palców może ulec zmianie w wyniku atrofii, deformacji po udarze.

figure-results-1
Rysunek 1. Porównanie postawy dłoni przed i po BreEStim. Pacjent po udarze mógł otworzyć dłoń po BreEStim.

figure-results-2
Rysunek 2. Porównanie BreEStim i jego wpływu na redukcję bólu.

figure-results-3
Rysunek 3. Lokalizacja Neiguan. Zauważ, że Waiguan jest odpowiednikiem Neiguana na grzbietowej stronie przedramienia.

figure-results-4
Rysunek 4. Umieszczenie elektrod powierzchniowych na prostownikach palców.

figure-results-5
Rysunek 5. Pacjent podczas BreEStim. Elektrody powierzchniowe są umieszczone na Neiguan i Waiguan.

figure-results-6
Rysunek 6. Pomiar natężenia przepływu powietrza w czasie rzeczywistym podczas dobrowolnego wdechu i wdechu spoczynkowego. Zauważ, że natężenie przepływu powietrza jest znacznie wyższe podczas dobrowolnego wdechu niż podczas wdechu spoczynkowego. Zauważalne jest, że oddech pacjenta został przerwany przez stymulację elektryczną.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stymulacja elektryczna sterowana oddychaniem (BreEStim), jak wykazano w dwóch powyższych przypadkach, wykazała skuteczność kliniczną w leczeniu spastyczności i późniejszym przywracaniu funkcji ręki u pacjentów z przewlekłym udarem mózgu16, a także w leczeniu bólu neuropatycznego pochodzenia centralnego u wyżej wymienionego pacjenta z urazem rdzenia kręgowego lub pochodzenia obwodowego u pacjenta po amputacji powyżej kolana17. Ten lepszy wynik kliniczny i szersze zastosowania kliniczne BreEStim przypisuje się jego unikalnemu podejściu. Interwencja ze stymulacją elektryczną ukierunkowana na krótkie okno dobrowolnej aktywacji korowej i podkorowej związanej z oddychaniem 40-51 może zwiększyć jej skuteczność kliniczną poprzez wewnętrzne sprzężenie fizjologiczne, np. sprzężenie oddechowo-motoryczne w leczeniu spastyczności16. W tej interwencji kluczowe staje się dobrowolne oddychanie, szczególnie dobrowolna inspiracja. Edukacja pacjentów w zakresie prawidłowych technik oddychania i dokładny pomiar parametrów oddychania (np. brak przecieków powietrza) to środki zapobiegające niepowodzeniu interwencji BreEStim.

Nowy protokół interwencyjny - BreEStim, ma kilka zalet, oprócz lepszej skuteczności i szerszych zastosowań.

BreEStim jest skoncentrowany na pacjencie. BreEStim zachęca pacjentów do aktywnego zaangażowania, ponieważ wymagane jest dobrowolne oddychanie 17. Pacjenci czują, że aktywnie uczestniczą w radzeniu sobie z bólem, a nie są "biernym uczestnikiem własnej opieki". Na przykład pacjent kontroluje intensywność stymulacji elektrycznej, zaczynając od zera do najwyższego poziomu, który pacjent może tolerować17. Może to zwiększyć przestrzeganie przez nich zaleceń dotyczących leczenia. EStim wyzwalane EMG również wiąże się z aktywnym uczestnictwem36, ale pacjent nie może kontrolować intensywności stymulacji elektrycznej.

BreEStim przyjmuje integracyjne, systemowe podejście. Jak wykazano we wcześniejszymbadaniu17, różne mechanizmy radzenia sobie z bólem są zintegrowane w jednym protokole, w tym stymulacja elektryczna, akupunktura, stymulacja awersyjna i ogólnoustrojowe skutki dobrowolnego oddychania. W związku z tym pacjenci są w stanie tolerować wysoki poziom stymulacji elektrycznej, co prowadzi do zwiększonego działania przeciwbólowego. Taka pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego (aktywacja układu nagrody) skutkuje większą skutecznością kliniczną. Korzystając z tego integracyjnego, systemowego podejścia, pewne sygnały dobrowolnego oddychania mogą być również wykorzystane do identyfikacji okna czasowego interakcji między systemami. W związku z tym BreEStim może być stosowany u pacjentów z ciężką spastycznością. Pacjenci ci zwykle nie są w stanie wykonać dobrowolnego skurczu, dlatego "czyste" sygnały EMG z mięśnia docelowego nie są dostępne. W stymulacji elektrycznej wyzwalanej EMG sygnały EMG z docelowych mięśni (np. prostowników palców) są wymagane do wyzwolenia stymulacji elektrycznej. W związku z tym stosowanie EStim wyzwalanego EMG jest ograniczone do pacjentów z łagodną lub umiarkowaną spastycznością.

BreEStim jest nieinwazyjnym, niefarmakologicznym leczeniem. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ pacjenci często wymagają długotrwałego stosowania leków, a większość leków na przewlekły ból i spastyczność ma skutki uboczne, które czasami mogą być bardzo poważne. Możliwe skutki uboczne obejmują uzależnienie, przedawkowanie, objawy odstawienia i zaparcia itp. Tych potencjalnych skutków ubocznych można uniknąć w leczeniu BreEStim.

BreEStim to alternatywny wybór. Alternatywne leczenie niefarmakologiczne o lepszym działaniu przeciwbólowym jest ważne, szczególnie gdy ból neuropatyczny jest trudny do opanowania. Na przykład tylko 7% respondentów stwierdziło, że leczenie farmakologiczne jest skuteczne w przypadku bólu neuropatycznego po SCI w ankiecie pocztowej 58.

Podsumowując, ta stymulacja oparta na oddychaniu, BreEStim, opiera się na nowo odkrytym zjawisku wewnętrznego sprzężenia fizjologicznego aktywowanego podczas dobrowolnego oddychania. Protokół BreEStim wykazał skuteczność kliniczną w leczeniu bólu neuropatycznego i spastyczności po udarze. Uzasadnione są dalsze badania w celu zbadania podstawowych mechanizmów, które pośredniczą w efekcie interwencji. Co ważne, mogą istnieć inne zastosowania, które jeszcze nie zostały rozpoznane.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Metoda i aparatura symulacji elektrycznej mięśni szkieletowych sterowanej oddechem (wynalazca: S.L., zgłoszony patent, numer zgłoszenia 12146176).

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie było częściowo wspierane przez granty NIH (NIH/NINDS R01NS060774; NIH/NICHD/NCMRR R24 HD050821-08 w ramach podwykonawstwa z Instytutem Rehabilitacji w Chicago). Autor dziękuje Craigowi Ditommaso, lekarzowi medycyny za jego edycję i pomocne sugestie.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Stymulator elektrycznyfigure-materials-1 DigitimerDS7Ahttp://www.digitimer.com
Pneumotach systemHans Rodolph IncSeries 1110Ahttp://www.rudolphkc.com

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sluka, K. A., Walsh, D. Transcutaneous electrical nerve stimulation: Basic science mechanisms and clinical. 4, 109(2003).
  2. Sheffler, L. R., Hennessey, M. T., Naples, G. G., Chae, J. Peroneal nerve stimulation versus an ankle foot orthosis for correction of footdrop in stroke: impact on functional ambulation. Neurorehabil. Neural Repair. 20, 355-360 (2006).
  3. Sheffler, L. R., Chae, J. Neuromuscular electrical stimulation in neurorehabilitation. Muscle Nerve. 35, 562(2007).
  4. Moe, J. H., Post, H. W. Functional electrical stimulation for ambulation in hemiplegia. J. Lancet. 82, 285-288 (1962).
  5. de Kroon, J. R., Ijzerman, M. J., Chae, J., Lankhorst, G. J., Zilvold, G. Relation between stimulation characteristics and clinical outcome in studies using electrical stimulation to improve motor control of the upper extremity in stroke. J. Rehabil. Med. 37, 65-74 (2005).
  6. Bolton, D. A. E., Cauraugh, J. H., Hausenblas, H. A. Electromyogram-triggered neuromuscular stimulation and stroke motor recovery of arm/hand functions: A meta-analysis. J. Neurologic. Sci. 223, 121(2004).
  7. Chae, J. Neuromuscular electrical stimulation for motor relearning in hemiparesis. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 14, 93-109 (2003).
  8. Chae, J., et al. Neuromuscular stimulation for upper extremity motor and functional recovery in acute hemiplegia. Stroke. 29, 975-979 (1998).
  9. Cauraugh, J., Light, K., Kim, S., Thigpen, M., Behrman, A. Chronic motor dysfunction after stroke: recovering wrist and finger extension by electromyography-triggered neuromuscular stimulation. Stroke. 31, 1360-1364 (2000).
  10. Cauraugh, J. H., Kim, S. Two Coupled Motor Recovery Protocols Are Better Than One: Electromyogram-Triggered Neuromuscular Stimulation and Bilateral Movements. Stroke. 33, 1589-1594 (2002).
  11. Cauraugh, J. H., Kim, S. B. Chronic stroke motor recovery: duration of active neuromuscular stimulation. J. Neurologic. Sci. 215, 13-19 (2003).
  12. Crisan, R., Garner, C. Effectiveness of EMG-triggered muscular stimulation in outpatients with a stroke older than one year. Neurol. Rehabil. 7, 228(2001).
  13. Francisco, G., et al. Electromyogram-triggered neuromuscular stimulation for improving the arm function of acute stroke survivors: a randomized pilot study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 79, 570-575 (1998).
  14. Heckmann, J., et al. EMG-triggered electrical muscle stimulation in the treatment of central hemiparesis after a stroke. Euro. J. Phys. Med. Rehabil. 7, 138(1997).
  15. Bakhtiary, A. H., Fatemy, E. Does electrical stimulation reduce spasticity after stroke? A randomized controlled study. Clin. Rehabil. 22, 418-425 (2008).
  16. Li, S., Rymer, W. Z. Voluntary breathing influences corticospinal excitability of nonrespiratory finger muscles. J. Neurophysiol. 105, 512-521 (2011).
  17. Li, S., Melton, D. H., Berliner, J. C. Breathing-controlled electrical stimulation (BreEStim) could modify the affective component of neuropathic pain after amputation: a case report. J. Pain Res. 5, 71-75 (2012).
  18. Norrbrink Budh, C., Lundeberg, T. Non-pharmacological pain-relieving therapies in individuals with spinal cord injury: a patient perspective. Complement Ther. Med. 12, 189-197 (2004).
  19. Mulvey, M. R., Bagnall, A. M., Johnson, M. I., Marchant, P. R. Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) for phantom pain and stump pain following amputation in adults. Cochrane Database Syst. Rev. CD007264, (2010).
  20. Johnson, M. I., Bjordal, J. M. Transcutaneous electrical nerve stimulation for the management of painful conditions: Focus on neuropathic pain. Expert Rev. Neurotherap. 11, 735(2011).
  21. Melzack, R., Wall, P. D. Pain mechanisms: a new theory. Science. 150, 971-979 (1965).
  22. Kalra, A., Urban, M. O., Sluka, K. A. Blockade of opioid receptors in rostral ventral medulla prevents antihyperalgesia produced by transcutaneous electrical nerve stimulation. 298, 257-263 (2001).
  23. Sluka, K. A., Deacon, M., Stibal, A., Strissel, S., Terpstra, A. Spinal blockade of opioid receptors prevents the analgesia produced by TENS in arthritic rats. J. Pharmacol. Exp. Ther. 289 (2), 840-846 (1999).
  24. Deadman, P., Al-khafaji, M., Baker, K. A manual of acupuncture. , Eastland Press. Visa, California. (2007).
  25. Han, J. S., Li, S. J., Tang, J. Tolerance to electroacupuncture and its cross tolerance to morphine. Neuropharmacol. 20, 593-596 (1981).
  26. Han, J. S. Acupuncture and endorphins. Neurosci. Lett. 361, 258(2004).
  27. Huang, C., Wang, Y., Han, J. S., Wan, Y. Characteristics of electroacupuncture-induced analgesia in mice: variation with strain, frequency, intensity and opioid involvement. Brain Res. 945, 20-25 (2002).
  28. Wan, Y., Wilson, S. G., Han, J., Mogil, J. S. The effect of genotype on sensitivity to electroacupuncture analgesia. Pain. 91, 5-13 (2001).
  29. Rennefeld, C., Wiech, K., Schoell, E. D., Lorenz, J., Bingel, U. Habituation to pain: Further support for a central component. Pain. 148, 503(2010).
  30. Gray, C. S., et al. Motor recovery following acute stroke. Age Ageing. 19, 179-184 (1990).
  31. Nakayama, H., Jorgensen, H. S., Raaschou, H. O., Olsen, T. S. Recovery of upper extremity function in stroke patients: the Copenhagen Stroke Study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 75, 394-398 (1994).
  32. Parker, V. M., Wade, D. T., Langton Hewer, R. Loss of arm function after stroke: measurement, frequency, and recovery. Int. Rehabil. Med. 8, 69-73 (1986).
  33. Trombly, C. A. Occupational therapy for physical dysfunction. Trombly, C. A. , Williams & Wilkins. Baltimore. 454-471 (1989).
  34. Bocker, B., Smolenski, U. C. Training by EMG-triggered electrical muscle stimulation in hemiparesis. 13, 139(2003).
  35. Chae, J., Yu, D. A critical review of neuromuscular electrical stimulation for treatment of motor dysfunction in hemiplegia. Assist Technol. 12, 33-49 (2000).
  36. Kimberley, T. J., et al. Electrical stimulation driving functional improvements and cortical changes in subjects with stroke. Exp. Brain Res. 154, 450-460 (2004).
  37. Dewald, J. P., Given, J. D., Rymer, W. Z. Long-lasting reductions of spasticity induced by skin electrical stimulation. IEEE Trans. Rehabil. Eng. 4, 231-242 (1996).
  38. Haouzi, P., Chenuel, B., Barroche, G. Interactions between volitional and automatic breathing during respiratory apraxia. Respir Physiol. Neurobiol. 152, 169-175 (2006).
  39. Guz, A. Brain, breathing and breathlessness. Respir. Physiol. , 109-197 (1997).
  40. Colebatch, J. G., et al. Regional cerebral blood flow during volitional breathing in man. J. Physiol. 443, 91-103 (1991).
  41. Maskill, D., Murphy, K., Mier, A., Owen, M., Guz, A. Motor cortical representation of the diaphragm in man. J. Physiol. 443, 105-121 (1991).
  42. Ramsay, S. C., et al. Regional cerebral blood flow during volitional expiration in man: a comparison with volitional inspiration. J. Physiol. 461, 85-101 (1993).
  43. Fink, G. R., et al. Hyperpnoea during and immediately after exercise in man: evidence of motor cortical involvement. J. Physiol. 489 (Pt 3), 663-675 (1995).
  44. Macey, K. E., et al. fMRI signal changes in response to forced expiratory loading in congenital central hypoventilation syndrome. J. Appl. Physiol. 97, 1897-1907 (2004).
  45. Macey, P. M., et al. Functional magnetic resonance imaging responses to expiratory loading in obstructive sleep apnea. Respir. Physiol. Neurobiol. 138, 275-290 (2003).
  46. Evans, K. C., Shea, S. A., Saykin, A. J. Functional MRI localisation of central nervous system regions associated with volitional inspiration in humans. J Physiol. 520 (pt 2), 383-3892 (1999).
  47. Smejkal, V., Druga, R., Tintera, J. Control of breathing and brain activation in human subjects seen by functional magnetic resonance imaging. Physiol Res. 48, 21-25 (1999).
  48. Smejkal, V., Druga, R., Tintera, J. Brain activation during volitional control of breathing. Physiol Res. 49, 659-663 (2000).
  49. Mazzone, S. B., McLennan, L., McGovern, A. E., Egan, G. F., Farrell, M. J. Representation of Capsaicin-evoked Urge-to-Cough in the Human Brain Using Functional Magnetic Resonance Imaging. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 176, 327-332 (2007).
  50. Evans, K. C. Cortico-limbic circuitry and the airways: Insights from functional neuroimaging of respiratory afferents and efferents. Biol. Psychol. 84, 13(2010).
  51. Evans, K. C., et al. Modulation of spontaneous breathing via limbic/paralimbic-bulbar circuitry: An event-related fMRI study. NeuroImage. 47, 961(2009).
  52. Tsumori, T., et al. Insular cortical and amygdaloid fibers are in contact with posterolateral hypothalamic neurons projecting to the nucleus of the solitary tract in the rat. Brain Res. 1070, 139-144 (2006).
  53. Subramanian, H. H., Balnave, R. J., Holstege, G. The midbrain periaqueductal gray control of respiration. J. Neurosci. 28, 12274(2008).
  54. Li, S., Laskin, J. J. Influences of ventilation on maximal isometric force of the finger flexors. Muscle Nerve. 34, 651-655 (2006).
  55. Li, S., Yasuda, N. Forced ventilation increases variability of isometric finger forces. Neurosci. Lett. 412, 243-247 (2007).
  56. Ikeda, E. R., et al. The valsalva maneuver revisited: the influence of voluntary breathing on isometric muscle strength. J. Strength Cond. Res. 23, 127-132 (2009).
  57. McCarthy, M., et al. Visual analog scales for assessing surgical pain. J. Am. Coll. Surg. 201, 245-252 (2005).
  58. Finnerup, N. B., Johannesen, I. L., Sindrup, S. H., Bach, F. W., Jensen, T. S. Pain and dysesthesia in patients with spinal cord injury: A postal survey. Spinal Cord. 39, 256-262 (2001).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Oddychanie dobrowolnezarz dzanie spastyczno cielektrody powierzchniowemaska twarzowaprogram LabVIEWpr g przep ywu powietrzapunkty akupunkturowe

Powiązane artykuły