Method Article

Prosta, nieinwazyjna metoda czasowego knockdown propriocepcji kończyn górnych

DOI:

10.3791/57218

⸱

March 3rd, 2018

 ,  ,  ,  , 
1Department of Physical Therapy, The College of St. Scholastica

In This Article

Summary

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

Celem tego protokołu jest zademonstrowanie praktycznej metody tymczasowego zakłócania propriocepcji w kończynach górnych u zdrowych ludzi.

Abstract

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

Propriocepcja może być najmniej dobrze zmierzonym ze wszystkich czynników przyczyniających się do neuronalnej kontroli ruchu. Potrzebne są nowe, precyzyjne, wiarygodne pomiary propriocepcji do klinicznej diagnozy upośledzenia oraz do pomiaru wyników treningu proprioceptywnego. Celem tej prostej, nieinwazyjnej metody jest czasowe wyeliminowanie propriocepcji kończyn górnych u zdrowych osób dorosłych, w stopniu, który byłby przydatny w opracowywaniu i testowaniu miar propriocepcji kończyn górnych. Modele knockdown mają dwie główne zalety w porównaniu z badaniem ludzi z upośledzoną propriocepcją: dostępność uczestników i zdolność do kontrolowania zakresu upośledzenia u uczestników. Obecnie opublikowane metody czasowego nokautowania propriocepcji kończyny górnej, takie jak niedokrwienne blokady nerwów i krioterapia, są inwazyjne, niepraktyczne lub niewygodne dla uczestnika. W tym przypadku wibracje nad rowkiem łokciowym zastosowano w celu zmniejszenia propriocepcji kończyny górnej. Wibracje o wysokiej częstotliwości mogą zmniejszać ostrość proprioceptywną poprzez hamowanie bodźców indukowanych przez ciałko pacinowskie. Wpływ drgań zastosowanych w tym protokole został potwierdzony za pomocą dwóch miar ilościowych. Ta metoda była prosta w podaniu, wygodna dla uczestników i praktyczna.

Introduction

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

Ze wszystkich czynników przyczyniających się do neuronalnej kontroli ruchu, propriocepcja może być najmniej dobrze zmierzona. Badania nad propriocepcją przy użyciu specjalistycznego sprzętu osiągnęły ostatnio niezawodność, trafność i precyzję; 1,2,3 W przeciwieństwie do tego, kliniczne miary propriocepcji, z których najczęstszą są testy wyczucia pozycji kończyn,4 mają niską rozdzielczość, są zanieczyszczone innymi modalnościami sensorycznymi,4 i mają słabe lub żadne opublikowane właściwości psychometryczne. 5 Potrzebne są nowe, precyzyjne, wiarygodne pomiary propriocepcji, aby wyjaśnić obwodowe i centralne mechanizmy kontroli proprioceptywnej,3 do klinicznej diagnozy upośledzenia i do pomiaru wyników treningu proprioceptywnego. 2,5,6,7 W tym celu potrzebna jest prosta, nieinwazyjna metoda tymczasowego osłabienia lub "powalenia" propriocepcji.

Proprioceptywne knockdown u zdrowych ludzi pozwala badaczom wywnioskować rolę funkcji proprioceptywnej w zadaniu sensomotorycznym, co jest przydatne do informowania o rozwoju i walidacji standardowych pomiarów. Modele knockdown mają dwie główne zalety w porównaniu z badaniem ludzi z upośledzoną propriocepcją. Pierwszym z nich jest dyspozycyjność uczestników; Osoby z zaburzeniami propriocepcji nie są łatwo dostępne dla wielu badaczy. Po drugie, w przeciwieństwie do upośledzenia propriocepcji in vivo, modele knockdown mogą umożliwiać kontrolowanie zakresu upośledzenia u uczestników.

Obecnie publikowane metody tymczasowego nokautowania kończyny górnej przez propriocepcję są inwazyjne, niepraktyczne lub niewygodne dla uczestnika. Zastrzyki znieczulające, choć stosunkowo bezpieczne, wymagają specjalistycznej wiedzy technicznej i mogą być uważane za inwazyjne przez niektórych uczestników badania. Niedokrwienne blokady nerwów powodują dyskomfort i praktykuje się badanie krwi w celu wykrycia zaburzeń krzepnięcia przed ich zastosowaniem. 8 Krioterapia również powoduje dyskomfort. Średni czas stosowania krioterapii w celu wpływu propriocepcji wynosi 20,3 ± 5,3 min.9 Po usunięciu krioterapii pozostaje krótkie okno, w którym można zmierzyć propriocepcję przed ponownym rozgrzaniem, co może przyczyniać się do niespójnego wpływu krioterapii na wyczucie pozycji stawów. 10 Wibracje o wysokiej częstotliwości (300 Hz) zostały z powodzeniem wykorzystane do zmniejszenia ostrości proprioceptywnej w zadaniu wykrywania ruchów palców; Doniesiono, że mechanizm ten polega na indukowanym przez ciałko pacinowskie hamowaniu danych wejściowych z innych wrażliwych na wibracje receptorów skórnych. 11 Ostatnio odkryto, że wibracje mięśnia płaszczkowatego (80 Hz) zmniejszają dokładność wytwarzania siły izometrycznej poprzez zniekształcanie informacji proprioceptywnej. 12 Jednak prosta, nieinwazyjna metoda tymczasowego wyłączenia propriocepcji kończyn górnych nie została opublikowana.

Celem tej metody jest użycie wibracji o wysokiej częstotliwości do tymczasowego wyłączenia propriocepcji kończyn górnych u zdrowych dorosłych. Powalenie zostało potwierdzone za pomocą dwóch pomiarów: progu wykrywania drgań (VDT) i tabletkowej wersji testu krótkiej kinestezji (tBKT). VDT jest psychofizyczną miarą czułości, która ma odzwierciedlać transmisję aksonów aα aferentnych. 13 Wydajność proprioceptywna została określona ilościowo za pomocą tBKT, który jest opracowywany w naszym laboratorium. Test krótkiej kinestezjologii (BKT), oparty na pracy Ayres,14 to eksperymentalny instrument, który został przetestowany, ale nie został uwzględniony w bateriach rdzeniowych National Institutes of Health (NIH) Toolbox. 15,16 BKT obejmuje trzy próby dotarcia dla każdej kończyny górnej. tBKT obejmuje 20 prób dotarcia na kończynę górną i jest opracowywany w celu poprawy właściwości psychometrycznych w porównaniu z pierwotnym testem. tBKT obejmuje bodźce sensoryczne (prowadzenie kończyny górnej przez egzaminatora do celu), przetwarzanie centralne (zapamiętaj lokalizację przestrzenną celu) i wyjście motoryczne (próba zlokalizowania celu po usunięciu orientacji), uważane za niezbędne do pomiaru ogólnej sprawności proprioceptywnej. 17 Pomiary VDT i tBKT reprezentują odpowiednio niskie i wyższe poziomy w hierarchii somatosensorycznej,18 i dlatego powinny zapewnić bardziej wszechstronną kwantyfikację propriocepcji niż każda z tych miar używanych osobno.

Dwa mechanizmy neuronalne są najściślej związane ze zmniejszoną ostrością proprioceptywną spowodowaną wibracjami o wysokiej częstotliwości. Po pierwsze, ciałka Paciniana są mechanoreceptorem skórnym najczęściej związanym z wykrywaniem drgań. Ciągłe wibracje stosowane w tym protokole prawdopodobnie podnoszą próg dostrojenia receptora do wykrywania wibracji w oparciu o neuronalny mechanizm krótkotrwałej habituacji w grupie włókien Aα i β związanych z ciałkami Paciniana. 19 Fizjologiczny wynik jest taki, że wibracja o tej samej intensywności i częstotliwości, taka jak 128 Hz użyta w teście VDT, jest odczuwalna przez krótszy czas. Po drugie, uważa się, że wrzeciona mięśniowe, za pośrednictwem włókien doprowadzających Aα, niedokładnie kodują długość mięśni po wibracjach o wysokiej częstotliwości, co skutkuje zniekształconymi informacjami proprioceptywnymi, o czym świadczy zmniejszona dokładność podczas reprodukcji siły,12 iluzja ruchu,20,21 i zmniejszona kinestezja. 22

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Instytucjonalna Komisja Rewizyjna w Kolegium św. Scholastyki zatwierdziła badanie, w ramach którego ten protokół został opracowany i przetestowany.

UWAGA: Specyfikacja producenta wibratora użytego w tym protokole wskazywała, że częstotliwość na "wysokiej" wynosiła 11,00 obr./min (183,3 Hz). Częstotliwość ta została potwierdzona za pomocą próbki danych drgań zebranych przez jedno wejście wzmacniacza różnicowego próbkowanego z częstotliwością 2 kHz. Średni okres sygnału wynosił 5,56 x 10-3 s, co odpowiada 180 Hz. U osób z chorobą Raynauda wibracje mogą powodować zjawisko Raynauda, tymczasowe zwężenie naczyń krwionośnych w miejscu aplikacji, które może trwać od kilku minut do kilku godzin i może mu towarzyszyć drętwienie, swędzenie lub ból. 23 Rysunek 1 pokazuje przykład zjawiska Raynauda wywołanego przez wibracje podobne do tych używanych w tym protokole. Potencjalni uczestnicy powinni zostać przebadani pod kątem choroby Raynauda przed przystąpieniem do tego protokołu.

1. Protokół knockdown propriocepcji:

  1. Zbierz długopis, wibrator 183 Hz, pasek o szerokości 2,5 cala i gumkę (patrz tabela materiałów).
  2. Zbadać palpacyjnie nerw łokciowy w rowku łokciowym badanej kończyny górnej.
    1. Umieść znak "x" na skórze nad rowkiem łokciowym tuż nad linią między wyrostkiem łokciowym kości ramiennej a nadkłykciem przyśrodkowym kości łokciowej.
      UWAGA: Rysunek 2 pokazuje to miejsce na grzbiecie łokcia.
  3. Umieść głowicę wibratora w oznaczonym miejscu z uchwytem masażera nad głowicą.
    1. Przyłóż szeroki pasek wokół rączki wibratora i ramienia uczestnika.
    2. Umieść gumową opaskę na szyi głowicy wibratora i ramieniu uczestnika, aby utrzymać głowicę wibratora na miejscu i utrzymuj kontakt między skórą uczestnika a głowicą wibratora, upewniając się, że gumowa opaska ma odpowiedni rozmiar, aby utrzymać głowę przy skórze, ale nie ograniczać ruchu ani krążenia.
  4. Poproś uczestnika, aby zgiął i wyprostował łokieć. Nie powinien odczuwać żadnych zakłóceń ze strony pasków. Jeśli zgłosi zakłócenia, wyreguluj paski i gumkę tak, aby zapewnić swobodę ruchów.
  5. Włącz wibrator na wysokich obrotach, odczekaj 2 minuty (na podstawie niepublikowanych danych).
    1. Przeprowadź pomiar wydajności propriocepcji (wyniki z tabletkowej wersji BKT są prezentowane tutaj) przy wibratorze pracującym na wysokich obrotach przez cały czas trwania testu
      1. Przeprowadzić BKT. Posadź uczestnika na krześle o standardowej wysokości (18 cali wysokości siedziska), przy stole o standardowej wysokości (29 cali wysokości) z jego wzrokiem zasłoniętym z tabletu za pomocą kurtyny. Usiądź naprzeciwko uczestnika.
      2. Poprowadź palec wskazujący uczestnika, trzymany tylko w dystalnym paliczku, od początku linii do końca linii (celu) i z powrotem do początku linii. Podnieś palec uczestnika i poinstruuj go, aby dotknął celu. Ukończ 20 prób każdą kończyną górną.
      3. Przypisz wyniki uczestników dla każdej kończyny górnej jako średni błąd bezwzględny (odległość od celu) w centymetrach.
    2. Przeprowadzić środki psychofizyczne (takie jak VDT) natychmiast po usunięciu bodźca wibracyjnego.
      UWAGA: W przedstawionych wynikach czas trwania bodźca wibracyjnego przed VDT wynosił 5 ± 1 minutę.

2. Próg wykrywania drgań (zaadaptowany z13)

  1. Zbierz kamerton 128 Hz, stoper, podręcznik (zapewnia twardą, ale elastyczną powierzchnię, na którą uderza kamerton), stół (29 cali wysokości), standardowe krzesło (18 cali wysokości siedziska), taśmę maskującą i długopis.
    1. Utwórz kwadrat o wymiarach 1 1/2 cala x 1 1/2 cala w podręczniku, używając taśmy maskującej, która będzie używana jako cel konsekwentnego uderzania w kamerton.
    2. Za pomocą markera permanentnego pokoloruj dolny 1 mm trzpienia kamertonu (ten znak posłuży do ujednolicenia nacisku na kamerton podczas testu).
    3. Posadź uczestnika na krześle przy stole. Poproś go, aby wyprostował przedramię badanej kończyny w pozycji supinacji i całkowicie oparł je na stole, łącznie z łokciem. Poproś ich, aby rozluźnili kończyny.
      UWAGA: Egzaminator powinien siedzieć naprzeciwko uczestnika.
  2. Zaznacz kropkę na skórze nad dystalnym ścięgnem bicepsa, około 1 cm powyżej zgięcia łokcia.
    1. Umieść książkę na krawędzi stołu najbliżej uczestnika, między łokciami uczestnika.
    2. Powiedz: "To jest test twojej zdolności do wykrywania wibracji. Teraz założę ten kamerton na twoje ścięgno bicepsa. Proszę, powiedz mi, czy czujesz jakiekolwiek wibracje, a następnie powiedz "Teraz" natychmiast, gdy uczucie wibracji zniknie. Ta procedura zostanie powtórzona 3 razy na każdym ramieniu."
  3. Przed rozpoczęciem upewnij się, że tarcze na końcach każdego bolca kamertonu są dokręcone. Jeśli są luźne, będą grzechotać i skracać czas rezonansu kamertonu, co sprawi, że test będzie niewiarygodny.
    1. Przytrzymaj trzpień kamertonu luźno między kciukiem a palcem wskazującym i uderz nim w książkę wewnątrz kwadratowego celu z wystarczającą siłą, aby wywołać rezonans.
      1. Natychmiast po uderzeniu umieść kamerton w miejscu testowym, wywierając wystarczający nacisk, aby wcisnąć skórę i ukryć przed wzrokiem pasek 1 mm na kamertonie.
        UWAGA: Rysunek 3 pokazuje kamerton w miejscu testu dystalnego ścięgna bicepsa, używany w tym protokole.
      2. Za pomocą stopera określ ilościowo czas od umieszczenia kamertonu na skórze uczestnika do momentu, gdy uczestnik przestanie odczuwać wibracje (mówi "Teraz").
    2. Powtórz jeszcze dwa razy na tym samym ramieniu, w sumie trzy próby.
      1. Oblicz średni czas do zaniku bodźca wibracyjnego w trzech próbach, aby określić próg wykrywania drgań (VDT).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Korzystając z przedstawionego tutaj protokołu, przetestowaliśmy 20 zdrowych dorosłych, 8 mężczyzn (średni wiek (SD) = 32,5 (12,5) lat; 19 praworęcznych i 1 leworęcznych). Uczestnicy nie mieli znanej patologii obejmującej kończyny górne. Ręczność została oceniona za pomocą Inwentarza Ręczności w Edynburgu. 24 Uczestnicy badania nie zgłosili żadnych działań niepożądanych.

Obie górne kończyny każdego uczestn...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Protokół ten zapewnia metodę obalenia ludzkiej propriocepcji w kończynie górnej. U 20 zdrowych uczestników efekt nokautu proprioceptywnego był duży, mierzony za pomocą VDT, psychofizycznej miary wrażliwości, która ma odzwierciedlać transmisję aksonów aα aferentnych. VDT mierzono tak szybko, jak to możliwe po usunięciu wibracji, gdy wyładowanie aferentne Aα jest zmniejszone. 25 Wpływ tego protokołu na błąd w dotarciu do celu z okluzją wzrokową (tBKT) był umiarkowany. Może to odzwierciedlać fakt, że...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Autorzy pragną podziękować doktorowi Jonowi Nelsonowi, PT, za przeprowadzenie analizy w celu potwierdzenia częstotliwości wibracji wibratora użytego w tym protokole.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Pure Enrichment-Massage Mini z wbudowanym akumulatorem USBebayBrakWibrator bezprzewodowy 183 Hz, długość całkowita 7 cali wraz z uchwytem
Chattanooga 2,5-calowy pasek na rzep ebayBraksłuży do mocowania wibratora do uzbrojenia
Kamerton C128 ENT Chirurgiczne instrumenty medyczne Egzamin Narzędzia diagnostyczneebayBrakUżywany w
ręcznym cyfrowym stoperzeebayBrakSłuży do pomiaru czasu
Uniwersalne gumki VDT Rozmiar 33, 3 1/2 x 1/8 calaebayUniwersalny - UNV00433służy do mocowania wibratora od głowy do ramienia
Instrukcje dotyczące budowy Visual Screen zostały opublikowane tutaj: https://www.jove.com/video/53178/design-fabrication-administration-hand-active-sensation-test 
VDT

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dukelow, S. P., et al. Quantitative assessment of limb position sense following stroke. Neurorehabilitation and neural repair. 24, 178(2010).
  2. Cappello, L., et al. Robot-aided assessment of wrist proprioception. Frontiers in human neuroscience. 9, (2015).
  3. Han, J., Waddington, G., Adams, R., Anson, J., Liu, Y. Assessing proprioception: a critical review of methods. Journal of Sport and Health Science. 5, 80-90 (2016).
  4. Goble, D. J. Proprioceptive acuity assessment via joint position matching: from basic science to general practice. Physical therapy. 90, 1176-1184 (2010).
  5. Meyer, S., Karttunen, A. H., Thijs, V., Feys, H., Verheyden, G. How do somatosensory deficits in the arm and hand relate to upper limb impairment, activity, and participation problems after stroke? A systematic Review. Physical Therapy. 94, (2014).
  6. Elangovan, N., Herrmann, A., Konczak, J. Assessing proprioceptive function: evaluating joint position matching methods against psychophysical thresholds. Physical therapy. 94, 553(2014).
  7. Aman, J. E., Elangovan, N., Yeh, I. L., Konczak, J. The effectiveness of proprioceptive training for improving motor function: a systematic review. Frontiers in human neuroscience. 8, (2014).
  8. Thiemann, U., et al. Cortical post-movement and sensory processing disentangled by temporary deafferentation. Neuroimage. 59, 1582-1593 (2012).
  9. Furmanek, M. P., Słomka, K., Juras, G. The effects of cryotherapy on proprioception system. BioMed research international. 2014, (2014).
  10. Costello, J. T., Donnelly, A. E. Cryotherapy and joint position sense in healthy participants: a systematic review. Journal of athletic training. 45, 306-316 (2010).
  11. Weerakkody, N., Mahns, D., Taylor, J., Gandevia, S. Impairment of human proprioception by high-frequency cutaneous vibration. The Journal of physiology. 581, 971-980 (2007).
  12. Boucher, J. A., Normand, M. C., Boisseau, É, Descarreaux, M. Sensorimotor control during peripheral muscle vibration: An experimental study. Journal of manipulative and physiological therapeutics. 38, 35-43 (2015).
  13. Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing: a comprehensive protocol for clinical trials. European Journal of Pain. 10, 77-77 (2006).
  14. Ayres, A. J. Sensory integration and praxis test (SIPT). Los Angeles, Western Psychological Services. , (1989).
  15. Dunn, W., et al. Somatosensation assessment using the NIH Toolbox. Neurology. 80, S41-S44 (2013).
  16. Dunn, W., et al. Measuring Change in Somatosensation Across the Lifespan. American Journal of Occupational Therapy. 69, 6903290020p6903290021-6903290020p6903290029 (2015).
  17. Witchalls, J., Blanch, P., Waddington, G., Adams, R. Intrinsic functional deficits associated with increased risk of ankle injuries: a systematic review with meta-analysis. Br J Sports Med. 46, 515-523 (2012).
  18. Borstad, A. L., Nichols-Larson, D. Assessing and treating Higher-level Somatosensory Impairments Post Stroke. Topics in Stroke Rehabilitation. 21, 290-295 (2014).
  19. Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., Hudspeth, A. J. Principles of neural science. 4, McGraw-hill. New York. (2000).
  20. Goodwin, G. M., Mccloskey, D. I., Matthews, P. The contribution of muscle afferents to keslesthesia shown by vibration induced illusionsof movement and by the effects of paralysing joint afferents. Brain. 95, 705-748 (1972).
  21. Burke, D., Hagbarth, K. E., Löfstedt, L., Wallin, B. G. The responses of human muscle spindle endings to vibration of non-contracting muscles. The Journal of physiology. 261, 673-693 (1976).
  22. Roll, J., Vedel, J. Kinaesthetic role of muscle afferents in man, studied by tendon vibration and microneurography. Experimental Brain Research. 47, 177-190 (1982).
  23. Wigley, F. M. Raynaud's phenomenon. New England Journal of Medicine. 347, 1001-1008 (2002).
  24. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9, 97-113 (1971).
  25. Kito, T., Hashimoto, T., Yoneda, T., Katamoto, S., Naito, E. Sensory processing during kinesthetic aftereffect following illusory hand movement elicited by tendon vibration. Brain research. 1114, 75-84 (2006).
  26. Carey, L. M., Oke, L. E., Matyas, T. A. Impaired limb position sense after stroke: a quantitative test for clinical use. Arch.Phys.Med.Rehabil. 77, 1271-1278 (1996).
  27. Roll, J., Vedel, J., Ribot, E. Alteration of proprioceptive messages induced by tendon vibration in man: a microneurographic study. Experimental brain research. 76, 213-222 (1989).
  28. Calvin-Figuière, S., Romaiguère, P., Roll, J. -P. Relations between the directions of vibration-induced kinesthetic illusions and the pattern of activation of antagonist muscles. Brain research. 881, 128-138 (2000).
  29. Fallon, J. B., Macefield, V. G. Vibration sensitivity of human muscle spindles and Golgi tendon organs. Muscle & nerve. 36, 21-29 (2007).
  30. Seizova-Cajic, T., Smith, J. L., Taylor, J. L., Gandevia, S. C. Proprioceptive movement illusions due to prolonged stimulation: reversals and aftereffects. PloS one. 2, e1037(2007).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Upper Limb ProprioceptionVibration Detection ThresholdBrief Kinesthesia TestUlnar Groove VibrationProprioception KnockdownKinesthetic Sense MeasurementVibration Induced ImpairmentNon invasive Proprioception MethodProprioceptive Acuity ReductionTemporary Proprioception Interference

Related Articles