Artigo de método

Avaliação da ativação muscular respiratória Usando respiratória Motor Control Assessment (ACMD) em indivíduos com lesão medular crônica

DOI:

10.3791/50178

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19 de julho de 2013

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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

Neste artigo

Resumo

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O objetivo desta publicação é apresentar o nosso trabalho original sobre uma abordagem eletromiografia de superfície multi-muscular para caracterizar quantitativamente os padrões de ativação dos músculos respiratórios em indivíduos com lesão medular crônica usando análise baseada em vetor.

Resumo

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Durante a respiração, a ativação dos músculos respiratórios é coordenado pela entrada integrado do cérebro, tronco cerebral e medula espinhal. Quando esta coordenação é interrompida por uma lesão medular (LM), controle dos músculos respiratórios inervados abaixo do nível da lesão é comprometida 1,2 levando a disfunção muscular respiratória e complicações pulmonares. Estas condições estão entre as principais causas de morte em pacientes com SCI 3. Testes de função pulmonar normais que avaliam a função motora respiratória incluem spirometrical e máxima das vias aéreas resultados de pressão: capacidade vital forçada (CVF), volume expiratório forçado no primeiro segundo (FEV1), pressão inspiratória máxima (PI máx) e pressão expiratória máxima (PE máx) 4,5. Estes valores fornecem medidas indiretas do desempenho da musculatura respiratória 6. Na prática clínica e de pesquisa, a eletromiografia de superfície (EMG), gravado a partir de músculos respiratóriospode ser utilizada para avaliar a função motora respiratória e ajudar a diagnosticar a patologia neuromuscular. No entanto, a variabilidade na amplitude EMG inibe os esforços para desenvolver medidas objetivas e diretas da função motora respiratória 6. Com base em uma abordagem multi-EMG muscular para caracterizar o controle motor dos músculos dos membros 7, conhecido como o índice de resposta voluntária (VRI) 8, desenvolvemos uma ferramenta analítica para caracterizar o controle motor respiratória diretamente do EMG dados gravados a partir de vários músculos respiratórios durante o voluntário tarefas respiratórias. Nós chamamos isso o Respiratória Motor Control Assessment (ACMD) 9. Este método de análise de vector quantifica a quantidade e distribuição da actividade entre os músculos e apresenta-lo na forma de um índice que relaciona o grau no qual a saída EMG num teste se assemelha ao objecto a partir de um grupo de controlos saudáveis ​​(não lesionado). O valor do índice resultante foi demonstrado ter alta validade de face, a sensibilidade9-11 e especificidade. Nós mostramos anteriormente 9 que os resultados LUCR correlação significativa com os níveis de SCI e medidas de função pulmonar. Estamos apresentando aqui o método de comparar quantitativamente os padrões de ativação pós-lesão medular respiratórias multi-musculares aos de indivíduos saudáveis.

Protocolo

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1. Configurações

  1. Cabeças de eletrodos de superfície foram colocados sobre os ventres musculares esquerda (L) e direito (R) músculos respiratórios: esternocleidomastóideos (SC), escaleno (S), trapézio superior na linha hemiclavicular (UT), porção clavicular do peitoral na linha hemiclavicular (P ), diafragma na linha paraesternal (D), intercostal a 6 º espaço intercostal na linha axilar anterior (IC), reto abdominal a nível umbilical (RA), oblíquo abdominal na linha axilar média (O), trapézio inferior paraspinally a nível midscapular (LT ) e paravertebral paraspinally em ilíaca linha intercrestal (PS) 6. Os eletrodos de terra foram colocados sobre os processos acrômio. Um Sistema Lab Movimento Voltar Unidade Pack, com eletrodos conectados, estava ligado a um movimento Lab EMG Desk Top aparelho e do sistema Powerlab (Figura 1).
  2. Circuito de monitorização peça em T para registar a pressão nas vias aéreas foi montado como mostrado na Figura 2, e ligado à baixa pressuTransdutor re (MP45) utilizando tubo de ar.
  3. MP45 foi ligado ao CD15 e Powerlab sistema (Figura 1 e Tabela 1).

2. Protocolo RMCA

  1. As tarefas motoras respiratórias consistiu em Task pressão inspiratória máxima (telefone sem fio) e Task pressão expiratória máxima (MEPT). Para executar MIPT ou MEPT, os participantes foram convidados a produzir o máximo esforço inspiratório a partir do volume residual ou esforços expiratórios da capacidade pulmonar total por 5 segundos usando um circuito de monitoramento em T (Figuras 1 e 2). Cada manobra foi cued por um longo tom 5-sec audível e repetiu 3x. Pelo menos 1 min de descanso foi permitido entre cada esforço.
  2. Entrada EMG foi amplificado com um ganho de 2000; filtrada em 30-1,000 Hz e amostrado a 2000 Hz. Entrada de pressão das vias aéreas foi calibrado em 100 cm de água e amostrados a 2000 Hz. Os EMG e entradas de pressão nas vias aéreas foram convertidos pelo sistema de aquisição Powerlab usando 16-bit ADC escala completaresolução. Sinais de pressão nas vias aéreas, EMGs e marcador foram registrados simultaneamente 9.

3. Análise de Dados

  1. Multi-atividade muscular análise janelas distribuição de 5 segundos para cada telefone sem fio ou MEPT foram determinadas a partir do marcador evento e pressão das vias aéreas gravado com o tom cuing que sinalizou o assunto quando começar e terminar a tarefa (Figura 3). A atividade EMG de cada músculo foi calculada usando uma raiz quadrada (RMS) algoritmo de 6,12 (Figura 4) significam. Três ensaios repetidos para cada tarefa foram em média 13 para cada músculo (canal).
  2. Os padrões de ativação multi-musculares foram avaliados com base em um método de análise de vetor conhecido como o Índice de resposta voluntária (VRI) 8 (Figuras 4-6), usando custom-made software Matlab (MathWorks). Para cada manobra, o cálculo do VRI produz dois valores, uma magnitude e um índice de similaridade (SI) (Figuras 5-6).O parâmetro de magnitude, a quantidade de actividade de EMG combinado de todos os músculos no interior da janela de tempo específico, foi calculado como uma extensão do Vector de resposta (VR) para a tarefa específica (Figura 7). O Índice de Similaridade (SI) fornece um valor que expressa o quão similar a RV do SCI assunto é o vetor resposta Prototype (PRV) obtidos a partir de indivíduos saudáveis ​​durante a mesma tarefa. O valor SI foi computada para cada tarefa como um co-seno do ângulo entre o sujeito e RV PRV SCI. O valor SI varia entre 0 e 1,0, onde o valor de 1,0 representa o melhor jogo para vetores comparados 9 (Figura 8).

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Resultados

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A Figura 3 representa o eletromiograma e pressão das vias aéreas (em cima) registraram simultaneamente durante MEPT de um não-feridos (esquerda) e SCI indivíduos (à direita). Nota diminuição da pressão das vias aéreas e na ausência de actividade nos músculos expiratórios de um sujeito SCI EMG quando comparado a um indivíduo não-lesado (marcado com elipses cinzentas). Observe também que o início da tarefa, como marcado no fundo, está associada ao aumento de EMG atividade e aumento da pressão nas vias aér...

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Discussão

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Testes clínicos padrão para avaliar a função motora respiratória após SCI e outros distúrbios incluem os testes de função pulmonar ea Escala American Spinal Injury Association Impairment (AIS) a avaliação 14,15. No entanto, essas ferramentas não são projetados para avaliação quantitativa do tronco e controle motor respiratório. No nosso trabalho previamente publicado a 9, que têm demonstrado que o ACMD é um método válido para avaliar quantitativamente a função motora respiratória afectada pelo SCI....

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Divulgações

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Não há conflito de interesse a declarar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi financiado pela Fundação Christopher e Dana Reeve (Grant CDRF OA2-0802-2), Kentucky Spinal Cord Injury e Chefe Research Trust (Grant 9-10A - KSCHIRT), Craig H. Nielsen Foundation (Grant 1000056824 - HN000PCG) e Nacional Institutes of Health: National Heart, Lung Blood Institute (Grant 1R01HL103750-01A1).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Sistema PowerLab 16/35ADInstrumentsPL3516O número de unidades depende do número de canais gravados
Sistema EMG MA 300Motion Lab SystemsMA300-XVIO número de unidades depende do número de canais gravados
Transdutor de baixa pressão MP45ValidyneMP45-40-871
Demodulador de portadora básico CD15ValidyneCD15-A-2-A-1
Manômetro de Pressão de ArBoehringer4103Necessário para calibração MP45
MarcadorInterruptor portátil que, quando pressionado, fornece uma tensão CC e saída de som (incluindo marca de 5 segundos de comprimento)
Toalhetes com álcoolHenry Schein1173771Necessário para a colocação
dos eletrodos Eletrodo GelLectron II36-3000-25Necessário para a colocação dos eletrodos
TagadermHenry Schein7779152Necessário para a colocação de eletrodos
Noseclip Henry Schein1089460
Circuito de Monitoramento de Ventilador em T com Válvulas Unidirecionais Alleglance (Airlife)1504
Tubo de Ar UnoMedical400E
Tabela 1. Lista de equipamentos e suprimentos específicos utilizados para a Avaliação do Controle Respiratório-Motor.
de Evento

Referências

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  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).
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  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).
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