Artigo de método

Quantificando as Contribuições de Braços e Pernas durante Exercícios Repetitivos Eletricamente Assistidos de Sentar para Levantar em Paraplégicos: Um Estudo Piloto

DOI:

10.3791/63149

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11 de novembro de 2022

 ,  , 
1Biomechatronics and Neuroprosthetics Laboratory, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Malaya, 2Center for Applied Biomechanics (CAB), Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Malaya, 3Department of Rehabilitation Medicine, Faculty of Medicine, Universiti Malaya

Neste artigo

Resumo

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A contribuição dos braços no Sit-To-Stand (SitTS) é determinada pela condição muscular das pernas. Várias estratégias de compensação foram descobertas nos esforços para alcançar ciclos completos de SitTS. Esses achados triangulam as medidas biomecânicas dos indivíduos com lesão medular (LM) com sua sensação subjetiva de carga suportada por ambos os membros ao longo das abordagens SitTS.

Resumo

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A execução do Sit-to-Stand (SitTS) em pacientes com lesão medular incompleta (LM) envolve a função motora em membros superiores e inferiores. O uso de apoio de braço, em particular, é um fator auxiliar significativo durante a execução do movimento SitTS na população com LM. Além disso, a aplicação da estimulação elétrica funcional (EEF) nos músculos quadríceps e glúteo máximo é uma das condutas prescritas para LM incompleta para melhorar a ação muscular em movimentos simples de membros inferiores. No entanto, a contribuição relativa dos membros superiores e inferiores durante a STitSit ainda não foi completamente investigada. Dois paraplégicos de LM motora incompleta realizaram SitTS repetitiva para desafio de exercício de fadiga. Seu desempenho foi investigado como um estudo caso-controle de método misto comparando SitTS com e sem o auxílio da EEF. Três séries de testes de SitTS foram completadas com um período de repouso de 5 min alocado entre as séries, com sensores de mecanomiografia (MMG) fixados sobre os músculos reto femoral bilateralmente. O exercício foi separado em 2 sessões; Dia 1 para SitTS voluntária e Dia 2 para SitTS assistida por FES. Questionários foram conduzidos após cada sessão para coletar a opinião dos participantes sobre sua experiência repetitiva de SitTS. A análise confirmou que um ciclo de SitTS pode ser dividido em três fases; Fase 1 (Preparação para ficar de pé), Fase 2 (Seat-off) e Fase 3 (Início da extensão do quadril), que contribuíram com 23% ± 7%, 16% ± 4% e 61% ± 6% do ciclo SitTS, respectivamente. A contribuição de braços e pernas durante o movimento SitTS variou em diferentes participantes com base no grau muscular do Medical Research Council (MRC) de suas pernas. Em particular, as forças aplicadas no braço começam a aumentar claramente quando as forças das pernas começam a diminuir durante a posição em pé. Esse achado é apoiado pelo sinal MMG significativamente reduzido que indica fadiga muscular das pernas e sua sensação relatada de cansaço.

Introdução

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Sit-To-Stand (SitTS) é um movimento significativo na atividade de vida diária (AVD) de um ser humano. Também é um pré-requisito para atividades funcionais básicas, como ficar em pé, transferir e andar. Para pacientes com lesão medular incompleta (LM), paraplégicos em particular, o exercício de SitTS é uma atividade crucial para sua independência funcional 1,2. Esse exercício é essencial para o treinamento da independência, o que acaba auxiliando a população com LM a melhorar sua qualidade de vida. Para a realização de um exercício de SitTS suficiente e adequado, o conhecimento sobre sua biomecânica e atividade muscular deve ser factível durante o treinamento.

Em um programa de reabilitação clínica, pacientes com LM com grau American Spinal Cord Injury Association (ASIA) Impairment Scale, AIS C têm melhor progressão e chance de recuperar sua função motora do que aqueles com AIS grau B, que apresentam déficits motores completos. O desempenho da SitST é uma medida importante em uma paciente com LM para indicar sua funcionalidade motora durante o processo de recuperação3. No entanto, pacientes com LM AIS C necessitam de apoio dos membros superiores e inferiores para alcançar séries bem-sucedidas de movimentos repetidos de SitTS. O apoio do membro superior desempenha um papel importante na descarga dos joelhos, proporcionando forças de elevação adequadas e assegurando o equilíbrio corporal durante o exercício4.

O objetivo deste estudo é descrever as contribuições biomecânicas de braços e pernas ao longo da repetitiva em indivíduos com LM incompleta. Este estudo posiciona a análise biomecânica em relação ao senso subtivo dos participantes sobre o desempenho muscular de braços e pernas e sentimentos de "esforço e cansaço" ao longo do exercício SitTS.

Muitos estudos anteriores de SitTS concentraram-se apenas em investigar os aspectos cinemáticos e cinéticos da atividade 4,5,6,7. Em um contexto mais amplo de treinamento em STitT, o desenvolvimento desse método, que inclui a estrutura ortostática instrumentada (FS) e a análise da plataforma de força, poderia levar os pesquisadores a avaliar a contribuição tanto dos membros superiores quanto dos membros inferiores de outras populações, como acidente vascular encefálico, idosos e pacientes com osteoartrite8,9,10. Um estudo anterior de Zoulias et al., instrumentado custom-built hardware e software de SF apresentou um grande projeto de quadro11. Esse método pode ser difícil de replicar. Portanto, este estudo SitTS destacou um SF instrumentado portátil que pode ser adotado por outros pesquisadores com uma configuração de laboratório de análise de movimento existente.

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Protocolo

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O exercício de SitTS e o consentimento informado neste manuscrito são descritos sob consideração ética pelo Comitê de Ética do Centro Médico da Universidade da Malásia (2017119-4828)12. Os procedimentos do estudo foram explicados detalhadamente para cada participante, e o consentimento informado por escrito foi obtido antes do início do estudo SitTS. Este estudo foi conduzido na modalidade mista, onde os dados quantitativos foram obtidos por meio de análise biomecânica, enquanto os escores subjetivos foram obtidos a partir de sessões de feedback (dos participantes) e gravações de áudio (das interações pesquisador-participantes durante o estudo). Este estudo piloto comparou as contribuições de braços e pernas dos participantes no exercício de SitTS voluntariamente versus seu desempenho com a presença de EEF.

1. Seleção dos participantes

  1. Realizar uma avaliação com potenciais participantes da LM.
    1. Explicar os detalhes do protocolo SitTS, incluindo a duração do estudo (4 dias) e a duração da sessão (SitTS: 2 h).
      OBS: A SitTS voluntária foi realizada no Dia 1, seguida de repouso por 2 dias. A SitTS assistida por estimulação elétrica funcional (FES) é então continuada no dia seguinte e definida como Dia 2.
    2. Descreva os requisitos médicos para o potencial participante, incluindo homens ou mulheres com LME e IAC (que pode se levantar), 18-60 anos, mais de 12 meses pós-lesão, e demonstre disposição para usar roupas específicas.
      NOTA: OS PARTICIPANTES DO SCI AIS C forneceram consentimento informado e por escrito para se voluntariarem neste estudo. O participante 1 era do sexo masculino (45 anos; Índice de Massa Corporal (IMC) 20,32 kg/m2) e o Participante 2 era do sexo feminino (49 anos; IMC 33,54 kg/m2). Ambos apresentaram 95 meses e 33 meses após a lesão da LM, respectivamente. Ambos os participantes tiveram o grau muscular dos membros inferiores (OE) avaliado. Os graus musculares do NE do Participante 1 foram 2 (lado direito) e 4 (lado esquerdo). Já o participante 2 apresentou grau muscular LE 4 bilateralmente12. Ambos os participantes apresentaram bom controle de tronco. O participante 1 foi diagnosticado com uma perna direita flácida com reflexos ausentes no joelho e tornozelo, indicando uma lesão do neurônio motor inferior. Além disso, observou-se que a perna direita não apresentava resposta à SEG.
    3. Descreva os critérios de exclusão para os potenciais participantes, incluindo condições médicas que os fariam falhar no preenchimento das instruções durante o estudo. Outros critérios de isenção incluem participantes que tenham osteoporose e fraturaóssea12, marcapasso cardíaco ou outro sistema eletrônico implantado, que tenham dispositivo de estimulação elétrica existente (cardioversor-desfibrilador implantável, marca-passo ou estimulação espinhal) ou que tenham toxina botulínica.

2. Configuração experimental do SitTS

NOTA: Neste exercício SitTS, três parâmetros serão registrados. O primeiro parâmetro é a força dos braços e o segundo parâmetro é a força das pernas. O terceiro parâmetro é a mecanomiografia (MMG), que analisa a atividade do músculo reto femoral.

  1. Configuração de cadeira e SF.
    1. Projetar uma cadeira sem braços com altura de 45 cm13,14 sem encosto de acordo com a dimensão da plataforma de força 1 embutida no piso do laboratório de análise de movimento (Figura 1).
    2. Coloque a cadeira na parte superior da plataforma de força 1.
    3. Instrumente cada perna SF independentemente com o sensor de força15 na parte inferior da perna SF, dado que a faixa sensível de cada sensor é de 0-12 kg (Figura 2).
      NOTA: Os valores de soma de quatro leituras do sensor de força do SF foram referidos como a contribuição da força armada.
    4. Posicione um SF portátil e dobrável na frente da cadeira ao alcance do braço12. Posicione as quatro pernas da DC de forma segura fora da plataforma de força 2 para evitar medidas duplas (Figura 1).
  2. Configuração da análise de movimento
    1. Insira os detalhes do participante (ou seja, comprimento da perna, largura do tornozelo, largura do joelho) no sistema de análise de movimento.
    2. Colocar dezesseis marcadores reflexivos nos membros inferiores do participante com fita dupla face conforme mencionado nos passos 2.2.3-2.2.5.
    3. Fixar esses marcadores diretamente sobre a região anterior e posterior da espinha ilíaca superior, bilateralmente. Em segundo lugar, anexar marcadores no epicôndilo lateral do joelho esquerdo e direito.
    4. Fixar o marcador sobre a face lateral da coxa bilateral e da haste. Em seguida, anexe um marcador no maléolo lateral esquerdo e direito.
    5. Fixar marcadores sobre a esquerda e a direita da cabeça do segundo metatarso. Fixar os marcadores no calcâneo na mesma altura da cabeça do segundo metatarso.
      NOTA: A colocação dos marcadores reflexivos é baseada na configuração do sistema de análise de movimento16.
  3. Preparação do participante
    1. Instruir o participante a ficar sentado com os joelhos fletidos a 90° com os pés posicionados sobre a plataforma de força 2.
    2. Certifique-se de que a cabeça e o tronco do participante estejam voltados para a frente enquanto estiver sentado na posição ereta. Certifique-se de que o participante está descalço.
    3. Coloque as mãos na alça do SF.
    4. Identificar o músculo reto femoral palpando a área média e volumosa da coxa.
    5. Colocar dois sensores MMG na região da coxa do músculo reto femoral bilateralmente, um MMG por perna, para medir com precisão os esforços de sentar e levantar e sentar dos músculos da perna12.
    6. Fixe os sensores com uma fita dupla face. Aperte os sensores MMG ao redor da coxa para reduzir os artefatos de movimento12.
    7. Conecte os sensores MMG ao dispositivo MMG e ao computador.

3. Protocolo SitTS

  1. Dia 1: Realizar exercício voluntário de SitTS.
    OBS: Os participantes foram instruídos a realizar um evento repetitivo de SitTS com o auxílio do SF.
    1. Antes do início do experimento, certifique-se de ativar todas as configurações para registrar os parâmetros selecionados.
      OBS: Os parâmetros registrados foram sensores de força para contribuição do membro superior, plataforma de força para contribuição do membro inferior e dados de MMG para atividade do músculo reto femoral.
    2. Peça ao participante que se levante da posição sentada estacionária ao final de uma contagem regressiva de 5 s cronometrada por um cronômetro eletrônico.
    3. Deixe o participante em pé por 3 s e, em seguida, sente-se na cadeira.
    4. Peça ao participante que descanse por 5 s.
      NOTA: Este foi o intervalo de repouso entre os ensaios.
    5. Continue a fazer testes SitTS (repita as etapas 3.1.2 e 3.1.4 até que o participante não possa mais executar a mesma rotina).
    6. Desative todos os dados gravados.
    7. Em seguida, peça ao participante para descansar por 5 min antes de continuar a próxima série da rotina SitTS. Dê 5 min de intervalo entre as séries para proporcionar recuperação muscular entre as séries17.
    8. Repita as etapas 3.1.1-3.1.7 para outros dois conjuntos.
    9. Permitir que o participante descanse por pelo menos 48 h.
  2. Dia 2: Realizar exercício SitTS assistido por FES.
    OBS: Os participantes foram orientados a realizar eventos repetitivos de SitTS com o auxílio da SF e FES.
    1. Colocar eletrodos de EEF nos músculos quadríceps e glúteo máximo18.
    2. Para o músculo quadríceps, coloque o primeiro eletrodo horizontalmente cerca de duas larguras de dedo acima do joelho. Posicione o segundo eletrodo horizontalmente sobre uma largura da palma da mão abaixo da articulação do quadril.
    3. Para o músculo glúteo máximo, peça ao participante que se incline para frente e coloque o primeiro eletrodo verticalmente mais próximo do osso do quadril. Fixe o segundo eletrodo verticalmente mais próximo do osso da cauda, lado a lado do primeiro eletrodo.
    4. Conecte todos os eletrodos FES ao dispositivo FES e conecte-os ao software FES no computador.
    5. Configure o software FES selecionando a largura de pulso de 300 e a frequência de 35 Hz.
    6. Defina a intensidade da corrente da FES perguntando ao participante se ele pode tolerar a corrente dada para alcançar a extensão de joelho e quadril7. Determine a amplitude da corrente FES através de uma série de práticas antes de iniciar o ensaio real.
      OBS.: A TABELA 1 mostra a corrente de EEF estimulada em direção aos músculos selecionados dos participantes durante a sessão assistida de FES SitTS.
    7. Antes do início do experimento, certifique-se de ativar todas as configurações para registrar os parâmetros selecionados.
    8. Peça ao participante que se levante da posição sentada estacionária ao final de uma contagem regressiva de 5 s cronometrada por um cronômetro eletrônico. Ao final da contagem regressiva, ligue a FES.
    9. Deixe o participante ficar em pé por 3 s. Em seguida, desligue a FES e deixe o participante sentar-se na cadeira.
    10. Peça ao participante que descanse por 5 s.
    11. Continue a fazer testes SitTS (repita as etapas 3.2.7-3.2.10 até que o participante não possa mais executar a mesma rotina).
    12. Desative todos os dados gravados.
    13. Em seguida, peça ao participante para descansar por 5 min antes de continuar a próxima série da rotina SitTS.
    14. Repita as etapas 3.2.7-3.2.13 para outros dois conjuntos.

4. Aquisição e análise dos dados

  1. Contribuição da força de braço
    1. Extraia todos os dados brutos do sensor de força para o arquivo de pasta de trabalho no computador para análise offline.
  2. Contribuição da força da perna
    1. Analisar dados brutos da cinemática e cinética SitTS no software de análise de movimento. Extraia os dados da plataforma de força e os dados do ângulo do joelho para o arquivo da pasta de trabalho no computador para análise offline.
      NOTA: Os dados da plataforma de força representam a contribuição da força da perna
  3. MMG do músculo reto femoral
    1. Extraia e armazene dados brutos de MMG do músculo reto femoral usando duas unidades de aquisição e um software de vibromyografia para o arquivo de pasta de trabalho para análise off-line.
      NOTA: O sinal MMG foi registrado por um sensor de vibromiografia a uma taxa de amostragem de 2 kHz. Um filtro passa-banda de resposta a impulsos finitos entre 20 Hz e 200 Hz foi utilizado para retransmitir e transformar os dados brutos do sinal MMG, conforme recomendado pelo fabricante para a avaliação do esforço muscular19. Para cada tentativa, todo o conjunto de dados foi normalizado e, em seguida, sincronizado como um ciclo completo de exercício SitTS. Um teste t para amostras independentes foi realizado para observar diferenças significativas no tempo médio entre os exercícios SItTS voluntários e assistidos por FES.

5. Sessão de feedback

  1. Gravar áudio durante a sessão de feedback (interações pesquisador-participante).
  2. Faça quatro perguntas sobre a estabilidade e fadiga experimentadas pelos participantes durante a realização da SitTS no Dia 1 e no Dia 2.
    NOTA: Nesta seção, a estabilidade foi interpretada pelos participantes como o maior saldo no evento SitTS. O maior equilíbrio foi alcançado quando eles conseguiram segurar o evento selecionado por mais tempo. Enquanto isso, a fadiga foi identificada como sua sensação de "cansaço" que leva ao seu desempenho mais baixo recuperado durante o exercício SitTS.
  3. Recolha e transcreva o áudio.

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Resultados

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Um total de 399 e 463 ensaios de SitTS foram concluídos sem e com SEG assistida correspondentemente. As tentativas que contribuíram para cada conjunto estão tabuladas na Tabela 2. Os participantes puderam realizar mais tentativas de SitTS com a presença de estimulação elétrica nas pernas, ou seja, EEF. No geral, ambos os participantes conseguiram realizar mais ensaios de SitTS com o auxílio da FES. Isso sugere que a EEF auxilia na estimulação do quadríceps dos participantes para executar a ação da SitTS ...

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Discussão

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O presente estudo demonstrou uma contribuição do peso corporal em indivíduos com LM durante o exercício de SitTS. Este estudo apresentou a FS como um dispositivo auxiliar essencial para paraplégicos realizarem um ciclo de SitTS bem-sucedido. Além disso, um SF instrumentado foi desenvolvido para garantir que a força armada também possa ser avaliada28. A aplicação de MMG foi adicionada no estudo para observar o músculo SitTS principal que ajuda os pesquisadores a entender melhor o desempenho SitTS. ...

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Divulgações

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Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

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Os autores agradecem e agradecem a todos os voluntários da LM que participaram deste estudo. Esta pesquisa foi apoiada pelo Ministério do Ensino Superior, Malásia, e pela Universidade da Malásia através do Fundamental Research Grant Scheme (FRGS) Grant No. FP002-2020; FRGS/1/2020/SKK0/UM/02/1.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
CadeiraUma cadeira de custódia foi construída para seguir a dimensão da plataforma de força.
FES RehaStim 2HasomedUm dispositivo que pode estimular a corrente elétrica em direção ao músculo.
FlexiForce A201Tekscan, Inc., EUAFaixas de força: 0-100 lbs. (440 N)Os sensores de força são usados para capturar a força dos braços na estrutura em pé.
dobrávelAltura: 70,0 cm - 90,0 cm.Um andador que foi comprado de uma empresa médica local.
Análise de MovimentoVicon Oxford, Reino UnidoUm sistema que registra a cinemática e a cinética da atividade.
Aplicativo de terminal de porta serialCoolTermversão 1.4.6; Roger Meier'sUm aplicativo para registrar os dados do sensor de força.
Software de vibromiografiaBIOPAC System Inc., EUAAcqKnowledge 4.3.1Um software para registrar e extrair dados brutos de MMG. Também funciona para análises offline.
Transdutores VMG e sistema de vibromiografia BIOPACBIOPAC System Inc., EUABP150 e HLT100CUm dispositivo para medir a atividade muscular.
de custódia Estrutura

Referências

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