Целью данной публикации является представление нашей оригинальной работы на мульти-мышечного подход электромиографический поверхность, чтобы количественно охарактеризовать модели активации дыхательных мышц у людей с хроническим повреждением спинного мозга с использованием векторной основе анализа.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Оценка респираторной мышечной активации Использование Респираторные управления двигателем оценке (RMCA) у лиц с хроническим повреждением спинного мозга
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Во время дыхания, активация дыхательных мышц координируется интегрированный вход от мозга, ствола мозга и спинного мозга. При этом координация нарушается травмы спинного мозга (SCI), контроль дыхательных мышц, иннервируемых ниже места повреждения скомпрометирован 1,2 приводит к дисфункции дыхательных мышц и легочных осложнений. Эти условия являются одной из ведущих причин смерти у пациентов с ТСМ 3. Стандартное исследование функции легких, что оценки дыхательной функции включают spirometrical двигателя и максимального давления в дыхательных путях результаты: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1), максимальное давление выдоха (PI макс) и максимального выдоха (PE макс.) 4,5. Эти данные носят косвенные измерения производительности дыхательных мышц 6. В клинической практике и научных исследований, поверхность электромиографии (SEMG), записанные от дыхательных мышцможет быть использован для оценки функции дыхания двигателя и помочь диагностировать нервно-мышечных патологий. Тем не менее, различия в амплитуде SEMG тормозит усилия по разработке объективных и прямые показатели функции внешнего дыхания двигателя 6. На основе нескольких мышц SEMG подход к характеризации управления двигателем мышц конечностей 7, известный как индекс добровольного ответа (VRI) 8, мы разработали аналитический инструмент для характеристики дыхательного контроля двигателем непосредственно SEMG данных, записанных в разных дыхательных мышц во время добровольной дыхательных задач. Мы назвали эту дыхательного контроля двигателя оценке (RMCA) 9. Этот метод векторного анализа количественно количество и распределение активности в мышцах и представляет ее в виде индекса, который относится, в какой степени SEMG выходной мощностью в тест-субъектных напоминает, что с группой здоровых (без пострадавших) управления. Полученное значение индекса, как было показано, имеют высокий срок лице, чувствительностьи специфичность 9-11. Ранее мы показали, что 9 RMCA результаты коррелировали с уровнями SCI и легочную функцию меры. Мы представляем здесь метод количественно сравнивать после травмы спинного мозга дыхательных мышц мульти-модели активации у здоровых лиц.
Протокол
1. Настройки
- Поверхность электрода руководители помещались над мышцы животы левой (L) и правого (R) дыхательных мышц: Грудино (SC), разносторонний (S), на верхней трапециевидной среднеключичной линии (UT), ключичной части грудных на среднеключичной линии (P ), на диафрагму парастернальной линии (D), межреберная на 6-е межреберье по передней подмышечной линии (IC), прямой брюшной мышцы на уровне пупочной (RA), косые мышцы живота по средней подмышечной линии (O), нижняя трапециевидная paraspinally на межлопаточную уровне (LT ) и параспинальных paraspinally на подвздошной intercrestal линии (PS) 6. Заземляющие электроды помещались над акромиона процессов. Лаборатория движения системы Назад в упаковке, с прикрепленными электродами, был связан с движением Лаборатории EMG Desk Top группы и Powerlab системы (рис. 1).
- Тройник схема контроля для записи давления в дыхательных путях был собран, как показано на рисунке 2 и соединен с низким давлеRe преобразователя (MP45) с помощью воздушной трубки.
- MP45 был подключен к CD15 и Powerlab системы (рис. 1 и таблица 1).
2. RMCA протокола
- Дыхательных двигательных задач состояла из Максимальная вдохе целевая давление (МФТИ) и максимальная целевая выдоха давление (MEPT). Для выполнения МФТИ или MEPT, испытуемых просили для получения максимального вдоха усилием от остаточного объема выдоха или усилий от общей емкости легких в течение 5 с использованием тройника схема контроля (рис. 1 и 2). Каждый маневр был подают реплики также звуковым 5-секундный интервал тона и повторяется 3 раза. По крайней мере 1 мин отдыха было разрешено между каждым усилием.
- EMG входе был усилен с коэффициентом усиления 2000; фильтруют при 30-1,000 Гц и пробовали на 2000 Гц. Давление в дыхательных путях входа был откалиброван при 100 см воды и пробовали на 2000 Гц. Входы ЭМГ и давления в дыхательных путях были преобразованы системы Powerlab приобретения с использованием 16-битного АЦП полной шкалыразрешение. Давление в дыхательных путях, и маркер SEMG сигналы были записаны одновременно 9.
3. Анализ данных
- Multi-мышечной активности Анализ распределения окна из 5 сек каждый для МФТИ или MEPT определяли из маркера событий и давление в дыхательных путях записанные с Каинг тон, который сигнализирует предметом, когда начать и закончить задачи (рис. 3). SEMG деятельности для каждой мышце была рассчитана с использованием среднеквадратичной (RMS) алгоритм 6,12 (рис. 4). Три повторных испытаниях для каждой задачи были в среднем 13 для каждой мышцы (канал).
- Мульти-модели активации мышц были оценены на основе метода векторного анализа известно как добровольное Индекс реагирования (VRI) 8 (рис. 4-6) с использованием заказных Matlab программное обеспечение (MathWorks). Для каждого маневра, расчет VRI производит два значения Величина и подобие индекса (SI) (фиг. 5-6).Величина параметра, количество SEMG совместной деятельности для всех мышц в конкретном временном окне, рассчитывалась как длина вектор отклика (RV) для конкретной задачи (рис. 7). Индекса сходства (SI) предоставляет значение, которое выражает, насколько похожи RV субъекта SCI является векторные Прототип реагирования (PRV), полученные от здоровых субъектов во время той же задачи. Значение СИ были вычислены для каждой задачи, как косинус угла между RV SCI субъекта и PRV. Значение СИ колеблется от 0 до 1,0, где значение 1.0 представляет лучший матч для сравнения векторов 9 (рис. 8).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Рисунок 3 представляет электромиограмме и давление в дыхательных путях (сверху) одновременно записанных во MEPT от неповрежденной (слева) и SCI (справа) физическими лицами. Примечание снизилось давление в дыхательных путях и отсутствие активности в SEMG выдоха мышцы в теме SCI по сравнению с неповрежденной отдельных (отмечены серым эллипсы). Отметим также, что запуск задачи, как отмечено на дне, связано с повышенной активностью SEMG и повышение давления в дыхательных путях.
...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Стандартные клинические тесты для оценки функции внешнего дыхания двигателя после ТСМ и других расстройств включают исследования функции легких и Американской ассоциации Травма спинного Обесценение шкала (АИС) оценку 14,15. Однако эти средства не предназначены для количественной оценки туловища и дыхательных управления двигателем. В наших ранее опубликованных работ 9, мы показали, что RMCA является допустимым методом количественной оценки дыхательной функции двигателя, пострадавших от ТСМ. Мы показ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Нет конфликта интересов, чтобы объявить.
Благодарности
Эта работа была поддержана Кристофера и Даны Рив фонда (грант CDRF OA2-0802-2), Кентукки спинного мозга и травмы головы Research Trust (грант 9-10A - KSCHIRT), Крейг Х. Нильсен фонда (грант 1000056824 - HN000PCG) и Национальной Институты Здоровья: Национальный легких сердца и крови институт (грант 1R01HL103750-01A1).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| PowerLab System 16/35 | ADInstruments | PL3516 | Количество единиц зависит от количества записываемых каналов |
| ЭМГ Система MA 300 | Motion Lab Systems | MA300-XVI | Количество единиц зависит от количества записываемых каналов |
| Преобразователь низкого давления MP45 | Validyne | MP45-40-871 | |
| Базовый несущий демодулятор CD15 | Validyne | CD15-A-2-A-1 | |
| Манометр давления воздуха | Boehringer | 4103 | Необходим для калибровки MP45 |
| Маркер | Ручной переключатель, при нажатии на который выдает напряжение постоянного тока и звуковой сигнал (включая отметку длиной 5 секунд) | ||
| Спиртовые салфетки | Henry Schein | 1173771 | Требуется для установки электродов |
| Электрод Gel | Lectron II | 36-3000-25 | Требуется для установки электродов |
| Tagaderm | Henry Schein | 7779152 | Необходим для установки электродов |
| Noseclip | Henry Schein | 1089460 | |
| Т-образный контур мониторинга вентилятора с односторонними клапанами | Alleglance (Airlife) | 1504 | |
| Воздушная трубка | UnoMedical | 400E | |
| Таблица 1. Список специального оборудования и расходных материалов, используемых для оценки респираторного моторного контроля. |
Ссылки
- 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).
- Winslow, C., Rozovsky, J. Effect of spinal cord injury on the respiratory system. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 82, 803-814 (2003).
- Garshick, E., et al. A prospective assessment of mortality in chronic spinal cord injury. Spinal Cord. 43, 408-416 (2005).
- 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).
- 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).
- American Thoracic Society/European Respiratory Society. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 166, 518-624 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lim, H. K., et al. Neurophysiological assessment of lower-limb voluntary control in incomplete spinal cord injury. Spinal Cord. 43, 283-290 (2005).
- 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).
- 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).
- Marino, R. J., et al. International standards for neurological classification of spinal cord injury. J. Spinal. Cord. Med. 26, Suppl 1. S50-S56 (2003).
- American Spinal Injury Association and International Spinal Cord Society. International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury. , ASIA and ISCS. (2006).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
