呼吸控制电气的刺激（BreEStim）的神经性疼痛和痉挛的管理

Summary

其目的是为了提出了一种新的方法，呼吸控制电气的刺激（BreEStim）的管理神经性疼痛和痉挛。

Abstract

电刺激（电刺激类）是指肌肉或神经施加电流，以实现功能和治疗目标。它已被广泛用于在不同的临床设置。根据相关的系统性影响自愿在自主呼吸的呼吸和内在的生理系统之间的相互作用最近发现，一个新的电刺激协议，呼吸控制的电气的刺激（BreEStim），已被开发，以增加电刺激。在BreEStim，单脉冲电刺激触发和交付给一个孤立的自愿的启示的气流速率达到阈值时，该目标区域。 BreEStim集成了内在的生理作用，在自主呼吸被激活，并显示了良好的临床疗效。代表性应用，BreEStim报告与详细的管理协议：中风后手指弯曲或痉挛和神经性疼痛的脊髓损伤。

Introduction

电刺激（电刺激类）是指肌肉或神经施加电流，以实现功能和治疗目标。它已被广泛用于各种临床设置， 例如 ，经皮神经电刺激（TENS）的疼痛管理^1，腓总神经电刺激足下垂，神经肌肉电刺激（NMES）激活和加强肌肉瘫痪或削弱。当NMES用于实现一个功能的任务，它被称为功能性电刺激^{（FES）4。}肌电图（EMG）触发的神经肌肉刺激已用于增加电刺激的有效性在电机恢复^5-14和痉挛减少中风后^7天，15。在本文中，一个新的电刺激协议 - 呼吸控制的电刺激（BreEStim）介绍，根据最近的研究结果对systemiC EFFECT自愿呼吸^16，17。

经皮神经电刺激（TENS）是一种非药物疼痛管理方式^1。 TENS是无创，价廉，安全和易于使用的^18。 TENS通常适用于不同的频率，强度和刺激的脉冲持续时间为规定的治疗时间。 TENS已被应用到各种疼痛病况，包括神经性疼痛。的临床效果TENS是有争议的，特别是在脊髓损伤（SCI），截肢（见点评^{1，19，20）。}其机制可能是闸门控制学说²¹和释放内源性阿片类药物^22，23。从中国传统医学针灸的疼痛管理是另一种非药物的方式。它已被广泛接受中西医^24。在现代针灸，已取代了传统的针灸针表面元素ctrode（或同等学历）。一个专门的电极是比传统的穴位电刺激传递。本变形例中被称为电针^25，26。针灸和电都是有效的镇痛通过释放内源性阿片类药物^27，28。电的影响通常是可靠的，但效果是依赖于交付电刺激的强度和频率。不同频率的电刺激产生不同的内源性阿片类药物，镇痛效果是纳洛酮可逆^26，27。最近，它已被发现，重复的痛苦刺激（厌恶）导致显着的疼痛衰减。引起的疼痛衰减是不纳洛酮可逆的^29。整合这些痛苦应对机制（针灸，电刺激厌恶），一个可能的新的干预措施，可以提高其临床疗效。

5-10，12-14，34。中风患者手部功能的恢复是非常重要的，却又是非常具有挑战性的。大约三分之一的所有的人发生中风的人，都会有一些残留的上肢^30-32减值，手部功能的主要障碍在^33。肌电触发的神经肌肉电刺激干预协议涉及一个特定的运动的自愿性收缩的伸肌开始，直到肌肉活动达到阈值水平。尽快EMG活动达到目标阈值，一个辅助的电刺激开始，以方便的动作。这种干预的协议是优于定期NMES运动功能恢复^6，7。蔡并于³⁵指出，所有随机对照研究报告使用这种干预可以改善运动功能协议，轻度至中度受损的患者改善最。它是最有可能的是，这种干预优势，积极参与病人（通过设置一个目标EMG阈值），这导致复苏的可测量的变化，以及改变皮质^6，7。这是所支持的最近的功能性磁共振成像研究显示，一个NMES组治疗后，在同侧体感皮层，皮质强度显着增加，较对照组^36。此外，电刺激可能也有助于减轻痉挛中风后^7天，15，但效果是短暂的，大约³⁰分钟后，电刺激^37。相比之下，我们的呼吸控制的电刺激（BreEStim）最近发明的一个长期持久的影响痉挛减少，即使在单届治疗^16。

人的呼吸是一个非常独特的电动机行为。它可以控制本能地（自动呼吸）， 例如 ，在睡眠过程中，还主动在需要时（自愿的呼吸）， 例如 ，唱歌，演讲等，在自愿的呼吸，人类需要主动通过自愿皮层激活抑制自主呼吸控制（ “皮质呼吸中枢^{”）38，39。}脑成像研究^40-51表现出了广泛的呼吸有关的双边皮质区，包括初级运动皮层（M1），前运动皮层，辅助运动区，小学和中学的体感皮层，脑岛，前扣带皮层参与杏仁核和背外侧前额叶皮层。岛被称为具有较强的连接到脑干的中心，并参与疼痛处理^52。在自主呼吸过程中，灵感是积极的，而呼气是被动的，主要是靠后坐力的胸壁。同样，意志灵感激活呼吸系统相关的皮质和皮质下区域相比，意志期满^46。这些在自主呼吸激活的皮质和皮质下区域也参与了不同的功能^53，如肌肉紧张，疼痛，姿势，情绪，言语等，因此，也不是没有道理，在呼吸调节等功能的交互关联。

最近，我们已经发现，在自主呼吸的呼吸和运动系统之间存在相互作用。具体而言，存在手指伸展启发耦合^{16，54-56。}当电刺激传递到手指伸肌在自愿呼吸的吸气阶段，一个长期持久的效果，减少手指屈肌痉挛（肌肉张力）在慢性中风患者观察^16。在另一项研究中^17，命中率幻肢痛的病人与上述千牛电子工程的截肢消失后，治疗的BreEStim，但再^28天后出现意外后持续电刺激。本案例研究提供了一个独特的机会，了解伤害性刺激的神经性疼痛（拍摄幻肢痛）的情感成分被修改的BreEStim处理，但后来一个偶然的刺激所引发的。这些语气和减轻疼痛的观察表明，自愿的呼吸，尤其是灵感，可以集成到电刺激在神经性疼痛管理和中风后痉挛的管理范式来提高其疗效。

案例介绍

案例1：中风后痉挛性管理

患者是一名69岁男性，右侧肢体偏瘫继发于22个月前中风。他病情稳定，已出院门诊物理和占用pational治疗方案。无脑成像效果在实验的时间。他的弱点在他的右侧，但能独立行走，没有辅助设备。他有残余自愿的手指屈伸，但活动范围有限，在他的右掌指关节（MCP）的运动，从90°到70°，MCP屈曲， 即不能够充分地打开他的手和手指的功能使用。他的右手手指屈肌肌张力适度增加。改良Ashworth量表（MAS）是1 +。 ，然而，他的右手和手指的感觉是完整的光触摸。 ，他收到约30分钟BreEStim，到手指伸肌。他的手指屈肌痉挛减少到最低限度（MAS = 0）和自愿的手指延伸成为接近正常后，立即处理。以及这名患者恢复了他的手部功能。他报告说，他能切肉刀和按钮衬衫，他受损的手。铁道部Ë引人注目的是，在恢复期间保留至少8周的随访（ 图1）。

案例2：神经性疼痛管理

患者是一名40岁的男性遭遇了4.5年前在车祸脊髓损伤，导致T8 ASIA脊髓损伤。病人主诉的神经性疼痛的伤害，而他没有其他有效的医疗问题。他一直稳定在疼痛制度前2个星期的治疗。他接受电刺激（每天连续五天的一次会议），等待1周为一个冲刷，然后用相同剂量（一个会话，连续5天）​​每天收到BreEStim。每个疗程120的刺激（电刺激或BreEStim）的。表面电极置于腧穴（内关Weiguan）的右前臂。改进的视觉模拟评分法（MVAS）使用，比较各项干预措施的效果（电刺激BreEStim）的。由于SHOWN 图2中，BreEStim在BreEStim有减轻疼痛的效果比电刺激，但第2天，当病人有尿路感染（UTI）成功地用抗生素治疗。电刺激的强度之间电刺激和BreEStim的（ 图2）相似。他两种干预耐受以及（从刺激的最大输出强度的被使用），即使在泌尿道感染。在整个实验期间（4周），主体保持相同的止痛药的剂量和疗程。进行BreEStim和电刺激治疗会在同一天的时间（上午11点至中午之间），这样，在疼痛等级的变化可能是由于刺激作用，没有昼夜变化。

Protocol

以下BreEStim协议可应用于两个手指的屈肌痉挛和神经性疼痛管理。主要的区别在于表面电极放置和调整刺激强度。这些差异是为每个应用程序中详细解释。

1。主题准备和安装

1. 舒适座椅的主题。将武器和双手舒适的治疗表上。
2. 识别和定位感兴趣的区域的表面电极放置。
   1. 的手指伸肌痉挛的管理，触诊腹部肌肉电刺激确认。
   2. 疼痛管理中，找到穴位的前臂²⁴内关和Weiguan对同侧侧的利益， 例如 ，截肢^17，或侧面，更多的症状， 例如 ，SCI。内关穴是位于约3指宽以上的掌侧腕关节皱折d在前臂（ 即 ，远端前臂的^1/6）24（ 图3）的内侧和外侧板之间的中间。 Weiguan是对应的内关穴，位于中的前臂背侧^24。
3. 修剪到约2厘米x 2cm见方的每个自粘电极到重点和孤立的电刺激。
   1. 痉挛的管理，将阴极手指伸肌肌腹（ 图4）。的阳极​​连接到一个站点1〜2厘米到阴极的远端。优化的网站时，在阳极和阴极引出最大的和孤立的手指与最小的手腕响应扩展响应。
   2. 疼痛管理，将内关穴，阴极电极和阳极电极上Weiguan。
4. 连接表面电极到电刺激（Digitimer DS7A，英国， www.digitimer.com ）。
5. 固定到位口罩。仔细选择尺寸的口罩，以适应个人的脸，以防止空气泄漏，并提供舒适的戴面具（ 图5）。
6. 面罩连接到描记系统（系列1110A，汉斯·Rodolph公司;美国密苏里州堪萨斯城， http://www.rudolphkc.com ）。

2。教学对自愿呼吸

自愿呼吸，特别是自愿吸入，这种干预起着至关重要的作用。吸入被定义为自愿付出努力的深入和快速吸入。指导的对象接受一个单一的孤立深深吸了一口气，类似常规深呼吸，更快，更强的。有没有必要执行自愿呼气强迫吸入在一个呼吸周期前。让被摄体有8〜10个实践试验，以了解的说明。

3。电刺激SettiNGS

1. 作为一个单一的方波脉冲0.1ms的时间设置一个单一的电刺激。电刺激的强度是不同的应用程序不同。由于单个电刺激每次交付，有没有必要设置的频率参数。
2. 痉挛的管理，确定1）孤立的手指延长反应时，最低限度地参与腕关节的反应引起的电刺激的强度; 2）主题可以容忍的最高级别。刺激强度的绝对量可能会有所不同不同科目。鼓励强度最高的主题可以容忍，以达到最佳的结果。
3. 疼痛管理，让被摄体确定的增量变化的刺激强度。的起始强度为零。最高级别是最大的刺激或输出的主题可以容忍的水平。然而，明确指示SUBJECT，不适或困苦，甚至是“厌恶”的电刺激治疗的一部分，因此，鼓励主体选择的主题可以容忍的最高级别。

4。控制电刺激

1. 写一个自定义的LabVIEW（美国国家仪器，奥斯汀，德克萨斯州）的程序来控制提供电刺激在两个方面：BreEStim和电刺激。
2. 呼吸控制的电的刺激（BreEStim）（ 图6）：
   1. 确定气流速度峰值在自愿吸入， 即在最深和最快速的吸入。
   2. 确定阈值是40％，气流速度峰值。值得注意的是，在正常呼吸，以鼓励更多更快地自愿呼吸的气流速度高于设定的阈值。
   3. 然后设置触发功能。当一个孤立的自愿吸入的瞬时气流速率达到或超过阈值，第ËLabVIEW程序触发，并提供一个单一的电刺激与预设的持续时间和强度^16。允许休息时要求的主题。
3. 随机触发电刺激（电刺激）：
   1. 允许这个问题没有具体说明，呼吸正常呼吸。
   2. LabVIEW程序随机提供了一个单一的电刺激与预设的持续时间和强度，每4至7秒。同样，休息时要求的主题。

5。剂量BreEStim

建议每个会话的治疗有100至120 BreEStim的刺激。它持续约30-40分钟。

6。记录和监控

1. 请确保没有空气泄漏口罩，因为自愿吸入在本协议中起着重要的作用。
2. 监控低氧血症，过度通气的迹象时的主题戴口罩。铝用于此目的的当事人的要求低休息。
3. 记录任何副作用，耐受性的自愿通过面罩呼吸，和任何的心理和社会影响。
4. 疼痛管理，记录， 即任何减少疼痛视觉模拟评分^（VAS）57和效果的持续时间。使用修改后的增值服务（MVAS）进一步量化的效果，减轻疼痛，减少多大的痛苦和持续多久（“减少”×小时）。也记录了每个会话的平均强度电刺激的强度变化，因为在每个会话的处理。
5. 痉挛的管理，记录修改的Ashworth量表（MAS）的目标肌肉和其他临床测量值，包括力量，感觉和运动范围。

Representative Results

管理神经病理性疼痛的脊髓损伤和中风后手指屈肌痉挛，呼吸控制的电的刺激（BreEStim）已显示出良好的临床疗效。痉挛减少后BreEStim治疗取决于预处理条件的严重程度。正如图1中所示，手指的屈肌痉挛BreEStim治疗后大大降低。从MAS 1 +手指屈肌痉挛已经减少到最低限度（MAS = 0）。病人可以开他的手和手指功能的使用。重要的是要注意，其他病人可能不具有相同程度的痉挛减少和功能的改善。在患者体内有严重的手指屈肌痉挛（MAS = 3）和无残余自愿手指延伸（如在图4中所示），手指的屈肌痉挛减少MAS = 1。这使得它更容易为病人到她的手指范围内，但不还原功能使用她公顷第二。

BreEStim还演示了更好和更长疼痛的削减效果。 图2示出 ，相似的电刺激的强度，BreEStim有更好的结果，而不是规律的电刺激。然而，BreEStim并不会影响第2天疼痛评分，当病人有尿路感染。这表明，BreEStim没有疼痛减轻疼痛的效果，当感染混淆。

在BreEStim自愿呼吸起着关键的作用。重要的是要选择适合病人口罩（ 图5），以防止空气泄漏。的气流速度是比较低的，在正常的呼吸（1.6升/秒， 图6）。有力的自愿吸入会大大增加的空气流率（约8升/秒）。表面电极的放置也很重要。中详细描述，并在图3和图4所示，安置的疼痛和痉挛管理是不同的。这是必要的，要注意该位置的手指伸肌的肌腹的结果可能会改变萎缩，中风后的畸形。

图1的手姿势前和后BreEStim的比较。中风患者开他的手后BreEStim。

图2。减轻疼痛的BreEStim和电刺激的影响。

图3。针内关穴的位置。请注意，内关外关是对应的的前臂背侧。

图4。的手指伸肌表面电极的位置。

图5。的患者在BreEStim。表面电极被放置在关和外关。

图6。实时测量空气流速，在自愿的灵感和休息的灵感。请注意，气流率要高得多，在自愿的灵感不是依赖灵感。值得注意的是，患者的呼吸被中断由电刺激。

Discussion

呼吸控制电气的刺激（BreEStim）的，在上述两种情况下，已经证明在上述病人与慢性中风患者痉挛的管理和后续的手部功能恢复^16，以及管理中心起源的神经性疼痛的临床疗效脊髓损伤或周边起源于膝盖以上截肢病人^17。这种增强的临床疗效和更广泛的临床应用BreEStim是由于其独特的方法。在短窗口的自愿呼吸相关的皮层和皮层下激活^40-51电刺激有针对性的干预可增强其临床疗效，通过内在的生理耦合， 例如 ，呼吸电机联轴器痉挛管理^16。在这种干预，自愿的呼吸变得至关重要，特别是自愿的灵感。患者教育正确的呼吸技巧和精确的测量呼吸参数（ 例如 ，不漏气）的BreEStim干预措施，以防止故障。

新的干预措施协议 - BreEStim，有几个好处，除了更好的疗效和更广泛的应用。

BreEStim以病人为中心的。BreEStim鼓励患者积极参与，因为需要自愿呼吸^17。患者感觉他们积极参与管理他们的痛苦，而不是一个被动的参与者在自己的照顾“。例如，病人控制电刺激的强度，从零起来的最高水平，患者能耐受^17。这可能会提高其治疗依从性。肌电触发电刺激还涉及积极参与^36，但病人无法控制的电刺激的强度。

ntent“> BreEStim需要一个综合的，系统的方法。在以前的研究^[17]表明，不同的疼痛的应对机制集成到一个协议，包括电刺激，针灸，厌恶性刺激，自愿的呼吸和全身的影响。 ，患者是能够忍受高的电刺激，从而增强镇痛作用。使用这种综合的，系统的方法，这种积极的反馈循环（活化的奖励制度）的结果在更大的临床疗效。自愿呼吸的某些信号也可以被用来识别系统之间的交互的时间窗。因此，BreEStim可以施加到严重痉挛患者，这些患者通常无法执行自主收缩力，从而“干净”的的EMG信号从目标肌肉不可在EMG触发电刺激，肌电图信号有针对性的肌肉（<em>的如手指伸肌）需要触发电刺激。因此，应用程序有轻度到中度痉挛患者的肌电触发电刺激是有限的。

BreEStim是一种非侵入性，非药物治疗，这是非常重要的，因为病人往往需要长期使用药物，慢性疼痛和痉挛的药物有副作用，有时是非常严重的。可能的副作用包括成瘾，过量服用，停药后症状，便秘等，这些潜在的副作用是可以避免的在BreEStim治疗。

BreEStim是另一种选择，另一种非药物治疗有较好的止痛效果是很重要的，尤其是在神经性疼痛是难以管理。例如，只有7％的被调查者神经性疼痛的药物治疗是有效的，以下SCI在问卷调查^58。

总之，这样的呼吸驱动的的刺激，BreEStim，根据新发现的耦合激活内在的生理现象，在自主呼吸。 BreEStim协议已经证明神经性疼痛的临床疗效和中风后痉挛管理。进一步的研究是必要的检查背后的机制介导的干预作用。更重要的是，有可能是尚未分辨的其他应用程序。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Electrical stimulator	Digitimer	DS7A	http://www.digitimer.com
Pneumotach system	Hans Rodolph Inc	Series 1110A	http://www.rudolphkc.com