Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim) per la gestione del dolore neuropatico e spasticità

Published: January 10, 2013 doi: 10.3791/50077
Automatic Translation
1,2,3
1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Texas Health Science Center at Houston, 2UTHealth Motor Recovery Laboratory, TIRR Memorial Hermann Hospital, 3The Institute of Rehabilitation and Research (TIRR), TIRR Memorial Hermann Hospital

Summary

Lo scopo è quello di presentare un nuovo metodo, respirazione-controllo stimolazione elettrica (BreEStim) per il trattamento del dolore neuropatico e spasticità.

Abstract

Stimolazione elettrica (Stima) si riferisce alla applicazione di corrente elettrica ai muscoli o nervi per conseguire obiettivi funzionali e terapeutiche. E 'stato ampiamente utilizzato in vari contesti clinici. Sulla base di recenti scoperte relative agli effetti sistemici di respirazione volontaria e intrinseche le interazioni tra i sistemi fisiologici durante la respirazione volontaria, un nuovo protocollo Stima, respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim), è stato sviluppato per aumentare gli effetti della stimolazione elettrica. In BreEStim, un impulso singolo stimolo elettrico viene attivato e consegnato alla zona di destinazione quando il flusso d'aria di un isolato ispirazione volontaria raggiunge la soglia. BreEStim integra intrinseche interazioni fisiologiche che si attivano durante la respirazione volontaria e ha dimostrato un'eccellente efficacia clinica. Due applicazioni rappresentativi BreEStim sono riportati con i protocolli dettagliati: la gestione del post-ictus dito flexo la spasticità e dolore neuropatico nelle lesioni del midollo spinale.

Introduction

Stimolazione elettrica (Stima) si riferisce alla applicazione di corrente elettrica ai muscoli o nervi per conseguire obiettivi funzionali e terapeutiche. E 'stato ampiamente utilizzato in diversi contesti clinici, ad esempio, la stimolazione nervosa elettrica transcutanea (TENS) per il dolore di gestione 1, la stimolazione del nervo peroneo per la caduta del piede 2, stimolazione elettrica neuromuscolare (NMES) per l'attivazione e il rafforzamento dei muscoli paralizzati o indeboliti 3. Quando NMES viene utilizzato per ottenere un compito funzionale, è definito stimolazione elettrica funzionale (FES) 4. Elettromiogramma (EMG)-attivato stimolazione neuromuscolare è stato usato per aumentare l'efficacia della stimolazione elettrica in recupero motorio 5-14 e riduzione spasticità dopo ictus 7, 15. In questo lavoro, un nuovo protocollo Stima - Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim), viene introdotto, in base ai risultati della recente ricerca in systemic effetto della respirazione volontaria 16, 17.

Stimolazione nervosa elettrica transcutanea (TENS) è un non-farmacologico modalità per la gestione del dolore 1. TENS è non invasivo, economico, sicuro e facile da usare 18. TENS di solito è applicata a frequenze diverse, intensità, e durata di impulso di stimoli per un tempo di trattamento prescritto. TENS è stato applicato ad una varietà di condizioni di dolore, compreso il dolore neuropatico. L'efficacia clinica della TENS è controverso, in particolare nelle lesioni del midollo spinale (SCI) e l'amputazione (vedi Recensioni 1, 19, 20). I meccanismi possibili sono la teoria di gate di controllo 21 e il rilascio di oppioidi endogeni 22, 23. Agopuntura dalla Medicina Tradizionale Cinese è un altro non-farmacologico modalità per la gestione del dolore. E 'stato ben accolto in Medicina Occidentale 24. In agopuntura moderna, l'ago di agopuntura tradizionale è stato sostituito da un elemento di superficiectrode (o equivalente). Un elettrodo specializzata è posto su punti di agopuntura tradizionali e una stimolazione elettrica viene erogata. Questa modifica è stato definito electroacupuncture 25, 26. Agopuntura Ago e elettroagopuntura sono entrambi efficaci nel analgesia attraverso il rilascio di oppioidi endogeni 27, 28. L'effetto di elettroagopuntura è di solito affidabile, tuttavia l'effetto dipende dall'intensità e dalla frequenza di stimolazione elettrica consegnato. Diverse frequenze di stimolazione elettrica generano oppioidi endogeni diversi, e l'effetto analgesico è naloxone reversibile 26, 27. Recentemente, è stato trovato che la stimolazione ripetitiva dolorosa (avversione) porta ad attenuazione dolore significativo. L'attenuazione del dolore indotto non-naloxone reversibile 29. L'integrazione di questi meccanismi di adattamento del dolore (agopuntura, stimolazione elettrica, avversione) in un nuovo eventuale intervento potrebbe migliorare la sua efficacia clinica.

5-10, 12-14, 34. Recupero della funzionalità della mano è importante per pazienti colpiti da ictus, ed è ancora molto impegnativo. Circa un terzo di tutte le persone che soffrono di un ictus avrà qualche valore residuo degli arti superiori 30-32, con problemi maggiori funzione della mano 33. L'EMG-triggered protocollo di intervento NMES comporta l'inizio di una contrazione volontaria dei muscoli estensori di un movimento specifico fino a quando l'attività muscolare raggiunge un livello di soglia. Appena l'attività EMG raggiunge una soglia bersaglio, uno stimolo elettrico assistere inizia a facilitare i movimenti. Questo protocollo di intervento è superiore a NMES regolari nel motore di recupero 6, 7. Chae e Yu 35 stabiliva che tutti gli studi controllati randomizzati hanno riportato un miglioramento della funzione motoria con questo interventoprotocollo, con lieve a pazienti moderatamente alterata migliorare di più. È molto probabile che questo intervento si avvale di un impegno attivo dei pazienti (fissando una soglia obiettivo EMG) e questo si traduce in cambiamenti misurabili nel recupero così come i cambiamenti documentati nella corteccia 6, 7. Questo è supportato da un recente studio RM funzionale che ha mostrato un significativo aumento dell'intensità corticale nella corteccia ipsilaterale somatosensoriale dopo il trattamento nel gruppo NMES, rispetto al gruppo di controllo 36. Inoltre, la stimolazione elettrica può anche contribuire a ridurre la spasticità post-ictus 7, 15, ma l'effetto è di breve durata, circa 30 minuti dopo estim 37. Al contrario, la nostra invenzione recente di respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim) ha un effetto duraturo sulla riduzione spasticità, anche dopo una singola sessione di trattamento 16.

Respirazione umana è un atto motorio molto particolare. Essapuò essere controllato riflessivamente (respirazione automatica), per esempio, durante il sonno, e anche volontariamente quando necessario (respirazione volontaria), ad esempio, il canto, la parola, ecc Durante la respirazione volontaria, gli esseri umani hanno bisogno di sopprimere volontariamente il controllo autonomo di respirazione e volontaria di attivazione corticale ( il "centro respiratorio corticale") 38, 39. Studi di imaging cerebrale hanno dimostrato 40-51 vasta respiratoria legata coinvolgimento di aree corticali bilateralmente, tra cui la corteccia motoria primaria (M1), la corteccia premotoria, l'area motoria supplementare, la corteccia somatosensoriale primaria e secondaria, l'insula, la corteccia cingolata anteriore e l'amigdala e la corteccia prefrontale dorsolaterale. L'insula è noto per avere forti legami di centri tronco cerebrale ed è coinvolto nella elaborazione del dolore 52. Durante la respirazione autonomo, l'ispirazione è attivo, mentre la scadenza è passivo, soprattutto contando sulla forza di rinculo della parete toracica. Allo stesso modo, volitivoispirazione più attiva respiratorie legate aree corticali e subcorticali se confrontati con scadenza volitivo 46. Queste aree corticali e subcorticali attivati ​​durante la respirazione volontaria, sono anche coinvolti in diverse funzioni 53, come ad esempio il tono muscolare, il dolore, la postura, l'umore, discorso, ecc Pertanto, non è irragionevole associare interazioni a respirare con la modulazione di altre funzioni.

Di recente, abbiamo scoperto che esistono interazioni tra sistema respiratorio e del motore durante la respirazione volontaria. In particolare, vi è un dito estensione-ispirazione accoppiamento 16, 54-56. Quando la stimolazione elettrica viene consegnato gli estensori delle dita durante la fase inspiratoria della respirazione volontaria, di un effetto duraturo di riduzione della spasticità dei flessori delle dita (tono muscolare) in paziente con ictus cronico si osserva 16. In un altro studio 17, le riprese dolore fantasma in un paziente con un above-the-knamputazione ee scomparso dopo il trattamento BreEStim, ma riapparve 28 giorni più tardi, dopo aver ricevuto una stimolazione elettrica sostenuta accidentalmente. Questo caso rappresenta un'opportunità unica per capire che la componente affettiva degli stimoli nocivi di dolore neuropatico (tiro dolore fantasma) è stato modificato dal trattamento BreEStim, ma poi ri-attivato da una stimolazione accidentale. Queste osservazioni di tono e di riduzione del dolore hanno dimostrato che la respirazione volontaria, ispirazione in particolare, potrebbe essere integrato in un paradigma di stimolazione elettrica per migliorare la sua efficacia nel controllo del dolore neuropatico e post-ictus gestione spasticità.

Caso Presentazioni

Caso 1: Dopo l'attacco di gestione spasticità

Il paziente era a 69 anni-vecchio maschio che aveva emiplegia destra secondaria a un ictus 22 mesi fa. E 'stato clinicamente stabili ed era stato dimesso ambulatoriale fisica e profesprogrammi di terapia aziendali o professionali. Nessun risultato brain imaging erano disponibili al momento di esperimenti. Aveva debolezza sul suo lato destro, ma è stato in grado di camminare autonomamente senza un ausilio. Aveva residua di flessione ed estensione volontaria delle dita, ma con limitata gamma attiva del movimento alla sua destra metacarpo (MCP) articolazioni, da 90 ° a 70 ° di flessione MCP, cioè non in grado di aprire in misura sufficiente la sua mano e le dita ad uso funzionale. Il tono muscolare dei suoi flessori delle dita a destra è stato un lieve aumento. Modified Ashworth Scale (MAS) è stato 1 +. Sensazione della mano destra e le dita, però, era intatto al tocco leggero. Ha ricevuto circa 30 minuti BreEStim per gli estensori delle dita. La sua spasticità flessore delle dita ridotta al minimo (MAS = 0) e l'estensione delle dita volontariato è diventato quasi normale immediatamente dopo il trattamento. Questo paziente riacquistato la sua funzione della mano pure. Egli ha riferito che avrebbe potuto tagliare la carne con un coltello e camicie pulsante con la mano ridotta. More sorprendentemente, il recupero mantenuto almeno 8 settimane durante il follow-up visite (Figura 1).

Caso 2: gestione del dolore neuropatico

Il paziente era a 40 anni di età di sesso maschile che ha subito una lesione del midollo spinale 4,5 anni fa in un incidente automobilistico, con conseguente T8 ASIA Una lesione del midollo spinale. Il paziente lamentava dolore neuropatico a livello di pregiudizio, mentre lui non aveva altri problemi medici attivi. Era stato stabile su un regime di dolore per 2 settimane prima del trattamento. Ha ricevuto estim (una seduta al giorno per cinque giorni consecutivi) in primo luogo, aspettato 1 settimana come un disastro, e poi ricevuto BreEStim con la stessa dose (una seduta al giorno per 5 giorni consecutivi). Ogni sessione di trattamento consisteva di 120 stimoli (Stima o BreEStim). Elettrodi di superficie sono stati posti su agopunti (Neiguan e Weiguan) dell'avambraccio destro. Modificato Visual Analogue Scale (MVAs) è stato utilizzato per confrontare l'effetto di ogni intervento (Stima e BreEStim). Come shown in figura 2, BreEStim ha avuto un maggiore effetto di riduzione del dolore di Stima, fatta eccezione per il Day 2 durante BreEStim quando il paziente aveva una infezione del tratto urinario (UTI), che è stata trattata con successo con antibiotici. L'intensità di stimolazione elettrica era simile tra Estim e BreEStim (Figura 2). Ha tollerato bene sia interventi (intensità massima in uscita dallo stimolatore è stato utilizzato), anche durante l'UTI. Durante tutto il periodo sperimentale (4 settimane), il soggetto ha mantenuto la stessa dose e lo schema di farmaci per il dolore. Sia BreEStim e sessioni di trattamento Stima sono state eseguite nello stesso momento della giornata (tra le 11 alle Mezzogiorno), in modo tale che cambiamento del dolore potrebbe essere attribuito agli effetti di stimolazione e le variazioni non diurna.

Protocol

Il seguente protocollo BreEStim potrebbe essere applicato sia per la spasticità dei flessori delle dita e la gestione del dolore neuropatico. La differenza principale risiede nel posizionamento superficie dell'elettrodo e la regolazione dell'intensità di stimolazione. Queste differenze sono spiegate in dettaglio per ogni applicazione.

1. Oggetto Preparazione e configurazione

  1. Sede il soggetto comodamente. Posizionare le braccia e le mani comodamente sul tavolo di trattamento.
  2. Identificare e localizzare l'area di interesse per il posizionamento superficie dell'elettrodo.
    1. Per la gestione della spasticità, palpare il ventre muscolare degli estensori delle dita e confermare con stimolazione elettrica.
    2. Per la gestione del dolore, individuare i punti di agopuntura Neiguan e Weiguan sull'avambraccio 24 ipsilaterali al lato di interesse, ad esempio, amputazione, 17 o sul lato con più sintomi, ad esempio, SCI. Neiguan si trova a circa 3 dita larghezza sopra la piega del polso sul lato volare und nel mezzo tra schede mediale e laterale dell'avambraccio (cioè, distale 1/6 dell'avambraccio) 24 (Figura 3). Weiguan è la controparte di Neiguan, si trova nella parte dorsale dell'avambraccio 24.
  3. Tagliare ogni autoadesivo elettrodo a circa un x 2cm 2 centimetri quadrati di fornire focale e isolati stimolazione elettrica.
    1. Per la gestione della spasticità, posizionare il catodo sulla pancia muscolo estensore delle dita (Figura 4). Collegare l'anodo di un sito 1 ~ 2 cm distalmente al catodo. Ottimizzare i siti per l'anodo e il catodo quando suscitare la più grande e isolato risposta estensione delle dita con una risposta polso minimo.
    2. Per la gestione del dolore, posizionare l'elettrodo di catodo Neiguan, e l'elettrodo di anodo Weiguan.
  4. Collegare gli elettrodi di superficie allo stimolatore elettrico (Digitimer DS7A, Regno Unito, www.digitimer.com ).
  5. Posizionare e sicuro maschera facciale. Selezionare il formato della maschera attentamente per adattarsi faccia dell'individuo per impedire perdite di aria e per fornire comodità di indossare la maschera (Figura 5).
  6. Collegare maschera facciale ad un sistema pneumotacografo (Serie 1110a, Hans Rodolph Inc, Kansas City, Missouri, http://www.rudolphkc.com ).

2. Istruzione sulla respirazione volontaria

Respirazione volontaria, in particolare l'inalazione volontaria, svolge un ruolo fondamentale in questo intervento. Inalazione volontaria è definita come faticoso profonda inspirazione e veloce. Chiedere al soggetto di prendere un singolo respiro isolato profondo, simile a quello di routine respiri profondi, ma più veloce e più forte. Non vi è alcuna necessità di eseguire espirazione volontaria precede inalazione forzata in un ciclo di respirazione. Permettere al soggetto di avere 8 ~ 10 prove pratiche per capire le istruzioni.

3. Stimolazione elettrica Settings

  1. Impostare un singolo stimolo elettrico come un unico impulsi a onda quadra con durata 0,1 ms. L'intensità di stimolazione elettrica è differente per differenti applicazioni. Poiché un singolo stimolo elettrico viene consegnato ogni volta, non è necessario impostare il parametro di frequenza.
  2. Per la gestione della spasticità, determinare l'intensità della stimolazione elettrica quando 1) risposte isolate di estensione delle dita sono sollecitati con un coinvolgimento minimo delle risposte comuni da polso, 2) il livello più alto che il soggetto poteva tollerare. La magnitudine assoluta di intensità di stimolazione può essere diverso per soggetti diversi. Favorire la massima intensità che il soggetto potrebbe tollerare per ottenere il miglior risultato.
  3. Per la gestione del dolore, permettono al soggetto di determinare variazioni incrementali della intensità di stimolazione. L'intensità iniziale è zero. Il livello più alto è l'uscita massima dello stimolatore o il livello del soggetto poteva tollerare. Tuttavia, in modo esplicito istruire il subject che disagio o dolore, anche "avversione" di stimolazione elettrica è parte del trattamento, pertanto, incoraggiare il soggetto a selezionare il livello più alto che il soggetto poteva tollerare.

4. Controllo della stimolazione elettrica

  1. Scrivi una personalizzata LabView (National Instruments, Austin, TX), programma per controllare l'erogazione della stimolazione elettrica in due modi: BreEStim e Stima.
  2. Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim) (Figura 6):
    1. Determinare la velocità di picco del flusso d'aria durante l'inalazione volontaria, cioè, durante l'inalazione profonda e veloce.
    2. Determinare la soglia che è del 40% flusso d'aria di picco. Da segnalare, impostare la soglia superiore al tasso del flusso d'aria durante la respirazione normale per incoraggiare più profonda e rapida respirazione volontaria.
    3. Quindi, impostare la funzione di trigger. Quando la velocità del flusso d'aria istantanea di un isolato inalazione volontaria raggiunge o supera la soglia, the LabView programma attiva e fornisce un singolo stimolo elettrico con durata prefissata e intensità 16. Lasciare che il soggetto a riposo su richiesta.
  3. Casualmente-triggered stimolazione elettrica (Estim):
    1. Lasciare che il soggetto a respirare normalmente, senza istruzioni specifiche sulla respirazione.
    2. Il programma LabView offre a caso un singolo stimolo elettrico con durata prefissata e intensità ogni 4 a 7 sec. Analogamente, consentire al soggetto di riposare su richiesta.

5. Dose di BreEStim

Si raccomanda che ogni sessione di trattamento ha 100-120 stimoli BreEStim. Dura circa 30-40 min.

6. Registrazione e monitoraggio

  1. Assicurarsi che non vi siano perdite d'aria dalla maschera, dal momento che l'inalazione di volontariato svolge un ruolo importante in questo protocollo.
  2. Monitorare segni di ipossiemia e iperventilazione quando il soggetto indossa maschera facciale. Albassa di riposo su richiesta del soggetto per questo scopo.
  3. Registrare qualsiasi effetto collaterale, la tolleranza della respirazione volontaria attraverso una maschera, e gli eventuali effetti psico-sociali.
  4. Per la gestione del dolore, registrare qualsiasi riduzione del dolore, cioè, punteggi visive analogiche (VAS) 57 e la durata dell'effetto. Utilizzare i VAS modificati (MVAs) di quantificare ulteriormente l'effetto di riduzione del dolore, vale a dire, quanto dolore è ridotto e per quanto tempo dura (riduzione moltiplicate per le ore). Anche registrare l'intensità media per ogni sessione, dato che l'intensità di stimolazione elettrica varia durante ogni sessione di trattamento.
  5. Per la gestione della spasticità, registrare la Modified Ashworth Scale (MAS) il valore del muscolo bersaglio e di altre misure cliniche, tra cui la forza, la sensazione, e la gamma di movimento.

Representative Results

Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim) ha dimostrato un'eccellente efficacia clinica nella gestione del dolore neuropatico nelle lesioni del midollo spinale e post-ictus spasticità dei flessori delle dita. Riduzione della spasticità dopo il trattamento BreEStim dipende dalla gravità delle condizioni di pretrattamento. Come mostrato in figura 1, la spasticità flessore dito è notevolmente ridotto dopo il trattamento BreEStim. Spasticità flessori delle dita è stato ridotto da MAS 1 + al minimo (MAS = 0). Il paziente è in grado di aprire la mano e le dita ad uso funzionale. È importante notare che altri pazienti non possono avere lo stesso grado di riduzione spasticità e miglioramento funzionale. In un paziente con grave spasticità flessore dito (MAS = 3) e senza residui estensione delle dita volontaria (come mostrato in Figura 4), ​​spasticità flessore dito è stato ridotto a MAS = 1. Ciò rende più facile per il paziente di variare le dita, ma non ripristina uso funzionale di lei hand.

BreEStim dimostra anche effetti di riduzione migliori e più il dolore. Figura 2 mostra che con intensità simile di stimolazione elettrica, BreEStim ha un migliore risultato di regolare la stimolazione elettrica. Tuttavia, non ha influenzato BreEStim punteggi del dolore nel Day 2 quando il paziente ha avuto un infezione delle vie urinarie. Ciò suggerisce che BreEStim non ha alcun effetto sulla riduzione del dolore quando il dolore è confuso da infezione.

Respiro volontario svolge un ruolo chiave nella BreEStim. È importante scegliere una maschera facciale che si adatta al paziente (Figura 5) per impedire perdite di aria. La portata del flusso è relativamente bassa durante la respirazione normale (1,6 litri / sec, Figura 6). Forceful inalazione volontaria potrebbe aumentare notevolmente la portata d'aria (circa 8 litri / sec). Posizionamento degli elettrodi di superficie è importante. Come descritto in dettaglio ed illustrato in Figura 3 e Figura 4, il posizionamento per il doloree gestione spasticità è diverso. E 'necessario notare che il luogo di ventre muscolare degli estensori delle dita può cambiare a causa di atrofia, deformità dopo l'ictus.

Figura 1
Figura 1. Confronto tra postura della mano pre-e post-BreEStim. Il paziente con ictus potrebbe aprire la sua mano dopo BreEStim.

Figura 2
Figura 2. Confronto degli effetti BreEStim Stima e sulla riduzione del dolore.

Figura 3
Figura 3. Posizione di Neiguan. Nota, Waiguan è la controparte del Neiguan sulfaccia dorsale dell'avambraccio.

Figura 4
Figura 4. Posizionamento degli elettrodi di superficie su estensori delle dita.

Figura 5
Figura 5. Un paziente durante BreEStim. Elettrodi di superficie sono immessi sul Neiguan e Waiguan.

Figura 6
Figura 6. Misurazione in tempo reale della velocità del flusso d'aria durante l'inspirazione volontaria e l'ispirazione di riposo. Si noti che la portata d'aria è molto più alto durante l'inspirazione volontaria di ispirazione riposo. E 'evidente che la respirazione del paziente è stata interrottada stimolazione elettrica.

Discussion

Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim), come mostrato in questi due casi, ha dimostrato efficacia clinica nella gestione spasticità e successivo recupero della funzione della mano in pazienti con ictus cronici 16, nonché la gestione del dolore neuropatico di origine centrale nel paziente sopra con una lesione del midollo spinale o di origine periferica in un paziente con sopra il ginocchio 17 amputazione. Questo risultato clinico migliore e più ampie applicazioni cliniche della BreEStim è attribuita al suo approccio unico. Intervento con la stimolazione elettrica destinato al breve lasso di respirazione volontaria-associato attivazione corticale e sottocorticale 40-51 potrebbe aumentare la sua efficacia clinica via intrinseca accoppiamento fisiologico, ad esempio, respiratorio-attacco motore per la gestione della spasticità 16. In questo intervento, la respirazione volontaria diventa critica, in particolare ispirazione volontaria. Istruzione per i pazienti su tecniche di respirazione corretta e la misurazione accurata dei parametri respiratori (per esempio, nessuna perdita d'aria) sono misure per prevenire l'insuccesso dell'intervento BreEStim.

Il nuovo protocollo di intervento - BreEStim, presenta alcuni vantaggi, oltre a una migliore efficacia e applicazioni più ampie.

BreEStim è centrata sul paziente. BreEStim incoraggia un impegno attivo dei pazienti in quanto la respirazione volontaria è necessario 17. I pazienti sentono di partecipare attivamente alla gestione del loro dolore, piuttosto che "un partecipante passivo nella propria cura". Per esempio, il paziente controlla l'intensità di stimolazione elettrica, partendo da zero al massimo livello che il paziente possa tollerare 17. Questo può migliorare la loro aderenza al trattamento. EMG-triggered Stima coinvolge anche la partecipazione attiva 36, ma il paziente non è in grado di controllare l'intensità della stimolazione elettrica.

S copi "> BreEStim prende un integrativo, approccio sistemico. Come dimostrato in un precedente studio 17, dolore diversi meccanismi di adattamento sono integrati in un unico protocollo, tra cui la stimolazione elettrica, l'agopuntura, la stimolazione spiacevole, e gli effetti sistemici della respirazione volontaria. In quanto tale , i pazienti sono in grado di tollerare alti livelli di stimolazione elettrica, portando un incremento degli effetti analgesici. Tale circuito di retroazione positiva (attivazione del sistema di ricompensa) traduce in una maggiore efficacia clinica. Usando questo integrativo, approccio sistemico, certi segnali di respirazione volontaria potrebbe anche essere utilizzato per identificare la finestra temporale delle interazioni tra sistemi. Come tale, BreEStim potrebbe essere applicata a pazienti con grave spasticità. Questi pazienti di solito non sono in grado di eseguire contrazione volontaria, così "pulite" segnali EMG dal muscolo bersaglio non sono disponibili. In EMG-innescato stimolazione elettrica, segnali EMG dai muscoli target (<em> ad esempio, estensori delle dita) sono necessari per innescare la stimolazione elettrica. Di conseguenza, l'applicazione di EMG-triggered Stima è limitata ai pazienti con lieve o moderata spasticità.

BreEStim è un non-invasiva, trattamento non farmacologico. Questo è fondamentale perché i pazienti spesso richiedono un uso a lungo termine di farmaci, e la maggior parte dei farmaci per il dolore cronico e la spasticità hanno effetti collaterali che a volte possono essere molto gravi. I possibili effetti collaterali comprendono dipendenza, sovradosaggio, i sintomi di astinenza, e costipazione, ecc Questi effetti collaterali potrebbero essere evitate nel trattamento BreEStim.

BreEStim è una scelta alternativa. L'alternativa non farmacologiche con migliori effetti analgesici è importante, soprattutto quando il dolore neuropatico è difficile da gestire. Ad esempio, solo il 7% dei responders ha riferito trattamento farmacologico è efficace per il dolore neuropatico in seguito SCI in un sondaggio postale 58.

In sintesi, questa respirazione-driven stimolazione, BreEStim, si basa sul fenomeno recentemente scoperto di accoppiamento intrinseco fisiologico attivato durante la respirazione volontaria. Il protocollo BreEStim ha dimostrato efficacia clinica per il dolore neuropatico e post-ictus gestione spasticità. Ulteriore ricerca è garantito a studiare meccanismi sottostanti che mediano l'effetto dell'intervento. Soprattutto, vi possono essere altre applicazioni che non hanno ancora percepibili.

Disclosures

Metodo e apparato di respirazione controllata simulazione elettrica per i muscoli scheletrici (inventore: SL, in attesa di brevetto, la domanda numero 12146176).

Acknowledgments

Questo studio è stato sostenuto in parte da sovvenzioni NIH (NIH / NINDS R01NS060774; NIH / NICHD / NCMRR HD050821 R24-08 in subappalto con Rehabilitation Institute of Chicago). L'autore ringrazia Craig Ditommaso, MD per la sua modifica e suggerimenti utili.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sluka, K. A., Walsh, D. Transcutaneous electrical nerve stimulation: Basic science mechanisms and clinical. 4, 109 (2003).
  2. Sheffler, L. R., Hennessey, M. T., Naples, G. G., Chae, J. Peroneal nerve stimulation versus an ankle foot orthosis for correction of footdrop in stroke: impact on functional ambulation. Neurorehabil. Neural Repair. 20, 355-360 (2006).
  3. Sheffler, L. R., Chae, J. Neuromuscular electrical stimulation in neurorehabilitation. Muscle Nerve. 35, 562 (2007).
  4. Moe, J. H., Post, H. W. Functional electrical stimulation for ambulation in hemiplegia. J. Lancet. 82, 285-288 (1962).
  5. de Kroon, J. R., Ijzerman, M. J., Chae, J., Lankhorst, G. J., Zilvold, G. Relation between stimulation characteristics and clinical outcome in studies using electrical stimulation to improve motor control of the upper extremity in stroke. J. Rehabil. Med. 37, 65-74 (2005).
  6. Bolton, D. A. E., Cauraugh, J. H., Hausenblas, H. A. Electromyogram-triggered neuromuscular stimulation and stroke motor recovery of arm/hand functions: A meta-analysis. J. Neurologic. Sci. 223, 121 (2004).
  7. Chae, J. Neuromuscular electrical stimulation for motor relearning in hemiparesis. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 14, 93-109 (2003).
  8. Chae, J., et al. Neuromuscular stimulation for upper extremity motor and functional recovery in acute hemiplegia. Stroke. 29, 975-979 (1998).
  9. Cauraugh, J., Light, K., Kim, S., Thigpen, M., Behrman, A. Chronic motor dysfunction after stroke: recovering wrist and finger extension by electromyography-triggered neuromuscular stimulation. Stroke. 31, 1360-1364 (2000).
  10. Cauraugh, J. H., Kim, S. Two Coupled Motor Recovery Protocols Are Better Than One: Electromyogram-Triggered Neuromuscular Stimulation and Bilateral Movements. Stroke. 33, 1589-1594 (2002).
  11. Cauraugh, J. H., Kim, S. B. Chronic stroke motor recovery: duration of active neuromuscular stimulation. J. Neurologic. Sci. 215, 13-19 (2003).
  12. Crisan, R., Garner, C. Effectiveness of EMG-triggered muscular stimulation in outpatients with a stroke older than one year. Neurol. Rehabil. 7, 228 (2001).
  13. Francisco, G., et al. Electromyogram-triggered neuromuscular stimulation for improving the arm function of acute stroke survivors: a randomized pilot study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 79, 570-575 (1998).
  14. Heckmann, J., et al. EMG-triggered electrical muscle stimulation in the treatment of central hemiparesis after a stroke. Euro. J. Phys. Med. Rehabil. 7, 138 (1997).
  15. Bakhtiary, A. H., Fatemy, E. Does electrical stimulation reduce spasticity after stroke? A randomized controlled study. Clin. Rehabil. 22, 418-425 (2008).
  16. Li, S., Rymer, W. Z. Voluntary breathing influences corticospinal excitability of nonrespiratory finger muscles. J. Neurophysiol. 105, 512-521 (2011).
  17. Li, S., Melton, D. H., Berliner, J. C. Breathing-controlled electrical stimulation (BreEStim) could modify the affective component of neuropathic pain after amputation: a case report. J. Pain Res. 5, 71-75 (2012).
  18. Norrbrink Budh, C., Lundeberg, T. Non-pharmacological pain-relieving therapies in individuals with spinal cord injury: a patient perspective. Complement Ther. Med. 12, 189-197 (2004).
  19. Mulvey, M. R., Bagnall, A. M., Johnson, M. I., Marchant, P. R. Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) for phantom pain and stump pain following amputation in adults. Cochrane Database Syst. Rev. CD007264, (2010).
  20. Johnson, M. I., Bjordal, J. M. Transcutaneous electrical nerve stimulation for the management of painful conditions: Focus on neuropathic pain. Expert Rev. Neurotherap. 11, 735 (2011).
  21. Melzack, R., Wall, P. D. Pain mechanisms: a new theory. Science. 150, 971-979 (1965).
  22. Kalra, A., Urban, M. O., Sluka, K. A. Blockade of opioid receptors in rostral ventral medulla prevents antihyperalgesia produced by transcutaneous electrical nerve stimulation. 298, 257-263 (2001).
  23. Sluka, K. A., Deacon, M., Stibal, A., Strissel, S., Terpstra, A. Spinal blockade of opioid receptors prevents the analgesia produced by TENS in arthritic rats. J. Pharmacol. Exp. Ther. 289 (2), 840-846 (1999).
  24. Deadman, P., Al-khafaji, M., Baker, K. A manual of acupuncture. , Eastland Press. Visa, California. (2007).
  25. Han, J. S., Li, S. J., Tang, J. Tolerance to electroacupuncture and its cross tolerance to morphine. Neuropharmacol. 20, 593-596 (1981).
  26. Han, J. S. Acupuncture and endorphins. Neurosci. Lett. 361, 258 (2004).
  27. Huang, C., Wang, Y., Han, J. S., Wan, Y. Characteristics of electroacupuncture-induced analgesia in mice: variation with strain, frequency, intensity and opioid involvement. Brain Res. 945, 20-25 (2002).
  28. Wan, Y., Wilson, S. G., Han, J., Mogil, J. S. The effect of genotype on sensitivity to electroacupuncture analgesia. Pain. 91, 5-13 (2001).
  29. Rennefeld, C., Wiech, K., Schoell, E. D., Lorenz, J., Bingel, U. Habituation to pain: Further support for a central component. Pain. 148, 503 (2010).
  30. Gray, C. S., et al. Motor recovery following acute stroke. Age Ageing. 19, 179-184 (1990).
  31. Nakayama, H., Jorgensen, H. S., Raaschou, H. O., Olsen, T. S. Recovery of upper extremity function in stroke patients: the Copenhagen Stroke Study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 75, 394-398 (1994).
  32. Parker, V. M., Wade, D. T., Langton Hewer, R. Loss of arm function after stroke: measurement, frequency, and recovery. Int. Rehabil. Med. 8, 69-73 (1986).
  33. Trombly, C. A. Occupational therapy for physical dysfunction. Trombly, C. A. , Williams & Wilkins. Baltimore. 454-471 (1989).
  34. Bocker, B., Smolenski, U. C. Training by EMG-triggered electrical muscle stimulation in hemiparesis. 13, 139 (2003).
  35. Chae, J., Yu, D. A critical review of neuromuscular electrical stimulation for treatment of motor dysfunction in hemiplegia. Assist Technol. 12, 33-49 (2000).
  36. Kimberley, T. J., et al. Electrical stimulation driving functional improvements and cortical changes in subjects with stroke. Exp. Brain Res. 154, 450-460 (2004).
  37. Dewald, J. P., Given, J. D., Rymer, W. Z. Long-lasting reductions of spasticity induced by skin electrical stimulation. IEEE Trans. Rehabil. Eng. 4, 231-242 (1996).
  38. Haouzi, P., Chenuel, B., Barroche, G. Interactions between volitional and automatic breathing during respiratory apraxia. Respir Physiol. Neurobiol. 152, 169-175 (2006).
  39. Guz, A. Brain, breathing and breathlessness. Respir. Physiol. , 109-197 (1997).
  40. Colebatch, J. G., et al. Regional cerebral blood flow during volitional breathing in man. J. Physiol. 443, 91-103 (1991).
  41. Maskill, D., Murphy, K., Mier, A., Owen, M., Guz, A. Motor cortical representation of the diaphragm in man. J. Physiol. 443, 105-121 (1991).
  42. Ramsay, S. C., et al. Regional cerebral blood flow during volitional expiration in man: a comparison with volitional inspiration. J. Physiol. 461, 85-101 (1993).
  43. Fink, G. R., et al. Hyperpnoea during and immediately after exercise in man: evidence of motor cortical involvement. J. Physiol. 489 (Pt 3), 663-675 (1995).
  44. Macey, K. E., et al. fMRI signal changes in response to forced expiratory loading in congenital central hypoventilation syndrome. J. Appl. Physiol. 97, 1897-1907 (2004).
  45. Macey, P. M., et al. Functional magnetic resonance imaging responses to expiratory loading in obstructive sleep apnea. Respir. Physiol. Neurobiol. 138, 275-290 (2003).
  46. Evans, K. C., Shea, S. A., Saykin, A. J. Functional MRI localisation of central nervous system regions associated with volitional inspiration in humans. J Physiol. 520 (pt 2), 383-3892 (1999).
  47. Smejkal, V., Druga, R., Tintera, J. Control of breathing and brain activation in human subjects seen by functional magnetic resonance imaging. Physiol Res. 48, 21-25 (1999).
  48. Smejkal, V., Druga, R., Tintera, J. Brain activation during volitional control of breathing. Physiol Res. 49, 659-663 (2000).
  49. Mazzone, S. B., McLennan, L., McGovern, A. E., Egan, G. F., Farrell, M. J. Representation of Capsaicin-evoked Urge-to-Cough in the Human Brain Using Functional Magnetic Resonance Imaging. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 176, 327-332 (2007).
  50. Evans, K. C. Cortico-limbic circuitry and the airways: Insights from functional neuroimaging of respiratory afferents and efferents. Biol. Psychol. 84, 13 (2010).
  51. Evans, K. C., et al. Modulation of spontaneous breathing via limbic/paralimbic-bulbar circuitry: An event-related fMRI study. NeuroImage. 47, 961 (2009).
  52. Tsumori, T., et al. Insular cortical and amygdaloid fibers are in contact with posterolateral hypothalamic neurons projecting to the nucleus of the solitary tract in the rat. Brain Res. 1070, 139-144 (2006).
  53. Subramanian, H. H., Balnave, R. J., Holstege, G. The midbrain periaqueductal gray control of respiration. J. Neurosci. 28, 12274 (2008).
  54. Li, S., Laskin, J. J. Influences of ventilation on maximal isometric force of the finger flexors. Muscle Nerve. 34, 651-655 (2006).
  55. Li, S., Yasuda, N. Forced ventilation increases variability of isometric finger forces. Neurosci. Lett. 412, 243-247 (2007).
  56. Ikeda, E. R., et al. The valsalva maneuver revisited: the influence of voluntary breathing on isometric muscle strength. J. Strength Cond. Res. 23, 127-132 (2009).
  57. McCarthy, M., et al. Visual analog scales for assessing surgical pain. J. Am. Coll. Surg. 201, 245-252 (2005).
  58. Finnerup, N. B., Johannesen, I. L., Sindrup, S. H., Bach, F. W., Jensen, T. S. Pain and dysesthesia in patients with spinal cord injury: A postal survey. Spinal Cord. 39, 256-262 (2001).

Tags

Medicina Numero 71 Neuroscienze Neurobiologia Anatomia Fisiologia Comportamento stimolazione elettrica BreEStim elettrodo la respirazione volontaria la respirazione l'ispirazione il dolore il dolore neuropatico la gestione del dolore spasticità ictus lesioni del midollo spinale il cervello il sistema nervoso centrale CNS clinica elettromiografia la stimolazione elettrica neuromuscolare
Respirazione controllata stimolazione elettrica (BreEStim) per la gestione del dolore neuropatico e spasticità
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, S. Breathing-controlled… More

Li, S. Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity. J. Vis. Exp. (71), e50077, doi:10.3791/50077 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter