Introduction
Percutane elektrische zenuwstimulatie wordt wijd gebruikt om neuromusculaire functie 1 beoordelen. Het basisprincipe bestaat uit het induceren van een elektrische prikkel om een perifere motorische zenuw een spiersamentrekking te roepen. Mechanische (koppel meting) en elektrofysiologische (elektromyografische activiteit) reacties worden simultaan opgenomen. Torque, opgenomen in de gezamenlijke beschouwd, wordt beoordeeld aan de hand van een ergometer. De elektromyografische (EMG) signaal opgenomen met oppervlakte-elektroden is aangetoond dat de activiteit van de spier 2 vertegenwoordigen. Deze niet-invasieve methode is niet pijnlijk en gemakkelijker geïmplementeerd dan intramusculaire opnames. Zowel monopolaire en bipolaire elektroden kunnen worden gebruikt. De monopolaire elektrode configuratie is aangetoond gevoeliger voor veranderingen in spieractiviteit 3, die nuttig kunnen zijn voor kleine spieren zijn. Echter, bipolaire elektrodes gebleken effectiever in het verbeteren van de signaal-ruis r zijnatie 4 en worden meestal gebruikt als opnamemethode en kwantificeren aandrijving activiteit. De hierna beschreven methode wordt geconcentreerd op bipolaire opnames. EMG-activiteit is een indicator van de effectiviteit en integriteit van het neuromusculaire systeem. Het gebruik van percutane zenuwstimulatie biedt verder inzicht in de neuromusculaire functie, dwz veranderingen op gespierd, spinale of supra-spinale niveau (figuur 1).
Figuur 1:. Overzicht van de neuromusculaire metingen STIM: zenuwstimulatie. EMG: Elektromyografie. VAL: Vrijwillige Activation Level. RMS: Root Mean Square. M max: Maximal M-wave amplitude.
In rust, de verbinding spier actiepotentiaal, ook wel M-wave, is de korte-latency respons waargenomen na stimulus artefact, en vertegenwoordigt prikkelbaar spiermassa door de directe activ atie van motorische axons die naar de spier (figuur 2, nummer 3). M-wave amplitude neemt toe met de intensiteit tot het bereiken van een plateau van de maximale waarde. Deze reactie, genaamd M max, vertegenwoordigt de synchrone samenvatting van alle motorische eenheden en / of spiervezels actiepotentialen geregistreerd onder de oppervlakte EMG elektroden 5. De evolutie van de amplitude of golven specifieke piek-tot-piek gebruikt om wijzigingen van neuromusculaire transmissie 6 identificeren. Veranderingen in de mechanische responsen geassocieerd met de M-golf, dat wil zeggen piek kramp torque / kracht kan te wijten zijn aan veranderingen in de spieren exciteerbaarheid en / of binnen de spiervezels 7. De vereniging van M max amplitude en piek twitch koppel amplitude (Pt / M ratio) biedt een index van elektromechanische efficiëntie van de spier 8, dat wil zeggen de mechanische respons voor een bepaalde elektrische motor commando.
52.974 / 52974fig2.jpg "/>
Figuur 2:. Motor en reflexieve trajecten geactiveerd door zenuwstimulatie Elektrische stimulatie van een gemengd (motorische / sensorische) zenuw (STIM) veroorzaakt een depolarisatie van zowel motorische axon en Ia afferente afvuren. Depolarisatie van Ia afferentia naar het ruggenmerg activeert een alfa motoneuron, wat op zijn beurt roept een H-reflex response (route 1 + 2 + 3). Afhankelijk van de stimulus intensiteit, motor axon depolarisatie roept een directe spierreactie: M-wave (route 3). Bij maximale M-wave intensiteit, is een antidromic huidige ook gegenereerd (3 ') en botst met reflex volley (2). Deze botsing geheel of gedeeltelijk annuleert de H-reflex reactie.
De H-reflex is een elektrofysiologische respons gebruikt om veranderingen in de Ia-α motorisch synaps 9 beoordelen. Deze parameter kan worden beoordeeld in rust of tijdens vrijwillige contracties. H-reflex een variante van de rekreflex (figuur 2, number 1-3). De H-reflex activeert motorische eenheden monosynaptische aangeworven door Ia afferente paden 10,11, en kan worden onderworpen aan perifere en centrale invloeden 12. De werkwijze oproepen van een H-reflex is bekend dat een hoog intra- individuele betrouwbaarheid spinale prikkelbaarheid beoordelen 13,14 in rust en tijdens isometrische contracties 15 heeft.
Tijdens vrijwillige contractie, kan de grootte van de vrijwillige neurale schijf beoordeeld met behulp van de amplitude van het EMG-signaal, gewoonlijk gekwantificeerd met behulp van de Root Mean Square (RMS). RMS EMG wordt algemeen gebruikt middel kwantificeren van het excitatie van het motorsysteem tijdens vrijwillige contractie (figuur 1). Vanwege de intra- en inter-subject variabiliteit 16, RMS EMG moet worden genormaliseerd met behulp van de EMG opgenomen tijdens een spier-specifieke maximale vrijwillige contractie (RMS EMGmax). Bovendien, omdat veranderingen in EMG signaal be als gevolg van veranderingen op perifeer niveau, normalisatie via een randapparaat parameter, zoals M-wave is nodig om alleen de centrale component van EMG signaal te beoordelen. Dit kan door het verdelen van de RMS EMG de maximale amplitude of RMS Mmax van de M-wave. Normalisering met RMS Mmax (dwz RMS EMG / RMS Mmax) is de voorkeur omdat het rekening houdt met de mogelijke verandering van de M-wave duur 17.
Motor commando's kunnen ook worden geëvalueerd door het berekenen van de vrijwillige activering niveau (VAL). Deze methode gebruikt de kramp interpolatietechniek 18 door superpositie van elektrische stimulatie Mmax intensiteit gedurende een maximale vrijwillige contractie. De extra draaimoment veroorzaakt door stimulering van de zenuw wordt vergeleken met een controle twitch door identieke zenuwstimulatie in een ontspannen spier 19 gepotentieerd. Om maximale VAL, de oorspronkelijke twitch interpo evaluerenning techniek beschreven door Merton 18 omvat een enkele prikkel geïnterpoleerd over een vrijwillige contractie. Onlangs is het gebruik van gepaarde stimulatie populairder geworden omdat de stappen opgewekte koppel groter, gemakkelijker ontdekt en minder variabel dan enkelvoudige stimulatie reacties 20. De VAL verschaft een index van de capaciteit van het centrale zenuwstelsel maximaal te activeren werkende spieren 21. Momenteel VAL geëvalueerd met behulp van de twitch interpolatie techniek is de meest waardevolle methode voor het beoordelen van het niveau van spieractivatie 22. Bovendien maximumkoppel beoordeeld met behulp van een ergometer is de meest goed onderzochte sterkte testen parameter van toepassing voor gebruik in onderzoek en klinische settings 23.
Elektrische zenuwstimulatie kunnen worden gebruikt in verschillende spiergroepen (bijv buigers elleboog, pols flexors, kniestrekkers, plantairflexoren). Echter, de zenuwen bereikbaarheid maakt hettechniek moeilijk bepaalde spiergroepen. De plantaire flexor spieren, vooral triceps surae (soleus en gastrocnemii) spieren, worden vaak onderzocht in de literatuur 24. Inderdaad, deze spieren die betrokken zijn bij de motoriek, hun bijzonder belang rechtvaardigen. De afstand tussen de stimulatie zelf en registrerende elektroden maakt de identificatie van de verschillende opgewekte golven van de triceps surae spieren. De oppervlakkige deel van de nervus tibialis posterior in de knieholte en het grote aantal assen gemakkelijker te reflexreacties opnemen vergelijking met andere spieren 24. Om deze redenen is de thans gepresenteerde reflex methode is gericht op de triceps surae spiergroep (gastrocnemius en soleus). Het doel van dit protocol is derhalve percutane zenuwstimulatie techniek beschrijven neuromusculaire functie in de triceps surae onderzoeken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De experimentele procedures geschetst ontvangen Institutionele ethische goedkeuring en in overeenstemming zijn met de Verklaring van Helsinki. De gegevens werden verzameld uit een vertegenwoordiger deelnemer die op de hoogte van de procedures was en gaf zijn schriftelijke toestemming.
1. Instrument Voorbereiding
- Reinig de huid op de elektrode plaats door het scheren, en verwijder het vuil met alcohol om lage impedantie (<5 kOhm) te verkrijgen.
- Plaats twee AgCl-elektroden (diameter opname van 10 mm) bij 2/3 van de lijn tussen de mediale condylis van het dijbeen naar de mediale malleolus de soleus spier; voor de prominente uitstulping van de spieren van de mediale gastrocnemius; op 1/3 van de afstand langs een lijn tussen de kop van de fibula en de hiel voor de laterale gastrocnemius; en 1/3 van de afstand langs een lijn tussen het uiteinde van de fibula en de tip van de mediale malleolus de tibialis anterior, met interelectrode afstand (hart op hart) van 2 cm volgens de aanbevelingen SENIAM 30.
Opmerking: De soleus spier elektroden onder de distale inbrengen van gastrocnemii spieren te worden geplaatst om ervoor te zorgen dat ze niet opneemt activiteit van de hoofden van de gastrocnemii spieren (cross-talk). - Plaats een referentie-elektrode in een centrale positie op hetzelfde been (tussen stimulatie en opname sites).
- Stel de hoogte en de diepte van de stoel om een enkel hoek van 90 ° (0 ° = vol plantairflexie) te verkrijgen, zodat de soleus en gastrocnemii spieren niet worden opgerekt en de H-reflex is niet veranderd 11,12.
- Stel de knie hoek 90 ° (0 ° = volledige knie-extensie) als gevolg van de aard van de biarticulaire gastrocnemii spieren. De optimale enkelhoek een maximale vrijwillige koppel van de plantairflexoren voeren is 70-80 ° (0 ° = volledig plantairflexie) 26. Zo zal enkelhoek afhangen van de parameter van belang (elektrofysiologische versus mechanische opnames).
Opmerking: Ongeacht de gekozen initiële hoek moet constant blijven gedurende het experiment zenuw- 11,12,27,28 standaardiseren. - Bijzondere aandacht besteden bij het toezicht op de houding van de proefpersonen tijdens de test constant cortico-vestibulaire invloeden te handhaven op de prikkelbaarheid van de motor pool 29.
- Stel de knie hoek 90 ° (0 ° = volledige knie-extensie) als gevolg van de aard van de biarticulaire gastrocnemii spieren. De optimale enkelhoek een maximale vrijwillige koppel van de plantairflexoren voeren is 70-80 ° (0 ° = volledig plantairflexie) 26. Zo zal enkelhoek afhangen van de parameter van belang (elektrofysiologische versus mechanische opnames).
- Stevig riem de enkel een ergometer, de anatomische as van het scharnier (extern malleolus) uitgelijnd met de rotatieas van de ergometer 25.
- Hebben het onderwerp druk uitoefenen op een voetplaat bevestigd aan de ergometer aan plantaire flexor koppel opnemen. Laat de voet immobiel gedurende het experiment zodat kleine veranderingen in koppel kan worden gedetecteerd.
- Opmerking: Onder bepaalde omstandigheden kan de hiel iets til de kracht plaat als de voet en enkel niet zijn bevestigd, die kan leadvertentie naar een onvolledige overdracht van het draaimoment tegen de plaat. Figuur 3 geeft een beschrijving van de experimentele opstelling.
Figuur 3:. Experimentele setup Classical experimentele opstelling om elektromyografische (EMG) en het koppel signalen opnemen.
- Verbind de elektroden met de versterker met kabels.
- Stel de sampling rate voor het koppel en EMG metingen om 2-5 kHz. Noteer de EMG-signaal met behulp van een analoog-naar-digitaal (AD) conversie systeem. Het signaal wordt weergegeven op een monitor met een data acquisitie systeem, dat diens geeft waarden van verschillende parameters (bijvoorbeeld maximale waarde van piek tot piek amplitude, duur). Het spectrum van het EMG-signaal kan variëren tussen 5 Hz en 2 kHz, maar hoofdzakelijk opgenomen tussen 10 Hz en 1 kHz 31. Zo moet sampling frequentie hoog genoeg is om het signaal vorm dur behouden wordening EMG opname. Versterken en filteren van EMG signalen (winst = 500-100) met behulp van een bandbreedte frequentie tussen 10 Hz en 1 kHz 8,21,32.
- Plaats de anode van de elektrische stimulering in de kniepees.
- Bepaal de beste plaats stimulatie van de nervus tibialis posterior een optimale soleus H reflex verkrijgen voor een gegeven intensiteit, via een handbediende kathode bal elektrode in de knieholte. Test verschillende stimulatie sites met de kathode-elektrode bal tot een maximale waarde van de H reflex bereikt.
- Neem tibialis anterior EMG-activiteit dat de gemeenschappelijke peroneus niet geactiveerd invloed vermijden dat antagonist Ia afferenten 12. Stel de pulsbreedte van 1 msec tot een optimale activering van de zenuwvezels, vooral afferente vezels 10 verschaffen.
- Plaats een zelfklevende AgCl kathode op de locatie van de stimulatie site om constante stimulus staat te (bv druk, oriënteeratie).
Opmerking: Al deze parameters (afhankelijk van positie, elektrode locatie en stimulatie plaats) veranderen niet voor de beoordeling van de verschillende elektrofysiologische metingen. Alleen de intensiteit van de stimulatie en de conditie (overige versus contractie) variëren.
2. Testing Procedures onbeweeglijk
- Instrueer het onderwerp ontspannen te blijven en om zijn / haar spieren in rust te houden.
- Pas de stimulatie-intensiteit om maximale soleus H-reflex amplitude (H max; gebruikelijke waaier: 20-50 mA) te verkrijgen. Een M-golf van de soleus spier kan worden waargenomen H max intensiteit.
Opmerking: Voor herhaalde metingen (bijvoorbeeld voor en na een vermoeiende protocol), de optimale intensiteit een Hmax respons kan variëren tijdens de sessie te verkrijgen. Als het houden van een constante intensiteit kan leiden tot een onderschatting van H max amplitude, wordt aanbevolen dat de experimentator regelmatig reevaluates H maxintensiteit 33. - Het opnemen van een minimum van 3 soleus H-reflex reacties op deze intensiteit met een minimum interval van 3 seconden tot post-activering depressie 34 vermijden.
Noot: Hoewel de opname meerdere reacties is geschikter wegens de bijzondere gevoeligheid van de H-reflex, kan een enkele stimulatie hebben onder sommige omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer het proberen om de gevolgen van snelle herstel te voorkomen (bijvoorbeeld tijdens een vermoeiende protocol). - Verhoog de stimulatie-intensiteit om maximale soleus M-wave amplitude (M max; gebruikelijke waaier: 40-100 mA) te verkrijgen. Meestal ligt de toename in de stimulatie-intensiteit bij 2-4 mA, met een interval van 8-10 seconden tussen twee stimuli 12,35. De gewenste intensiteit wordt bereikt wanneer Mmax wordt verkregen, en geen H-reflex respons waar te nemen.
- Stel het uiteindelijke intensiteit 120-150% van Mmax stimulusintensiteit dat de M-wave bereikt een plateau van zijn maximale waarde. Deze intensiveringty heet supramaximale intensiteit in de onderstaande instructies.
- Houd constante stimulatie-intensiteit voor soleus M-wave-opnamen tijdens de sessie.
- Record 3 soleus M-golven en 3 bijbehorende twitch koppels op deze intensiteit.
3. Testprocedures Tijdens Vrijwillige Contractie
- Als een warming-up, vraag het onderwerp tot 10 korte en niet-vermoeiend submaximale contracties van de plantaire flexoren te voeren, met een paar seconden rust tussen elk van de weeën. Aan het einde van de warming-up, neem een minimum 1 min rust aan een vermoeiend effect 11 te vermijden.
- Continu opnemen triceps surae EMG-activiteit. Opname soleus en gastrocnemii spieren maakt de analyse van het gedrag van verschillende spieren typologieën voor een stimulatie plaats 24.
- Instrueer het onderwerp van een isometrische maximale vrijwillige contractie (MVC) van de plantairflexoren voeren. Het onderwerp moet zo hard pushen als mogeble tegen de ergometer door de aanbestedende zijn plantaire flexor spieren. Geven visuele feedback op het onderwerp tijdens de inspanning, en gestandaardiseerde verbale aanmoediging 19. De MVC wordt bereikt wanneer een plateau wordt waargenomen.
- Lever een gepaarde stimulatie (100 Hz) en supramaximale intensiteit tijdens het plateau van de MVC (gesuperponeerd doublet), en een ander gekoppeld stimulatie wanneer de spier volledig ontspannen direct na krimp (gepotentieerd doublet) de vrijwillige activeringsniveau evalueren. Lever deze gepaarde stimulatie door middel van een specifiek apparaat (bijvoorbeeld Digitimer D185 multipuls Stimulator) of via een stimulatie programma geassocieerd met een enkele puls stimulator.
- Instrueer het onderwerp om een tweede MVC uit te voeren van de plantaire flexor met tenminste 1 minuut rust tussen elke proef 11. Wanneer het maximum koppel van de tweede proef niet binnen 5% van de eerste, dient bijkomende proeven uitgevoerd 36. Het grootste draaimoment bereikthet subject wordt genomen als de MVC koppel.
4. Data Analysis
- Data Analysis at Rest
- Selecteer een tijdvenster waaronder de EMG respons in verband met de twitch in rust (H-wave of M-wave).
- Meet de duur van piek tot piek amplitude van piek tot piek en / of het gebied van de golven (Figuur 4A). Wanneer de amplitude niet direct door de software, aftrekken van de minimale naar de maximale waarden.
- Voor de duur, het meten van de tijd vanaf de maximale piek en eindigt aan de minimale piek. Voor het gebied Bereken de integraal van EMG signaal vanaf het begin van de golf en eindigt aan het einde van de golf.
Opmerking: Piek-tot-piek amplitude kunnen reflecteren: 1) neuromusculaire transmissie, 2) motorunit actiepotentiaal amplitude en / of 3) temporele spreiding van de unit actie motor potentieel 37. M-wave duur weerspiegelt neuromusculaire voortplanting 37. - Voor meerdere proeven, bereken het gemiddelde van de golven. Indien de gemiddelde niet direct kan worden door de software gebruik spreadsheet software (bijvoorbeeld de formule functie in een spreadsheetprogramma) deze waarde uit verschillende proeven (minimaal 3) te berekenen.
- Selecteer de rust twitch.
- Meet het maximumkoppel in verband met de rust twitch (Figuur 4B).
- Voor meerdere proeven, het berekenen van de gemiddelde maximumkoppel van de rust samentrekkingen. Indien de gemiddelde niet direct kan worden door de software gebruik spreadsheet software (bijvoorbeeld de formule functie in een spreadsheetprogramma) deze waarde in de verschillende proeven (minimaal 3) te berekenen.
- Herhaal deze procedures in punt 4.1.2 beschreven voor de andere gewenste parameters (samentrekking tijd of halve ontspanning tijd). De analyse van twitch parameters geeft aanwijzingen met betrekking tot de excitatie-contractie koppeling efficiëntie 17. In het bijzonder contraction tijd geeft een index van contractie kinetiek 8, die kunnen afhangen van de gekozen spiergroep 38.
- Bereken de verhouding tussen de hoogste koppel en de som van M-golven gebruikt spreadsheetsoftware (bijvoorbeeld Excel), de elektromechanische efficiency kwantificeren (Pt / M). Omdat de mechanische respons oproept tibiale zenuwstimulatie overeen met de activering van de triceps surae als geheel amplitudes van soleus en gastrocnemii M-golven worden opgeteld 39.
- Voor de duur, het meten van de tijd vanaf de maximale piek en eindigt aan de minimale piek. Voor het gebied Bereken de integraal van EMG signaal vanaf het begin van de golf en eindigt aan het einde van de golf.
Figuur 4: Uitleg elektrofysiologische en mechanische reacties (A) meting van piek-tot-piek amplitude (mV), latentie (ms) en specifieke (mV.ms) van een typische M-wave.. (B) Meting van de piek twitch koppel (Nm), contractie tijd (ms) en half-relaxatie tijd (msec) van een twitch.- Gegevensanalyse in contractie
- Selecteer een 500 msec tijdvenster van soleus EMG-activiteit tijdens het plateau van MVC torque waaronder maximumkoppel maar exclusief de tijd tussen de stimulatie artefact en het einde van de stille periode van EMG. De stille periode komt overeen met de onderdrukking van de lopende vrijwillige EMG-activiteit na stimulatie.
- Als het kwadratisch gemiddelde (RMS) en niet direct door de software berekent de RMS EMG-activiteit te kwantificeren met behulp van de volgende formule 40: RMS EMG
- Meten of het berekenen van de RMS van M max bij rust over de duur van de golf.
- Berekenen van de RMS EMG / RMS Mmax verhouding met behulp van spreadsheet-software.EMG RMS waarde en RMS Mmax waarde worden gekozen uit dezelfde spier.
- Meet de maximale maximumkoppel van de MVC vanaf de basislijn koppel in rust aan de maximale waarde van MVC exclusief gesuperponeerd koppel opgewekt door de doublet stimulatie (Figuur 5).
- Meet de gesuperponeerde koppel opgewekt door het doublet stimulatie tijdens de MVC, van de vrijwillige momentwaarde bij het begin van de stimulatie van de piek van de uitgelokt responssignaal (figuur 5).
- Selecteer het versterkt doublet.
- Meet het maximumkoppel in verband met de gepotentieerde doublet.
- Bereken de vrijwillige activeringsniveau (VAL) met de volgende formule 40:
Figuur 5: Meting van gesuperponeerd enversterkt doublet op mechanische signaal. Om de opgelegde maximumkoppel (Pts) op te nemen, wordt stimulatie doublet opgeroepen tijdens het plateau van isometrische maximale vrijwillige contractie (MVC). Om gepotentieerde maximumkoppel (Pt P) op te nemen, wordt stimulatie doublet opgeroepen in rust na de offset van MVC.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vergroting stimulusintensiteit tot een andere ontwikkeling van de respons amplitudes tussen H- en M-golven. In rust, de H-reflex maximum waarde bereikt voordat volkomen afwezig EMG signaal, terwijl M golf geleidelijk toeneemt tot het bereiken van een plateau aan maximale intensiteit (zie figuur 4 een grafische weergave van de M-wave en figuur 6 de evolutie M-golven en H-reflex met intensiteit). Voor de soleus spier, de wachttijd tussen de stimulus onset en M-wave ongeveer 10 msec (Figuur 4A) en in het algemeen tussen 25 en 40 msec voor H-wave. Toch zal de wachttijd varieert tussen de spiergroepen en het subject ledematen lengte of bouwhoogte, door de afstand tussen de stimulatie plaats en de spier. Wanneer stimuleren bij M-max intensiteit wordt een maximale piek twitch koppel worden waargenomen (Figuur 4B). M-golven, H-reflexen en peak twitch koppel hangt af van de conditie. Bijvoorbeeld, deze parameters neiging te verhogen tijdens vrijwillige contractie en afname in aanwezigheid van vermoeidheid 17.
Figuur 6: Typisch recruitment bochten in rust amplitudes van reflex reacties (H-reflex, witte ronde) en directe spier reacties (M-wave, zwarte ronde) met toenemende stimulus intensiteit.. Bodempanelen presenteren typische sporen vier progressief toe intensiteiten (van A naar B). (A) zwakke intensiteit, roepen slechts een H-reflex reactie. (B) Intensiteit het verstrekken van de maximale H-wave amplitude (H max). (C) Bij intensiteit dan H max, de botsing tussen antidromic en reflex salvo's induceert een daling H responsamplitude. (D) Bij M max intensiteit, is H-reflex volledig geannuleerd en M-wave een plateau bereikt.iles / ftp_upload / 52.974 / 52974fig6highres.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Maximale VAL geëvalueerd tijdens MVC. Figuur 5 toont een gesuperponeerd koppel opgewekt door elektrische stimulatie gedurende de MVC. Het effect geïnduceerd door stimulatie weerspiegelt een onvolledige rekrutering van motoreenheden en / of een submaximale ontladingsfrequentie van de motoreenheden, en dus een tekort vrijwillige activatie (zie het effect van de stimulatie in het midden van figuur 5). Zoals vorige parameters, maximale VAL varieert afhankelijk van de staat (bv mate van krimp, vermoeidheid) 21.
Deze verschillende technieken zijn eerder gevalideerd. Inderdaad, recente studies toonden een goede betrouwbaarheid voor M golf en de bijbehorende piek twitch koppel 22, H-reflex 14 en maximaal 41 VAL.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Percutane zenuwstimulatie maakt de kwantificering van talrijke kenmerken van het neuromusculaire systeem niet alleen het begrijpen van de fundamentele controle van neuromotorische functie bij gezonde mensen, maar ook kunnen acute of chronische aanpassingen doorgelicht vermoeidheid of opleiding 17. Dit is zeer gunstig vooral vermoeiend protocols, waarbij metingen zo snel mogelijk moeten worden uitgevoerd na de oefening einde het effect van snelle herstel 42 voorkomen.
Hoewel tal van studies hebben zich gericht op de triceps surae spieren 24, kan percutane zenuwstimulatie worden toegepast in andere onderste ledematen (bijv tibialis anterior 43,44, quadriceps 45,46) en de bovenste ledematen spieren (bv biceps brachii 32, flexor carpi radialis 47 , vinger spieren 48). Echter, zenuwstimulatie presenteert mogelijke methodologische beperkingen voor sommige muscles. Bijvoorbeeld, het verkrijgen van een H-reflex van biceps brachii kan moeilijk zijn te verkrijgen in rust 49. Bovendien, het stimuleren van de musculocutane zenuw over de plexus brachialis leidt tot samentrekking van zowel agonist en antagonist spieren 32, het induceren van de onjuiste beoordeling van het vrijwillige activering niveau. Opname buurt spieractiviteit kan de onderzoeker te waarborgen dat alleen de doelspier wordt geactiveerd, of althans tot activatie van deze spieren nabij beperken. Om deze beperkingen te overwinnen, hebben sommige auteurs gesuggereerd dat de stimulatie boven de spier buik met grotere elektroden een betrouwbare methode om de M-wave en samentrekkingen 32,50 roepen kunnen zijn. Echter, de ruimtelijke organisatie van axonale terminal takken binnen de spier verschillen tussen de spieren. Zo zou motoreenheden activatie variëren tussen zenuw en spier stimulatie 51. Zenuwstimulatie activeert motorische eenheden volgens de grootte principe, terwijl de werving orde During directe spierstimulatie is afhankelijk van de ruimtelijke organisatie van spiervezels onder de stimulatie-elektroden 50.
Monosynaptic aspecten van de H-reflex kan de betrouwbare beoordeling van spinale prikkelbaarheid met zenuwstimulatie. Er moet echter worden opgemerkt dat Ia-alpha motoneuronen synaps kan worden onderworpen aan tal van corticale invloeden, zoals onderwerp aandacht 52, visuele omgeving 53, hoofdbewegingen 54 of zelfs kaken op elkaar klemmen 55. Perifere factoren kunnen ook van invloed zijn reactie amplitude, zoals afferent feedback van de spieren rekken 56. De houding van het onderwerp is ook zorgvuldig worden gecontroleerd tijdens de experimenten en via experimentele sessies om cortico-spinal invloeden 29 minimaliseren. Bovendien kan vertrouwd sessies intersession variabiliteit te verminderen, met name voor beginnende onderwerpen 57.
Naast deze Physiological betreft, stimulatie kenmerken (bv intensiteit, locatie) op grote schaal kunnen invloed hebben op de resultaten. Hoewel M max reacties bereiken een plateau in de buurt van maximale intensiteit, wordt H max verkregen voor een bepaalde intensiteit. Aldus intensiteit van de stimulatie te verkrijgen H max gevoeliger voor variabiliteit omstandigheden. Om goede betrouwbaarheid onder verschillende omstandigheden (bijvoorbeeld vers of vermoeide spieren) te waarborgen, dient stimulus intensiteit worden ingesteld H maximum intensiteit of minder, wanneer de reflex reactie ligt in het opgaande deel van de werving curve 58. Inderdaad, H-reflex amplitude zij gedurende intensiteiten boven H max intensiteit als gevolg van de botsing tussen reflex en antidromic salvo (figuur 2, nummer 3 en nummer 2). Ook wordt aanbevolen dat de H-reflex amplitude worden genormaliseerd om de M max respons (H / M max ratio). Het is aangetoond dat deze methode maakt betrouwbare intER en intra-individuele vergelijking 59.
Qua inferring de aard van de motorbevel, hoewel VAL techniek blijkt een betrouwbare techniek aflopend inschatten commando 40 en centrale vermoeidheid 19,60, deze werkwijze worden enkele beperkingen. Sterker nog, sommige auteurs gesuggereerd dat VAL overschat maximale spieractivatie 61-63. Het mag niet gevoelig genoeg voor variaties in activeringsniveaus tijdens weeën boven 90% MVC 62 detecteren. Bovendien is het gebruik van gepaarde stimulatie te evalueren VAL kan ongemak voor patiënten 64 verhogen. Ondanks de evaluatie van de maximale vrijwillige activatie, is deze methode geen informatie over cortico-spinale prikkelbaarheid. Transcraniële magnetische stimulatie kunnen worden gebruikt om veranderingen te beoordelen op dit niveau 65 - 67.
Het gebruik van de RMS EMG / RMS
Bijzondere aandacht moet worden genomen met percutane zenuwstimulatie over stimulatie protocol en data-analyse om misverstanden te voorkomen en om een vergelijking tussen verschillende studies mogelijk te maken. Talrijke auteurs hebben eerder vastgestelde methodologische aanbevelingen op te nemen en gegevens van percutane elektrische stimulatie 20,29,34,59 analyseren.In het bijzonder, plantaire flexoren lijken een moeilijke spiergroep maximaal te contracteren 69-71. De praktijk moet ervoor zorgen dat de deelnemers, vooral in populaties met een verminderde neuromusculaire functie, zijn in staat hoge niveaus van vrijwillige activatie vóór experimentele test 72,73. Zo zal MVC-afhankelijke maatregelen zoals vrijwillige activering foutieve waarden die waarschijnlijk weerspiegelen een gebrek aan oefening of een onvoldoende aantal isometrische MVC pogingen in plaats van een stoornis of beperking van neuromusculaire functie vertegenwoordigen. Een kennismaking sessie moeten worden uitgevoerd voorafgaand aan alle studies met behulp van percutane zenuwstimulatie en / of maximale inspanningen.
Percutane elektrische zenuwstimulatie kan worden gebruikt om neuromusculaire plasticiteit na acute (vermoeidheid) of chronische (opleiding / detraining) oefeningen te evalueren. Bijvoorbeeld, Melaatsen et al. 74 neemt een afname centraal activering (vrijwillige activering-niveau) en gespierd parameters (piek twitch, M-wave) van de quadriceps na een langdurige fietsen oefening. Na chronische oefening, Duchateau en Henegouwen 75 waargenomen verschillende effecten van isometrische en dynamische trainingen op piek twitch koppel eigenschappen, wat erop wijst dat de skeletspier anders aanpast aan de vorm van opleidingen. Elektrische zenuwstimulatie is ook nuttig om online aanpassing van het neuromusculaire systeem evalueren tijdens verschillende omstandigheden, zoals houding 27 of gelijktijdige mentale taak 21. Deze methode kan worden gebruikt niet alleen in fundamenteel onderzoek, maar ook in het klinische gebied 76. Inderdaad, elektrische zenuwstimulatie gebruikt om centraal station in de ouderenzorg 77 en verschillende ziekten zoals een beroerte 78 of de ziekte van Parkinson 79 onderzoeken. Neuromusculaire plasticiteit kan ook worden beoordeeld in pathologische populatie tijdens de behandeling / Retraining programma 80.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Biodex dynamometer | Biodex Medical System Inc., New York, USA | www.biodex.com | |
| MP150 Data Acquisition System | Biopac Systems Inc., Goleta, USA | ||
| Acknowledge 4.1.0 software | Biopac Systems Inc., Goleta, USA | www.biopac.com | |
| DS7A constant current high voltage stimulator | Digitimer, Hertfordshire, UK | www.digitimer.com | |
| Silver chloride surface electrodes | Control Graphique Medical, Brie-Comte-Robert, France | ||
| Computer | |||
| 1 Cable for connecting the Biodex to the MP150 | |||
| 1 Cable for connecting the Digitimer to the MP150 | |||
| 1 Cable for connecting the MP150 to the computer |
References
- Desmedt, J. E., Hainaut, K. Kinetics of myofilament activation in potentiated contraction staircase phenomenon in human skeletal muscle. Nature. 217 (5128), 529-532 (1968).
- Bouisset, S., Maton, B. Quantitative relationship between surface EMG and intramuscular electromyographic activity in voluntary movement. American Journal of Physical Medicine. 51 (6), 285-295 (1972).
- Gabriel, D. A. Effects of monopolar and bipolar electrode configurations on surface EMG spike analysis. Medical Engineering and Physics. 33 (9), 1079-1085 (2011).
- Merletti, R., Rainoldi, A., Farina, D. Surface electromyography for noninvasive characterization of muscle. Exercise and Sport Sciences Reviews. 29 (1), 20-25 (2001).
- Lepers, R. Aetiology and time course of neuromuscular fatigue during prolonged cycling exercises. Science, & Motricité. 52, 83-107 (2004).
- Baudry, S., Klass, M., Pasquet, B., Duchateau, J. Age related fatigability of the ankle dorsiflexor muscles during concentric and eccentric contractions. European Journal of Applied Physiology. 100 (5), 515-525 (2007).
- Place, N., Yamada, T., Bruton, J. D., Westerblad, H. Muscle fatigue From observations in humans to underlying mechanisms studied in intact single muscle fibres. European Journal of Applied Physiology. 110 (1), 1-15 (2010).
- Scaglioni, G., Narici, M. V., Maffiuletti, N. A., Pensini, M., Martin, A. Effect of ageing on the electrical and mechanical properties of human soleus motor units activated by the H reflex and M wave. The Journal of Physiology. 548 (Pt. 2), 649-661 (2003).
- Schieppati, M. The Hoffmann reflex a means of assessing spinal reflex excitability and its descending control in man. Progress in Neurobiology. 28 (4), 345-376 (1987).
- Pierrot Deseilligny, E., Burke, D. The circuitry of the human spinal cord: its role in motor control and movement disorders. , Cambridge University Press. (2005).
- Duclay, J., Pasquet, B., Martin, A., Duchateau, J. Specific modulation of corticospinal and spinal excitabilities during maximal voluntary isometric shortening and lengthening contractions in synergist muscles. The Journal of Physiology. 589 (Pt. 11), 2901-2916 (2011).
- Grosprêtre, S., Papaxanthis, C., Martin, A. Modulation of spinal excitability by a sub threshold stimulation of M1 area during muscle lengthening. Neuroscience. 263, 60-71 (2014).
- Mynark, R. G. Reliability of the soleus H reflex from supine to standing in young and elderly. Clinical Neurophysiology. 116 (6), 1400-1404 (2005).
- Palmieri, R. M., Hoffman, M. A., Ingersoll, C. D. Intersession reliability for H reflex measurements arising from the soleus peroneal and tibialis anterior musculature. The International Journal of Neuroscience. 112 (7), 841-850 (2002).
- Chen, Y. S., Zhou, S., Cartwright, C., Crowley, Z., Baglin, R., Wang, F. Test retest reliability of the soleus H reflex is affected by joint positions and muscle force levels. Journal of Electromyography and Kinesiology. 20 (5), 987-987 (2010).
- Lehman, G. J., McGill, S. M. The importance of normalization in the interpretation of surface electromyography A proof of principle. Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. 22 (7), 444-446 (1999).
- Lepers, R. Interest and limits of percutaneous nerve electrical stimulation in the evaluation of muscle fatigue. Science, & Motricité. 70 (70), 31-37 (2010).
- Merton, P. A. Voluntary strength and fatigue. The Journal of Physiology. 123, 553-564 (1954).
- Gandevia, S. C. Spinal and supraspinal factors in human muscle fatigue. Physiological Reviews. 81 (4), 1725-1789 (2001).
- Shield, A., Zhou, S. Assessing voluntary muscle activation with the twitch interpolation technique. Sports Medicine. 34 (4), 253-267 (2004).
- Rozand, V., Pageaux, B., Marcora, S. M., Papaxanthis, C., Lepers, R. Does mental exertion alter maximal muscle activation. Frontiers in Human Neuroscience. 8, 755 (2014).
- Place, N., Maffiuletti, N. A., Martin, A., Lepers, R. Assessment of the reliability of central and peripheral fatigue after sustained maximal voluntary contraction of the quadriceps muscle. Muscle and Nerve. 35 (4), 486-495 (2007).
- Kannus, P. Isokinetic evaluation of muscular performance: implications for muscle testing and rehabilitation. International Journal of Sports Medicine. 15, Suppl 1. S11-S18 (1994).
- Tucker, K. J., Tuncer, M., Türker, K. S. A review of the H reflex and M wave in the human triceps surae. Human Movement Science. 24 (5-6), 667-688 (2005).
- Taylor, N. A., Sanders, R. H., Howick, E. I., Stanley, S. N. Static and dynamic assessment of the Biodex dynamometer. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology. 62 (3), 180-188 (1991).
- Sale, D., Quinlan, J., Marsh, E., McComas, A. J., Belanger, A. Y. Influence of joint position on ankle plantarflexion in humans. Journal of Applied Physiology. 52 (6), 1636-1642 (1982).
- Cattagni, T., Martin, A., Scaglioni, G. Is spinal excitability of the triceps surae mainly affected by muscle activity or body position. Journal of Neurophysiology. 111 (12), 2525-2532 (2014).
- Gerilovsky, L., Tsvetinov, P., Trenkova, G. Peripheral effects on the amplitude of monopolar and bipolar H-reflex potentials from the soleus muscle. Experimental Brain Research. 76 (1), 173-181 (1989).
- Schieppati, M. The Hoffmann reflex a means of assessing spinal reflex excitability and its descending control in man. Progress in Neurobiology. 28 (4), 345-376 (1987).
- Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst Klug, C., Rau, G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. Journal of Electromyography and Kinesiology. 10 (5), 361-374 (2000).
- Kamen, G., Sison, S. V., Du, C. C., Patten, C. Motor unit discharge behavior in older adults during maximal effort contractions. Journal of Applied Physiology. 79 (6), 1908-1913 (1995).
- Neyroud, D., Rüttimann, J., et al. Comparison of neuromuscular adjustments associated with sustained isometric contractions of four different muscle groups. Journal of Applied Physiology. 114, 1426-1434 (2013).
- Rupp, T., Girard, O., Perrey, S. Redetermination of the optimal stimulation intensity modifies resting H-reflex recovery after a sustained moderate-intensity muscle contraction. Muscle and Nerve. 41 (May), 642-650 (2010).
- Zehr, E. P. Considerations for use of the Hoffmann reflex in exercise studies. European Journal of Applied Physiology. 86 (6), 455-468 (2002).
- Gondin, J., Duclay, J., Martin, A. Soleus and gastrocnemii evoked V wave responses increase after neuromuscular electrical stimulation training. Journal of Neurophysiology. 95 (6), 3328-3335 (2006).
- Rochette, L., Hunter, S. K., Place, N., Lepers, R. Activation varies among the knee extensor muscles during a submaximal fatiguing contraction in the seated and supine postures. Journal of Applied Physiology. 95 (4), 1515-1522 (2003).
- Fuglevand, A. J., Zackowski, K. M., Huey, K. A., Enoka, R. M. Impairment of neuromuscular propagation during human fatiguing contractions at submaximal forces. The Journal of Physiology. 460, 549-572 (1993).
- Vandervoort, A. A., McComas, A. J. Contractile changes in opposing muscles of the human ankle joint with aging. Journal of Applied Physiology. 61 (1), 361-367 (1986).
- Grosprêtre, S., Martin, A. Conditioning effect of transcranial magnetic stimulation evoking motor evoked potential on V wave response. Physiological Reports. 2 (11), e12191 (2014).
- Allen, G. M., Gandevia, S. C., McKenzie, D. K. Reliability of measurements of muscle strength and voluntary activation using twitch interpolation. Muscle and Nerve. 18 (6), 593-600 (1995).
- Cooper, M. A., Herda, T. J., Walter Herda, A. A., Costa, P. B., Ryan, E. D., Cramer, J. T. The reliability of the interpolated twitch technique during submaximal and maximal isometric muscle actions. Journal of Strength and Conditioning Research. 27 (10), 2909-2913 (2013).
- Froyd, C., Millet, G. Y., Noakes, T. D. The development of peripheral fatigue and short term recovery during self paced high intensity exercise. The Journal of Physiology. 591 (Pt 5), 1339-1346 (2013).
- Pierrot Deseilligny, E., Morin, C., Bergego, C., Tankov, N. Pattern of group I fibre projections from ankle flexor and extensor muscles in man. Experimental Brain Research. 42 (3-4), 337-350 (1981).
- Brooke, J. D., McIlroy, W. E., et al. Modulation of H reflexes in human tibialis anterior muscle with passive movement. Brain Research. 766 (1-2), 236-239 (1997).
- Hultborn, H., Meunier, S., Morin, C., Pierrot Deseilligny, E. Assessing changes in presynaptic inhibition of I a fibres a study in man and the cat. The Journal of Physiology. 389, 729-756 (1987).
- Meunier, S., Pierrot Deseilligny, E. Cortical control of presynaptic inhibition of Ia afferents in humans. Experimental Brain Research. 119 (4), 415-426 (1998).
- Aymard, C., Baret, M., Katz, R., Lafitte, C., Pénicaud, A., Raoul, S. Modulation of presynaptic inhibition of la afferents during voluntary wrist flexion and extension in man. Experimental Brain Research. 137 (1), 127-131 (2001).
- Abbruzzese, G., Trompetto, C., Schieppati, M. The excitability of the human motor cortex increases during execution and mental imagination of sequential but not repetitive finger movements. Experimental Brain Research. 111 (3), 465-472 (1996).
- Garland, S. J., Klass, M., Duchateau, J. Cortical and spinal modulation of antagonist coactivation during a submaximal fatiguing contraction in humans. Journal of Neurophysiology. 99, 554-563 (2008).
- Rodriguez Falces, J., Place, N. Recruitment order of quadriceps motor units Femoral nerve vs direct quadriceps stimulation. European Journal of Applied Physiology. 113, 3069-3077 (2013).
- Rodriguez Falces, J., Maffiuletti, N. A., Place, N. Spatial distribution of motor units recruited during electrical stimulation of the quadriceps muscle versus the femoral nerve. Muscle and Nerve. 48 (November), 752-761 (2013).
- Bathien, N., Morin, C. Comparing variations of spinal reflexes during intensive and selective attention (author’s transl). Physiology, & Behavior. 9 (4), 533-538 (1972).
- Earles, D. R., Koceja, D. M., Shively, C. W. Environmental changes in soleus H reflex excitability in young and elderly subjects. The International Journal of Neuroscience. 105 (1-4), 1-13 (2000).
- Paquet, N., Hui Chan, C. W. Human soleus H reflex excitability is decreased by dynamic head and body tilts. Journal of Vestibular Research Equilibrium, & Orientation. 9 (5), 379-383 (1999).
- Miyahara, T., Hagiya, N., Ohyama, T., Nakamura, Y. Modulation of human soleus H reflex in association with voluntary clenching of the teeth. Journal of Neurophysiology. 76 (3), 2033-2041 (1996).
- Pinniger, G. J., Nordlund, M. M., Steele, J. R., Cresswell, a GH reflex modulation during passive lengthening and shortening of the human triceps surae. Journal of Physiology. 534 (Pt 3), 913-923 (2001).
- Tallent, J., Goodall, S., Hortobágyi, T., St Clair Gibson, A., French, D. N., Howatson, G. Repeatability of corticospinal and spinal measures during lengthening and shortening contractions in the human tibialis anterior muscle). PLoS ONE. 7 (4), e35930 (2012).
- Grospretre, S., Martin, A. H. reflex and spinal excitability methodological considerations. Journal of Neurophysiology. 107 (6), 1649-1654 (2012).
- Hugon, M. Methodology of the Hoffmann reflex in man. New Developments in Electromyography and Chemical Neurophysiology. 3m, 277-293 (1973).
- Bigland Ritchie, B., Zijdewind, I., Thomas, C. K. Muscle fatigue induced by stimulation with and without doublets. Muscle and Nerve. 23 (9), 1348-1355 (2000).
- Kent Braun, J. A., Le Blanc, R. Quantitation of central activation failure during maximal voluntary contractions in humans. Muscle and Nerve. 19 (7), 861-869 (1996).
- Herbert, R. D., Gandevia, S. C. Twitch interpolation in human muscles mechanisms and implications for measurement of voluntary activation. Journal of Neurophysiology. 82, 2271-2283 (1999).
- Miller, M., Downham, D., Lexell, J. Superimposed single impulse and pulse train electrical stimulation A quantitative assessment during submaximal isometric knee extension in young healthy men. Muscle and Nerve. 22 (8), 1038-1046 (1999).
- Button, D. C., Behm, D. G. The effect of stimulus anticipation on the interpolated twitch technique. Journal of Sports Science and Medicine. 7 (4), 520-524 (2008).
- Goss, D. a, Hoffman, R. L., Clark, B. C. Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System. Journal of Visualized Experiments. (59), e3387 (2012).
- Sartori, L., Betti, S., Castiello, U. Corticospinal excitability modulation during action observation. Journal Of Visualized Experiments: Jove. (82), 51001 (2013).
- Rozand, V., Lebon, F., Papaxanthis, C., Lepers, R. Does a mental training session induce neuromuscular fatigue. Medicine and Science in Sports and Exercise. 46 (10), 1981-1989 (2014).
- Rozand, V., Cattagni, T., Theurel, J., Martin, A., Lepers, R. Neuromuscular fatigue following isometric contractions with similar torque time integral. International Journal of Sports Medicine. 36, 35-40 (2015).
- Belanger, A. Y., McComas, A. J. Extent of motor unit activation during effort. Journal of Applied Physiology. 51 (5), 1131-1135 (1981).
- Morse, C. I., Thom, J. M., Davis, M. G., Fox, K. R., Birch, K. M., Narici, M. V. Reduced plantarflexor specific torque in the elderly is associated with a lower activation capacity. European Journal of Applied Physiology. 92 (1-2), 219-226 (2004).
- Dalton, B. H., McNeil, C. J., Doherty, T. J., Rice, C. L. Age related reductions in the estimated numbers of motor units are minimal in the human soleus. Muscle and Nerve. 38 (3), 1108-1115 (2008).
- Hunter, S. K., Todd, G., Butler, J. E., Gandevia, S. C., Taylor, J. L. Recovery from supraspinal fatigue is slowed in old adults after fatiguing maximal isometric contractions. Journal of Applied Physiology. 105 (4), 1199-1209 (2008).
- Jakobi, J. M., Rice, C. L. Voluntary muscle activation varies with age and muscle group. Journal of Applied Physiology. 93 (2), 457-462 (2002).
- Lepers, R., Millet, G. Y., Maffiuletti, N. a Effect of cycling cadence on contractile and neural properties of knee extensors. Medicine and Science in Sports and Exercise. 33 (11), 1882-1888 (2001).
- Duchateau, J., Hainaut, K. Isometric or dynamic training differential effects on mechanical properties of a human muscle. Journal of Applied Physiology. 56 (2), 296-301 (1984).
- Millet, G. Y., Martin, V., Martin, A., Vergès, S. Electrical stimulation for testing neuromuscular function From sport to pathology. European Journal of Applied Physiology. 111, 2489-2500 (2011).
- Cattagni, T., Scaglioni, G., Laroche, D., Van Hoecke, J., Gremeaux, V., Martin, A. Ankle muscle strength discriminates fallers from non fallers. Frontiers in Aging Neuroscience. 6, 336 (2014).
- Horstman, A. M., Beltman, M. J., et al. Intrinsic muscle strength and voluntary activation of both lower limbs and functional performance after stroke. Clinical Physiology and Functional Imaging. 28 (4), 251-261 (2008).
- Sica, R. E., Herskovits, E., Aguilera, N., Poch, G. An electrophysiological investigation of skeletal muscle in Parkinson’s disease. Journal of the Neurological Sciences. 18 (4), 411-420 (1973).
- Knikou, M., Mummidisetty, C. K. Locomotor Training Improves Premotoneuronal Control after Chronic Spinal Cord Injury. Journal of Neurophysiology. 111 (11), 2264-2275 (2014).
