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Behavior

Paradigmes de la formation de Stimulation électrique extrémité inférieure après une lésion de la moelle épinière

Published: February 1, 2018 doi: 10.3791/57000
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 3, 4
1Spinal Cord Injury and Disorders Service, Hunter Holmes McGuire VAMC, 2Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Virginia Commonwealth University, 3Deceased, Department of Kinesiology, The University of Georgia, 4Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Penn State Milton S. Hershey Medical Center

Summary

La moelle épinière est une pathologie traumatique qui peut conduire à des risques élevés de troubles métaboliques secondaires chroniques. Ici, nous avons présenté un protocole formation de stimulation électrique neuromusculaire-résistance superficielle en utilisant conjointement avec fonctionnelles extrémités de stimulation-basse électriques vélo comme une stratégie d’améliorer plusieurs de ces problèmes médicaux.

Abstract

Atrophie du muscle squelettique, adiposité accrue et réduction de l’activité physique sont les principaux changements observés après une lésion de la moelle épinière (SCI) et sont associés de nombreuses conséquences sur la santé cardiométabolique. Ces changements sont susceptibles d’augmenter le risque de développer des problèmes de santé chroniques secondaires et impact sur la qualité de vie chez les personnes atteintes Sci. Surface résistance induite par la stimulation électrique neuromusculaire (NMES-RT) de formation a été mis au point une stratégie visant à atténuer le processus d’atrophie du muscle squelettique, réduire l’adiposité ectopique, améliorer la sensibilité à l’insuline et améliorer la capacité mitochondriale. Cependant, NMES-RT est limitée à seulement un groupe musculaire unique. Impliquant plusieurs groupes musculaires des membres inférieurs peut maximiser les avantages pour la santé de la formation. Fonctionnelle extrémité de stimulation-basse électrique cyclisme (FES-ESL) permet l’activation de 6 groupes de muscles, qui est susceptible d’évoquer une plus grande adaptation métabolique et cardiovasculaire. Connaissance appropriée des paramètres de la stimulation est essentielle pour maximiser les résultats de la formation de stimulation électrique chez les personnes atteintes Sci. adopter des stratégies pour une utilisation à long terme du NMES-RT et FES-ESL au cours de la remise en état peut maintenir l’intégrité de la système musculo-squelettique, une condition sine qua non pour des essais cliniques visant à rétablir la marche après une blessure. Le manuscrit actuel présente un protocole combiné à l’aide de NMES-RT avant FES-LEC. Nous émettons l’hypothèse que les muscles conditionnés pour 12 semaines avant le cyclisme sera capables de générer une plus grande puissance, cycle contre une résistance plus élevée et entraîner une plus grande adaptation chez les personnes souffrant de SCI.

Introduction

On estime qu’environ 282 000 personnes aux Etats-Unis vivent actuellement avec la moelle épinière lésions (SCI)1. En moyenne, il y a environ 17 000 nouveaux cas par an, principalement causés par les collisions de véhicules automobiles, les actes de violence et d’activités sportives1. SCI entraîne une interruption partielle ou totale de la transmission neuronale à travers et sous le niveau de blessure2, conduisant à la perte sub-lesional de sensoriel ou moteur. Après une blessure, l’activité du muscle squelettique au-dessous du niveau de la lésion est grandement réduite, conduisant à une baisse rapide de la masse maigre et concomitante infiltration du tissu adipeux ectopique ou gras intramusculaire (FMI). Des études ont montré que le muscle squelettique extrémité inférieur connaît une atrophie importante dans les premières semaines de blessures, tout au long de la fin de la première année3,4. Dès après lésion de 6 semaines, les personnes ayant expérimenté complète SCI une diminution de 18 à 46 % sub-lesional muscle taille par rapport à l’âge et poids abled-bodied témoins. Par blessure après 24 semaines, section transversale du muscle squelettique (CSA) pourrait être aussi faible que 30 à 50 %3. Gorgey et Dudley a montré que le muscle squelettique continue à s’atrophier par 43 % de la taille originale 4,5 mois après l’accident et a noté une trois fois plus grande quantité du FMI chez les personnes atteintes SCI incomplet par rapport au corps abled contrôle4. Perte de masse maigre métaboliquement active entraîne une réduction de taux métabolique basal (BMR)2,6, qui représente pour ∼65 - 70 % de la dépense d’énergie quotidienne totale ; ces réductions de BMR peuvent conduire à un déséquilibre de l’énergie néfaste et augmentant l’adiposité après blessure2,7,8,9,10,18. Adiposité accrue a été lié au développement des chroniques secondaires, y compris l’hypertension, de type II diabète sucré (T2DM) et les maladies cardiovasculaires2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. en outre, les personnes avec SCI peuvent souffrent de malnutrition et recours à un régime riche en graisses. Consommation de matières grasses alimentaire expliqueraient 29 à 34 % de la masse graisseuse chez les personnes avec la SCI, ce qui est probablement un facteur expliquant augmentant l’adiposité et la prévalence croissante de l’obésité au sein de la SCI population12,13.

La résistance induite par la stimulation électrique neuromusculaire (NMES-RT) de formation a été conçue pour induire une hypertrophie du muscle squelettique paralysés19,20,21,22,23, 24. Après douze semaines de bihebdomadaire NMES-RT, le muscle squelettique CSA de la cuisse entière, les extenseurs du genou et les groupes de muscles fléchisseurs du genou a augmenté de 28 %, 35 % et 16 %, respectivement le22. Dudley et al. a montré que 8 semaines bihebdomadaire de taille de muscle extenseur NMES-RT restauré du genou à 75 % de la taille d’origine à six semaines après la lésion19. En outre, Mahoney et al. utilisé le même protocole et a noté une augmentation de 35 % et 39 % dans le droit et gauche rectus femoris muscles après 12 semaines de NMES-RT20.

Fonctionnelles electrical stimulation-bas extrémités cyclisme (FES-ESL) est une technique courante de réhabilitation utilisée pour exercer des groupes musculaires extrémité inférieures après SCI25,26. Contrairement à NMES-RT, FES-ESL repose sur la stimulation des 6 groupes musculaires, ce qui peut entraîner une hypertrophie et des améliorations dans la cardiométabolique profil10,25,26,27, 28. Dolbow et al. trouvé cet organe total maigre masse a augmenté de 18,5 % après 56 mois de FES-ESL chez une personne souffrant SCI27. Après douze mois de trois fois par semaine FES-LEC, une femme de 60 an avec paraplégie expérimenté une augmentation de 7,7 % dans tout le corps maigre masse et une augmentation de 4,1 % à jambe maigre masse28. Utilisation systématique de la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) est liée à l’amélioration des facteurs de risque cardiométabolique conditions après SCI10,25,26.

Les candidats idéaux pour la formation de la stimulation électrique aura soit moteurs blessures complets ou incomplets, avec les motoneurones périphériques intacts et sensation limitée d’extrémité inférieure. Le manuscrit actuel, décrit une approche combinée à l’aide de NMES-RT et FES-ESL conçu pour améliorer les résultats de la formation de stimulation électrique chez les personnes atteintes chroniques Sci. Le processus de NMES-RT en utilisant des poids aux chevilles on soulignera, tout en soulignant les étapes clés au sein du protocole et de la prestation globale l’intervention fournit aux personnes ayant une chronique Sci. Le deuxième objectif est de décrire le processus de FES-ESL conçu pour maximiser l’effet cardiométabolique global d’intervention. Les travaux précédents a confirmé notre rationnel qu’un protocole de formation combinée peut évoquer des résultats supérieures à 24 semaines de stimulation électrique formation20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36.

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Protocol

Le protocole de formation décrit dans ce manuscrit est enregistré avec l’identificateur clinicaltrials.gov (NCT01652040). Le programme de formation implique NMES-RT avec des poids aux chevilles et FES-LEC. Tout le matériel nécessaire est répertorié dans le tableau 2. Le protocole de l’étude et le consentement éclairé ont été examinées et approuvées par le Richmond Lamothe Institutional Review Board (IRB) et la Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Toutes les procédures de l’étude ont été expliquées en détail à chaque participant avant le début du procès.

1. participant recrutement

  1. Procéder à une évaluation de présélection avec les participants potentiels.
    1. Expliquer complètement les détails du protocole de formation dont la durée d’études (24 semaines), fois par semaine (deux semaines) et durée des sessions (NMES-RT : 30 min et FES-ESL : 45-60 min).
      NOTE : NMES-RT est effectué pendant les 12 premières semaines, suivies de 12 semaines de FES-LEC.
    2. Décrire les exigences médicales pour les participants potentiels y compris : mâle ou femelle avec SCI, American Spinal Injury Classification (SIA) A, B ou C (ceux dont la classification de l’AIS « C », qui sont incapables de se lever et marcher), 18 à 65 ans, supérieure à 1 an après l’accident, corps (IMC) Indice de masse ≤ 30 kg/m2, moteur complet ou incomplet C5-L2 niveau de blessure.
    3. Décrire les restrictions médicales pour les participants potentiels y compris : un diagnostic de maladie cardiovasculaire, incontrôlée de type II diabète sucré ou ceux sur l’insuline, l’hypertension non contrôlée, pression plaies étape 3 ou supérieure, infections urinaires ou des symptômes, l’ostéoporose avec le T-Score-2,5 et grossesse chez les femmes présentant des SCI.

2. NMES-RT

  1. S’assurer que le participant annule sa vessie et mesurer la pression artérielle et la fréquence cardiaque au repos. Tandis que le participant est assis en fauteuil roulant, demander au participant d’enlever ses chaussures. Ensuite, placez un oreiller derrière le mollet pour amortir la jambe au cours de la flexion du genou. Appliquer des poids aux chevilles (0-26 lb) aux chevilles du participant (Figure 1).
    NOTE : Le rapport initial 2 séances sont effectuées sans poids aux chevilles pour s’assurer que le participant peut soulever sa jambe contre la gravité.
  2. Appliquez deux 7,5 cm x 12,7 cm adhésif carbone électrodes bilatéralement sur la peau au-dessus du groupe de muscles extenseurs du genou.
    1. Placer l’électrode distale ~1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal et la médiale de la ligne médiane du quadriceps. Placer l’électrode longitudinalement et parallèlement à l’axe de la ligne médiane allant de la hanche à l’articulation du genou (Figure 2).
    2. Placer l’électrode proximale latéralement et à côté du pli inguinal sur le muscle vastus lateralis. Placer l’électrode longitudinalement et parallèlement à l’axe de la ligne médiane (Figure 2).
  3. Définir un stimulateur portable à une fréquence de 30 Hz et d’une largeur d’impulsion rectangulaire biphasique de 450 µs et 50 µs interpulse intervalle19,20,21,22,23,24 ,37,38,,39. Raccordez les câbles de stimulateur à chaque électrode.
    Remarque : La polarité des électrodes n’influence pas le schéma de stimulation tant que les électrodes sont positionnées correctement.
  4. En commençant par la jambe droite, Augmentez graduellement le courant jusqu'à ce qu’une tension perceptible visible est reconnue dans le groupe de muscles extenseurs du genou. Continuer à augmenter lentement le courant pour évoquer l’extension du genou complet (max. 200 mA). Permettre à la jambe de rester étendu pendant 3-5 s évoquer la tension maximale dans les unités motrices activées.
  5. Diminuer progressivement le courant jusqu'à ce qu’il est ci-dessous 50 % de la cible actuelle pour allonger la jambe et de bouger la jambe excentriquement retour à la position de départ. Enregistrer l’amplitude du courant nécessaire pour évoquer l’extension de la jambe complète.
  6. Suivre une formation unilatérale dont 4 séries de 10 répétitions par jambe et suppléant entre jambes droite et gauche. Permettre à la jambe au repos de 3 à 5 s entre chaque répétition et 3 min entre les séries. Si le participant n’atteint pas l’extension du genou plein, enregistrer l’amplitude % du mouvement et augmenter le temps entre les répétitions.
    NOTE : La fatigue musculaire est définie comme deux répétitions consécutives avec une gamme de mouvement ≤ 25 %.
  7. Essayez chacun des quatre ensembles, mais si le participant éprouve de la fatigue musculaire, finir le jeu actuel et poursuivre la formation sur la jambe opposée. Si l’extension du genou complet est atteint sans fatigue musculaire pour 2 stages consécutifs, ajouter 2 livres de poids aux chevilles la semaine suivante de la formation.

3. FES-LEC

  1. Mesurer la tension artérielle et la fréquence cardiaque au repos du participant. Positionner le participant devant le vélo ergomètre de FES (Table des matières), assis dans son pouvoir personnel ou un fauteuil roulant manuel (Figure 3 a, 3 b Figure).
  2. Appliquez les électrodes de carbone adhésif pour les extenseurs du genou, genou de groupes de muscles fléchisseurs et fessier bilatéralement.
    1. Pour extenseurs du genou, placer l’électrode distale (7,5 x 12,7 cm) sur la peau 1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal, au-dessus du vastus medialis muscle. Placer l’électrode proximale latéralement et adjacent au pli inguinal sur le vastus lateralis muscle (Figure 4 a).
    2. Pour les fléchisseurs du genou, placer l’électrode distale (7,5 x 10 cm) sur la peau 2-3 cm au-dessus du creux poplité. Placer l’électrode proximale à 20 cm au-dessus du creux poplité (Figure 4 b). Pour éviter tout mouvement de l’électrode distale, appliquer un bandage élastique pour un positionnement sûr de l’électrode (Figure 3 a).
    3. Pour fessier, demandez aux participants de se pencher vers l’avant vers l’ergomètre. Placer deux électrodes (5 x 9 cm) parallèle et sur la majeure partie du muscle du ventre ; laisser ~ deux doigts de largeur de séparation entre les électrodes.
  3. Avec le participant, assis dans son fauteuil roulant et centrée devant l’ergomètre, raccordez les câbles de stimulateur à chacun des 12 électrodes. Vérifiez le recto et le verso de l’ergomètre pour s’assurer que le participant est correctement centré.
  4. S’assurer que le fauteuil roulant du participant est verrouillé et placez délicatement les pieds du participant (porter des chaussures de tennis) à l’intérieur les pédales (Figure 6). Fixer le bas de la jambe à l’ergomètre utilisant les sangles élastiques enveloppés dans une housse. Fixez les pieds du participant en place avec les sangles élastiques deux passage et Velcro situées sur chaque pétale (Figure 5).
  5. Après cerclage les jambes à l’ergomètre, déplacer passivement les jambes donc observent le modèle de vélo. Si les jambes sont trop compressés ou hyperétendu, régler la hauteur de la moto et re-vérifier la position en déplaçant passivement la jambe.
  6. Fixer le fauteuil roulant du participant à l’ergomètre utilisant les deux crochets extensibles situées à la base de l’ergomètre. Accrocher le crochet d’une structure stable sous le fauteuil (Figure 5). Placez deux pauses en bois sous les roues du fauteuil roulant, pour éviter tout mouvement de chaise lors de cyclisme.
  7. Régler la fréquence de stimulation à 33,3 Hz, durée de l’impulsion à 350 µs et l’amplitude du courant à 140, 100, 100 mA pour les extenseurs du genou, fléchisseurs du genou et de muscle grand fessier groupes, respectivement.
  8. Définissez les paramètres de cycle comme suit : cibler la vitesse de 40 à 45 tours par minute (tr/min) ; couple moteur réglable à partir de 10 Nm ; résistance de 1.0, 1.5 et 2.0 Nm pour exercice étapes I, II et III.
  9. Définir l’intervalle de paramètres de formation comme suit : min 3 phase de « chauffer »; trois 10 min exercice étapes (stimulation) ; a 2 min de phase de repos qui suit chaque exercice étape ; et 3 min de phase de « refroidir ».
  10. Selon le niveau de la lésion (au-dessus ou au-dessous de T4), mesure la sang pression et la fréquence cardiaque toutes les 2 à 5 min pour prévenir l’apparition de tout symptôme de dysréflexie autonome.
  11. Si la pression artérielle reste élevée, arrêter l’ergomètre et demander au participant d’annuler sa vessie ou reposez-vous si ils ont déjà annulé. En outre, vérifiez que le participant est bien installé pour réduire les points de pression et vérifier que les chaussures ou les sangles ne sont pas trop serrés. Surveiller la tension artérielle de près toutes les 2 min. Si la tension artérielle se redresse, reprendre l’entraînement ; Si la pression artérielle reste non recouvrée, fermer la session et demander aux participants de voir son médecin de soins primaires.
    Remarque : Il est essentiel de veiller à ce que les participants prennent systématiquement leur médicament contre l’hypertension, le cas échéant et la nullité de leur vessie avant d’arrêter FES.
  12. Enregistrer du participant la fréquence cardiaque, vitesse, puissance, distance, résistance et stimulation % toutes les 30 s.
  13. Si le participant remplit une séance d’exercice en entier sans fatigue (vitesse < 18 tr/min au cours de l’actif de cyclisme), diminuer l’assistance du couple du moteur servo de 1 Nm la session suivante, sinon conserver tous les paramètres même.
  14. Si le participant remplit deux sessions de formation exercice sans fatigue ou l’utilisation de servo moteur assistance durant les phases de l’exercice, augmenter la résistance de 0,5 Nm à chaque étape de l’exercice.

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Representative Results

Poids aux chevilles a augmenté progressivement pour les 22 participants, plus de 16 semaines de NMES-RT (Figure 6 a). Les poids moyens soulevés par les participants a été 19,6 ± 6,5 lb (jambe droite) et 20 ± 6 lb (jambe gauche) [8-24 lb]. Amplitude du courant a fluctué tout au long de l’essai pour jambes droite et gauche (Figure 6 b).

Progression d’un individu avec moteur complet SCI après 12 semaines de formation de Fès-LEC est mis en évidence dans le tableau 1. Les résultats indiquent qu’avec FES-ESL, il y a une augmentation du pourcentage de stimulation actuelle afin de compenser pour la résistance accrue du volant sur 12 semaines de formation. La résistance du volant a augmenté de 3 - 4 fois dans chacune des 3 étapes tout au long de la formation de 12 semaines (tableau 1). La résistance a progressé de 1,6 à 5,1 Nm (stade I), 2.12 à 5,5 Nm (phase II) et 2.12 à 5,5 Nm (stade III). Il est à noter que chaque étape 10 min est entrecoupée par une période de repos de 2 min dans lequel les participants pédalé passivement contre 0,77 Nm.

Enfin, puissance de sortie a augmenté de 2 à 4 fois dans chacune des 3 étapes entre la semaine 1 et semaine 12 (tableau 1). Alimentation a progressé de 4 à 14 W (stade I), 5,4 à 11.24 W (phase II) et 2,6 à 11 W (stade III).

Figure 1
Figure 1. Installation de NMES-RT montrant les électrodes de surface, le stimulateur, le poids de cheville bilatéral et le coussin oreiller. Quatre séries de dix répétitions sont remplies pour jambes droite et gauche. Poids sont progressivement augmentés de 2 livres par semaine si chaque série est terminée sans fatigue musculaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Électrodes de surface des extenseurs utilisés pendant NMES-RT. de genou Une électrode est placée ~1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal et la médiale de la ligne médiane du quadriceps. Une deuxième électrode est placé latéralement et à côté du pli inguinal sur le muscle vastus lateralis. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3. Antérieure (a) et (b) vue de l’installation de vélo pendant FES-LEC. Le participant est assis dans son fauteuil roulant et fixé sur la moto pour exécuter FES cyclisme. Enveloppements élastiques sont enroulées autour de chaque jambe pour garantir le genou distal électrodes fléchisseurs. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4. Les électrodes de surface extenseurs du genou a utilisé au cours de FES-ESL et les fléchisseurs de genou de surface électrodes b. b une électrode est placée ~1/3 la distance entre la patella et le pli inguinal et la médiale de la ligne médiane du quadriceps. Une deuxième électrode est placé latéralement et à côté du pli inguinal sur le muscle vastus lateralis. (b) tout en soutenant la jambe, une électrode est placée sur la peau 2-3 cm au-dessus du creux poplité ; la deuxième électrode est placé à 20 cm au-dessus du creux poplité. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5. Pied du participant est fixé à la pédale en croisant deux courroies élastiques situées sur chaque pétale. Il est essentiel que ces sangles sont fixés fermement pour empêcher le pied de bouger lorsque le vélo contre une résistance accrue. Fauteuil roulant du patient est attachée à la moto en utilisant les deux crochets extensibles situées à la base de la moto. Une fois attaché au fauteuil, ces crochets sont coudés et serrés afin d’éliminer n’importe quel jeu. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6. La progression des poids aux chevilles (lb) de 22 participants tout au long de 16 semaines de NMES-RT et la progression de l’amplitude du courant (mA) tout au long de 16 semaines de NMES-RT. (a) poids a augmenté de 2 livres par semaine si le participant pourrait remplir 4 séries de 10 répétitions sans fatigue musculaire. (b) au cours de formation, amplitude du courant a été graduellement augmenté pour mettre la jambe en extension complète au genou. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Semaine 1 Semaine 4 Semaine 8 Semaine 12
Pourcentage de Stimulation de l’Amplitude du courant Étape 1 74 72 88 90
Étape 2 98 96 99 100
Étape 3 100 99 100 100
Résistance du volant moteur (Nm) Étape 1 1.0 1.5 3.1 4.5
Étape 2 1.6 2.1 3.5 5.1
Étape 3 2.1 2.5 4.0 5.5
Puissance (Watts) Étape 1 4.0 6.5 10.0 14,0
Étape 2 5.4 8.4 9.3 11.2
Étape 3 2.6 7.5 8.4 11.0

Tableau 1 : pourcentage de Stimulation de l’amplitude du courant, la résistance du volant moteur et la puissance a augmenté durant les 12 semaines de FES-ESL chez une personne souffrant de SCI. La résistance a augmenté chaque semaine si 2 séances ont été achevés sans aucun signe de fatigue musculaire (< 18 tours par minute). Pourcentage de stimulation augmente progressivement tout au long des 12 semaines de formation. Puissance de sortie augmente au cours de chaque étape de l’effort progressif et au cours de la formation. NOTE : Les données sont celles d’un participant ayant terminé les 12 semaines de FES-ESL après 12 semaines de NMES-RT.

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Discussion

La présente étude démontre deux différents paradigmes de la stimulation électrique. Un paradigme est axé sur la mise en œuvre de chargement progressif du muscle formés pour évoquer l’hypertrophie du muscle squelettique et l’autre paradigme vise principalement à améliorer la performance cardiométaboliques via le renforcement de la capacité aérobie. L’étude fait en sorte de comparer les deux paradigmes et pour mettre en évidence les avantages et les inconvénients de chacun.

NMES-RT est avérée efficace dans la restauration muscle taille et évoquant une hypertrophie chez les personnes atteintes aiguës et chroniques SCI19,20,21,22,23,24. L’intervention actuelle s’appuie sur des unités de la stimulation double canal qui est susceptible d’être accessible en milieu clinique plus ou pour un usage domestique pour les personnes avec la SCI. Il y a un mythe sans fondement que chargement progressif de l’extenseur de genou paralysés peut-être aboutir à la rupture des condyles fémoraux ou tibiales. Cependant, basé sur les données probantes actuelles, nous et les autres n’ont pas vécu une seule incidence de fracture. Cela peut mettre en évidence que le protocole actuel est sûr et accessible pour être utilisé après Sci.

Lorsque vous utilisez NMES-RT, une onde biphasique est préférable car il s’est avéré sûr et capable de produire une contraction des muscles puissants qui peut s’étendre à la jambe contre la gravité tout en soulevant des poids aux chevilles. Pour les personnes ayant la sensation intacte, l’onde biphasique semble être plus confortable et supportable. La fréquence (30 Hz), biphasique durée (400 µs) avec intervalle d’impulsions inter (50 µs) seront choisis nos recherches publiées antérieurement montrant qu’une fréquence plus basse réduit la fatigue musculaire et aide à produire une contraction tétanique des extenseurs du genou37 ,,38. Une durée d’impulsion de 450 µs a montré pour augmenter l’activation des muscles stimulés et générer le couple plus élevé évoqué, assurant ainsi un recrutement maximum des muscles paralysés durant la formation37. En outre, il faut progressivement augmenter le courant afin d’éviter l’utilisation de l’amplitude du courant excessif qui peut causer de la fatigue musculaire rapide dans les extenseurs du genou. La stratégie de formation, y compris la quantité de repos, fréquence et largeur d’impulsion sont conçus pour prévenir la survenue d’effets indésirables similaires à une dysréflexie autonome particulièrement chez les individus avec un niveau de blessure au-dessus de T4.

NMES-RT avant vélo peut évoquer une plus grande hypertrophie musculaire et réduire la fatigue musculaire. Force et résistance à la fatigue accrue peuvent optimiser FES-ESL cyclisme et maximiser les résultats de la formation. Gorgey et coll. ont démontré que 12 semaines, deux fois par semaine, du NMES-RT a suscité une plus que 35 % favoriser la croissance musculaire et une diminution des IMF et le tissu adipeux viscéral22. En outre, NMES-RT a montré pour augmenter transporteur type 4 (GLUT-4) la concentration de glucose, qui est liée à la fatigue accrue résistance36,46. Sabatier et coll. ont signalé que la résistance à la fatigue des extenseurs du genou formés a augmenté de 33 % après 18 semaines de NMES-RT et ont conclu que NMES-RT suffisante pour évoquer l’hypertrophie musculaire, réduit également le muscle fatigue46. NMES-RT a montré pour évoquer une adaptation positive dans les mitochondries des cellules musculaires. Ryan et al. constaté une amélioration de 25 % en qualité mitochondriale après 16 semaines de NMES-RT, deux fois par semaine, chez les personnes atteintes chroniques complète SCI23. A combiné formation programme, tel que décrit dans le manuscrit actuel, visant à accroître les muscles masse et réduire le muscle fatigue peut améliorer la santé cardiométabolique et contribuer à FES-ESL étant plus efficace.

Il y a des preuves limitées d’adaptation cardiométabolique suite prolongée FES-ESL chez les personnes avec la SCI. FES-ESL formation a varié de 2 à 7 fois par semaine pendant 1,5 à 12 mois ; durée de l’exercice a varié de 20 à 60 min26. Des études antérieures à l’aide de FES-ESL montrent une amélioration modeste dans la sensibilité à l’insuline et de la capacité aérobique31,32. Mohr et coll. ont montré que 3 jours par semaine de FES-ESL effectués pour 1 h ont entraîné une amélioration de 25 % dans la sensibilité à l’insuline chez les personnes souffrant SCI31. De même, FES-ESL quotidienne de huit semaines a entraîné une amélioration de 33 % sensibilité à l’insuline pour 5 hommes avec cervicale SCI32. En outre, FES-LEC a montré un nombre limité réponse sur l’absorption d’oxygène et cardiovasculaire de la demande par rapport au bras de manivelle ergométrie (ACE) ou hybride exercise42.

La plupart des essais de FES-ESL utilisent une forme quelconque de support moteur lorsque le moteur de la moto s’applique des forces sur les pédales pour aider à compléter le cycle. Motorisation permet une plus grande proportion de personne avec SCI entreprendre FES cyclisme, surtout ceux incapable de générer et de maintenir une force musculaire suffisante pour faire tourner le volant ou ceux qui ont une faible tolérance à FES en raison de la sensation résiduelle43. Cependant, pour ceux capables de produire suffisamment de force musculaire, aide de FES moteur-soutien peut-être limiter les résultats de la formation. Pour cette raison, la méthode actuelle utilise uniquement moteur-prise en charge si le participant subit la fatigue des muscles et Pendant les phases de repos. Cela permet des extenseurs du genou, fléchisseurs du genou et muscle fessier groupes de niveau maximal d’effort à vélo qui peuvent maximiser cardiométabolique adaptation comme l’a démontré en augmentant la résistance et la puissance de sortie pendant 12 semaines de FES-LEC. En outre, FES-LEC est limitée par la fatigue musculaire rapide au cours du cyclage44, surtout lorsque vous utilisez un moteur-support minimal. Auparavant œuvre publiée a montré une grande variabilité dans le cyclisme endurance des personnes avec SCI. dix personnes avec moteur complet SCI pédalé à FES ergométrie jusqu'à leurs muscles fatigués. Un participant a exercé pour un total de 3 min alors qu’un autre exercé pendant 10 minutes44. Dans la présente étude de la formation, nous avons cherché à fournir une dose égale de traitement chez les participants sous la forme de 30 min de FES-formation. Cela garantira la cohérence de traitement entre chaque participant de s’assurer que l’adaptation, ou manque, est strictement en raison de la sortie des muscles activés et pas limitée par la durée du cyclisme.

Résultats représentatifs ont montré que, chez un individu avec la SCI dans les 12 semaines du FES-LEC a été précédée avec 12 semaines de NMES-RT, tant la résistance et la puissance a augmenté au cours de l’intervention. Contrairement aux études antérieures qui ont diminué la cadence pour augmenter la résistance 43,47, la présente étude a adopté une stratégie pour accroître la résistance avec une vitesse cible de 40-45 t/mn. C’est peut-être une stratégie couronnée de succès, surtout après 12 semaines de conditionnement les muscles à l’aide de NMES-RT pour améliorer la qualité de muscle22. Applications de la stimulation électrique, y compris de FES-LEC, devraient en bénéficier grandement améliorer la qualité de muscle48 et peuvent entraîner une plus grande force et la puissance des muscles entraînés. Une plus grande puissance de sortie peut entraîner cardiovasculaire et osseuse adaptation pour atteindre des résultats similaires à ce qui a été atteint à l’aide d’exercice ACE ou hybride. L’énergie produite par les muscles au cours de l’exercice de FES-LEC peut stimuler des adaptations à l’OS en exposant les membres inférieurs d’extrémité aux cycles de chargement répété à haute résistance. Par exemple, Johnston et coll. ont montré une faible cadence vélo à 2,9 que nm peut améliorer les paramètres de la santé des os après 6 mois de FES-ESL chez les personnes avec SCI comparée à haute cadence qui génère un couple de 0,8 Nm47. La présente étude a démontré que la résistance peut être augmentée jusqu'à 5,5 Nm. Il s’agit de double le couple de sortie signalée avec faible-cadence et il est susceptible d’avoir une plus grande incidence sur les paramètres de l’os et la santé cardiovasculaire.

L’ergomètre utilisé dans le protocole actuel (Table des matières) est géré directement à partir en fauteuil roulant des participants, éliminant le besoin de transfert et de permettre la stimulation jusqu'à 12 groupes de muscle de la cuisse, jambe et tronc. Nous avons choisi de stimuler le quadriceps, ischio-jambiers et grand fessier muscles du membre inférieur. Des essais ultérieurs seront développés pour stimuler les muscles abdominaux et chez les personnes atteintes Sci. en outre, l’ergomètre ne pèse que 39 kg, ce qui en fait beaucoup plus compact et adaptable que les autres ergomètres FES disponibles dans le commerce. L’ergomètre a également une fonction d’assistance moteur réglable qui permet au participant de maximiser sa formation sans support moteur lorsque cela est approprié. En outre, l’ergomètre permet en option moteur-assistance. Le protocole actuel permis moteur-support 1) la phase d’échauffement, 2) la première « transition active » (premier 1-2 min de la phase de l’exercice), la phase 3) chaque phase de repos et 4) si le participant fatigues contre résistance. Au cours de l’actif de vélo, le moteur ne soit pas adéquatement contester chaque participant. La fatigue musculaire au cours de cyclisme a été définie comme le point où tombe au-dessous de 18 tr/min. De plus, Gorgey et coll. ont démontré l’effet d’entraînement de trois paramètres de stimulation différents, dont la durée d’impulsion varie (200, 350 et 500 µs), sur l’exécution du cyclisme à 10 personnes avec SCI chronique. Après une seule séance de FES-LEC, couple des extenseurs du genou a baissé de 33 à 59 % et est demeurée significativement non recouvrée suivant 48-72 h44. Se fondant sur ces constatations, nous pensons que deux fois par semaine est une dose d’exercice raisonnable pour des individus avec SCI chronique et suffisamment de temps (48 h) vous permet de récupérer des muscles fatigués.

Pendant FES-LEC, les paramètres de stimulation sont définis afin d’éviter des épisodes de dysréflexie autonome, tout en favorisant encore robuste cardiométabolique adaptation ; les paramètres ont été conçus avec cet équilibre à l’esprit et sont les suivantes : fréquence (Hz 33,3), résistance (réglable), cible de vitesse (40-45 t/mn) et la durée de l’impulsion (350 µs). Fréquence est fixé à 33,3 Hz pour minimiser la fatigue musculaire ; amplitude du courant (% stimulation) est progressivement augmentée de l’ergomètre pour maintenir une vitesse supérieure à 18 tr/min. Des découvertes récentes suggèrent qu’une durée d’impulsion supérieure à 350 µs pendant FES ergométrie déclenche une dysréflexie autonome chez les personnes souffrant SCI44. En outre, une durée d’impulsion de 350 µs augmentée de dépense d’énergie delta par rapport à une durée d’impulsion de 200 µs. En outre, dépense d’énergie delta n’était pas tout plus grande lorsque la valeur 500 µs44. L’incidence plus élevée de dysréflexie autonome durant FES-LEC peut être attribuée au fait que les 6 groupes de muscles sont stimulés simultanément. Cela est susceptible d’augmenter la densité de courant et le nombre des nocicepteurs activés, ce qui entraîne des inondations des stimuli nocifs pour le système nerveux. C’est peu probable de se produire au cours de NMES-RT en raison de la formation d’un groupe musculaire unique ; Toutefois, cela peut se produire chez les personnes ayant un niveau élevé de blessures similaires à C6 Sci. clinique anecdotique expérience a montré que cela est susceptible de disparaître avec la formation de personnes avec la SCI devient moins susceptibles de développer une dysréflexie autonome. Les paramètres susmentionnés ont été validées afin d’assurer la sécurité des participants, tout en maximisant les résultats de la formation.

Il y a très peu de limitations qui doivent être abordés lors de l’examen similaire combinée des protocoles d’entraînement. Inévitablement, les résultats de la formation et la composition corporelle peuvent être confondus par certaines variables ; la plus grande étant diététique apport. Pour éliminer cette variabilité autant que possible, cliniciens devraient évaluer les rapports de l’apport calorique sur une base hebdomadaire. La collection des rapports hebdomadaires, peut permettre aux cliniciens de suivre de près l’apport calorique extra (> 300 - 500 kcal/semaine de sa ligne de base BMR) et instruire des personnes de la SCI pour ajuster ses ratios de macronutriments selon les besoins. En plus de la variabilité du régime alimentaire, le programme de formation actuel peut-être pas applicable pour les 20-25 % de la population de SCI qui ne peut exercer à l’aide de stimulation électrique due à la dénervation du muscle squelettique. En outre, les données précédentes montrent que les personnes avec la SCI sont susceptibles de perdre les avantages de la formation après la cessation de la formation programme49; par conséquent, interventions cliniques devraient fournir des mécanismes visant à garantir la conformité à long terme, semblable à la réduction de la fréquence de formation à deux fois par semaine et/ou fournissant des solutions de rechange de télésanté à domicile24. Futures études examinant les effets de NMES-RT et FES-ESL devraient utiliser télésanté stratégies pour surmonter les obstacles socio-économiques afin d’exercer et d’encourager la conformité à long terme. NMES-RT, réalisée à l’aide de télésanté vidéoconférence était capable de muscle de la cuisse absolue a augmenté de 11 % et la diminution des IMF de cuisse entière de 14 % chez les cinq hommes avec moteur complet SCI24. Formation a été réalisée deux fois par semaine pendant 8 semaines à l’aide d’un stimulateur portable fonctionnant sur batteries. Les participants ont été suivis par webcam pour garantir sécurité et installation correcte tout au long de la formation programme24.

L’utilisation du NMES-RT en combinaison avec FES-ESL peut être une stratégie efficace pour maximiser les résultats de la formation de la stimulation électrique bi-hebdomadairement. À l’aide de NMES pour stimuler les muscles de la cuisse s’est avérée évoquent l’hypertrophie musculaire, augmenter la force et réduire la fatigue. Muscles des jambes plus fortes et plus maigre peuvent être en mesure d’évoquer une plus grande puissance à vélo, plus efficacement utilisent l’oxygène et maximiser les avantages de cardiométabolique de formation chez les personnes souffrant de SCI.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier les participants qui ont consacré temps et efforts pour participer aux études précédentes. Nous tenons à remercier Hunter Holmes McGuire Research Institute et les Services de blessure de la moelle épinière et les troubles qui l’environnement pour mener des essais cliniques humains. Ashraf S. Gorgey est actuellement pris en charge par le ministère des anciens combattants, Administration de santé des anciens combattants, Rehabilitation Research et Development Service (B7867-W) et DoD-PCSEIM (W81XWH-14-SCIRP-CTA).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
adhesive carbon electrodes (2 of each) Physio Tech (Richmond, VA, USA 23233) PT3X5
PALS3X4
E7300		 7.5' x 12.7'
7.5' x 10'
5' x 9'
TheraTouch 4.7 stimulator Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406) 400-082 41.28' x 39.37' x 17.78' (8.91 kg)
power: 110 VAC at 60 Hz / 220VAC at 50 Hz
power consumption: 110 Watts
Red & White Lead Cords (2) Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406) A1717 2.0 m
RT300-SL FES Ergometer Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231) RT300-SL 80' x 49' x 92-103' (39 kg)
16 channel
speed: 15 – 55 rev/min
elastic NuStim wraps (2) Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341) PP108666 36"
wooden wheelchair break (2) n/a n/a n/a
pillow/cushion n/a n/a standard
ankle weights n/a n/a 2-26 lb.

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Gorgey, A. S., Khalil, R. E., Lester, R. M., Dudley, G. A., Gater, D. R. Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury. J. Vis. Exp. (132), e57000, doi:10.3791/57000 (2018).

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