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Behavior

Paradigmen der unteren Extremität Elektrostimulation Training nach Verletzungen des Rückenmarks

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

Verletzung des Rückenmarks ist eine traumatische Erkrankung, die erhöhten Risiken des chronischen sekundären Stoffwechselstörungen führen kann. Hier präsentierten wir ein Protokoll mit Oberfläche neuromuskuläre elektrische Stimulation-Krafttraining in Verbindung mit funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremitäten Radfahren als eine Strategie um mehrere dieser medizinischen Probleme zu lindern.

Abstract

Skelettartiger Muskelatrophie, erhöhte Adipositas und reduzierte körperliche Aktivität sind wichtige Änderungen, die nach Verletzungen des Rückenmarks (SCI) beobachtet und mit zahlreichen kardiometabolischen Gesundheitsfolgen verbunden. Diese Änderungen werden voraussichtlich erhöhen das Risiko der Entwicklung von sekundären Erkrankungen und Auswirkungen auf die Lebensqualität bei Personen mit Sci Oberfläche neuromuskuläre elektrische Stimulation hervorgerufen Krafttraining (NMES-RT) als eine Strategie zur entwickelt wurde dämpfen den Prozess der skelettartigen Muskelatrophie, ektopische Adipositas zu verringern, Verbesserung der Insulinempfindlichkeit und mitochondriale Kapazitäten. NMES-RT ist jedoch beschränkt auf nur eine einzelne Muskelgruppe. Unter Beteiligung mehrerer Muskelgruppen der unteren Extremitäten kann die gesundheitlichen Vorteile des Trainings maximieren. Funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremität Radfahren (FES-LEC) ermöglicht die Aktivierung von 6 Muskelgruppen, dürfte mehr Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Anpassung zu evozieren. Ausreichende Kenntnisse der die Stimulationsparameter ist der Schlüssel zur Maximierung der Ergebnisse der Elektrostimulation Training bei Personen mit Sci Adopting Strategien für den langfristigen Einsatz der NMES-RT und FES-LEC während der Rehabilitation kann die Integrität der den Muskel-Skelett-System, eine wichtige Voraussetzung für klinische Studien mit dem Ziel, wiederherzustellen, zu Fuß nach Verletzungen. Die aktuellen Manuskript stellt ein kombiniertes Protokoll mit NMES-RT vor FES-LEC. Wir stellen die Hypothese auf, dass Muskeln bedingt für 12 Wochen vor dem Radfahren in der Lage werden, mehr Energie zu erzeugen Zyklus gegen einen höheren Widerstand und führen größere Anpassung bei Personen mit Sci.

Introduction

Schätzungen zufolge rund 282.000 Personen in den USA derzeit mit Rückenmark Verletzungen (SCI)1 Leben. Im Durchschnitt gibt es etwa 17.000 neue Fälle pro Jahr, hauptsächlich verursacht durch Kraftfahrzeug Abstürze, Gewalt-und sportliche Aktivitäten-1. SCI führt zu teilweise oder vollständige Unterbrechung der neuronale Übertragung über und unterhalb der Verletzung2, sub-lesional/sensorischen oder motorischen Verlust. Nach einer Verletzung ist die Aktivität des skelettartigen Muskels unterhalb der Verletzung stark reduziert, führt zu einem raschen Rückgang der Muskelmasse und damit einhergehende Infiltration ektopische Fettgewebe oder intramuskuläre Fett (IWF). Studien haben gezeigt, dass Skelettmuskel der unteren Extremität signifikante Atrophie in den ersten Wochen der Verletzung, über das Ende des ersten Jahres3,4erlebt. Als 6 Wochen nach der Verletzung, Personen mit erfahrenen komplette SCI ein 18-46 % Rückgang der sub-lesional Muskel-Größe, Alter und Gewicht abgestimmt abled-bodied Kontrollen verglichen. Von 24 Wochen nach der Verletzung könnte die Skelettmuskulatur Querschnittsfläche (CSA) so niedrig wie 30 bis 50 %3. Gorgey und Dudley zeigten, dass Skelettmuskeln verkümmern um 43 % der ursprünglichen Größe 4,5 Monate nach der Verletzung und notierte eine dreimal größerer Menge des IWF bei Personen mit unvollständigen SCI gegenüber Behinderten-bodied4steuert weiterhin. Verlust der stoffwechselaktive Muskelmasse führt zu einer Reduzierung in den Grundumsatz (BMR)2,6, welche Konten für ∼65 - 70 % der täglichen Energie Gesamtausgaben; solche Kürzungen im BMR können zu einer schädlichen Energie-Ungleichgewicht führen und zunehmende Adipositas nach Verletzungen2,7,8,9,10,18. Erhöhte Adipositas wurde in Verbindung mit der Entwicklung von sekundären Erkrankungen einschließlich Bluthochdruck, Typ II Diabetes Mellitus (T2DM) und Herz-Kreislauf-Krankheit2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. Darüber hinaus können Personen mit SCI leiden an Unterernährung und Vertrauen auf eine fettreiche Ernährung. Diätetische Fettzufuhr kann entfallen 29 bis 34 % der Fettmasse bei Personen mit SCI, die wahrscheinlich ein Faktor erklärt zunehmende Adipositas und der steigenden Prävalenz von Übergewicht innerhalb der SCI Bevölkerung12,13.

Neuromuskuläre elektrische Stimulation hervorgerufen Krafttraining (NMES-RT) wurde entwickelt, um die Hypertrophie der gelähmten Skelettmuskulatur19,20,21,22,23induzieren, 24. Folgenden zwölf Wochen zweimal wöchentlich NMES-RT, skelettartiger Muskel CSA des gesamten Oberschenkel, Knie Beinstrecker und Knie Flexor Muskelgruppen stieg um 28 %, 35 % und 16 %, bzw.22. Dudley Et Al. zeigte, dass 8 Wochen zweimal wöchentlich der NMES-RT restauriert Knie Beinstrecker Muskel-Größe auf 75 % der Originalgröße bei sechs Wochen nach der Verletzung19. Darüber hinaus Mahoney Et Al. verwendet das gleiche Protokoll und eine 35 % und 39 % Anstieg rechts und links Rectus Femoris Muskeln nach 12 Wochen NMES-RT-20.

Funktionelle elektrische Stimulation-untere Extremitäten Radfahren (FES-LEC) ist eine verbreitete Reha-Technik verwendet, um die untere Extremität Muskelgruppen nach SCI25,26ausüben. Im Gegensatz zu NMES-RT, FES-LEC stützt sich auf Anregung von 6 Muskelgruppen, was zu erhöhten Hypertrophie führen kann und Verbesserungen in den kardiometabolischen Profil10,25,26,27, 28. Dolbow Et Al. gefunden Sie diese Ganzkörper schlanke Masse stieg um 18,5 % nach FES-LEC im Einzelfall mit SCI2756 Monaten. Nach zwölf Monaten dreimal wöchentlich FES-LEC, eine 60-jährige Frau mit Querschnittslähmung erfahrenen lehnen eine 7,7 % Steigerung im gesamten Körper Masse und eine 4,1 % Zunahme Bein lehnen Masse28. Routinemäßigen Einsatz von funktionellen Elektrostimulation (FES) ist Verbesserung der Risikofaktoren des kardiometabolischen Bedingungen nach SCI10,25,26zugeordnet.

Ideale Kandidaten für die elektrische Stimulation Ausbildung werden entweder motor kompletten oder unvollständigen Verletzungen mit intakten peripheren motorischen Neuronen und begrenzte untere Extremität Gefühl haben. Die aktuellen Manuskript beschreibt einen kombinierten Ansatz mit NMES-RT und FES-LEC zur Verbesserung der Ergebnisse der Elektrostimulation Ausbildung bei Personen mit chronischen Sci. Der Prozess der NMES-RT mit Gewichten Knöchel werden skizziert, wobei wichtige Schritte innerhalb des Protokolls und der Gesamtnutzen die Intervention bietet für Personen mit chronischen Sci. Das zweite Ziel ist, den Prozess der FES-LEC entwickelt, um den allgemeinen kardiometabolischen Effekt der Intervention zu maximieren zu beschreiben. Bisherigen Arbeit hat unser rationales bestätigt, dass eine kombinierte Ausbildung Protokoll mehr Ergebnisse nach 24 Wochen der Elektrostimulation Ausbildung20,21,22,23,24 hervorrufen kann ,25,26,31,32,33,34,35,36.

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Protocol

Das Trainingsprotokoll beschrieben in diesem Manuskript ist mit clinicaltrials.gov Identifier (NCT01652040) registriert. Das Trainingsprogramm beinhaltet NMES-RT mit Fussblei und FES-LEC. Alle notwendige Ausrüstung ist in Tabelle 2aufgelistet. Das Studienprotokoll und Einverständniserklärung wurden überprüft und genehmigt von der Richmond VAMC institutionelle Review Board (IRB) und Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Alle Abläufe wurden erklärt im Detail, jeder Teilnehmer vor Beginn der Studie.

1. Teilnehmer Rekrutierung

  1. Durchführen Sie eine pre-screening Bewertung mit potenziellen Teilnehmern.
    1. Gründlich erklären die Details des Protokolls Ausbildung einschließlich der Länge der Studie (24 Wochen), mehrmals pro Woche (zweimal wöchentlich) und Dauer der Sitzungen (NMES-RT: 30 min und FES-LEC: 45-60 min).
      Hinweis: Für die ersten 12 Wochen, gefolgt von 12 Wochen von FES-LEC NMES-RT erfolgt.
    2. Beschreiben Sie die medizinischen Anforderungen an den potenziellen Teilnehmer einschließlich: männlich oder weiblich mit SCI, amerikanische spinale Verletzungen Klassifizierung (AIS) A, B oder C (die mit einem AIS "C"-Klassifizierung, die nicht aufstehen und gehen), 18 bis 65 Jahren, mehr als 1 Jahr nach der Verletzung, Body-mass-Index (BMI) ≤ 30 kg/m2, motor komplett oder unvollständig C5-L2 Maß an Verletzungen.
    3. Die medizinischen Einschränkungen an den potenziellen Teilnehmer einschließlich zu beschreiben: eine Diagnose von Herz-und Kreislauferkrankungen, unkontrollierte Typ II Diabetes Mellitus oder auf Insulin, unkontrollierte Hypertonie, Druck Wunden Stufe 3 oder höher, urinausscheidende Fläche Infektion oder Symptome, Osteoporose mit T-Score-2.5 und Schwangerschaft für Frauen mit Sci.

(2) NMES-RT

  1. Sicherzustellen Sie, dass der Teilnehmer seine/ihre Blase aufhebt und Messen Sie die ruhenden Blutdruck und Herzfrequenz zu. Im Rollstuhl sitzend Teilnehmer weisen der Teilnehmers seine/ihre Schuhe ausziehen. Legen Sie eine Kissen hinter das Kalb, das Bein im Knie Beugung abzufedern. Fussblei (0-26 lbs) bis zu den Knöcheln des Teilnehmers (Abbildung 1) gelten.
    Hinweis: Die ersten 2 Sitzungen erfolgen ohne Fussblei zu sicherzustellen, dass der Teilnehmer seine/ihre Bein gegen die Schwerkraft heben kann.
  2. Zwei 7,5 cm x 12,7 cm Kleber Kohleelektroden bilateral über den Knie Beinstrecker Muskel-Gruppe auf die Haut auftragen.
    1. Legen Sie die distalen Elektrode ~1/3 den Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falte und Medial auf der Mittellinie des Quadrizeps. Legen Sie die Elektrode längs und parallel zur Mittellinie Achse läuft von der Hüfte bis die Kniegelenke (Abbildung 2).
    2. Die proximale Elektrode seitlich zu platzieren und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel. Legen Sie die Elektrode längs und parallel zur Mittellinie Achse (Abbildung 2).
  3. Eine tragbaren Stimulator auf einer Frequenz von 30 Hz und eine biphasische rechteckig Impulsbreite von 450 µs und 50 µs interpulse Intervall19,20,21,22,23,24 ,37,38,39. Schließen Sie die Kabel aus den Stimulator für jede Elektrode.
    Hinweis: Die Polarität der Elektroden Stimulation Muster beeinflusst nicht, solange die Elektroden richtig positioniert sind.
  4. Beginnend mit dem rechten Bein, die aktuelle schrittweise erhöhen, bis eine sichtbare spürbare Spannung in die Knie Beinstrecker Muskel-Gruppe erkannt wird. Langsam den Strom auf volle Kniestreckung (max. 200 mA) evozieren Rampe weiter. Lassen Sie das Bein weiterhin erweiterte für 3-5 s, maximale Spannung in der aktivierten motorischen Einheiten zu erwähnen.
  5. Schrittweise Verringerung des Stroms bis es ist unter 50 % des aktuellen Ziels erforderlich, um das Bein Strecken und bewegen Bein exzentrisch in die Ausgangsposition zurück. Notieren Sie die aktuelle Amplitude notwendig, volle Beinverlängerung zu evozieren.
  6. Absolvieren Sie einseitige, einschließlich 4 Sätze 10 Wiederholungen pro Bein und Wechsel zwischen rechten und linken Beine. Lassen Sie das Bein 3-5 s zwischen den einzelnen Wiederholungen und 3 Minuten zwischen den Sätzen ausruhen. Wenn Teilnehmer nicht volle Kniestreckung erreicht, zeichnen Sie die % Bewegungsfreiheit und erhöhen Sie die Zeit zwischen Wiederholungen.
    Hinweis: Muskelermüdung ist definiert als zwei aufeinander folgenden Wiederholungen mit einer Palette von Bewegung ≤ 25 %.
  7. Versuchen Sie jeder der vier Gruppen, aber wenn Teilnehmer Muskelermüdung auftritt, den aktuellen Satz zu beenden und das andere Bein Training weiter. Wenn volle Kniestreckung für 2 aufeinander folgende Trainingseinheiten ohne Ermüdung der Muskulatur erreicht wird, fügen Sie 2 lbs Fussblei in der folgenden Woche der Ausbildung.

(3) FES-LEC

  1. Des Teilnehmers ruhenden Blutdruck und Herzfrequenz zu messen. Positionieren Sie die Teilnehmer vor dem FES Ergometer Bike (Table of Materials) Sitz in seine/ihre persönliche Kraft oder manuellen Rollstuhl (Abb. 3a, Abb. 3 b).
  2. Die Knie Beinstrecker Klebstoff Kohleelektroden zuweisen, Knie Flexor und Musculus Muskelgruppen bilateral.
    1. Die distale Elektrode (7,5 x 12,7 cm) Platz für Knie Streckern, auf der Haut 1/3 der Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falten über den Vastus Medialis Muskel. Die proximale Elektrode seitlich zu platzieren und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel (Abb. 4a).
    2. Platz für Knie Flexoren, die distale Elektrode (7,5 x 10 cm) auf der Haut ca. 2-3 cm oberhalb der popliteal Fossa. Legen Sie die proximale Elektrode 20 cm oberhalb der popliteal Fossa (Abbildung 4 b). Um Bewegung der distalen Elektrode zu verhindern, gelten Sie eine elastische Hülle für sichere Positionierung der Elektrode (Abb. 3a).
    3. Weisen Sie für Gluteus Maximus an, die Teilnehmer müssen nach vorne beugen, auf dem Ergometer. Legen Sie zwei Elektroden (5 x 9 cm) Bauch parallel und auf die Masse des Muskels; ermöglichen ~ zwei Finger Breite der Trennung zwischen den Elektroden.
  3. Schließen Sie mit dem Teilnehmer in seinem Rollstuhl sitzt und zentriert vor dem Ergometer die Kabel aus den Stimulator zu jedem der 12 Elektroden. Überprüfen Sie ist die Vorder- und Rückseite des Ergometers um sicherzustellen, dass den Teilnehmer richtig zentriert.
  4. Sicherzustellen Sie, dass der Teilnehmer Rollstuhl gesperrt ist und legen Sie sanft des Teilnehmers Fuß (mit Tennis-Schuhe) in die Pedale (Abbildung 6). Sichern Sie die Unterschenkel auf dem Ergometer mit den elastischen Riemen, eingehüllt in eine Stoffbespannung. Sichern des Teilnehmers Füße mit zwei Gummibändern und Velcro befindet sich auf jedes Blütenblatt (Abbildung 5).
  5. Nach Umreifen die Beine auf dem Ergometer, passiv bewegen Sie die Beine so das Radfahren Muster beobachten. Wenn die Beine auch komprimiert sind oder überstreckt, passen Sie die Höhe des Fahrrades und überprüfen Sie die Position durch das Bein passiv bewegen.
  6. Sichern des Teilnehmers Rollstuhl auf dem Ergometer mit zwei ausziehbaren Haken am Fuße des Ergometers. Schließen Sie die Haken an eine stabile Struktur unter dem Rollstuhl (Abbildung 5). Legen Sie zwei hölzerne Pausen unter die Räder des Rollstuhls, um jede Bewegung des Stuhls während des Fahrens zu verhindern.
  7. Festlegen der Stimulationsfrequenz 33,3 Hz, Impulsdauer, 350 µs und die aktuelle Amplitude 140, 100, 100 mA für die Knie Beinstrecker, Knie Flexor und Gluteus Maximus Muskel-Gruppen, beziehungsweise.
  8. Legen Sie die Zyklus-Parameter wie folgt: Ziel Geschwindigkeit von 40-45 Umdrehungen pro Minute (u/min); einstellbare Drehmoment des Motors ab 10 Nm; Widerstand von 1.0, 1.5 und 2.0 Nm für Übung inszeniert I, II und III.
  9. Legen Sie das Intervall Trainings-Parameter wie folgt: 3 min "warm up" Phase; drei 10-min Übung Stufen (Stimulation); eine 2-min Ruhephase nach jeder Übung Bühne; und 3 min "abkühlen" Phase.
  10. Basierend auf der Ebene der Verletzung (über oder unter T4), Maßnahme die Blut Druck und Herz Rate alle 2 bis 5 min um zu verhindern das Auftreten von Symptomen der autonomen Dysreflexie.
  11. Wenn Blutdruck erhöht bleibt, stoppen Sie das Ergometer und weisen Sie den Teilnehmer, seine/ihre Blase unwirksam oder ausruhen, wenn sie bereits storniert haben. Darüber hinaus prüfen Sie, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer korrekt eingesetzt wurde, um Druckstellen zu reduzieren und prüfen, ob die Schuhe oder Gurte nicht übermäßig fest angezogen sind. Blutdruck und zeitnah überwacht alle 2 min. Wenn der Blutdruck wieder erholt, Ausbildung; Wenn Blutdruck erfüllter bleibt, beenden Sie die Sitzung und weisen Sie die Teilnehmer zu seinem Hausarzt zu sehen.
    Hinweis: Es ist wichtig, um sicherzustellen, dass Teilnehmer konsequent ihre Blutdruck-Medikamente, wenn überhaupt, und ihre Blase vor FES-Radfahren nichtig.
  12. Aufzeichnen des Teilnehmers Herzfrequenz, Geschwindigkeit, Kraft, Strecke, Widerstand und % Stimulation alle 30 s.
  13. Wenn Teilnehmer eine ganze Trainingseinheit ohne Ermüdung abschließt (< 18 u/min bei aktiv Radfahren zu beschleunigen), verringern die Servounterstützung Drehmoment des Motors von 1 Nm der folgenden Sitzung, sonst halten alle Parameter gleich.
  14. Wenn Teilnehmer zwei Trainingseinheiten Training ohne Ermüdung oder die Verwendung von Servo Motorunterstützung in Übung Phasen abgeschlossen wird, erhöht den Widerstand von 0,5 Nm in den einzelnen Phasen der Übung.

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Representative Results

Fussblei erhöht schrittweise für 22 Teilnehmer, über 16 Wochen NMES-RT (Abb. 6a). Die durchschnittliche Gewichte gehoben von den Teilnehmern war 19,6 ± 6,5 Pfund (rechtes Bein) und 20 ± 6 lbs (linkes Bein) [8-24 lb.]. Aktuelle Amplitude schwankte während des Versuches für rechten und linken Beine (Abb. 6 b).

Weiterentwicklung des Individuums mit Motor, die komplette SCI nach 12 Wochen der FES-LEC Ausbildung in Tabelle 1markiert ist. Die Ergebnisse zeigen, dass mit FES-LEC, gibt es eine Erhöhung des Anteils der aktuellen Stimulation für den erhöhten Schwungrad Widerstand über 12 Wochen Training auszugleichen. Schwungrad Widerstand stieg um 3 - 4 Mal in jeder der 3 Phasen im Laufe der 12-Wochen-Schulung (Tabelle 1). Der Widerstand entwickelte sich von 1,6 auf 5,1 Nm (Phase I), 2.12 bis 5,5 Nm (Stufe II) und 2.12 bis 5,5 Nm (Stadium III). Es ist erwähnenswert, dass jeder 10-min-Phase durch eine 2-min Ruhephase durchsetzt war in dem Teilnehmer passiv gegen 0,77 radelte Nm.

Schließlich erhöht Leistung von 2-bis 4-Mal in jeder der 3 Phasen zwischen 1 Woche und Woche 12 (Tabelle 1). Macht entwickelte sich von 4 bis 14 W (Phase I), 5.4, 11,24 W (Stufe II) und 2,6 bis 11 W (Stadium III).

Figure 1
Abbildung 1: NMES-RT Setup zeigt die Oberflächenelektroden, Stimulator, bilaterale Fussblei und Kissen Kissen. Vier Gruppen von zehn Wiederholungen sind für rechten und linken Beine abgeschlossen. Gewichte sind schrittweise um 2 lbs pro Woche erhöht, wenn jeder Satz ohne Ermüdung der Muskulatur abgeschlossen ist. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Knie-Beinstrecker Oberflächenelektroden während NMES-RT. Eine Elektrode liegt ~1/3 der Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falte und Medial auf der Mittellinie des Quadrizeps. Eine zweite Elektrode ist seitlich platzierte und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3. Anterior (a) und laterale (b) Blick auf Bike-Setup während der FES-LEC. Der Teilnehmer ist in seinem Rollstuhl sitzt und sicherte sich am Rad durchführen FES Radfahren. Jedes Bein, das distale Knie Flexor Elektroden zu sichern sind elastischen Wickel gewickelt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4. Die Knie Beinstrecker Oberflächenelektroden (a) während der FES-LEC und die Knie Flexor verwendet Oberfläche Elektroden (b). (a) eine Elektrode befindet sich ~1/3 der Abstand zwischen der Patella und inguinalen Falte und Medial auf der Mittellinie des Quadrizeps. Eine zweite Elektrode ist seitlich platzierte und angrenzend an die inguinalen Falte über den Vastus Lateralis Muskel. (b) während das Standbein befindet sich eine Elektrode auf der Haut ca. 2-3 cm oberhalb der popliteal Fossa; die zweite Elektrode wird 20 cm oberhalb der popliteal Fossa platziert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5. Des Teilnehmers Fuß auf das Pedal durch die Kreuzung von zwei elastische Bänder befindet sich auf jedes Blütenblatt gesichert ist. Es ist wichtig, dass diese Gurte fest angezogen werden, um zu verhindern, dass den Fuß bewegen, wenn Radfahren gegen Widerstand erhöht. Der Patient Rollstuhl ist das Fahrrad mit den zwei ausziehbaren Haken am Fuße des Fahrrads befestigt. Einmal am Rollstuhl befestigt, sind diese Haken gekröpft und gestrafft, um locker zu entfernen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6. Das Fortschreiten der Fussblei (lbs) von 22 Teilnehmer in 16 Wochen der NMES-RT und das Fortschreiten der aktuellen Amplitude (mA) in 16 Wochen der NMES-RT. (a) Gewicht wurde um 2 lbs wöchentlich erhöht, wenn der Teilnehmer 4 Sätze 10 Wiederholungen ohne Ermüdung der Muskulatur vollenden konnte. (b) während des Trainings wurde aktuelle Amplitude allmählich erhöht, um das Bein in voller Kniestreckung zu bringen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Woche 1 Woche 4 Woche 8 Woche 12
Stimulation der Prozentsatz der aktuellen Amplitude Stufe 1 74 72 88 90
Stufe 2 98 96 99 100
Stufe 3 100 99 100 100
Schwungrad Widerstand (Nm) Stufe 1 1.0 1.5 3.1 4.5
Stufe 2 1.6 2.1 3.5 5.1
Stufe 3 2.1 2.5 4.0 5.5
Leistung (Watt) Stufe 1 4.0 6.5 10.0 14.0
Stufe 2 5.4 8.4 9.3 11.2
Stufe 3 2.6 7.5 8.4 11.0

Tabelle 1: Prozentsatz Stimulation der aktuellen Amplitude, Schwungrad Widerstand und Leistung erhöht in den 12 Wochen der FES-LEC im Einzelfall mit Sci Widerstand wurde jede Woche erhöht, wenn 2 Sitzungen ohne Nachweis der Muskelermüdung (Geschwindigkeit < 18 u/min) abgeschlossen wurden. Prozentsatz Stimulation erhöht sich allmählich im Laufe der 12 Wochen der Ausbildung. Leistung stieg während jeder Phase inkrementelle Bewegung und im Laufe der Ausbildung. Hinweis: Daten sind von einem Teilnehmer absolviert 12 Wochen von FES-LEC nach 12 Wochen der NMES-RT.

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Discussion

Die aktuelle Studie zeigte zwei verschiedene Paradigmen der elektrischen Stimulation. Ein Paradigma konzentriert sich auf die Implementierung von progressive laden an den trainierten Muskel Hypertrophie der Skelettmuskulatur hervorrufen und die andere Paradigma richtet sich vor allem zur Verbesserung der Herz-Kreislauf-metabolische Leistung über die Verbesserung der aeroben Kapazität. Die Studie gewährleistet, beide Paradigmen zu vergleichen und die vor- und Nachteile der einzelnen hervorheben.

NMES-RT ist als wirksam erwiesen in Wiederherstellung Muskelgröße und aussagekräftige Hypertrophie bei Personen mit akuten und chronischen SCI19,20,21,22,23,24. Die aktuelle Intervention setzt auf dual-Channel-Stimulation-Einheiten, die in den meisten klinischen Einstellungen oder für den privaten Gebrauch für Personen mit Sci zugänglich sein dürfte Es ist ein unbegründeter Mythos, dass progressive Laden der gelähmten Knie Beinstrecker Fraktur des Femur- oder tibiale Kondylen führen kann. Jedoch erleben auf der Grundlage der aktuellen Erkenntnisse wir und andere keine einzelne Inzidenz von Bruch. Dies kann hervorheben, dass das aktuelle Protokoll sicher und zugänglich nach Sci verwendet werden

Bei der Verwendung von NMES-RT wird eine biphasische Welle bevorzugt, da es bewiesen ist, werden sicher und erzeugen eine starke Muskelkontraktion, die das Bein gegen die Schwerkraft beim Heben von Gewichten Knöchel verlängern kann. Die biphasische Welle scheint für jene Einzelpersonen mit intakten Gefühl komfortabel und gut verträglich sein. Die Frequenz (30 Hz), biphasische Dauer (400 µs) mit Inter Impulsabstand (50 µs) werden anhand unserer bisher veröffentlichten Forschung zeigt, dass eine niedrigere Frequenz reduziert die Ermüdung der Muskeln und hilft tetanische Kontraktion der Knie Streckern37 produzieren ausgewählt ,38. Eine Impulsdauer von 450 µs hat gezeigt, Aktivierung der stimulierten Muskeln erhöhen und erzeugen größere evozierten Drehmoment, sorgt so für maximale Einstellung von gelähmten Muskeln während der Ausbildung37. Darüber hinaus ist es notwendig, allmählich Rampe den Strom auf übermäßige aktuelle Amplitude verzichten, die schnelle Muskelermüdung in die Knie-Streckern verursachen können. Die Trainingsstrategie einschließlich der Höhe der Rest, Frequenz und Impulsbreite sollen verhindern das Auftreten von unerwünschten Ereignissen ähnlich wie autonome Dysreflexie vor allem bei Personen mit einer Verletzung über T4.

NMES-RT vor Radfahren kann evozieren mehr Muskel-Hypertrophie und verringern Ermüdung der Muskulatur. Erhöhte Dauerfestigkeit und Stärke können zu optimieren, FES-LEC Rad- und Training Ergebnisse zu maximieren. Gorgey Et Al. zeigten, dass 12 Wochen zweimal wöchentlich, der NMES-RT eine mehr löste als 35 % Zunahme der Muskelmasse und IWF und viszeralen Fettgewebe22verringert. Darüber hinaus ergab die NMES-RT Transporter Typ 4 (GLUT-4) Glukosekonzentration, erhöhen die erhöhte Müdigkeit Widerstand36,46zugeordnet ist. Sabatier Et Al. berichtet, dass die Dauerfestigkeit von ausgebildeten Knie Streckern stieg um 33 % nach 18 Wochen der NMES-RT und kam zu dem Schluss, dass NMES-RT ausreichen, um Muskel-Hypertrophie, evozieren reduziert auch Muskel-Müdigkeit-46. NMES-RT nachweislich um positive Anpassung in den Mitochondrien der Muskelzellen zu evozieren. Ryan Et Al. eine 25 % ige Verbesserung festgestellt in mitochondrialen Kapazität nach 16 Wochen der NMES-RT, zweimal wöchentlich, bei Personen mit chronischen komplette SCI23. A kombiniert Trainingsprogramm, wie im aktuellen Manuskript, entworfen, um die Muskelmasse zu erhöhen beschrieben Masse und Muskeln verringern Ermüdung kann kardiometabolische Gesundheit zu verbessern und dazu beitragen, FES-LEC wirksamer.

Es gibt wenige Anhaltspunkte kardiometabolischen Anpassung nach längerer FES-LEC bei Personen mit SCI. FES-LEC Ausbildung sehr unterschiedlich von 2 bis 7 Mal pro Woche für 1,5 bis 12 Monate; Trainingsdauer variierte von 20 bis 60 min.26. Frühere Studien mit FES-LEC zeigte eine bescheidene Verbesserung in Insulin-Empfindlichkeit und der aeroben Fitness31,32. Mohr Et Al. zeigten, dass 3 Tage in der Woche von FES-LEC durchgeführt, für 1 h in eine 25 % ige Verbesserung Insulin-Empfindlichkeit bei Personen mit SCI31geführt. In ähnlicher Weise führte acht Wochen der täglichen FES-LEC eine 33 % ige Verbesserung in Insulin-Empfindlichkeit für 5 Männer mit zervikalem SCI-32. Darüber hinaus zeigten die FES-LEC einer begrenzte Reaktion auf Sauerstoffaufnahme und Herz-Kreislauf-Nachfrage im Vergleich zum arm Kurbel-Ergometrie (ACE) oder hybride Übung42.

Die meisten FES-LEC Studien verwenden irgendeine Form der Motorhalterung wo gilt der Motor des Motorrades Kräfte auf die Pedale, bei Abschluss des Zyklus. Motorisierung ermöglicht einen größeren Anteil der Person mit SCI verpflichtet FES Radfahren, vor allem jene nicht in der Lage zu generieren und zu pflegen ausreichende Muskelkraft, drehen Sie das Schwungrad oder solche mit geringer Toleranz Fes durch passives Gefühl43. Jedoch kann für diejenigen in der Lage, ausreichende Muskelkraft, Unterstützung von FES Motor-Unterstützung die Ergebnisse des Trainings beschränken. Aus diesem Grund verwendet die aktuelle Methode nur Motor-Unterstützung, wenn der Teilnehmer Ermüdung der Muskeln erfährt und in den ruhenden Phasen. Dadurch können die Knie Beinstrecker, Knie Flexor und Gesäßmuskel Gruppen ermöglichen maximalen Anstrengung beim Radfahren das kardiometabolische Anpassung zu maximieren kann, wie gezeigt durch Erhöhung der Widerstandsfähigkeit und Leistung über 12 Wochen von FES-LEC. Darüber hinaus ist FES-LEC durch schnelle Muskelermüdung begrenzt, während des Fahrens44, insbesondere bei Verwendung von minimal Motor-Unterstützung. Zuvor hat veröffentlichtes Werk eine große Variabilität in der Radsport Ausdauer von Personen mit Sci zehn Personen mit Motor-komplette SCI radelte mit FES-Ergometrie bis ihre Muskeln müde gezeigt. Ein Teilnehmer für insgesamt 3 min ausgeübt, während andere für 10 Minuten44ausgeübt. In der aktuellen Ausbildung-Studie haben wir versucht, eine gleiche Dosis der Behandlung unter den Teilnehmern in Form von 30 min von FES-Training zu bieten. Dadurch wird sichergestellt, dass Behandlung Konsistenz zwischen jeder Teilnehmer um diese Anpassung zu gewährleisten, oder Mangel davon ist streng auf die Ausgabe der aktivierten Muskulatur und nicht durch die Dauer des Radsports begrenzt.

Repräsentative Ergebnisse zeigten, dass bei einer Person mit SCI in die 12 Wochen der FES-LEC mit 12 Wochen der NMES-RT, Widerstand und Leistung im Laufe des Eingriffs erhöht vorausgegangen war. Im Gegensatz zu früheren Studien, die Trittfrequenz erhöhen Widerstand 43,47verringert, hat die aktuelle Studie eine Strategie um den Widerstand mit einer Zielgeschwindigkeit von 40-45 u/min zu erhöhen. Dies kann eine erfolgreiche Strategie, vor allem nach 12 Wochen der Konditionierung der Muskeln mit NMES-RT, um Muskel Qualität22zu verbessern sein. Anwendungen der elektrischen Stimulation, einschließlich FES-LEC, sollten profitieren stark von der Verbesserung der Muskel-Qualität-48 und können mehr Kraft und Leistung der trainierten Muskeln führen. Größere Abgabeleistung kann führen zu Herz-Kreislauf- und Knochen Anpassung zu erreichen Ergebnisse ähnlich wie was mit Ass oder Hybrid Übung erreicht worden ist. Die Stromerzeugung durch Muskeln während des Trainings der FES-LEC kann Anpassungen durch die Aufdeckung der unteren Extremität Gliedmaßen zu wiederholten Ladezyklen bei hohem Widerstand Knochen zu stimulieren. Zum Beispiel zeigte Johnston Et Al. einer niedrige Trittfrequenz bei 2,9 Nm Parameter der Gesundheit der Knochen nach 6 Monaten der FES-LEC bei Personen mit SCI im Vergleich zu hohe Kadenz, die erzeugt ein Drehmoment von 0,8 Nm47verbessern kann. Die aktuelle Studie gezeigt, dass der Widerstand kann, bis zu 5,5 erhöht werden Nm. Dies ist doppelt die Drehmoment-Ausgabe berichtete an der niedrigen Trittfrequenz und daran dürfte sich auf Parameter der Knochen und Herz-Kreislauf-Gesundheit stärker auswirken.

Das Ergometer eingesetzt in das aktuelle Protokoll (Table of Materials) wird direkt von den Teilnehmern Rollstuhl, wodurch die Notwendigkeit für Transfer und damit zur Stimulation von bis zu 12 Muskelgruppen von den Oberschenkel, Unterschenkel und Stamm betrieben. Wir haben entschieden, Kniesehne, Quadrizeps und Gluteus Maximus Muskeln der unteren Extremitäten zu stimulieren. Zukünftige Studien werden erweitert, um die Bauch- und Rückenmuskulatur bei Personen mit Sci zusätzlich stimulieren, das Ergometer wiegt nur 39 kg, so dass es viel kompakter und anpassungsfähiger als andere handelsübliche FES-Ergometer. Das Ergometer hat auch eine einstellbare Motor-Assist-Funktion ermöglicht es die Teilnehmer seine/ihre Ausbildung ohne Motorunterstützung bei Bedarf zu maximieren. Darüber hinaus ermöglicht das Ergometer optional Motor-Unterstützung. Das aktuelle Protokoll erlaubt Motor-Unterstützung (1) die Warm-up-Phase, (2) die erste "aktiven Übergangs" phase (ersten 1-2 min Übung Phase), (3) jede Ruhephase und (4) wenn der Teilnehmer gegen Widerstand ermüdet. Während der aktiv Radfahren ist der Motor aus, jeder Teilnehmer ausreichend herauszufordern. Muskelermüdung während des Radfahrens wurde als der Punkt definiert, wo Geschwindigkeit unter 18 u/min fällt. Darüber hinaus Gorgey Et Al. zeigten den Trainingseffekt von drei verschiedenen Stimulationsparameter unterschiedlicher Pulsdauer (200, 350 und 500 µs), auf den Radsport Leistung bei 10 Personen mit chronischen Sci. Nach einem einzelnen Anfall von FES-LEC Knie Beinstrecker Drehmoment sank um 33-59 % und blieb deutlich erfüllter folgenden 48-72 h44. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen, glauben wir, dass zweimal wöchentlich ist eine angemessene Bewegung Dosis für Menschen mit chronischen SCI und ermöglicht die Wiederherstellung der ermüdeten Muskeln genügend Zeit (48 h).

Bei FES-LEC sollen die Stimulationsparameter Episoden von autonomen Dysreflexie, zu verhindern, während die Förderung noch robuste kardiometabolischen Anpassung; die Radsport-Parameter wurden mit diesem im Verstand entworfen und sind wie folgt: Frequenz (33,3 Hz), Widerstand (einstellbar), Geschwindigkeit (40-45 u/min) und Impulsdauer (350 µs) Ziel. Frequenz ist bei 33,3 Hz eingestellt, um Muskelermüdung zu minimieren; aktuelle Amplitude (% Stimulation) wird allmählich durch das Ergometer weiterhin eine Geschwindigkeit über 18 u/min erhöht. Neue Erkenntnissen zufolge eine Pulsdauer größer als 350 µs bei FES-Ergometrie autonome Dysreflexie bei Personen mit SCI44auslöst. Darüber hinaus erhöht eine Impulsdauer von 350 µs Delta-Energieverbrauch im Vergleich zu einer Impulsdauer von 200 µs. Darüber hinaus Delta Energieaufwand war nicht größer 500 µs44bei der Einstellung. Die höhere Inzidenz von autonomen Dysreflexie während FES-LEC kann darauf zurückzuführen sein, dass 6 Muskelgruppen gleichzeitig stimuliert werden. Dies wird voraussichtlich die Stromdichte und die Anzahl der Nozizeptoren aktiviert werden, was zu Überschwemmungen der Schmerzreize des Nervensystems. Dies ist unwahrscheinlich während NMES-RT wegen Ausbildung einer einzelnen Muskel-Gruppe; Dies kann jedoch bei Personen mit hoher Verletzungsgefahr ähnlich wie C6 Sci anekdotische klinische auftreten Erfahrung hat gezeigt, dass dies voraussichtlich mit einer Ausbildung als Personen mit SCI ausgeblendet werden, ist weniger anfällig für autonome Dysreflexie entwickeln wird. Die oben genannten Parameter wurden validiert, um des Teilnehmers Sicherheit bei gleichzeitiger Maximierung der Trainings-Ergebnisse.

Es gibt einige Einschränkungen, die in Kombination unter Berücksichtigung ähnliche Trainingsprotokolle angegangen werden müssen. Zwangsläufig können Training Ergebnisse und Körperzusammensetzung durch bestimmte Variablen verwechselt werden; das größte Wesen diätetischen Einlaß. Diese Variabilität so weit wie möglich zu beseitigen, sollten Kliniker Kalorienzufuhr Berichte auf einer wöchentlichen Basis bewerten. Die Auflistung der Wochenberichte, können Ärzte engmaschig extra Kalorienzufuhr (> 300 - 500 kcal/Woche seine/ihre Grundlinie BMR) und beauftragen SCI Personen seine/ihre Makronährstoff-Verhältnisse bei Bedarf anpassen. Zusätzlich zu diätetischen Variabilität kann das aktuelle Trainingsprogramm nicht anwendbar auf die 20-25 % der Bevölkerung SCI, die mit elektrischer Stimulation aufgrund des skelettartigen Muskels denervation ausüben können. Darüber hinaus zeigt frühere Daten, dass Personen mit SCI BAföG nach Beendigung der Ausbildung Programm49verlieren dürften; Daher sollten klinische Interventionen Mechanismen zur Gewährleistung der langfristigen Compliance, ähnlich wie die Trainingsfrequenz auf zweimal wöchentlich reduzieren und/oder häuslichen Telehealth Alternativen24bereitstellen. Zukünftige Studien untersuchen die Auswirkungen der NMES-RT und FES-LEC sollten Telehealth Strategien zur Überwindung sozio-ökonomischen Barrieren zu üben und fördern langfristige Compliance nutzen. NMES-RT mit Telemedizin Videokonferenzen durchgeführt war in der Lage, absolute Oberschenkelmuskel zu erhöhen, um 11 % und 14 % bei fünf Männern mit motor komplette SCI24. ganze Oberschenkel IMF absteigend Training wurde zweimal wöchentlich für 8 Wochen mit einem tragbaren batteriebetriebenen Stimulator durchgeführt. Die Teilnehmer wurden per Webcam um Sicherheit und korrekte Einrichtung während der Ausbildung Programm24überwacht.

Die Verwendung der NMES-RT in Kombination mit FES-LEC möglicherweise eine wirksame Strategie, um die Ergebnisse der zweiwöchentlich Elektrostimulation Training zu maximieren. Mit NMES Oberschenkelmuskeln stimulieren nachweislich evozieren Muskelhypertrophie, Kraftzuwachs und Müdigkeit verringern. Stärker, schlanker Beinmuskulatur möglicherweise in der Lage, größere Macht zu erwähnen, beim Radfahren, effizienter nutzen Sauerstoff und maximieren die kardiometabolischen Vorteile des Trainings bei Personen mit Sci.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Wir möchten die Teilnehmern bedanken, die die Zeit und Mühe zur Teilnahme an der vorangegangenen Studies gewidmet. Wir möchte Jäger Holmes McGuire Research Institute und Spinal Cord Injury Leistungen und Störungen danken für die Bereitstellung der Umgebung, um menschliche klinische Studien durchzuführen. Ashraf S. Gorgey wird derzeit vom Department of Veteran Affairs, Veteran Health Administration, Rehabilitation Research und Development Service (B7867-W) und DoD-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA) unterstützt.

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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Verhalten Ausgabe 132 Verletzungen des Rückenmarks Rehabilitation Neuromuskuläre Elektrostimulation funktionelle Elektrostimulation Krafttraining kardiometabolische Biomarker
Paradigmen der unteren Extremität Elektrostimulation Training nach Verletzungen des Rückenmarks
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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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