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Behavior

Paradigmas de formación de estimulación eléctrica de la extremidad inferior después de lesión de la médula espinal

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

Lesión de la médula espinal es una afección traumática que puede dar lugar a elevados riesgos de trastornos metabólicos secundarios crónicos. Aquí, presentamos un protocolo usando entrenamiento de superficie resistencia estimulación eléctrica neuromuscular en conjunción con las extremidades bajo la estimulación funcionales eléctricas bicicleta como una estrategia para mejorar varios de estos problemas médicos.

Abstract

Atrofia del músculo esquelético, aumento de la adiposidad y reducción de la actividad física son los principales cambios observados después de lesión de la médula espinal (SCI) y se asocian con numerosas consecuencias para la salud cardiometabólico. Estos cambios suelen aumentar el riesgo de desarrollar enfermedades crónicas secundarias e impactar la calidad de vida en personas con SCI. superficie resistencia evocada de la estimulación eléctrica neuromuscular (NMES-RT) de formación fue desarrollada como una estrategia para atenuar el proceso de atrofia de músculo esquelético, disminuir adiposidad ectópico, mejorar la sensibilidad a la insulina y mejorar la capacidad mitocondrial. Sin embargo, es limitado a solamente un grupo muscular solo NMES-RT. Que involucran a varios grupos musculares de las extremidades inferiores puede maximizar los beneficios de la formación. Extremidad de bajo estimulación eléctrica funcional ciclismo (FES-LEC) permite la activación de 6 grupos de músculos, que es probable que evocan una mayor adaptación metabólica y cardiovascular. Conocimiento adecuado de los parámetros de estimulación es la clave para maximizar los resultados de entrenamiento de estimulación eléctrica en personas con SCI. adoptar estrategias para el uso a largo plazo de NMES-RT y FES-LEC durante la rehabilitación puede mantener la integridad de la sistema músculo-esquelético, un requisito previo para los ensayos clínicos con el objetivo de restaurar a pie después de la lesión. El manuscrito actual presenta un protocolo combinado con EENM RT antes de Fez-LEC. Presumimos que músculos acondicionados para 12 semanas antes de la bicicleta será capaces de generar mayor potencia, ciclo contra una mayor resistencia y una mayor adaptación en las personas con SCI.

Introduction

Se estima que aproximadamente 282.000 personas en Estados Unidos viven actualmente con médula espinal lesión (SCI)1. En promedio, hay aproximadamente 17.000 nuevos casos anualmente, principalmente causados por accidentes de vehículo de motor, actos de violencia y actividades deportivas1. SCI resulta en la interrupción parcial o total de la transmisión neural a través y por debajo del nivel de lesión2, sublesional pérdida sensorial o motor. Después de la lesión, actividad del músculo esquelético por debajo del nivel de lesión se reduce, llevando a un rápido descenso en la masa magra y la infiltración concomitante de ectópico tejido adiposo, o grasa intramuscular (FMI). Los estudios han demostrado que el músculo esquelético de la extremidad inferior experimenta atrofia significativa dentro de las primeras semanas de la lesión, continuando a lo largo de la final del primer año3,4. Tan pronto como lesiones después de 6 semanas, los individuos con SCI completa experimentado una disminución de 18-46% en el tamaño muscular sublesional comparado con edad y los controles pareados por peso del cuerpo con capacidades diferentes. Por lesión después de 24 semanas, el área transversal del músculo esquelético (CSA) podría ser tan baja como 30 a 50%3. Gorgey y Dudley demostraron que el músculo esquelético sigue atrofia en un 43% del tamaño original 4,5 meses después de la lesión y observó una tres veces mayor cantidad del FMI en las personas con SCI incompleto comparado con capacidades de cuerpo controla4. Pérdida de masa magra metabólicamente activa resulta en una reducción en la tasa metabólica basal (BMR)2,6, que representa ∼65 - 70% del gasto total de energía diaria; tales reducciones en BMR pueden conducir a un desequilibrio de energía perjudicial y el aumento de adiposidad después de lesiones2,7,8,9,10,18. Mayor adiposidad ha sido ligado al desarrollo de condiciones secundarias crónicas como hipertensión, tipo diabetes II (T2DM) y enfermedad cardiovascular2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. por otra parte, las personas con SCI pueden sufrir de desnutrición y la dependencia de una dieta alta en grasas. Ingesta de grasa puede explicar 29 a 34% de la masa grasa en personas con SCI, que es probablemente un factor explica aumento de la adiposidad y la creciente prevalencia de obesidad en la población de SCI12,13.

Resistencia evocada de la estimulación eléctrica neuromuscular (NMES-RT) de formación fue diseñada para inducir la hipertrofia del músculo esquelético paralizado19,20,21,22,23, 24. Siguientes doce semanas de dos veces a la semana NMES-RT, músculo esquelético CSA del muslo entero, extensor de la rodilla y grupos de músculos de flexor de rodilla aumentados en 28%, 35% y 16%, respectivamente22. Dudley et al. demostró 8 semanas dos veces a la semana NMES-RT restaurado rodilla extensor músculo del tamaño de a 75% del tamaño original en seis semanas posterior a la lesión19. Por otra parte, Mahoney et al. utiliza el mismo protocolo y señaló un aumento del 35% y 39% en la derecha e izquierda músculo recto femoral músculos después de 12 semanas de NMES-RT20.

Ciclismo de extremidades funcionales del eléctricas bajo estimulación (FES-LEC) es una técnica de rehabilitación común solía ejercer grupos de músculos de la extremidad inferiores después de SCI25,26. A diferencia de NMES-RT, FES-LEC se basa en el estímulo de 6 grupos de músculos, que puede resultar en mayor hipertrofia y mejoras en el cardiometabólico perfil10,25,26,27, 28. Dolbow et al. encontrado ese cuerpo magra masa aumentada 18,5% tras 56 meses de Fez-LEC en un individuo con SCI27. Tras doce meses de Fez-LEC de tres veces por semana, una mujer de 60 años con paraplegia experimentado un incremento de 7.7% en cuerpo total magra masa y un aumento de 4.1% en pierna magra masa28. Uso sistemático de la estimulación eléctrica funcional (FES) se asoció con mejoría en los factores de riesgo cardiometabólico condiciones después de SCI10,25,26.

Los candidatos ideales para el entrenamiento de estimulación eléctrica tendrá ya sea motor lesiones completas o incompletas, con las neuronas de motor periférico intactas y limitada sensación de extremidad inferior. El manuscrito actual, describe un acercamiento combinado con RT NMES y FES-LEC diseñado para mejorar los resultados de entrenamiento de estimulación eléctrica en personas con SCI crónica. El proceso de NMES-RT utilizando pesas en los tobillos a dividirse, mientras destaca pasos clave en el protocolo y el beneficio general la intervención proporciona a las personas con SCI crónica. El segundo objetivo es describir el proceso de Fez-LEC diseñado para maximizar el efecto cardiometabólico global de intervención. Trabajo previo ha afirmado nuestra racional que un protocolo de entrenamiento combinado puede evocar los resultados mayor después de 24 semanas de estímulo eléctrico formación20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36.

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Protocol

El protocolo de entrenamiento descrito en este manuscrito está registrado con el identificador de clinicaltrials.gov (NCT01652040). El programa de capacitación implica NMES-RT con pesas en los tobillos y FES-LEC. Todo el equipo necesario se enumera en la tabla 2. El protocolo de estudio y consentimiento informado fueron revisadas y aprobadas por el Richmond Junta centro de la revisión institucional (IRB) y la Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Todos los procedimientos de estudio fueron explicados en detalle a cada participante antes de comenzar el juicio.

1. participante reclutamiento

  1. Realizar una preselección evaluación con los participantes potenciales.
    1. Explicar bien los detalles del Protocolo de entrenamiento incluyendo la duración del estudio (24 semanas), veces por semana (dos veces por semana) y duración de las sesiones (NMES-RT: 30 min y FES-LEC: 45-60 min).
      Nota: NMES-RT se lleva a cabo durante las primeras 12 semanas, seguido de 12 semanas de Fez-LEC.
    2. Describir los requisitos médicos para el potencial participante, incluyendo: hombres o mujeres con SCI, americano espinal lesiones clasificación (AIS) A, B o C (aquellos con una clasificación de AIS "C" que son incapaces de levantarse y caminar), 18 a 65 años de edad, más de 1 año después de la lesión, cuerpo índice de masa (IMC) ≤ 30 kg/m2, motor completo o incompleto C5-L2 nivel de lesión.
    3. Describir las restricciones médicas para el potencial participante, incluyendo: un diagnóstico de la enfermedad cardiovascular, tipo incontrolado mellitus de la diabetes II o en la insulina, hipertensión no controlada, presión úlceras etapa 3 o mayor, infecciones urinarias o síntomas, osteoporosis con T-Score-2,5 y el embarazo para mujeres con SCI.

2. NMES-RT

  1. Garantizar que al participante anula su vejiga y medir el reposo la presión arterial y ritmo cardíaco. Mientras el participante esté sentado en silla de ruedas, instruir a los participantes a quitarse sus zapatos. Luego, coloque una almohada detrás de la pantorrilla para amortiguar la pierna en flexión de la rodilla. Pesas en los tobillos (0-26 lb) se aplican a los tobillos de los participantes (figura 1).
    Nota: Los primeros se realizan 2 sesiones sin pesas en los tobillos para asegurar que el participante puede levantar su pierna contra la gravedad.
  2. Aplicar los electrodos del carbón adhesivo dos de 7,5 cm x 12,7 cm bilateral en la piel sobre el grupo de Músculo extensor de la rodilla.
    1. Coloque el electrodo distal ~1/3 la distancia entre la rótula y pliegue inguinal y medial a la línea media de los cuádriceps. Coloque el electrodo longitudinalmente y paralelo al eje de la línea media va desde la cadera hasta las articulaciones de la rodilla (figura 2).
    2. Coloque el electrodo proximal lateralmente y el pliegue inguinal en el músculo vasto lateral. Coloque el electrodo longitudinalmente y paralelo al eje de la línea media (figura 2).
  3. Un estimulador portátil a una frecuencia de 30 Hz y un ancho de pulso rectangular bifásico de 450 μs y 50 μs interpulse intervalo19,20,21,22,23,24 ,37,38,39. Conecte los cables desde el estimulador a los electrodos.
    Nota: La polaridad de los electrodos no influye en el patrón de estimulación como los electrodos están colocados correctamente.
  4. Comenzando con la pierna derecha, gradualmente aumente la corriente hasta que se reconozca una notable tensión visible en el grupo de Músculo extensor de la rodilla. Seguir la corriente para evocar la extensión completa de rodilla (máx. 200 mA) lentamente de la rampa. Permita que la pierna permanezca extendido para 3-5 s evocar la tensión máxima en las unidades motoras activadas.
  5. Reducir gradualmente la corriente hasta su siguiente 50% del objetivo actual necesario para extender la pierna y mover pierna excéntrico de nuevo a la posición inicial. Registro de la amplitud actual necesaria para evocar la extensión completa.
  6. Completa formación unilateral 4 sets de 10 repeticiones por pierna y alternar entre las patas derecha e izquierdas. Permita que la pierna descansar 3-5 s entre cada repetición y 3 minutos entre sets. Si el participante no alcanza la extensión completa de rodilla, registrar el rango de % de movimiento y aumentar el tiempo entre las repeticiones.
    Nota: La fatiga muscular se define como dos repeticiones consecutivas con un rango de movimiento ≤ 25%.
  7. Trate de cada uno de los cuatro juegos, pero si el participante experimenta fatiga muscular, acabar con el sistema actual y continuar la formación en la pierna opuesta. Si se alcanza la extensión completa de rodilla sin fatiga muscular para 2 sesiones de entrenamiento consecutivas, añadir 2 libras de pesas en los tobillos la siguiente semana de entrenamiento.

3. FES-LEC

  1. Medir la presión arterial y frecuencia cardiaca reposo el participante. La posición del participante frente a la bicicleta ergométrica de Fez (Tabla de materiales) en su poder personal o silla de ruedas manual (figura 3a, figura 3b).
  2. Aplique los electrodos de carbono adhesivo para el extensor de la rodilla, rodilla grupos musculares flexores y maximus del glúteo bilateral.
    1. Para los extensores de rodilla, colocar el electrodo distal (7.5 x 12.7 cm) sobre la piel 1/3 la distancia entre la rótula y el pliegue inguinal, sobre el músculo medialis de vastus. Coloque el electrodo proximal lateral y adyacente al pliegue inguinal en el vasto lateral del músculo (figura 4a).
    2. Para flexores de rodilla, colocar el electrodo distal (7,5 x 10 cm) sobre la piel 2-3 cm por encima de la fosa poplítea. Coloque el electrodo proximal 20 cm por encima de la fosa poplítea (Figura 4b). Para evitar que se mueva el electrodo distal, aplique un vendaje elástico para colocar seguro del electrodo (figura 3a).
    3. Para maximus del glúteo, instruir al participante a inclinarse hacia el ergómetro. Coloque dos electrodos (5 x 9 cm) paralelo y en la mayor parte del músculo del vientre; permiten ~ dos dedos de ancho de separación entre los electrodos.
  3. Con el participante sentado en su silla de ruedas y centrado frente el ergómetro, conecte los cables del estimulador a cada uno de los 12 electrodos. Compruebe el frente y atrás del ergómetro para asegurarse de que el participante que está correctamente centrada.
  4. Asegurar que el bloqueo de ruedas del participante y Coloque suavemente los pies de los participantes (uso de zapatos tenis) dentro de los pedales (figura 6). Asegure la pierna más baja que el ergómetro con las correas elásticos envueltas en una funda. Sujete los pies del participante en su lugar con las correas elásticos cruce dos y Velcro en cada pétalo (figura 5).
  5. Después de atar con correa las piernas en el ergómetro, mover pasivamente las piernas para observan la secuencia del ciclo. Si las piernas están demasiado comprimidas o hiperextendida, ajustar la altura de la bicicleta y vuelva a verificar la posición moviendo pasivamente la pierna.
  6. Asegurar la silla de ruedas del participante para el ergómetro mediante los dos ganchos extensibles situados en la base del ergómetro. Conecte los ganchos a una estructura estable por debajo de la silla de ruedas (figura 5). Coloque dos interrupciones de madera debajo de las ruedas de la silla de ruedas, para evitar cualquier movimiento de la silla durante el ciclo.
  7. Ajustar la frecuencia de estimulación a 33,3 Hz, duración del pulso a 350 μs y la amplitud actual 140, 100, 100 mA para el extensor de la rodilla, flexores de rodilla y glúteo grupos, respectivamente.
  8. Configurar los parámetros de ciclo como sigue: objetivo velocidad de 40-45 revoluciones por minuto (RPM); par motor ajustable a partir de 10 Nm; resistencia de 1.0, 1.5 y 2.0 Nm para ejercicio etapas I, II y III.
  9. Establecer el intervalo de parámetros de la formación como sigue: 3 min fase "caliente"; tres min 10 etapas del ejercicio (estímulo a); ejercicio de un 2-min fase de reposo después de cada etapa; 3 min y fase de "enfriar".
  10. Basado en el nivel de la lesión (por encima o por debajo de la T4), medir el índice de presión y corazón de sangre cada 2 a 5 min para prevenir la aparición de síntomas de Disreflexia autonómica.
  11. Si la presión arterial permanece elevada, deje el ergómetro e instruir al participante para anular su vejiga o descansar si ya han anulado. Además, verifique que el participante esté asentado correctamente para reducir los puntos de presión y comprobar que los zapatos o cualquier las correas no están excesivamente apretados. Medir la presión arterial de cerca cada 2 minutos. Si la presión arterial se recupera, reanudar el entrenamiento; Si la presión arterial permanece no recuperada, finalizar la sesión y dar instrucciones al participante para ver a su médico de atención primaria.
    Nota: Es vital para asegurar que los participantes constantemente toman su medicación de la presión arterial, si cualquier y anular su vejiga antes de Fez-ciclismo.
  12. Registro del participante la frecuencia cardíaca, velocidad, potencia, distancia, resistencia y estimulación % cada 30 s.
  13. Si el participante completa una sesión de todo ejercicio sin fatiga (< 18 RPM de velocidad durante el ciclo activo), disminuir la ayuda de par del motor servo de 1 Nm la siguiente sesión, de lo contrario mantener todos los parámetros de la misma.
  14. Si el participante realiza dos sesiones de entrenamiento de ejercicio sin fatiga o el uso de asistencia motor servo durante etapas del ejercicio, aumentar la resistencia de 0,5 Nm en cada etapa de ejercicio.

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Representative Results

Pesas en los tobillos aumentaron progresivamente para 22 participantes, más de 16 semanas de NMES-RT (Figura 6a). Los pesos promedio levantados por los participantes fue 19,6 ± 6,5 libras (pierna derecha) y 20 ± 6 lb (pierna izquierda) [8-24 lb.]. Amplitud actual fluctuó a lo largo de la prueba para las patas derecha e izquierdas (figura 6b).

Progresión de un individuo con motor SCI completa después de 12 semanas de entrenamiento de Fez-LEC se destaca en la tabla 1. Los resultados indican que con Fez-LEC, hay un aumento en el porcentaje de estimulación actual para compensar la resistencia del volante mayor más de 12 semanas de entrenamiento. Resistencia del volante aumentó 3 - 4 veces en cada una de las 3 fases durante el entrenamiento de 12 semanas (tabla 1). La resistencia progresó de 1,6 a 5,1 Nm (etapa I), 2.12 a 5.5 Nm (etapa II) y 2.12 a 5.5 Nm (etapa III). Cabe señalar que cada etapa de 10-min fue entremezclada por un período de descanso de 2 min en el que los participantes ciclo pasivamente contra 0.77 Nm.

Finalmente, la potencia incrementa de 2 - 4 veces en cada una de las 3 etapas entre la semana 1 y semana 12 (tabla 1). Energía progresó de 4 a 14 W (fase I), 5.4 a 11.24 W (etapa II) y 2.6 a 11 W (etapa III).

Figure 1
Figura 1. Configuración de NMES-RT mostrando los electrodos de superficie, estimulador, pesas de tobillo bilateral y almohada cojín. Cuatro series de diez repeticiones son completados por las piernas izquierdas y derecha. Pesos son progresivamente aumentados por 2 libras cada semana si cada conjunto se completa sin fatiga muscular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Electrodos de superficie del extensor durante NMES-RT de la rodilla Un electrodo se coloca ~1/3 la distancia entre la rótula y pliegue inguinal y medial a la línea media de los cuádriceps. Un segundo electrodo está colocado lateralmente y junto al pliegue inguinal en el músculo vasto lateral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Anterior (a) y lateral (b) vista de la configuración de la bicicleta durante el FES-LEC de. El participante está sentado en su silla de ruedas y asegurado a la moto para llevar a cabo el FES ciclismo. Envoltura elástica se envuelve alrededor de cada pierna para garantizar la rodilla distal electrodos del flexor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4. Superficie de los electrodos de superficie de extensor de rodilla (a) utilizados durante el FES-LEC y el flexor de rodilla electrodos (b). un electrodo se coloca ~1/3 la distancia entre la rótula y pliegue inguinal y medial a la línea media de los cuádriceps. Un segundo electrodo está colocado lateralmente y junto al pliegue inguinal en el músculo vasto lateral. (b) mientras la pierna de apoyo, se coloca un electrodo en la piel 2-3 cm por encima de la fosa poplítea; el segundo electrodo se coloca a 20 cm por encima de la fosa poplítea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5. Pie del participante se asegura al pedal mediante el cruce de dos cintas elásticas en cada pétalo. Es esencial que estas correas están aseguradas firmemente para prevenir que el pie se mueva cuando bicicleta contra resistencia creciente. Silla de ruedas del paciente se fija a la moto utilizando los dos ganchos extensibles situados en la base de la moto. Una vez fijado a la silla de ruedas, estos ganchos son manivela y apretar para eliminar cualquier holgura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6. La progresión de pesas en los tobillos (libras) de los 22 participantes a lo largo de 16 semanas de NMES-RT y la progresión de la amplitud actual (mA) a lo largo de 16 semanas de NMES-RT (a) peso fue aumentado en 2 libras cada semana si el participante pudo completar 4 series de 10 repeticiones sin fatiga muscular. (b) durante el entrenamiento, amplitud actual fue aumentado poco a poco para poner la pierna en extensión de rodilla completa. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Semana 1 Semana 4 Semana 8 Semana 12
Porcentaje de estimulación de la amplitud actual de Etapa 1 74 72 88 90
Etapa 2 98 96 99 100
Etapa 3 100 99 100 100
Resistencia de la rueda volante (Nm) Etapa 1 1.0 1.5 3.1 4.5
Etapa 2 1.6 2.1 3.5 5.1
Etapa 3 2.1 2.5 4.0 5.5
Potencia (vatios) Etapa 1 4.0 6.5 10.0 14.0
Etapa 2 5.4 8.4 9.3 11.2
Etapa 3 2.6 7.5 8.4 11.0

Tabla 1: porcentaje de estimulación de la amplitud corriente, volante de resistencia y la potencia aumentó a lo largo de las 12 semanas de Fez-LEC en un individuo con LME. Resistencia fue aumentada cada semana si se completaron 2 sesiones sin evidencia de fatiga muscular (velocidad < 18 rpm). Porcentaje de estimulación aumenta gradualmente a lo largo de las 12 semanas de entrenamiento. Potencia de salida aumentó durante cada etapa de ejercicio incremental y en el curso de formación. Nota: Los datos están de uno de los participantes que completaron 12 semanas de Fez-LEC al finalizar las 12 semanas de NMES-RT.

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Discussion

El actual estudio demostró dos paradigmas diferentes de estimulación eléctrica. Un paradigma se centra en la aplicación de una carga progresiva para el músculo entrenado para evocar la hipertrofia del músculo esquelético y el otro paradigma está destinado principalmente para mejorar el rendimiento cardio-metabólicos a través de mejorar la capacidad aeróbica. El estudio asegurado a comparar ambos paradigmas y destacar los pros y los contras de cada uno.

NMES-RT ha demostrado para ser eficaz en Restaurar tamaño muscular y la hipertrofia evocando en personas con agudas y crónicas SCI19,20,21,22,23,24. La intervención actual se basa en las unidades de estimulación de doble canal que es probable que sea accesible en entornos más clínicos o para uso doméstico para las personas con SCI. Hay un mito sin fundamento que carga progresiva de los extensores de rodilla paralizada puede resultar en fractura de los cóndilos femorales o tibiales. Sin embargo, basado en la evidencia actual, nosotros y otros no experimentaron una sola incidencia de la fractura. Esto puede resaltar que el protocolo actual es seguro y accesible para ser utilizado después de la médula espinal.

Cuando se usa RT NMES, una onda bifásica es preferida porque es probado para ser seguro y capaz de generar una contracción muscular potente que puede extender la pierna contra la gravedad mientras levanta pesas en los tobillos. Para aquellas personas con sensibilidad intacta, la onda bifásica parece ser más cómodo y tolerable. La frecuencia (30 Hz), bifásicos duración (400 μs) con intervalo de pulso entre (50 μs) son seleccionados en base a nuestra investigación previamente publicado que demuestran que una frecuencia más baja reduce la fatiga muscular y ayuda a produce contracción tetánica de los extensores de la rodilla37 ,38. Una duración de pulso de 450 μs ha demostrado aumentar la activación de los músculos estimulados y generar mayor par evocado, garantizando así el máximo reclutamiento de músculos paralizados durante entrenamiento37. Por otra parte, es necesario poco a poco la rampa la corriente para evitar el uso de excesiva amplitud actual que puede causar fatiga muscular rápida en los extensores de la rodilla. La estrategia de capacitación, incluyendo la cantidad de ancho de pulso, la frecuencia y el resto están diseñados para prevenir la ocurrencia de eventos adversos similares a la Disreflexia autonómica, especialmente en individuos con un nivel de lesión por encima de T4.

NMES-RT antes del ciclismo puede evocar una mayor hipertrofia del músculo y reducir la fatiga muscular. Resistencia a la fatiga creciente y la fuerza pueden optimizar FES-LEC ciclismo y maximizar los resultados de la formación. Gorgey et al demostraron que 12 semanas, dos veces a la semana, de NMES-RT sacaron más de 35% aumento en tamaño muscular y disminución de FMI y el tejido adiposo visceral22. Además, NMES-RT ha demostrado para aumentar el transportador tipo 4 (GLUT-4) la concentración de glucosa, que se asocia con aumento de la fatiga resistencia36,46. Sabatier et al. divulgó que resistencia a la fatiga de los extensores de la rodilla capacitados aumentó en un 33% después de 18 semanas de NMES-RT y llegó a la conclusión que NMES-RT suficiente para evocar la hipertrofia del músculo, reduce también muscular fatiga46. NMES-RT ha demostrado que evocan la adaptación positiva en las mitocondrias de las células musculares. Ryan et al. observó una mejoría del 25% en capacidad mitocondrial tras 16 semanas de NMES-RT, dos veces por semana, en personas con crónica completa SCI23. A combinado de perfeccionamiento, como se describe en el manuscrito actual, diseñado para aumentar el músculo masa y reducir muscular fatiga puede mejorar la salud cardiometabólico y contribuir a Fez-LEC es más eficaz.

Hay limitada evidencia de adaptación cardiometabólico tras prolongada FES-LEC en las personas con SCI. FES-LEC formación ha variado de 2 a 7 veces cada semana por 1,5 a 12 meses; duración del ejercicio ha variado de 20 a 60 min26. Últimos estudios utilizando FES-LEC mostraron una modesta mejoría en sensibilidad a la insulina y aeróbico fitness31,32. Mohr et al demostró que 3 días a la semana de Fez-LEC realizada para 1 h dio lugar a una mejora de 25% en sensibilidad a la insulina en personas con SCI31. Asimismo, ocho semanas de día FES-LEC resultaron en una mejora del 33% en sensibilidad a la insulina para 5 hombres con SCI cervical32. Por otra parte, FES-LEC mostró una limitada respuesta en el consumo de oxígeno y demanda cardiovascular comparado con el brazo de manivela ergometría (ACE) o híbrido ejercicio42.

Más ensayos de Fez-LEC utilizan alguna forma de soporte de motor donde el motor de la moto aplica fuerzas a los pedales para ayudar a completar el ciclo. Motorización permite una mayor proporción de personas con SCI emprender FES ciclismo, especialmente ésos no se puede generar y mantener suficiente fuerza muscular para girar el volante o con baja tolerancia a la FES debido a la sensación residual43. Sin embargo, para aquellos capaces de producir suficiente fuerza muscular, ayuda de motor-soporte de FES puede limitar los resultados de la formación. Por esta razón, el método actual solo utiliza soporte de motor si el participante experimenta fatiga de los músculos y durante las fases de descansa. Esto permite que el extensor de la rodilla, flexor de rodilla y grupos de músculo glúteo para proporcionar el máximo esfuerzo al ciclismo que puede maximizar la adaptación cardiometabólico según lo demostrado por el aumento de resistencia y potencia de salida durante 12 semanas de Fez-LEC. Además, FES-LEC está limitado por la fatiga muscular rápida durante el ciclo44, especialmente cuando se usa un mínimo soporte de motor. Previamente trabajo publicado ha demostrado una amplia variabilidad en el ciclismo resistencia de las personas con SCI. diez individuos con SCI motor completa un ciclo utilizando FES ergometría hasta sus músculos fatigados. Uno de los participantes ejerció un total de 3 minutos mientras que otro ejercitó por 10 minutos44. En el estudio actual de la formación, hemos intentado proporcionar una dosis igual de trato entre los participantes en forma de 30 minutos de entrenamiento de Fez. Esto asegurará la consistencia del tratamiento entre cada participante para esa adaptación, o falta del mismo, es estrictamente debido a la salida de los músculos activados y no limitado por la duración del ciclo.

Resultados representativos demostraron que en un individuo con SCI en que 12 semanas de Fez-LEC fue precedido con 12 semanas de NMES-RT, resistencia y potencia de salida aumentado en el transcurso de la intervención. A diferencia de estudios previos que disminuyeron la cadencia para aumentar resistencia 43,47, el presente estudio ha adoptado una estrategia para aumentar la resistencia con una velocidad de objetivo de 40-45 RPM. Esto puede ser una estrategia exitosa, especialmente después de 12 semanas de acondicionamiento a los músculos mediante NMES-RT para mejorar la calidad de músculo22. Aplicaciones de la estimulación eléctrica, como FES-LEC, deben beneficiarse de la mejora de calidad de músculo48 y pueden resultar en una mayor fuerza y potencia de los músculos entrenados. Mayor potencia puede conducir a cardiovascular y adaptación para lograr resultados similares a lo que se ha logrado mediante ejercicio ACE o híbrido del hueso. La energía generada por los músculos durante el ejercicio de Fez-LEC puede estimular adaptaciones al hueso exponiendo extremidades inferiores extremidades a los ciclos de carga repetida en alta resistencia. Por ejemplo, Johnston et al demostraron una baja cadencia de pedaleo en 2.9 que nm puede mejorar parámetros de salud de los huesos después de 6 meses de Fez-LEC en personas con SCI comparado con alta cadencia que genera un torque de 0.8 Nm47. El presente estudio demostró que la resistencia puede incrementarse hasta 5,5 Nm. Es doble la salida de par motor en la baja cadencia y es probable que tenga mayor impacto en los parámetros de salud cardiovascular y ósea.

El ergómetro utilizado en el protocolo actual (Tabla de materiales) es operado directamente desde silla de ruedas de los participantes, eliminando la necesidad de transferencia y permitiendo para la estimulación de hasta 12 grupos musculares del muslo, inferior de la pierna y tronco. Hemos elegido para estimular los cuádriceps, isquiotibiales y maximus del glúteo músculos de la extremidad inferior. Los ensayos futuros se ampliarán para estimular los músculos abdominales y de espalda en las personas con SCI. Además, el ergómetro pesa sólo 39 kg, lo que es mucho más compacto y adaptable que otros ergómetros FES comercialmente disponibles. El ergómetro también tiene una función de ayuda de motor ajustable que permite a lo participante maximizar su entrenamiento sin ayuda del motor cuando sea apropiado. Por otra parte, el ergómetro permite asistencia de motor opcional. El protocolo actual permite soporte de motor 1) la fase de calentamiento, 2) la primera "transición activa" (primer 1-2 min de la fase de ejercicio), la fase 3) cada fase de reposo y 4) si el participante fatiga contra resistencia. Durante el ciclo activo, el motor está apagado adecuadamente a cada participante. Fatiga muscular durante el ciclo se define como el punto donde la velocidad desciende por debajo de 18 RPM. Además, Gorgey et al revela el efecto de formación de tres parámetros de estimulación diferentes, varían en la duración del pulso (200, 350 y 500 μs), en el rendimiento ciclo en 10 individuos con SCI crónica. Después de un solo combate de Fez-LEC, par de extensores de rodilla cayó por 33-59% y seguía siendo significativamente no recuperados siguientes 48-72 h44. Basado en estos resultados, creemos que dos veces a la semana es una dosis de ejercicio razonables para los individuos con SCI crónica y permite tiempo suficiente (48 h) para la recuperación de los músculos fatigados.

Durante el FES-LEC, se establecen los parámetros de estimulación para evitar cualquier episodios de Disreflexia autonómica, promoviendo todavía robusto cardiometabólico adaptación; los parámetros de ciclismo fueron diseñados con este equilibrio en mente y son los siguientes: objetivo de frecuencia (Hz 33,3), resistencia (ajustable), velocidad (40-45 RPM) y duración del pulso (350 μs). Frecuencia se encuentra en 33,3 Hz para reducir al mínimo la fatiga muscular; amplitud actual (% estimulación) se incrementa gradualmente el ergómetro para mantener una velocidad por encima de 18 RPM. Hallazgos recientes sugieren que una duración de pulso mayor que 350 μs durante ergometría FES desencadena dysreflexia autonómico en personas con SCI44. Además, una duración de pulso de 350 μs mayor gasto de energía delta comparado con una duración de pulso de 200 μs. Además, no era cualquier mayor gasto de energía delta cuando se establece en 500 μs44. La mayor incidencia de Disreflexia autonómica durante el FES-LEC puede atribuirse al hecho de que 6 grupos de músculos son estimulados simultáneamente. Esto es probable que aumente la densidad de corriente y el número de nociceptores se activan, dando por resultado inundar de estímulos nocivos para el sistema nervioso. Esto es poco probable que suceda durante NMES-RT debido a la formación de un grupo muscular solo; sin embargo, esto puede ocurrir en personas con alto nivel de lesión similar al C6 SCI. clínica anecdótica experiencia demostrada que esto es probable que se descolora hacia fuera con una formación como personas con SCI se torna menos vulnerable a desarrollar dysreflexia autonómico. Los parámetros antes mencionados han sido validados para garantizar la seguridad de los participantes, maximizando los resultados de la formación.

Hay algunas limitaciones que deben ser abordados considerando similares combinados protocolos de entrenamiento. Inevitablemente, los resultados de la formación y la composición corporal pueden ser confundidos por ciertas variables; la dieta es mayor ingesta. Para eliminar esta variabilidad tanto como sea posible, los médicos deben evaluar ingesta calórica informes sobre una base semanal. La colección de informes semanales, puede permitir a los médicos a vigilar de cerca calórica extra (> 300 - 500 kcal/semana de su basal BMR) e instruir a personas SCI para ajustar su proporción de macronutrientes según sea necesario. Además de variabilidad dietética, el actual programa de formación puede no ser aplicable a lo 20-25% de la población de SCI que no puede ejercer mediante estimulación eléctrica debido a la desnervación del músculo esquelético. Además, los datos anteriores muestran que las personas con SCI suelen perder beneficios del entrenamiento después de la cesación de la formación programa49; por lo tanto, las intervenciones clínicas deben proporcionar mecanismos para garantizar el cumplimiento a largo plazo, similar a la reducción de la frecuencia de entrenamiento a dos veces a la semana o proporcionando alternativas de telesalud en el hogar24. Futuros estudios que investiguen los efectos de la EENM-RT y FES-LEC deben utilizar telehealth estrategias para superar las barreras socioeconómicas para ejercer y fomentar el cumplimiento a largo plazo. NMES-RT efectuada por videoconferencia telemedicina era capaz de aumentar muscular absoluta muslo 11% y disminuir muslo entero IMF en un 14% en los cinco hombres con motor completo SCI24. Capacitación se llevó a cabo dos veces por semana durante 8 semanas usando un estimulador portátil de pilas. Los participantes fueron monitoreados vía webcam para garantizar la seguridad y la configuración adecuada a lo largo de la formación programa24.

El uso de NMES-RT en combinación con Fez-LEC puede ser una estrategia efectiva para maximizar los resultados de entrenamiento de estimulación eléctrica de dos veces por semana. Usando NMES para estimular músculos del muslo ha demostrado evocan la hipertrofia muscular, aumentar fuerza y reducir la fatiga. Músculos de la pierna más fuerte, más magro podrán evocar un mayor poder al ciclismo, más eficiente utilizan oxígeno y maximizan los beneficios de cardiometabólico de formación en personas con LME.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Nos gustaría agradecer a los participantes que dedicó tiempo y esfuerzo para participar en los estudios previos. Nos gustaría agradecer a Hunter Holmes McGuire Research Institute y servicios de lesión de la médula espinal y trastornos proporcionando el ambiente para llevar a cabo ensayos de investigación clínica humana. Ashraf S. Gorgey es apoyado actualmente por el Departamento de asuntos de veteranos, veterano de la administración de la salud, investigación sobre rehabilitación y servicio para el desarrollo (B7867-W) y DoD-CDRMP (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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Comportamiento edición 132 lesión medular rehabilitación estimulación eléctrica neuromuscular estimulación eléctrica funcional entrenamiento de resistencia biomarcadores cardiometabólico
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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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