Paraplejiklerde Tekrarlayan Elektrik Destekli Oturarak Ayakta Durma Egzersizi Sırasında Kolların ve Bacakların Katkılarının Ölçülmesi: Bir Pilot Çalışma
11 Kasım 2022
Sit-To-Stand'da (SitTS) kolların katkısı bacakların kas durumuna göre belirlenir. Tam SitTS döngülerine ulaşma çabalarında çeşitli telafi stratejileri keşfedildi. Bu bulgular, omurilik yaralanması (SKY) hastalarının biyomekanik ölçümlerini, SitTS yaklaşımları boyunca her iki uzuvları tarafından taşınan subjektif yük hissi ile üçgenleştirmektedir.
Bu protokol, kol desteği ve fonksiyonel elektrik stimülasyonu yardımıyla oturarak ayakta deney yaparken temel parçaları ve bunların nasıl gerçekleştirildiğini açıklayarak uygun yönergeleri gösterir. Bu teknik, ayakta duran bir çerçevenin enstrümantasyonu, fonksiyonel elektriksel stimülasyon ve mekanomyografi dahil olmak üzere birkaç kuruluma sahip olmanın karmaşıklığını yönetmeye yardımcı olur. Bu yöntem, kol yardımı ile oturarak ayakta durmayı gerektiren diğer popülasyonlara uygulanabilir.
Prosedürü göstermek, MMG ve FES kurulumunun işlenmesinde bir asistan olan Khairul olacaktır. Vicon kurulumunda asistan olan Adhli ve Dr.Nur Azah Hamzaid'in gözetiminde doktora adayı olan Musfirah. Bir sandalye ve ayakta duran çerçeve düzenleyerek kurulan oturarak ayakta durma deneyine başlayın.
Bunu yapmak için, hareket analizi laboratuvarının zeminine gömülü bir kuvvet plakası 1'in boyutuna göre sırtlığı olmayan 45 santimetre yüksekliğinde kolsuz bir sandalye tasarlayın. Ardından, alttaki her bir SF ayağını 0 ila 12 kilogram hassasiyet aralığına sahip bağımsız bir kuvvet sensörü ile ayarlayın. Taşınabilir ve katlanabilir bir SF'yi sandalyenin önüne kolun ulaşabileceği bir yere yerleştirin ve çift ölçümleri önlemek için SF'nin dört ayağını kuvvet plakası 2'nin dışına yerleştirin.
Hareket analizi kurulumu için katılımcının bacak uzunluğu, ayak bileği genişliği, diz genişliği gibi detaylarını sisteme girin. Ardından, katılımcının alt ekstremitelerine, doğrudan superior iliak omurganın bilateral, anterior ve posteriorunun üzerine çift taraflı bantla 16 yansıtıcı işaretleyici yerleştirin. İşaretleyiciyi bilateral uyluk ve sapın yan yüzeyine ve yanal sol ve sağ malleolün üzerine takın.
Daha sonra, işaretleyicileri ikinci metatarsal başın soluna ve sağına ve kalkaneusun üzerine ikinci metatarsal başın aynı yüksekliğine yerleştirin. Tamamlandığında, katılımcıya dizleri 90 derece bükülmüş ve her iki ayağı da kuvvet plakası 2'ye yerleştirilmiş olarak çıplak ayakla oturmasını söyleyin. Dik otururken katılımcının başının ve gövdesinin öne baktığından emin olun.
Katılımcının ellerini SF'nin sapına yerleştirdikten sonra, uyluğun orta ve hacimli bölgesini palpe ederek rektus femoris kasını tanımlayın, ardından bacak kaslarını ölçmek için rektus femoris kasının uyluk bölgesine bacak başına bir mekanografi veya MMG sensörü yerleştirin. MMG cihazına ve bilgisayara bağlanmadan önce sensörleri çift taraflı bir bantla sabitleyin ve hareket artefaktlarını azaltmak için sensörleri uyluğun etrafına bağlayın. Birinci gün, seçilen parametreleri kaydetmek için tüm kurulumları açarak gönüllü bir oturarak ayakta durma egzersizi yapın.
Elektronik bir zamanlayıcı tarafından zamanlanan beş saniyelik geri sayımın sonunda, sandalyeye oturmadan önce katılımcıdan sabit oturma pozisyonundan üç saniye boyunca ayağa kalkmasını isteyin. Beş saniye dinlendikten sonra, katılımcı artık aynı rutini gerçekleştiremeyecek duruma gelene kadar oturarak ayakta denemeler yapmaya devam edin. İşiniz bittiğinde, kaydedilen tüm verileri kapatın.
Setler arasında kas iyileşmesi sağlamak için oturarak ayakta durma rutininin bir sonraki setine devam etmeden önce beş dakika ara verin. Deneme sona erdiğinde, katılımcının en az 48 saat dinlenmesine izin verin. İkinci günde, FES destekli oturarak ayakta durma egzersizini gerçekleştirmek için kuadriseps ve gluteus maksimus kaslarına fonksiyonel elektriksel stimülasyon elektrotları yerleştirin.
Kuadriseps kası için, ilk elektrotu yatay olarak dizin yaklaşık iki parmak genişliğinde ve ikinci elektrotu yatay olarak kalça ekleminin yaklaşık bir avuç genişliği altına yerleştirin. Gluteus maximus kası için, katılımcıya ilk elektrotu dikey olarak, kalça kemiğine en yakın yere yerleştirmek için öne doğru eğilmesini ve ikinci elektrotu dikey olarak, kuyruk kemiğine en yakın, birinci elektrottan yan yana takmasını söyleyin. Elektrotlar yerindeyken, tüm FES elektrotlarını FES cihazına takın ve bilgisayardaki FES yazılımına bağlayın.
300 darbe genişliğini ve 35 hertz frekansını seçerek FES yazılımını kurun. FES akım yoğunluğunu tanımlamak için, katılımcının diz ve kalça ekstansiyonunu sağlamak için akımı tolere edip edemeyeceğini sorun. Gerçek denemeye başlamadan önce çeşitli uygulamalarla FES akım genliğini belirleyin.
Ardından, katılımcı ayağa kalkarken FES'i açarak ve katılımcının sandalyeye oturmasına izin vermek için FES'i kapatarak deneyi daha önce açıklandığı gibi başlatın. Denemeyi setler halinde tekrarlayın ve verileri toplayın. Her iki oturumda da oturarak ayakta durma eylemi boyunca, katılımcı 1'in kol yüzdesi, bacak yüzdesine kıyasla toplam vücut ağırlığı yüzdesine daha yüksek bir katkı gösterdi.
Katılımcı 1'de, elektrik stimülasyonu, oturarak ayakta durma rutininin son aşamasında sağ dizde tam bir uzama sağlayamadı. Sağ diz açısı normal diz ekstansiyon hareket açıklığına ulaşmadı. Buna karşılık, katılımcı 2, gönüllü oturarak ayakta durma rutininin son aşamasında bacak yüzdesinin daha yüksek bir katkısıyla, tüm vücut ağırlığını taşımak için bacaklarına daha fazla güç uyguladı.
Ek olarak, gönüllü oturarak ayakta durma rutininin son seti sırasında, katılımcı 2, hareketin erken aşamasında daha küçük bir diz açısı sergiledi. B olayı sırasında, kalça yukarı kaldırılmaya başlandığında, katılımcı 1'in üst vücudunu sandalyeden kaldırmak için kol gücünü arttırdığı gözlemlendi. Bu arada, katılımcı 2 için, FES destekli oturarak ayakta durma rutini için B olayı sırasında kolların maksimum katkısı tespit edildi.
Bu prosedürdeki her adım önemlidir ve belirtildiği gibi izlenmelidir. Bununla birlikte, özellikle katılımcının ilk duruşunda esneklik olabileceğine dikkat etmek gerekir. Katılımcının bakış açısından oturarak ayakta durma rutinleri, stabilite ve yorgunluk ile ilgili görüş ve görüşleri ölçmek için nitel geri bildirim eklenebilir.
Araştırmacılar bu yöntemi ekleyerek, elde edilen nicel sonuçlarla oturarak ayakta durma tekniğinin davranışını daha iyi anlayacaklardır.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, kol desteği ve fonksiyonel elektrik stimülasyonu kullanarak oturup ayağa kalkma deneyi gerçekleştirme yönergelerini belirtir. Bacaklardaki kas durumunun önemini ve omuriliğinde hasar olan bireylerin Oturup Ayağa Kalkmayı (OAK) sürecinde kullandıkları telafi edici stratejilerin önemini vurgulamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Rehabilitasyon
- Biyomekanik
Arka Plan
- OAK sürecinde kol desteğinin rolünü anlamak.
- Omurilik hasarı olan bireylerde telafi edici stratejilerin araştırılması.
- Biyomekanik ölçümler ile öznel yük algısı arasındaki ilişkiyi incelemek.
- Hareketi desteklemek için fonksiyonel elektrik stimülasyonunun kullanılması.
Çalışmanın Amacı
- Oturup ayağa kalkma deneyinin kurulumunu ve uygulanmasını göstermek.
- OAK performansı üzerinde kol yardımının etkisini değerlendirmek.
- Omurilik hasarı olan bireylerin biyomekaniklerine ilişkin bilgiler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Deney için bir sandalye ve ayağa kalkış çerçevesinin düzenlenmesi.
- Fonksiyonel elektrik stimülasyonunun (FES) uygulanması.
- Kas aktivitesi değerlendirmesi için mekanomiyografi (MMG) kullanımı.
- Kurulum ve uygulama için asistanlarla iş birliği.
Ana Bulgular
- OAK sırasındaki telafi edici stratejilerin belirlenmesi.
- Kas durumu ve OAK performansı arasındaki korelasyon.
- Hareket sırasında öznel yük deneyimi hakkında bilgiler.
- Benzer popülasyonlar için etkili deneysel kurulumun gösterilmesi.
Sonuçlar
- Kol desteği, OAK gerçekleştirme sürecinde bireylere önemli ölçüde yardımcı olur.
- Fonksiyonel elektrik stimülasyonu, rehabilitasyon sürecinde hareketi artırabilir.
- Biyomekanik anlamak, rehabilitasyon stratejilerinin iyileştirilmesi için kritik öneme sahiptir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of arm and leg contributions during repetitive electrically-assisted sit-to-stand (SitTS) exercises in paraplegics provides actionable insights for early-stage neuromuscular target validation and rehabilitation device development. The integration of mechanomyography (MMG) and functional electrical stimulation (FES) enables objective measurement of muscle fatigue and compensatory strategies, supporting predictive confidence in translational research. These findings inform the design and evaluation of assistive technologies and therapeutic interventions for spinal cord injury populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of neuromuscular function and compensatory mechanisms in disease-relevant systems.
- Supports biological de-risking by clarifying the interplay between upper and lower limb contributions during functional tasks.
- Provides objective endpoints for functional target validation in assistive device and therapy development.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of validated biomechanical and electrophysiological assays for downstream screening of interventions.
- Enables reproducible measurement of muscle activity and fatigue using MMG and force sensors.
- Supports standardization of SitTS protocols for reliable cross-study and cross-population comparisons.
Translational & Preclinical Research
- Aligns quantitative outputs with translational biomarker development for neuromuscular rehabilitation.
- Provides continuity from discovery-stage mechanistic studies to preclinical validation of assistive technologies.
- Informs risk-adjusted advancement decisions for device and therapy candidates targeting functional mobility.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for neuromuscular and rehabilitation research, bridging early mechanistic studies with translational device and therapy evaluation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on compensatory strategies and muscle fatigue in paraplegic populations.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts of limb contributions and fatigue thresholds.
- Analytics: Provides force, MMG, and kinematic data for robust statistical comparison of intervention effects.
- Translational Research: Aligns functional outputs with clinical endpoints relevant to mobility and independence.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating diverse assistive interventions and patient cohorts.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in neuromuscular target validation and functional outcome measurement.
- Operational Value: Standardizes biomechanical and electrophysiological data collection for scalable studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for assistive device and therapy development pipelines.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of candidates based on quantitative functional endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biomechanics, electrophysiology, and rehabilitation engineering.
- Demands access to motion analysis labs, force sensors, MMG, and FES instrumentation.
- Necessitates protocol standardization for cross-team and cross-site reproducibility.
- Adaptation may be needed for different patient populations or model systems.
- Practical limitations include participant fatigue and variability in muscle response to FES.
