JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
行为学

نماذج التدريب التحفيز الكهربائي أقصى انخفاض بعد إصابة الحبل الشوكي

Published: February 01, 2018
doi:
10.3791/57000
, , , ,
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

إصابة الحبل الشوكي هو حالة طبية مؤلمة التي قد تؤدي إلى مخاطر مرتفعة من الاضطرابات الأيضية الثانوية المزمنة. هنا، وقد عرضنا بروتوكول استخدام سطح التحفيز الكهربائية العضلية-المقاومة التدريب بالاقتران مع الأطراف السفلي التحفيز الكهربائية الوظيفية ركوب الدراجات كاستراتيجية للتخفيف من العديد من هذه المشاكل الطبية.

Abstract

ضمور العضلات وزيادة أديبوسيتي وانخفاض النشاط البدني هي التغيرات الرئيسية التي لوحظت بعد إصابة الحبل الشوكي (علوم) وترتبط بالعديد من العواقب الصحية كارديوميتابوليك. من المحتمل أن تزيد خطر الإصابة بالأمراض المزمنة الثانوية وتؤثر على نوعية الحياة في الأشخاص مع سطح عشر قد وضعت المقاومة العضلية التحفيز الكهربائي وآثار التدريب (NMES-RT) كاستراتيجية لهذه التغييرات تخفف هذه عملية ضمور العضلات، إنقاص adiposity حمل خارج الرحم، وتحسين حساسية الأنسولين وتعزيز القدرات المتقدرية. ومع ذلك، NMES-RT تقتصر على مجموعة واحدة من العضلات فقط. قد تشمل عدة مجموعات العضلات السفلية إلى تعظيم الفوائد الصحية للتدريب. أقصى انخفاض التحفيز الكهربائية الوظيفية ركوب الدراجات (فاس-LEC) يسمح لتفعيل 6 مجموعات العضلات، الذي من المحتمل أن تثير أكبر التكيف الأيضي والقلب والأوعية الدموية. المعرفة الملائمة لتحفيز المعلمات هو المفتاح لتحقيق الحد الأقصى من نتائج التدريب التحفيز الكهربائي في الأشخاص مع عشر اعتماد استراتيجيات للاستخدام على المدى الطويل من الرايت NMES وفاس-محض أثناء إعادة التأهيل قد يحافظ على السلامة العضلي، شرطا مسبقاً للتجارب السريرية التي تهدف إلى استعادة المشي بعد الإصابة. مخطوطة الحالي يقدم بروتوكول المجمعة باستخدام الرايت NMES قبل فاس-محض. نحن افترض أن عضلات مكيفة لمدة 12 أسبوعا قبل ركوب الدراجات ستكون قادرة على توليد طاقة أكبر، دورة ضد مقاومة أعلى، ويؤدي إلى زيادة التكيف في الأشخاص مع عشر

Introduction

ويقدر أن ما يقرب من 282,000 شخص في الولايات المتحدة يعيشون حاليا مع النخاع الشوكي إصابة (علوم)1. وفي المتوسط، هناك ما يقرب من 17,000 حالة جديدة سنوياً، والدرجة الأولى الناجمة عن حوادث السيارات، وأعمال العنف، و الأنشطة الرياضية1. نتائج العلوم في انقطاع جزئي أو كلي للإرسال العصبية عبر وأسفل مستوى الإصابة2، مما أدى إلى خسارة حسية و/أو موتور سوبليسيونال. بعد الإصابة، ينخفض إلى حد كبير النشاط للهيكل العظمى والعضلات تحت مستوى الإصابة، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في الكتلة العجاف وتسلل ما يصاحب ذلك من الأنسجة الدهنية لحمل خارج الرحم، أو عضليا الدهون (صندوق النقد الدولي). وقد أظهرت الدراسات أن انخفاض أقصى الهيكل العظمى والعضلات تجارب ضمور كبيرة خلال الأسابيع القليلة الأولى من الإصابة، مستمرة في جميع أنحاء نهاية السنة الأولى3،4. بمجرد أن 6 أسابيع بعد الإصابة، والأفراد ذوي الخبرة كاملة علوم مقارنة بانخفاض 18-46 في المائة في حجم العضلات سوبليسيونال للعمر والوزن مطابقة الضوابط قدراتهم جسديا. قبل 24 أسبوعا بعد الإصابة، يمكن أن تكون مساحة مقطعية الهيكل العظمى والعضلات (CSA) منخفضة تصل إلى 30 إلى 50%3. جورجي ودادلي أظهرت أن الهيكل العظمى والعضلات لا تزال ضمور بنسبة 43% الحجم الأصلي 4.5 أشهر بعد الإصابة، ولاحظ ثلاث مرات قدر كبير من صندوق النقد الدولي في الأشخاص ذوي الخيال ناقصة مقارنة بقدراتهم جسديا يتحكم4. فقدان الكتلة العجاف أيضي نشطة يؤدي إلى انخفاض في معدل الاستقلاب الأساسي (BMR)2،6، التي تمثل ل ∼65-70% من إجمالي نفقات الطاقة اليومية؛ هذه التخفيضات في مر يمكن أن يؤدي إلى توازن الطاقة ضارة وزيادة أديبوسيتي بعد إصابة2،،من78،9،10،18. أديبوسيتي الشديد وقد ترتبط بتطوير أوضاع الثانوية المزمنة بما في ذلك ارتفاع ضغط الدم، اكتب الثاني السكري (T2DM) وأمراض القلب والأوعية الدموية2،،من1011، 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18-وعلاوة على ذلك، الأشخاص ذوي الخيال قد يعانون من سوء التغذية والاعتماد على نظام غذائي الدهون عالية. قد تمثل المدخول الغذائي من الدهون 29 إلى 34 في المائة من كتلة الدهون في الأشخاص ذوي الخيال العلمي، التي يرجح أن يشرح عامل زيادة أديبوسيتي وتصاعد انتشار السمنة في علوم السكان12،13.

التحفيز الكهربائي العضلية أثارت المقاومة التدريب (NMES-RT) يهدف إلى الحث على تضخم العضلات المشلولة19،20،21،،من2223، 24. التالي اثني عشر أسبوعا من مرتين أسبوعيا NMES-RT، الهيكل العظمى والعضلات وكالة الفضاء الكندية كامل الفخذ والركبة الباسطة ومجموعات العضلات المثنية الركبة بنسبة 28 في المائة ونسبة 35 في المائة ونسبة 16 في المائة، على التوالي22. دودلي et al. أظهرت أن 8 أسابيع مرتين أسبوعيا من حجم العضلات الباسطة الركبة الرايت NMES المستعادة إلى 75% الحجم الأصلي في ستة أسابيع بعد إصابة19. وعلاوة على ذلك، ماهوني وآخرون. استخدام البروتوكول نفسه ولاحظ زيادة 35% و 39% في الحق وترك العضلات الفخذية المستقيمة بعد 12 أسبوعا من الرايت NMES20.

الفنية الكهربائية تحفيز أقل الأطراف ركوب الدراجات (فاس-LEC) تقنية تأهيل شائعة تستخدم لممارسة أقل المجموعات العضلية أقصى بعد علوم25،26. خلافا الرايت NMES، فاس-محض يعتمد على التحفيز 6 مجموعات العضلات، مما قد يتسبب في زيادة تضخم وإدخال تحسينات كارديوميتابوليك الشخصية10،25،،من2627، 28. دولبوو وآخرون. العثور على تلك الهيئة إجمالي الهزيل الشامل بنسبة 18.5 في المائة بعد 56 شهرا من فاس-محض في فرد مع علوم27. بعد اثني عشر شهرا من ثلاث مرات أسبوعيا فاس-محض، أنثى 60 عاماً بالشلل النصفي ذوي الخبرة زيادة 7.7 في المائة في مجموع الجسم الهزيل الشامل وزيادة بنسبة 4.1% في الساق الهزيل الشامل28. ويرتبط الاستخدام الروتيني للتحفيز الكهربائي الوظيفي (فاس) مع تحسن في عوامل الخطر من الشروط كارديوميتابوليك بعد علوم10،،من2526.

وسيكون المرشحين المثالي لتدريب التحفيز الكهربائي أما الإصابات كامل أو غير كامل موتور، سليمة من الخلايا العصبية الحركية الطرفية والإحساس أقصى انخفاض محدود. وهذه المخطوطة الحالية، يصف نهج الجمع بين استخدام الرايت NMES وفاس-محض يهدف إلى تحسين نتائج التدريب التحفيز الكهربائي في الأشخاص مع عشر المزمن عملية NMES-RT استخدام أوزان الكاحل سيبينه، مع تسليط الضوء على الخطوات الرئيسية في إطار البروتوكول وتحقيق المصلحة العامة والتدخل توفر للأشخاص مع عشر المزمن والهدف الثاني وصف عملية فاس-محض، تهدف إلى تحقيق أقصى تأثير كارديوميتابوليك العام للتدخل. وقد أكدت الأعمال السابقة لدينا الرشيد أن بروتوكول تدريب مجتمعة قد تستثير أكبر النتائج بعد 24 أسبوعا من التحفيز الكهربائي تدريب20،21،،من2223،24 ،،من2526،31،32،،من3334،35،36.

Protocol

يتم تسجيل بروتوكول التدريب الوارد وصفها في هذه المخطوطة مع الرقم المعرف (NCT01652040). يشمل برنامج التدريب الرايت NMES مع أوزان الكاحل وفاس-محض. يتم سرد كافة المعدات اللازمة في الجدول 2. استعراض بروتوكول الدراسة والموافقة المستنيرة ووافق عليها المجلس استعراض مؤسسي ريتشموند فامك (IRB) وفرج?…

Representative Results

أوزان الكاحل زاد تدريجيا للمشتركين 22، ما يزيد على 16 أسبوعا من NMES-RT (الشكل 6a). كان متوسط أوزان رفع المشاركون 19.6 ± 6.5 رطل (الساق اليمنى) و 20 ± 6 رطلا (الساق اليسرى) [8-24 رطل.]. وقد تراوحت السعة الحالية طوال المحاكمة لساقيه اليمنى واليسرى (الشكل 6b). …

Discussion

وبينت الدراسة الحالية اثنين من نماذج مختلفة من التحفيز الكهربائي. نموذج واحد يركز على تنفيذ تحميل التدريجي للعضلات المدربة لاستحضار تضخم الهيكل العظمى والعضلات، ونموذج أخرى يهدف أساسا تعزيز أداء القلب الأيضية عن طريق تعزيز القدرات الهوائية. دراسة ضمان مقارنة كلا النماذج وتسليط الضوء عل…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ونود أن نشكر المشاركين الذين تكريس الوقت والجهد المشاركة في الدراسات السابقة. نود أن نشكر هنتر هولمز ماجواير معهد البحوث والخدمات إصابات النخاع الشوكي واضطرابات لتوفير البيئة لإجراء التجارب السريرية البشرية البحثية. أشرف س. جورجي تدعمه حاليا إدارة شؤون قدامى المحاربين، وإدارة الصحة المخضرم وبحوث إعادة التأهيل وخدمة التنمية (B7867-W) ووزارة الدفاع–كدرمب (W81XWH-14-سسيرب-CTA).

Materials

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.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. National Cord Injury Statistical Center. . Facts and Figures at a Glance. , (2016).
  2. Gorgey, A., Dolbow, D., Dolbow, J., Khalil, R., Castillo, C., Gater, D. Effects of spinal cord injury on body composition and metabolic profile-Part I. J Spinal Cord Med. 37 (6), 693-702 (2014).
  3. Castro, M., Apple, D., Hillegass, E., Dudley, G. Influence of complete spinal cord injury on skeletal muscle cross-sectional area within the first 6 months of injury. Eur J Appl Physiol O. 80 (4), 373-378 (1999).
  4. Gorgey, A., Dudley, G. Skeletal muscle atrophy and increased intramuscular fat after incomplete spinal cord injury. Spinal Cord. 45 (4), 304-309 (2007).
  5. Elder, C., Apple, D., Bickel, C., Meyer, R., Dudley, G. Intramuscular fat and glucose tolerance after spinal cord injury – a cross-sectional study. Spinal Cord. 42 (12), 711-716 (2004).
  6. Monroe, M., Tataranni, P., Pratley, R., Manore, M., Skinner, J., Ravussin, E. Lower daily energy expenditure as measured by respiratory chamber in subjects with spinal cord injury compared with control subjects. Am J Clin Nutr. 68 (6), 1223-1227 (1998).
  7. Buchholz, A., Pencharz, P. Energy expenditure in chronic spinal cord injury. Curr Opin Clin Nutr. 7 (6), 635-639 (2004).
  8. Buchholz, A., McGillivray, C., Pencharz, P. Physical activity levels are low in free-living adults with chronic paraplegia. Obes Res. 11 (4), 563-570 (2003).
  9. Olle, M., Pivarnik, J., Klish, W., Morrow, J. Body composition of sedentary and physically active spinal cord injured individuals estimated from total body electoral conductivity. Arch Phys Med Rehab. 74 (7), 706-710 (1993).
  10. Mollinger, L., et al. Daily energy expenditure and basal metabolic rates of patients with spinal cord injury. Arch Phys Med Regab. 66 (7), 420-426 (1985).
  11. Gater, D. Obesity after spinal cord injury. Phys Med Rehabil Cli. 18 (2), 333-351 (2007).
  12. Khalil, R., Gorgey, A., Janisko, M., Dolbow, D., Moore, J., Gater, D. The role of nutrition in health status after spinal cord injury. Aging Dis. 4 (1), 14-22 (2013).
  13. Gorgey, A., et al. Frequency of Dietary Recalls, Nutritional Assessment, and Body Composition Assessment in Men with Chronic Spinal Cord Injury. Arch Phys Med Rehab. 96 (9), 1646-1653 (2015).
  14. Bauman, W., Spungen, A. Carbohydrate and lipid metabolism in chronic spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 24 (4), 266-277 (2001).
  15. Bauman, W., Spungen, A. Disorders of carbohydrate and lipid metabolism in veterans with paraplegia or quadriplegia: a model of premature aging. Metabolism. 43 (6), 749-756 (1994).
  16. Bauman, W., Spungen, A., Zhong, Y., Rothstein, J., Petry, C., Gordon, S. Depressed serum high density lipoprotein cholesterol levels in veterans with spinal cord injury. Paraplegia. 30 (10), 697-703 (1992).
  17. Nash, M., Mendez, A. A guideline-driven assessment of need for cardiovascular disease risk intervention in persons with chronic paraplegia. Arch Phys Med Rehab. 88 (6), 751-757 (2007).
  18. Aksnes, A., Hjeltnes, N., Wahlstrom, E., Katz, A., Zierath, J., Wallberg-Henriksson, H. Intact glucose transport in morphologically altered denervated skeletal muscle from quadriplegic patients. Am J Physiol. 271 (3), E593-E600 (1996).
  19. Dudley, G., Castro, M., Rogers, S., Apple, D. A simple means of increasing muscle size after spinal cord injury: a pilot study. Eur J Appl Physiol O. 80 (4), 394-396 (1999).
  20. Mahoney, E., et al. Changes in skeletal muscle size and glucose tolerance with electrically stimulated resistance training in subjects with chronic spinal cord injury. Arch Phys Med Rehab. 86 (7), 1502-1504 (2005).
  21. Gorgey, A., Shepherd, C. Skeletal muscle hypertrophy and decreased intramuscular fat after unilateral resistance training in spinal cord injury: case report. J Spinal Cord Med. 33 (1), 90-95 (2010).
  22. Gorgey, A., Mather, K., Cupp, H., Gater, D. Effects of resistance training on adiposity and metabolism after spinal cord injury. Med Sci Sport Exer. 44 (1), 165-174 (2012).
  23. Ryan, T., Brizendine, J., Backus, D., McCully, K. Electrically induced resistance training in individuals with motor complete spinal cord injury. Arch Phys Med Rehab. 94 (11), 2166-2173 (2013).
  24. Gorgey, A., et al. Feasibility Pilot using Telehealth Video-Conference Monitoring of Home-Based NMES Resistance Training in Persons with Spinal Cord Injury. Spinal Cord Ser Cases. 3 (17039), (2017).
  25. Gater, D., Dolbow, D., Tsui, B., Gorgey, A. Functional electrical stimulation therapies after spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 28 (3), 231-248 (2011).
  26. Gorgey, A., Dolbow, D., Dolbow, J., Khalil, R., Gater, D. The effects of electrical stimulation on body composition and metabolic profile after spinal cord injury – Part II. J Spinal Cord Med. 38 (1), 23-37 (2015).
  27. Dolbow, D., Gorgey, A., Khalil, R., Gater, D. Effects of a fifty-six month electrical stimulation cycling program after tetraplegia: case report. J Spinal Cord Med. 40 (4), 485-488 (2016).
  28. Dolbow, D., Gorgey, A., Gater, D., Moore, J. Body composition changes after 12 months of FES cycling: case report of a 60-year-old female with paraplegia. Spinal Cord. 1 (S3-S4), (2014).
  29. Gorgey, A., Cho, G., Dolbow, D., Gater, D. Differences in current amplitude evoking leg extension in individuals with spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 33 (1), 161-170 (2013).
  30. Wade, R., Gorgey, A. Skeletal muscle conditioning may be an effective rehabilitation intervention preceding functional electrical stimulation cycling. Neural Regen Res. 11 (8), 1232-1233 (2016).
  31. Mohr, T., Dela, F., Handberg, A., Biering-Sørensen, F., Galbo, H., Kjaer, M. Insulin action and long-term electrically induced training in individuals with spinal cord injuries. Med Sci Sports Exer. 33 (8), 1247-1252 (2001).
  32. Jeon, J., et al. Improved glucose tolerance and insulin sensitivity after electrical stimulation-assisted cycling in people with spinal cord injury. Spinal Cord. 40 (3), 110-117 (2002).
  33. Kjaer, M., et al. Fatty acid kinetics and carbohydrate metabolism during electrical exercise in spinal cord-injured humans. Am J Physiol-Reg I. 281 (5), R1492-R1498 (2001).
  34. Hettinga, D., Andrews, B. Oxygen consumption during functional electrical stimulation assisted exercise in persons with spinal cord injury: implications for fitness and health. Sports Med. 38 (10), 825-838 (2008).
  35. Yarar-Fisher, C., Bickel, C., Windham, S., McLain, A., Bamman, M. Skeletal muscle signaling associated with impaired glucose tolerance in spinal cord-injured men and the effects of contractile activity. J Appl Physiol. 115 (5), 756-764 (1985).
  36. Yarar-Fisher, C., Bickel, C., Kelly, N., Windham, S., Mclain, A., Bamman, M. Mechanosensitivity may be enhanced in skeletal muscles of spinal cord-injured versus ablebodied men. Muscle Nerve. 50 (4), 599-601 (2014).
  37. Gorgey, A., Mahoney, E., Kendall, T., Dudley, G. Effects of neuromuscular electrical stimulation parameters on specific tension. Eur J Appl Physiol. 97 (6), 737-744 (2006).
  38. Gorgey, A., Black, C., Elder, C., Dudley, G. Effects of electrical stimulation parameters on fatigue in skeletal muscle. J Orthop Sports Phys. 39 (9), 84-92 (2009).
  39. Gorgey, A., et al. Effects of Testosterone and Evoked Resistance Exercise after Spinal Cord Injury (TEREX-SCI): study protocol for a randomised controlled trial. BMJ Open. 7 (4), (2017).
  40. Nelson, M., et al. Metabolic syndrome in adolescents with spinal cord dysfunction. J Spinal Cord Med. 30 (s1), 127-139 (2007).
  41. Ashley, E., et al. Evidence of autonomic dysreflexia during functional electrical stimulation in individuals with spinal cord injuries. Paraplegia. 31 (9), 593-605 (1993).
  42. Hasnan, N., et al. Exercise responses during functional electrical stimulation cycling in individuals with spinal cord injury. Med Sci Sports Exer. 45 (6), 1131-1138 (2013).
  43. Fornusek, C., Davis, G., Russold, M. Pilot study of the effect of low-cadence functional electrical stimulation cycling after spinal cord injury on thigh girth and strength. Arch Phys Med Rehab. 94 (5), 990-993 (2013).
  44. Gorgey, A., Poarch, H., Dolbow, D., Castillo, T., Gater, D. The Impact of adjusting pulse durations of functional electrical stimulation cycling on energy expenditure and fatigue after spinal cord injury. J Rehabil Res Dev. 51 (9), 1455-1468 (2014).
  45. Ryan, A., Ivey, F., Prior, S., Li, G., Hafer-Macko, C. Skeletal muscle hypertrophy and muscle myostatin reduction after resistive training in stroke survivors. Stroke. 42 (2), 416-420 (2011).
  46. Sabatier, M., et al. Electrically stimulated resistance training in SCI individuals increases muscle fatigue resistance but not femoral artery size or blood flow. Spinal Cord. 44 (4), 227-233 (2006).
  47. Johnston, T., et al. Musculoskeletal Effects of 2 Functional Electrical Stimulation Cycling Paradigms Conducted at Different Cadences for People With Spinal Cord Injury: A Pilot Study. Arch Phys Med Rehab. 97 (9), 1413-1422 (2016).
  48. Gorgey, A., Cho, G., Dolbow, D., Gater, D. Differences in current amplitude evoking leg extension in individuals with spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 33 (1), 161-170 (2013).
  49. Gorgey, A., Martin, H., Metz, A., Khalil, R., Dolbow, D., Gater, D. Longitudinal changes in body composition and metabolic profile between exercise clinical trials in men with chronic spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 39 (6), 699-712 (2016).

Tags

Spinal Cord InjuryElectrical StimulationLower ExtremityRehabilitationNeuromuscular Electrical StimulationFunctional Electrical StimulationCyclingCardio-metabolicMuscle MassProtocolKnee ExtensorElectrode Placement

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image