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

Парадигмы нижней конечности электрическая стимуляция обучения после травмы спинного мозга

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

Травмы спинного мозга является травматическим медицинское состояние, которое может привести к повышенных рисков хронических средних метаболических расстройств. Здесь мы представили протокол, с помощью поверхности нервно электрической стимуляции сопротивление подготовки в сочетании с функциональной электрической стимуляции нижний конечностей, Велоспорт в качестве стратегии для улучшения некоторых из этих медицинских проблем.

Abstract

Скелетная мышечная атрофия, рост ожирения и снижения физической активности являются ключевые изменения, наблюдаемые после травмы спинного мозга (SCI) и связаны с многочисленными последствиями для здоровья кардиометаболического. Эти изменения могут увеличить риск развития хронических средних и повлиять на качество жизни людей с поверхностью SCI. нейромышечную электростимуляцию вызвала сопротивление обучение (NMES-RT) была разработана стратегия смягчение процесса атрофией скелетных мышц, сокращение внематочной ожирение, улучшить чувствительность инсулина и митохондриального потенциала. Однако NMES-RT ограничивается только одной мышечной группы. С участием нескольких групп мышц нижних конечностей может максимизировать преимущества здоровья профессиональной подготовки. Функциональные электрической стимуляции нижней конечности, Велоспорт (FES-LEC) позволяет для активации 6 групп мышц, что скорее всего, вызывают более сердечно-сосудистой и метаболической адаптации. Соответствующие знания параметров стимуляции является ключом к максимизации результатов обучения электрической стимуляции людьми с SCI. принятие стратегий долгосрочного использования NMES-RT и Фес-LEC во время реабилитации может поддерживать целостность опорно-двигательный аппарат, предпосылкой для клинических испытаний, направленных на восстановление ходьбы после травмы. Текущий рукопись представляет комбинированный протокол, с помощью NMES-RT до ФЕСА-LEC. Мы предполагаем, что мышцы, кондиционером за 12 недель до Велоспорт будет способен генерировать большую мощность, цикл против сопротивление выше и привести к большей адаптации лиц с SCI.

Introduction

Предполагается, что примерно 282,000 человек в США в настоящее время живут с спинного мозга травмы (SCI)1. В среднем есть примерно 17 000 новых случаев, ежегодно, в первую очередь, вызванного дорожно-транспортных происшествий, акты насилия и спортивные мероприятия1. SCI приводит частичное или полное прекращение нейронной передачи через и ниже уровня травмы2, приводя к потере sub-lesional сенсорные и моторные. После травмы значительно снижается активность скелетных мышц ниже уровня травмы, приводит к быстрому снижению мышечной массы и сопутствующих проникновение эктопические жировой ткани, или внутримышечного жира (МВФ). Исследования показали, что нижняя оконечность скелетных мышц испытывает значительную атрофию в течение первых нескольких недель травмы, на протяжении всего к концу первый год3,4. Как только 6 недель после травмы, лиц с полной SCI опытных 18-46% уменьшение размера sub-lesional мышц по сравнению с возраст и вес согласованной ограниченными физическими возможностями здоровых элементов управления. 24 недель после травмы сечение скелетной мускулатуры (CSA) могут быть как низко как 30-50%3. Gorgey и Дадли показал, что скелетных мышц по-прежнему атрофия на 43% от первоначального размера 4,5 месяцев после травмы и отметила три раза большее количество МВФ в лица с неполной SCI, по сравнению с ограниченными физическими возможностями здоровых контролирует4. Потери метаболически активной мышечной массы приводит к снижению в базальных метаболизма (BMR)2,6, какие учетные записи для ∼65 – 70% общего объема ежедневных расходов энергии; Такое сокращение BMR может привести к пагубным энергетического дисбаланса и увеличения ожирения после травмы2,,78,9,10,18. Был повышенный ожирение связано с развитием хронического среднего условий, включая гипертонии, типа, сахарный диабет II (T2DM) и сердечно-сосудистых заболеваний2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. Кроме того, лица с SCI могут страдать от недоедания и опора на высоких жиров. Диетических жиров может приходиться 29 – 34% массы жира людьми с SCI, которая, вероятно, фактор, объясняя, ожирение и ростом распространенности ожирения в SCI населения12,13.

Нейромышечную электростимуляцию вызвала сопротивление обучение (NMES-RT) был разработан чтобы побудить гипертрофия парализованных мышцах19,20,21,,2223, 24. Следующие двенадцать недель два раза в неделю NMES-RT, скелетных мышцах CSA всего бедра, разгибателей коленного сустава и групп мышц сгибателей коленного сустава, увеличился на 28%, 35% и 16%, соответственно22. Дадли и др. показали, что 8 недель два раза в неделю NMES-RT восстановлен колена разгибателей мышц размера до 75% от первоначального размера на шесть недель после травмы19. Кроме того Махони и др. использовать тот же протокол и отметил увеличение права на 35% и 39% и оставил прямая мышца бедра мышцы после 12 недель NMES-RT-20.

Функциональные электрические стимуляции нижней конечности Велоспорт (FES-LEC) является общей реабилитации метод, используемый для осуществления группы мышц нижних конечностей после SCI25,26. В отличие от NMES-RT, Фес-LEC опирается на стимуляции 6 групп мышц, которые могут привести к увеличению гипертрофия и улучшений в кардиометаболического профиль10,25,26,27, 28. Dolbow и др. Найдено что всего тела мышечной массы увеличился на 18,5%, после 56 месяцев Фес-LEC в индивидуал с SCI27. После двенадцати месяцев трижды в неделю Фес-LEC, 60 – летняя женщина с параплегией опытных 7,7% увеличение общего объема lean массы и увеличение на 4,1% ногу худой массового28. Рутинное применение функциональных электростимуляции (FES) связан с улучшение факторов риска кардиометаболического условий после SCI10,25,26.

Идеальные кандидаты для электростимуляции обучение будет иметь либо мотор полный или неполный травм, с нетронутым периферических двигательных нейронов и ограниченные нижней конечности ощущения. Текущий рукопись, описывает комбинированный подход с использованием NMES-RT и Фес-LEC, призванных улучшить исходы электрическая стимуляция обучения лиц с хроническими SCI. Процесс NMES-RT будет определен с помощью лодыжки веса, подчеркнув ключевые шаги в рамках протокола и общих интересах вмешательства предоставляет лицам с хроническими SCI. Вторая цель заключается в описать процесс Фес-LEC предназначен для максимальной общей кардиометаболического эффект вмешательства. Предыдущие работы подтвердил наш рациональный что комбинированный курс подготовки протокола может вызвать больше результатов после 24 недель электрической стимуляции обучение20,21,,2223,24 ,25,26,,3132,33,34,35,36.

Protocol

Подготовки протокола, описанные в этой рукописи регистрируется с clinicaltrials.gov идентификатор (NCT01652040). Программа обучения включает в себя NMES-RT с лодыжки веса и Фес-LEC. Все необходимое оборудование, перечисленные в таблице 2. Протокол исследования и осознанного согласия были рассмот…

Representative Results

Лодыжки веса увеличивалось для 22 участников, свыше 16 недель NMES-RT (рис. 6a). Средний вес сняты Участники был 19.6 ± 6,5 фунта (правая нога) и 20 ± 6 фунтов (левая нога) [lb 8-24.]. Амплитуда тока колебались в течение всего судебного разбирательства для правой и левой но?…

Discussion

Текущее исследование продемонстрировало два различных парадигм электрической стимуляции. Один парадигмы сосредоточена на осуществлении прогрессивной загрузки подготовленных мышц вызывают гипертрофии скелетных мышц и другая парадигма предназначен прежде всего для повышения произ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотели бы поблагодарить участников, которые посвятили время и усилия, чтобы участвовать в предыдущих исследованиях. Мы хотели бы поблагодарить Хантер Макгуайр Холмс научно-исследовательский институт и услуги травмы спинного мозга и расстройств за обеспечение условий для проведения клинических исследований человеческого судебных разбирательств. Ашраф S. Gorgey в настоящее время поддерживается Департаментом по делам ветеранов, ветеран здравоохранения администрации, реабилитации научных исследований и развития службы (B7867-W) и МО-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-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