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

Alt ekstremite elektriksel stimülasyon eğitim Medulla Spinalis Yaralanmalarında sonra paradigmalar

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

Medulla Spinalis Yaralanmalarında kronik ikincil metabolik bozukluklar yükseltilmiş risklerinin neden olabilir travmatik bir tıbbi durumdur. Burada, yüzey nöromüsküler elektriksel stimülasyon-direnç eğitimi içinde bağlaç ile fonksiyonel elektriksel stimülasyon-alt ekstremitelerde bir strateji olarak Bisiklete binme bu tıbbi sorunların birkaç iyileştirmek için bir iletişim kuralı’nı sundu.

Abstract

İskelet kas atrofi, artan obezite ve azaltılmış fiziksel aktivite sonrası spinal kord yaralanması (SCI) gözlenen önemli değişiklikler ve çok sayıda kardiyometabolik sağlık sonuçları ile ilişkili vardır. Bu değişiklikler kronik ikincil koşulları riskini artırmak ve bilm uyarılmış nöromüsküler elektriksel stimülasyon direnç (NMES-RT) eğitim için bir strateji olarak geliştirilmiştir yüzeyi olan kişilerin yaşam kalitesini etkileyen muhtemeldir iskelet kas atrofi sürecinin azalt, Ektopik obezite azaltmak, insülin duyarlılığı artırmak ve mitokondrial kapasite geliştirmek. Ancak, NMES-RT yalnızca bir tek kas grubu için sınırlıdır. Birden çok alt ekstremitelerde kas grupları içeren eğitim sağlık yararları maksimize. Fonksiyonel elektriksel stimülasyon-alt ekstremite (FES-LEC) Bisiklete binme daha fazla metabolik ve kardiyovasküler uyum uyandırmak için büyük olasılıkla 6 kas gruplarını, etkinleştirme için sağlar. Stimülasyon parametreleri uygun bilgi elektriksel stimülasyon Eğitim Bilimleri Adopting stratejileri NMES-RT uzun vadeli kullanım için olan insanlar sonuçları maksimize etmek için tuşuna ve FES-LEC rehabilitasyon sırasında bütünlüğünü korumak kas-iskelet sistemi, yaralanma sonra yürüyerek geri amaçlayan klinik deneyler için önceden gerekli. Geçerli el yazması NMES-RT FES-LEC önce bir Birleşik iletişim kuralı’nı sunar. Biz kas Bisiklete binme önce 12 hafta-ecek var olmak büyük güç üretebilecek için şartına karşı yüksek direnç geçiş yapmak ve daha fazla uyum içinde Sci olan insanlar neden hipotez

Introduction

Bu ABD’de yaklaşık 282,000 kişi şu anda Medulla Spinalis yaralanması (SCI)1ile yaşayan tahmin edilmektedir. Ortalama olarak, kabaca her yıl, öncelikle tarafından motorlu araç çöküyor, şiddet ve spor etkinlikleri1eylemleri neden 17.000 yeni durumlar vardır. SCI için sub-lesional duyu ve/veya motor kayıp lider kısmi veya toplam kesinti sinirsel iletim genelinde ve yaralanma2, seviyesinin altında sonuçlanır. Yaralanma sonra yaralanma seviyesinin altında iskelet kas aktivitesinin önemli ölçüde, yağsız kitle ve Ektopik yağ dokusu veya kas içi yağ (IMF) eşlik eden infiltrasyonu hızlı bir düşüş önde gelen azalır. Alt ekstremite kas iskelet yaralanma, ilk yıl3,4sonu devam eden ilk birkaç hafta içinde önemli Atrofi deneyimleri çalışmalar göstermiştir. En kısa zamanda göre sub-lesional kas boyutu bir 18-%46 düşüşü yaş ve engelsiz gövdeli denetimlere ağırlık eşlemeli 6 hafta sonrası yaralanma, tam SCI deneyimli olan kişiler. 24 hafta sonrası yaralanma, kas iskelet kesit alanı (CSA) 30-%503düşük olabilir. Gorgey ve Dudley kas iskelet orijinal boyutun % 43 4,5 ay sonrası yaralanma ve ünlü bir üç kez daha fazla miktarda IMF kişi eksik SCI için engelsiz cüsseli karşılaştırıldığında ile4denetler Atrofi devam ediyor gösterdi. Metabolik olarak aktif yağsız kütle kaybı Bazal metabolik hızı (BMR)2,6, hangi hesapların için ∼65-% 70 toplam günlük enerji harcaması bir azalma sonucunda; BMR böyle indirimleri bir zararlı enerji dengesizliği açabilir ve artan obezite sonra yaralanma2,7,8,9,10,18. Artan obezite olmuştur hipertansiyon gibi kronik ikincil koşulları gelişimine bağlı, tip II diabetes mellitus (T2DM) ve kalp-damar hastalıkları2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. Ayrıca, SCI kiþiler, kulaklarýnda yetersiz beslenme ve yüksek yağlı diyet güvenilmesi muzdarip olabilir. Diyet yağ alımı için kişi büyük olasılıkla SCI ile yağ kütlesinin % 29-34 artan obezite ve obezite SCI nüfus12,13içinde artan yaygınlığı açıklayan bir faktör sorumlu olabilir.

Nöromüsküler elektriksel stimülasyon uyarılmış direnç (NMES-RT) eğitim hipertrofisi felç kas iskelet19,20,21,22,23ikna etmek için dizayn edilmiştir, 24. Haftada iki kez NMES-RT, iskelet kas CSA tüm uyluk, diz ekstansiyon ve artan % 28, % 35 ve % 16, sırasıyla22tarafından diz fleksör kas gruplarını aşağıdaki on iki hafta. Dudley ve ark. altı hafta sonrası yaralanma19, 8 hafta haftada NMES-RT geri diz ekstansiyon kas boyutu için özgün boyutu % 75’i gösterdi. Ayrıca, Mahoney ve ark. aynı iletişim kuralını kullanılmaktadır ve sağ % 35 ve % 39 artış kaydetti ve rektus kemiği kasları NMES-RT2012 hafta sonra yaptı.

Bisiklete binme fonksiyonel elektriksel stimülasyon-alt ekstremite (FES-LEC) alt ekstremite kas gruplarını SCI25,26sonra egzersiz için kullanılan bir tekniktir ortak rehabilitasyon. NMES-RT farklı olarak, artan hipertrofisi neden olabilir 6 kas gruplarını uyarılması FES-LEC dayanan ve kardiyometabolik gelişmeler profil10,25,26,27, 28. Dolbow ve ark. Bu toplam vücut yağsız kitle FES-LEC 56 ay içinde SCI27ile bireysel takip % 18.5 artışla buldum. Üç kez haftalık FES-LEC, parapleji ile 60 yaşındaki bir kadın, on iki ay takip deneyimli toplam vücut % 7,7 artış yağsız kitle ve bacak %4.1 artış yalın kitle28. Fonksiyonel elektriksel stimülasyon (FES) rutin kullanımı risk faktörleri SCI10,25,26sonra iyileşme kardiyometabolik koşulları ile ilişkilidir.

Elektriksel stimülasyon eğitim için ideal aday motor ya tam ya da eksik yaralanmaları, bozulmamış periferik motor nöronlar ve sınırlı alt ekstremite hissi ile olacaktır. Geçerli el yazması, NMES-RT ve FES-LEC kişi kronik Bilimleri ile elektriksel stimülasyon eğitim sonuçlarını geliştirmek için tasarlanmış kullanarak birleştirilmiş bir yaklaşım açıklar NMES-RT sürecinin ayak bileği ağırlıkları kullanarak özetlenen, protokol ve genel yarar içinde önemli adımlar vurgulayarak süre ile kronik bilm kişilere müdahale sağlar İkinci amaç FES-LEC müdahale genel kardiyometabolik etkisini en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmış süreci tarif etmektir. Önceki çalışma bizim akılcı bir kombine eğitim protokolü daha büyük sonuçlar elektriksel stimülasyon eğitim20,21,22,23,24 24 hafta takip yaratamayacak olabilir doğruladı ,25,26,31,32,33,34,35,36.

Protocol

Bu el yazması açıklanan eğitim protokolü clinicaltrials.gov tanımlayıcısı (NCT01652040) ile kayıtlıdır. Eğitim programı ile ayak bileği ağırlıkları ve FES-LEC NMES-RT içerir. Tüm gerekli ekipman Tablo 2′ de listelenmiştir. Çalışma Protokolü ve aydınlatılmış onam incelenmeli ve Richmond VAMC kurumsal inceleme Kurulu (IRB) ve Virginia Commonwealth Üniversitesi (VCU) IRB tarafından onaylanmalıdır. Tüm çalışma yordamları açıklanmıştır duruşma başlamadan önce her…

Representative Results

Ayak bileği ağırlıkları NMES-RT (şekil 6a) 16 hafta boyunca 22 katılımcılar için giderek arttı. Katılımcılar tarafından kaldırdı ortalama ağırlıkları olduğunu 19,6 ± 6.5 lb (sağ bacak) ve 20 ± 6 lbs. (sol bacak) [8-24 lb.]. Sağ ve sol bacak (şekil 6b) için duruşma boyunca geçerli genlik dalgalanma. İlerleme bireyin motorlu tam SCI FES-LEC …

Discussion

Çalışmada elektriksel stimülasyon iki farklı paradigmaların gösterdi. Bir paradigma eğitimli kas iskelet kas hipertrofisi uyandırmak için aşamalı yükleme uygulama üzerinde odaklanmıştır ve diğer paradigma öncelikle aerobik kapasite artırılması yoluyla kardiyo-metabolik performansı artırmak için tasarlanmıştır. Her iki paradigmalar Karşılaştırılacak ve artılarını ve eksilerini her vurgulamak için çalışma.

NMES-RT geri yükleme kas boyutu ve akut ve kronik…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Zaman ve çaba önceki çalışmalarda katılmak için adamış katılımcılara teşekkür etmek istiyorum. Hunter Holmes McGuire Araştırma Enstitüsü ve omurilik yaralanma hizmetleri ve bozuklukları insan araştırma klinik denemeler yapmak için ortamı sağlamak için teşekkür etmek istiyorum. Eşref S. Gorgey şu anda Department of Veteran Affairs, Kıdemli Sağlık İdaresi, rehabilitasyon araştırma ve geliştirme hizmeti (B7867-W) ve DoD-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA) tarafından desteklenmektedir.

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