Paradigm av nedre extremitet elektrisk stimulering utbildning efter ryggmärgsskada

Det uppskattas att cirka 282,000 personer i USA för närvarande lever med ryggmärgen skadan (SCI)¹. I genomsnitt finns det ca 17 000 nya fall årligen, främst orsakade av motorfordon kraschar, våldshandlingar, och idrottsliga aktiviteter¹. SCI resulterar i helt eller delvis avbrott av neural transmission över och under nivån för skada², leder till sub-lesional sensoriska eller motoriska förlust. Efter skada minskas aktivitet i skelettmuskulaturen under nivån för skada avsevärt, vilket leder till en snabb nedgång i muskelmassa och samtidig infiltration av ektopisk fettvävnad eller intramuskulärt fett (IMF). Studier har visat att nedre extremitet skelettmuskulaturen upplever betydande atrofi inom de första veckorna av skada, fortsätter under hela slutet av den första år^3,4. Så snart 6 veckor efter skada, individer med komplett SCI erfarna en 18-46% minskning sub-lesional muskelstorlek jämfört med ålder och vikt-matchade abled arbetsföra kontroller. Genom 24 veckor efter skada vara skelettmuskel tvärsnittsarea (CSA) så låg som 30 till 50%³. Gorgey och Dudley visade att skelettmuskulaturen fortsätter att atrofi med 43% av den ursprungliga storleken 4,5 månader efter skada och noterade en tre gånger större mängd IMF i personer med ofullständig SCI jämfört med nedsatt arbetsförmåga-bodied styr⁴. Förlust av metaboliskt aktiva muskelmassa leder till en minskning i basala ämnesomsättning (BMR)^2,6, som står för ∼65 – 70% av den totala dagliga energiförbrukningen; sådana minskningar i BMR kan leda till en negativ energi obalans och öka adiposity efter skada^{2,7,8,9,10,18}. Förhöjd adiposity har varit kopplad till utvecklingen av kroniska sekundära sjukdomar inklusive högt blodtryck, typ II diabetes mellitus (T2DM) och hjärt-kärlsjukdom^{2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18}. Dessutom personer med SCI kan drabbas av undernäring och beroendet av en fet kost. Fett intaget kan konto för 29 till 34% av fett massan i personer med SCI, vilket sannolikt en faktor förklara ökande adiposity och eskalerande förekomsten av fetma inom SCI befolkningen^12,13.

Neuromuskulär elektrisk stimulering framkallat motstånd utbildning (NMES-RT) utformades för att inducera hypertrofi av förlamad skelettmuskulaturen^{19,20,21,22,23, 24}. Följande tolv veckor två gånger i veckan NMES-RT, skelettmuskel CSA av hela låret, knät extensor och knä flexor muskel grupperna ökade med 28%, 35% och 16% respektive²². Dudley et al. visade att 8 veckor två gånger i veckan av NMES-RT återställd knä extensor muskler storlek till 75% av den ursprungliga storleken på sex veckor efter skada¹⁹. Dessutom Mahoney et al. utnyttjade samma protokoll och noterade en 35% och 39% ökning av höger och vänster rectus femoris muskler efter 12 veckors NMES-RT²⁰.

Funktionella elektrisk stimulering nedre extremitet cykling (FES-LEC) är en vanlig rehabilitering teknik används för att utöva nedre extremitet muskelgrupper efter SCI^25,26. Till skillnad från NMES-RT, FES-LEC bygger på stimulering av 6 muskelgrupper, vilket kan resultera i ökad hypertrofi och förbättringar i kardiometabola profil^{10,25,26,27, 28}. Dolbow et al. hittade det totala kropp lean massa ökade med 18,5% 56 månader av FES-LEC i en individ med SCI²⁷. Efter tolv månader av tre veckovisa FES-LEC, en 60 – årig kvinna med paraplegi erfarna en ökning med 7,7 procent av kroppens totala lean mass och en 4,1% ökning av benet magert massa²⁸. Rutinmässig användning av funktionella elektrisk stimulering (FES) är associerad med förbättring i riskfaktorer av kardiometabola efter SCI^10,25,26.

Perfekta kandidater för elektrisk stimulering utbildning kommer att ha antingen motor fullständig eller ofullständig skador, med intakt perifera motoriska nervceller och begränsad nedre extremitet sensation. Det nuvarande manuskriptet, beskriver ett kombinerat tillvägagångssätt och använda NMES-RT och FES-LEC syftar till att förbättra resultaten av elektrisk stimulering utbildning hos personer med kronisk SCI. Processen för NMES-RT med vrist vikter kommer att beskrivas, samtidigt belysa viktiga steg inom protokollet och övergripande fördelen interventionen ger till personer med kronisk SCI. Det andra syftet är att beskriva processen för FES-LEC utformade för att maximera den totala kardiometabola effekten av interventionen. Tidigare arbeten har bekräftat våra rationellt att en kombinerad utbildning protokollet kan framkalla större utfall efter 24 veckor av elektrisk stimulering utbildning^{20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36}.