التدخلات العلاجية لمبتوري الأطراف العلوية الذين يخضعون لعمليات نقل عصبية انتقائية
Summary
يقدم هذا العمل بروتوكولا لتعزيز وظيفة الأطراف الاصطناعية بعد جراحة نقل الأعصاب الانتقائية. وتشمل تدخلات إعادة التأهيل معلومات المريض واختياره، ودعم التئام الجروح، وإعادة تنشيط القشرية للمناطق الحسية الحركية في الطرف العلوي، والتدريب على تنشيط العضلات الانتقائي، والتعامل مع الأطراف الاصطناعية في الحياة اليومية، وتقييمات المتابعة المنتظمة.
Abstract
تعمل إعادة تعصيب العضلات المستهدفة (TMR) على تحسين واجهة المكافحة البيولوجية للأطراف الاصطناعية الكهربية العضلية بعد البتر فوق المرفق. أصبح التنشيط الانتقائي لوحدات العضلات ممكنا عن طريق إعادة توجيه الأعصاب جراحيا ، مما ينتج عنه عدد كبير من إشارات التحكم الكهربائية العضلية المستقلة. ومع ذلك ، يتطلب هذا التدخل اختيارا دقيقا للمريض وعلاجا محددا لإعادة التأهيل. هنا يتم تقديم بروتوكول إعادة التأهيل لمبتوري الأطراف العلوية رفيعي المستوى الذين يخضعون ل TMR ، بناء على دراسة أجراها خبير دلفي. تشمل التدخلات قبل الجراحة تقييما مفصلا للمريض وتدابير عامة للسيطرة على الألم وقدرة العضلات وقوتها وتوازنها ونطاق حركة المفاصل المتبقية. بعد الجراحة، تركز التدخلات العلاجية الإضافية على التحكم في الوذمة وعلاج الندوب والتنشيط الانتقائي للمناطق القشرية المسؤولة عن التحكم في الأطراف العلوية. بعد إعادة التعصيب الناجحة للعضلات المستهدفة ، يتم استخدام الارتجاع البيولوجي الكهربائي للعضلات السطحية (sEMG) لتدريب تنشيط الوحدات العضلية الجديدة. في وقت لاحق ، قد يوفر الطرف الاصطناعي على الطاولة التجربة الأولى للتحكم في الأطراف الاصطناعية. بعد تركيب الطرف الاصطناعي الفعلي ، يتضمن التدريب تدريبات متكررة بدون أشياء ، والتلاعب بالأشياء ، وأخيرا أنشطة الحياة اليومية. في نهاية المطاف، تسمح مواعيد المرضى المنتظمة والتقييمات الوظيفية بتتبع وظيفة الأطراف الاصطناعية وتمكين التدخلات المبكرة في حالة حدوث خلل.
Introduction
توفر عمليات البتر العالية للطرف العلوي تحديا لاستبدال الأطراف الاصطناعية1. بصرف النظر عن وظيفة مفصل الكوع ، يجب أن تشمل الأنظمة التعويضية النشطة فتح / إغلاق اليد الاصطناعية ومن الناحية المثالية أيضا البروز / الاستلقاء و / أو تمديد / ثني المعصم. ومع ذلك ، فإن التحكم في الأجهزة الكهربية العضلية القياسية يعتمد عادة على إشارات الإدخال من عضلتينفقط 2. هذه هي تقليديا عضلات العضلة ذات الرأسين وثلاثية الرؤوس بعد البتر عبر عظم العضد والعضلات الرئيسية latissimus dorsi و pصدرية بعد بتر الغلينوهوميرال3. للتحكم في جميع المفاصل الاصطناعية، يحتاج مبتوري الأطراف إلى التبديل بين المفاصل النشطة (على سبيل المثال، باستخدام تقلص مشترك للعضلتين)1. في حين أن هذا يوفر نموذج تحكم مستقر ، إلا أن هناك قيدا كبيرا يتبع ذلك تحكما بطيئا وغير بديهي ناتج ، والذي لا يسمح بحركات متزامنة لمفصلين اصطناعيين أو أكثر4. هذا يحد من وظائف الطرف الاصطناعي وهو أحد أسباب ارتفاع معدلات التخلي عن الأطراف الاصطناعية بعد بتر الأطراف فوق الكوع5.
للتغلب على التحكم المحدود وغير البديهي لهذه الأنواع من التركيبات التعويضية ، يمكن استخدام عمليات نقل الأعصاب الانتقائية. يتكون هذا النهج ، المعروف أيضا باسم إعادة تعصيب العضلات المستهدفة (TMR) ، من إنشاء إشارات التحكم في العضلات جراحيا عن طريق إعادة توجيه الأعصاب التي خدمت في البداية اليد والذراع المبتورتين إلى عضلات مستهدفة مختلفة داخل الطرف المتبقي 6,7. بعد إعادة التعصيب الناجح ، يصبح التنشيط الأكثر انتقائية لوحدات العضلات المعاد تعصيبها ممكنا8. يمكن بعد ذلك استخدام نشاط تخطيط كهربية العضل (EMG) الناتج للتحكم في الأطراف الاصطناعية ويمكن أن ينتج عنه ما يصل إلى ست إشارات تحكم.
في حين أن هناك اتفاقا واسعا على أن TMR يمكن أن يحسن بشكل كبير وظيفة الأطراف الاصطناعية9 ، فإن التنشيط الانتقائي والتحكم المناسب في العضلات المتعددة في الجذع يشكلان تحديا للمرضى ، خاصة في فترة ما بعد الجراحة المبكرة. يتطلب هذا التعقيد المعزز للتحكم في الأطراف الاصطناعية المقترن بانخفاض التغذية المرتدة متعددة الحواس بعد البتر إعادة تأهيل محددة للاستفادة الكاملة من الإجراء الجراحي. هنا ، يتم توفير مبدأ توجيهي خطوة بخطوة للتدخلات العلاجية بناء على التوصيات الأخيرة10. يمكن العثور على نظرة عامة على التدخلات والوقت المقدر الذي تستغرقه في بيئة مثالية في الشكل 1.
الشكل 1: نظرة عامة على المراحل داخل عملية إعادة التأهيل، بما في ذلك المعالم التي تمثل بداية مرحلة جديدة.
Protocol
Representative Results
Discussion
في السنوات الأخيرة ، تم استخدام عمليات نقل الأعصاب الانتقائية بشكل متزايد لتعزيز وظيفة الأطراف الاصطناعية27. وقد أدرك الأطباء السريريون ذوو الخبرة في هذا المجال أن إعادة التأهيل ضرورية لتمكين مبتوري الأطراف من استخدام طرف اصطناعي بعد العملية الجراحية بمهارة27. ومع ذلك ، هناك نقص في برامج العلاج المنظمة. يهدف البروتوكول الحالي إلى تزويد المعالجين المهنيين والفيزيائيين بالأدوات والهيكل لتوجيه المرضى طوال عملية TMR الطويلة. وعلى النقيض من الاقتراحات السابقة للعلاج (التي وضعت لعمليات نقل الأعصاب الأقل تعقيدا)28، هناك تركيز أقوى على التدريب قبل الأطراف الاصطناعية واستخدام الارتجاع البيولوجي لتخطيط كهربية العضل للسماح بالتحكم العضلي الانتقائي.
كما هو موضح في دراسة الجدوى9 ، فإن مناقشة توقعات المريض أمر ضروري لنجاح ما بعد الجراحة. من المؤكد أن إدراج المرضى ذوي الدوافع العالية ساعد على تحقيق النتائج الممتازة الموصوفة. قد يؤدي انخفاض الامتثال للبروتوكول الموصوف إلى انخفاض وظيفة الأطراف الاصطناعية. بالإضافة إلى ذلك ، لا يرغب جميع المرضى في الحصول على تركيب طرف اصطناعي (أو يمكنهم تحمل تكلفة الحصول عليه). ومع ذلك ، قد لا يزال TMR ممكنا لتحسين الورم العصبي أو آلام الأطراف الوهمية منذ أن أظهرت الدراسات الحديثة إمكانية نقل الأعصاب للتخفيف من هذه الحالات29،30،31. في مثل هذه الحالات ، يتم تقصير برنامج إعادة التأهيل. ومع ذلك ، فقد شهدنا أن التدريب المنتظم على التنشيط المتحكم فيه للعضلات المعاد تعصيبها والطرف الاصطناعي يمكن أن يزيد من تحسين حالة الألم32. هنا ، يعد اتخاذ القرار المشترك أمرا ضروريا لأن بعض المرضى قد يرتدون طرفا اصطناعيا لقدرته على تقليل الألم على المدى الطويل32 ، في حين أن البعض الآخر قد لا يكون مهتما.
في تجربتنا ، تعد المناقشة التفصيلية مع المريض ضرورية لتقييم الامتثال في المستقبل. اعتمادا على وقت إعادة التعصيب ، والقدرة على التعلم الحركي ، وتوافر المريض ، من المرجح أن تستغرق عملية إعادة التأهيل ما بين 9-15 شهرا. لنفترض أن المريض لا يسعى جاهدا نحو تحسين وظيفة الطرف العلوي أو قد يستخدم بشكل أفضل جهازا آخر (على سبيل المثال ، الأطراف الاصطناعية التي تعمل بالطاقة من الجسم). في هذه الحالة ، قد لا يعتبر المرء الالتزام الزمني (وربما المالي) يستحق كل هذا العناء. لتوفير الموارد، نوصي بشدة فقط بتضمين المرضى الذين يعبرون عن اهتمامهم القوي بالإجراء ولا يقومون بإجراء الجراحة إلا لأغراض وظيفية عندما يكون إجراء إعادة التأهيل الكامل متوقعا. أخيرا ، من المرجح أن يتم تغطية تكاليف الجراحة والعلاج والتركيب في تلك المرحلة.
يجب تكييف بروتوكول الدراسة الموصوف لكل فرد بناء على التفكير السريري لتلبية احتياجاتهم الخاصة. يجب النظر في الأمراض الجسدية والنفسية المشتركة وتقديم العلاج المناسب (مثل العلاج النفسي) بالإضافة إلى التدخلات الموضحة هنا. في المرضى الذين يتلقون TMR مباشرة بعد البتر ، قد تكون هناك حاجة إلى فحص دقيق للحالات النفسية التي تتطور مع مرور الوقت. بصرف النظر عن هذا ، لا يلزم إجراء أي تغيير في البروتوكول لهذه المجموعة من المرضى. حتى أنها قد تتقدم بشكل أسرع في التعلم الحركي لأنها قد لا تزال تستخدم في الأنشطة اليدوية. ضمن هذا البروتوكول ، تحدد عمليات النقل العصبي التي يديرها الجراح ، الأوامر الحركية التي تحتاج إلى تدريب ومن المتوقع أن تكون أجزاء العضلات عليها. يؤثر اختيار الجهاز الطرفي الاصطناعي على التدريب على الأطراف الاصطناعية. بالنسبة للأطراف الاصطناعية متعددة المفصلات، يجب تضمين التبديل بين أنواع الإمساك المختلفة وكيفية استخدامها في العلاج، إذا لزم الأمر.
بالنسبة للمرضى الذين يعيشون بعيدا عن المركز السريري أو أولئك الذين لا يستطيعون حضور إعادة التأهيل الشخصي بانتظام ، هناك حاجة إلى التبني في بروتوكول إعادة التأهيل. وهي تشمل تركيزا أقوى على التدريب المنزلي ، والمشاركة المحتملة للمعالج بالقرب من منزل المريض ، وجلسات إعادة التأهيل عن بعد عبر مكالمات الفيديو عبر الإنترنت. تحتاج حلول إعادة التأهيل عن بعد إلى توفير اتصال فيديو وصوت مستقر مع تلبية جميع متطلبات حماية البيانات. في هؤلاء المرضى ، يجب التخطيط لزيارة أولى للمركز السريري في 6-9 أشهر بعد الجراحة للتدريب على الإشارة. الزيارة عادة ما تكون لمدة 1 أسبوع، مع جلسات العلاج مرتين في اليوم. في معظم الحالات ، يمكن تحقيق فصل جيد للإشارة في هذا الوقت. خلاف ذلك ، هناك حاجة إلى إقامة أخرى للتدريب على الإشارة ، وقد يحصل المريض على جهاز ارتجاع بيولوجي بسيط sEMG للتدريب المنزلي. عندما يتم إنشاء فصل إشارة جيد ، يمكن لأخصائي الأطراف الاصطناعية تصنيع مقبس اختبار ، ويمكن تحديد مواضع الإشارة أثناء الإقامة. هذا يسمح لأخصائي الأطراف الاصطناعية بإنشاء التركيب النهائي عندما يعود المريض إلى المنزل. يمكن تركيب الطرف الاصطناعي النهائي في زيارة ثانية لمدة أسبوع واحد بعد 1-2 أشهر ، ويمكن بدء التدريب على الأطراف الاصطناعية. يمكن أن يحدث التدريب المتقدم على الأطراف الاصطناعية والمزيد من زيارات المتابعة إما في مكان بعيد أو أثناء زيارة أخرى إلى المركز ، اعتمادا على احتياجات المريض.
علاوة على ذلك ، يمكن دمج التدخلات الجراحية الأخرى ، مثل التكامل العظمي33 لتحسين الواجهة الميكانيكية للطرف الاصطناعي ، مع TMR34. إذا كان هذا هو الحال ، فيجب تضمين تدخلات محددة (مثل التدريب المتدرج على حمل الأثقال بعد التكامل العظمي35). بالإضافة إلى ذلك ، في حين أن البروتوكول الموصوف مخصص لأنظمة التحكم في الأطراف الاصطناعية المباشرة (حيث يتوافق قطب كهربائي واحد مع حركة واحدة) ، تظل مبادئه كما هي إذا تم التخطيط لنظام التحكم في التعرف على الأنماط. الفرق الرئيسي في إعادة التأهيل هو أن التنشيط الانتقائي للعضلات المفردة يصبح أقل أهمية ، في حين أن أنماط التنشيط الخاصة والقابلة للتكرار لعدة عضلات تحتاج إلى تدريب36.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تلقت هذه الدراسة تمويلا من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) في إطار برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي (اتفاقية المنحة رقم 810346). يشكر المؤلفون آرون سيسيرفيني على إعداد الرسوم التوضيحية المستخدمة في هذا المنشور.
Materials
| Dynamic Arm Plus® system with a Variplus Speed prosthetic hand | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | This prosthetic system was used together with a computer (and Bluetooth connection) for sEMG Biofeedback. Later, it was used for table top prosthetic training and as the patient's prosthetic fitting. | |
| ElbowSoft TMR | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | In combination with the Dynamic Arm Plus system and a standard computer (with Windows 7, 8 or 10), this software allows the visualisation of EMG signals as well as changing settings in the prosthetic system. | |
| EMG electrodes | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | electrodes 13E202 = 50 | The EMG electrodes used in this study were bipolar and included a ground and a 50 Hz filter. They were used with the Dynamic Arm Plus®. |
| Folding Mirror Therapy Box (Arm/Foot/Ankle) | Reflex Pain Management Therapy Store | This box was used for mirror therapy. |
References
- Vujaklija, I., Farina, D., Aszmann, O. C. New developments in prosthetic arm systems. Orthopedic Research and Reviews. 8, 31-39 (2016).
- Zhou, P., et al. Decoding a new neural machine interface for control of artificial limbs. Journal of Neurophysiology. 98 (5), 2974-2982 (2007).
- Sturma, A., Salminger, S., Aszmann, O. Proximale Amputationen des Armes: Technische, chirurgische und handtherapeutische Möglichkeiten. Zeitschrift für Handtherapie. 21 (1), 18-25 (2018).
- Uellendahl, J. E. Upper extremity myoelectric prosthetics. Physical Medicine & Rehabilitation Clinics of North America. 11 (3), 639-652 (2000).
- Biddiss, E., Chau, T. Upper-limb prosthetics: critical factors in device abandonment. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 86 (12), 977-987 (2007).
- Kuiken, T. A., Dumanian, G. A., Lipschutz, R. D., Miller, L. A., Stubblefield, K. A. The use of targeted muscle reinnervation for improved myoelectric prosthesis control in a bilateral shoulder disarticulation amputee. Prosthetics and Orthotics International. 28 (3), 245-253 (2004).
- Aszmann, O. C., Dietl, H., Frey, M. Selective nerve transfers to improve the control of myoelectrical arm prostheses. Handchirurgie, Mikrochirurgie, plastische Chirurgie. 40 (1), 60-65 (2008).
- Cheesborough, J. E., Smith, L. H., Kuiken, T. A., Dumanian, G. A. Targeted muscle reinnervation and advanced prosthetic arms. Seminars in Plastic Surgery. 29 (1), 62-72 (2015).
- Salminger, S., et al. Outcomes, challenges and pitfalls after targeted muscle reinnervation in high level amputees. Is it worth the effort. Plastic and Reconstructive Surgery. 144 (6), 1037-1043 (2019).
- Sturma, A., et al. Rehabilitation of high upper limb amputees after Targeted Muscle Reinnervation. Journal of Hand Therapy: Official Journal of the American Society of Hand Therapists. , (2020).
- Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D. Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proceedings Biological Sciences. 263 (1369), 377-386 (1996).
- Rothgangel, A. S., Braun, S. M., Beurskens, A. J., Seitz, R. J., Wade, D. T. The clinical aspects of mirror therapy in rehabilitation. International Journal of Rehabilitation Research. 34 (1), 1-13 (2011).
- Dickstein, R., Deutsch, J. E. Motor imagery in physical therapist practice. Physical Therapy. 87 (7), 942-953 (2007).
- Bowering, K. J., et al. The effects of graded motor imagery and its components on chronic pain: A systematic review and meta-analysis. The Journal of Pain. 14 (1), 3-13 (2013).
- Moseley, G. L. . The graded motor imagery handbook. , (2012).
- Merletti, R., Parker, P. . Electromyography: Physiology, engineering, and non-invasive applications. , (2004).
- Sturma, A., Hruby, L. A., Prahm, C., Mayer, J. A., Aszmann, O. C. Rehabilitation of upper extremity nerve injuries using surface EMG biofeedback: Protocols for clinical application. Frontiers in Neuroscience. 12 (906), (2018).
- Farina, D., Aszmann, O. Bionic limbs: clinical reality and academic promises. Science Translational Medicine. 6 (257), 212 (2014).
- Kyberd, P., et al. Practice evaluation. Case studies to demonstrate the range of applications of the Southampton Hand Assessment Procedure. British Journal of Occupational Therapy. 72 (5), 212-218 (2009).
- Lyle, R. C. A performance test for assessment of upper limb function in physical rehabilitation treatment and research. Internationale Journal of Rehabilitation Research. 4, 483-492 (1981).
- Yozbatiran, N., Der-Yeghiaian, L., Cramer, S. C. A standardized approach to performing the action research arm test. Neurorehabil Neural Repair. 22 (1), 78-90 (2008).
- Hermansson, L. M., Bernspang, B., Eliasson, A. C. Assessment of capacity for myoelectric control: a new Rasch-built measure of prosthetic hand control. Journal of rehabilitation medicine. 37 (3), 166-171 (2005).
- Hermansson, L. M., Fisher, A. G., Bernspång, B., Eliasson, A. -. C. Intra- and inter-rater reliability of the assessment of capacity for myoelectric control. Journal of Rehabilitation Medicine. 38 (2), 118-123 (2006).
- McHorney, C. A., Ware Jr, ., E, J., Raczek, A. E. The MOS 36-item short-form health survey (SF-36): II. Psychometric and clinical tests of validity in measuring physical and mental health constructs. Medical Care. 31, 247-263 (1993).
- Gummesson, C., Atroshi, I., Ekdahl, C. The disabilities of the arm, shoulder and hand (DASH) outcome questionnaire: longitudinal construct validity and measuring self-rated health change after surgery. BMC Musculoskeletal Disorders. 4 (1), 11 (2003).
- Stubblefield, K. A. Occupational therapy outcomes with targeted hyper-reinnervation nerve transfer surgery: Two case studies. MEC ’05 Intergrating Prosthetics and Medicine, Proceedings of the 2005 MyoElectric Controls/Powered Prosthetics. , (2005).
- Geary, M., Gaston, R. G., Loeffler, B. Surgical and technological advances in the management of upper limb amputees. The Bone & Joint Journal. 103 (3), 430-439 (2021).
- Stubblefield, K. A., Miller, L. A., Lipschutz, R. D., Kuiken, T. A. Occupational therapy protocol for amputees with targeted muscle reinnervation. Journal of Rehabilitation Research & Development. 46 (4), 481-488 (2009).
- Dumanian, G. A., et al. Targeted muscle reinnervation treats neuroma and phantom pain in major limb amputees: A randomized clinical trial. Annals of Surgery. 270 (2), 238-246 (2018).
- Pet, M. A., Ko, J. H., Friedly, J. L., Mourad, P. D., Smith, D. G. Does targeted nerve implantation reduce neuroma pain in amputees. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (10), 2991-3001 (2014).
- Souza, J. M., et al. Targeted muscle reinnervation: a novel approach to postamputation neuroma pain. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (10), 2984-2990 (2014).
- Sturma, A., Hruby, L. A., Vujaklija, I., Østlie, K., Farina, D., Aszmann, O. C., Farina, D. Treatment strategies for phantom limb pain. Bionic Limb Reconstruction. , 113-124 (2021).
- Li, Y., Branemark, R. Osseointegrated prostheses for rehabilitation following amputation : The pioneering Swedish model. Der Unfallchirurg. 120 (4), 285-292 (2017).
- Vincitorio, F., et al. Targeted muscle reinnervation and osseointegration for pain relief and prosthetic arm control in a woman with bilateral proximal upper limb amputation. World Neurosurgery. 143, 365-373 (2020).
- Jonsson, S., Caine-Winterberger, K., Branemark, R. Osseointegration amputation prostheses on the upper limbs: methods, prosthetics and rehabilitation. Prosthetics and Orthotics International. 35 (2), 190-200 (2011).
- Stubblefield, K., Kuiken, T., Kuiken, T., Schultz-Feuser, A., Barlow, A. Occupational therapy for the targeted muscle reinnervation patient. Targeted Muscle Reinnervation. , 99-119 (2014).
