قياس مساهمات الذراعين والساقين أثناء تمرين الجلوس للوقوف المتكرر بمساعدة كهربائية في المصابين بالشلل النصفي: دراسة تجريبية
Summary
يتم تحديد مساهمة الذراعين في الجلوس للوقوف (SitTS) حسب حالة عضلات الساقين. تم اكتشاف العديد من الاستراتيجيات التعويضية في الجهود المبذولة لتحقيق دورات SitTS كاملة. تعمل هذه النتائج على تثليث التدابير الميكانيكية الحيوية للأشخاص المصابين بإصابة الحبل الشوكي (SCI) مع شعورهم الشخصي بالحمل الذي يتحمله كلا أطرافهم طوال نهج SitTS.
Abstract
يتضمن تنفيذ الجلوس للوقوف (SitTS) في مرضى إصابات الحبل الشوكي غير المكتملة (SCI) الوظيفة الحركية في كل من الأطراف العلوية والسفلية. يعد استخدام دعم الذراع ، على وجه الخصوص ، عاملا مساعدا مهما أثناء تنفيذ حركة SitTS في سكان اصابات النخاع الشوكي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تطبيق التحفيز الكهربائي الوظيفي (FES) على عضلات الفخذ وعضلات الألوية القصوى هو أحد الإدارة الموصوفة لإصابات النخاع الشوكي غير المكتملة لتحسين عمل العضلات لحركات الأطراف السفلية البسيطة. ومع ذلك ، لم يتم التحقيق بدقة في المساهمة النسبية للأطراف العلوية والسفلية خلال SitTS. قام اثنان من المصابين بالشلل النصفي اصابات النخاع الشوكي غير المكتمل بأداء SitTS المتكرر لتحدي تمرين التعب. تم التحقيق في أدائهم كدراسة حالة وشواهد مختلطة تقارن SitTS بمساعدة وبدون مساعدة FES. تم الانتهاء من ثلاث مجموعات من اختبارات SitTS مع تخصيص فترة راحة مدتها 5 دقائق بين المجموعات ، مع أجهزة استشعار التصوير الميكانيكي (MMG) المرفقة على عضلات الفخذ المستقيمة بشكل ثنائي. تم فصل التمرين إلى 2 جلسات. اليوم 1 ل SitTS الطوعي واليوم 2 ل SitTS بمساعدة FES. تم إجراء استبيانات بعد كل جلسة لجمع مدخلات المشاركين حول تجربتهم المتكررة في SitTS. أكد التحليل أنه يمكن تقسيم دورة SitTS إلى ثلاث مراحل. المرحلة 1 (التحضير للوقوف) والمرحلة 2 (إيقاف المقعد) والمرحلة 3 (بدء تمديد الورك) ، والتي ساهمت بنسبة 23٪ ± 7٪ و 16٪ ± 4٪ و 61٪ ± 6٪ من دورة SitTS ، على التوالي. اختلفت مساهمة الذراعين والساقين أثناء حركة SitTS في مختلف المشاركين بناء على درجة عضلات مجلس البحوث الطبية (MRC) في أرجلهم. على وجه الخصوص ، تبدأ قوى الذراع المطبقة في الزيادة بشكل واضح عندما تبدأ قوى الساق في الانخفاض أثناء الوقوف. ويدعم هذه النتيجة إشارة MMG المنخفضة بشكل كبير والتي تشير إلى إجهاد عضلات الساق وشعورهم المبلغ عنه بالتعب.
Introduction
الجلوس للوقوف (SitTS) هي حركة مهمة في نشاط الإنسان في الحياة اليومية (ADL). كما أنه شرط أساسي للأنشطة الوظيفية الأساسية مثل الوقوف والنقل والمشي. بالنسبة للمرضى الذين يعانون من إصابة الحبل الشوكي غير المكتملة (SCI) ، والشلل النصفي على وجه الخصوص ، يعد تمرين SitTS نشاطا حاسما لاستقلالهم الوظيفي 1,2. هذا التمرين ضروري للتدريب على الاستقلال ، والذي يساعد في النهاية سكان اصابات النخاع الشوكي على تحسين نوعية حياتهم. من أجل إجراء تمرين SitTS كاف وكاف ، يجب أن تكون المعرفة المتعلقة بالميكانيكا الحيوية ونشاط العضلات قابلة للقياس بشكل عملي أثناء التدريب.
في برنامج إعادة التأهيل السريري ، يتمتع مرضى اصابات النخاع الشوكي الحاصلون على مقياس ضعف من الدرجة الأولى لجمعية إصابات الحبل الشوكي الأمريكية (ASIA) ، AIS C بتقدم أفضل وفرصة لاستعادة وظائفهم الحركية من أولئك الذين يعانون من الدرجة AIS B ، الذين يعانون من عجز حركي كامل. يلعب أداء SitTS مقياسا مهما في مريض اصابات النخاع الشوكي للإشارة إلى وظائفه الحركية أثناء عملية التعافي3. ومع ذلك ، يحتاج مرضى اصابات النخاع الشوكي AIS C إلى دعم من الأطراف العلوية والسفلية لتحقيق سلسلة ناجحة من حركات SitTS المتكررة. يلعب دعم الطرف العلوي دورا مهما في تفريغ الركبتين مع توفير قوى رفع كافية وضمان توازن الجسم أثناء التمرين4.
الغرض من هذه الدراسة هو وصف المساهمات الميكانيكية الحيوية للأذرع والساقين في جميع أنحاء SitTS المتكررة في الأفراد اصابات النخاع الشوكي غير المكتملة. تضع هذه الدراسة التحليل الميكانيكي الحيوي فيما يتعلق بالإحساس الذاتي للمشاركين بأداء عضلات الذراعين والساقين ومشاعر “الجهد والتعب” طوال تمرين SitTS.
ركزت العديد من دراسات SitTS السابقة فقط على التحقيق في الجوانب الحركية والحركية للنشاط4،5،6،7. في سياق أوسع لتدريب SitTS ، يمكن أن يؤدي تطوير هذه الطريقة التي تتضمن الإطار الدائم (SF) وتحليل لوحة القوة ، إلى قيام الباحثين بتقييم مساهمة الأطراف العلوية والسفلية للسكان الآخرين مثل السكتة الدماغية وكبار السن والمرضى الذين يعانون من هشاشة العظام8،9،10. قدمت دراسة سابقة أجراها Zoulias et al. ، الأجهزة والبرامج المصممة خصيصا ل SF تصميما كبيراللإطار 11. قد يكون تكرار هذه الطريقة صعبا. ومن ثم سلطت دراسة SitTS الضوء على SF محمول يمكن اعتماده من قبل باحثين آخرين مع إعداد مختبر تحليل الحركة الحالي.
Protocol
Representative Results
Discussion
أظهرت الدراسة الحالية مساهمة وزن الجسم في أفراد اصابات النخاع الشوكي أثناء تمرين SitTS. قدمت هذه الدراسة SF كجهاز مساعد أساسي لمرضى الشلل النصفي للقيام بدورة SitTS ناجحة. علاوة على ذلك ، تم تطوير SF بأجهزة لضمان إمكانية تقييم قوة الأسلحة أيضا28. تمت إضافة تطبيق MMG في الدراسة لمراقبة ع?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يقر المؤلفون ويقدرون جميع متطوعي اصابات النخاع الشوكي الذين شاركوا في هذه الدراسة. تم دعم هذا البحث من قبل وزارة التعليم العالي ، ماليزيا ، وجامعة مالايا من خلال منحة برنامج منح البحوث الأساسية (FRGS) رقم FP002-2020 ؛ FRGS / 1/2020 / SKK0 / UM / 02/1.
Materials
| Customade chair | A customade chair was built to following to the force plate's dimension. | ||
| FES RehaStim 2 | Hasomed | A device that can stimulate electrical current towards the muscle. | |
| FlexiForce A201 | Tekscan, Inc., USA | Force ranges: 0-100 lbs. (440 N) | Force sensors is used to capture arms force at standing frame. |
| Foldable standing frame | Height: 70.0 cm – 90.0 cm. | A walking frame that was bought from local medical company. | |
| Motion Analysis | Vicon Oxford, UK | A system that records kinematic and kinetics of the activity. | |
| Serial port terminal application | CoolTerm | version 1.4.6; Roger Meier's | An application to record the force sensor data. |
| Vibromyography software | BIOPAC System Inc., USA | AcqKnowledge 4.3.1 | A software to record and strore raw MMG data. It also function for offline analyses. |
| VMG transducers and BIOPAC Vibromyography system | BIOPAC System Inc., USA | BP150 and HLT100C | A device to measure muscle activity. |
References
- Nithiatthawanon, T., Amatachaya, P., Thaweewannakij, T., Manimmanakorn, N., Mato, L., Amatachaya, S. The use of lower limb loading ability as an indicator for independence and safety in ambulatory individuals with spinal cord injury. European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine. 57 (1), 85-91 (2021).
- Chaovalit, S., Taylor, N. F., Dodd, K. J. Sit-to-stand exercise programs improve sit-to-stand performance in people with physical impairments due to health conditions: a systematic review and meta-analysis. Disability and Rehabilitation. 42 (9), 1202-1211 (2020).
- Tekmyster, G., et al. Physical therapy considerations and recommendations for patients following spinal cord stimulator implant surgery. Neuromodulation. , (2021).
- Kamnik, R., Bajd, T., Kralj, A. Functional electrical stimulation and arm supported sit-to-stand transfer after paraplegia: A study of kinetic parameters. Artificial Organs. 23 (5), 413-417 (1999).
- Bahrami, F., Riener, R., Jabedar-Maralani, P., Schmidt, G. Biomechanical analysis of sit-to-stand transfer in healthy and paraplegic subjects. Clinical Biomechanics. 15 (2), 123-133 (2000).
- Roy, G., Nadeau, S., Gravel, D., Piotte, F., Malouin, F., McFadyen, B. J. Side difference in the hip and knee joint moments during sit-to-stand and stand-to-sit tasks in individuals with hemiparesis. Clinical Biomechanics. 22 (7), 795-804 (2007).
- Crosbie, J., Tanhoffer, A., Fornusek, C. FES assisted standing in people with incomplete spinal cord injury: a single case design series. Spinal Cord. 52 (3), 251-254 (2014).
- Eitzen, I., Fernandes, L., Nordsletten, L., Snyder-Mackler, L., Risberg, M. A. Weight-bearing asymmetries during Sit-To-Stand in patients with mild-to-moderate hip osteoarthritis. Gait & Posture. 39 (2), 683-688 (2014).
- Petrella, M., Selistre, L. F. A., Serrao, P., Lessi, G. C., Goncalves, G. H., Mattiello, S. M. Kinetics, kinematics, and knee muscle activation during sit to stand transition in unilateral and bilateral knee osteoarthritis. Gait & Posture. 86, 38-44 (2021).
- Mao, Y. R., et al. The crucial changes of Sit-to-Stand phases in subacute stroke survivors identified by movement decomposition analysis. Frontiers in Neurology. 9, (2018).
- Zoulias, I. D., et al. Novel instrumented frame for standing exercising of users with complete spinal cord injuries. Scientific Reports. 9 (1), 13003 (2019).
- Abd Aziz, M., Hamzaid, N. A., Hasnan, N., Dzulkifli, M. A. Mechanomyography-based assessment during repetitive sit-to-stand and stand-to-sit in two incomplete spinal cord-injured individuals. Biomedical Engineering/Biomedizinische Technik. 65 (2), 175-181 (2020).
- Mazza, C., Benvenuti, F., Bimbi, C., Stanhope, S. J. Association between subject functional status, seat height, and movement strategy in sit-to-stand performance. Journal of the American Geriatrics Society. 52 (10), 1750-1754 (2004).
- Moore, J. L., Potter, K., Blankshain, K., Kaplan, S. L., O’Dwyer, L. C., Sullivan, J. E. A core set of outcome measures for adults with neurologic conditions undergoing rehabilitation: A clinical practice guideline. Journal of Neurologic Physical Therapy. 42 (3), 174-220 (2018).
- Abd Aziz, M., Hamzaid, N. A. FES Standing: The effect of arm support on stability and fatigue during Sit-to-Stand manoeuvres in sci individuals. International Conference for Innovation in Biomedical Engineering and Life Sciences. IFMBE Proceedings. 67, (2017).
- Plumlee, E., et al. Effects of ankle bracing on knee joint biomechanics during an unanticipated cutting maneuver. Conference Proceedings of the Annual Meeting of the American Society of Biomechanics. , 807-808 (2010).
- Estigoni, E. H., Fornusek, C., Hamzaid, N. A., Hasnan, N., Smith, R. M., Davis, G. M. Evoked EMG versus muscle torque during fatiguing functional electrical stimulation-evoked muscle contractions and short-term recovery in individuals with spinal cord injury. Sensors (Basel). 14 (12), 22907-22920 (2014).
- Hamzaid, N., Fornusek, C., Ruys, A., Davis, G. Development of an isokinetic FES leg stepping trainer (iFES-LST) for individuals with neurological disability. 2009 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics. , 480-485 (2009).
- Assess muscle effort with vibromyography. Sonostics Inc Available from: https://www.biopac.com/application-note/vibromyography-vmg-assess-muscles-effort/ (2019)
- Donovan-Hall, M. K., Burridge, J., Dibb, B., Ellis-Hill, C., Rushton, D. The views of people with spinal cord injury about the use of functional electrical stimulation. Artificial Organs. 35 (3), 204-211 (2011).
- Kagaya, H., et al. Restoration and analysis of standing-up in complete paraplegia utilizing functional electrical stimulation. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 76 (9), 876-881 (1995).
- Jeon, W., Hsiao, H. Y., Griffin, L. Effects of different initial foot positions on kinematics, muscle activation patterns, and postural control during a sit-to-stand in younger and older adults. Journal of Biomechanics. 117, 110251 (2021).
- Nadeau, S., Desjardins, P., Briere, A., Roy, G., Gravel, D. A chair with a platform setup to measure the forces under each thigh when sitting, rising from a chair and sitting down. Medical & Biological Engineering & Computing. 46 (3), 299-306 (2008).
- Lee, S. K., Lee, S. Y. The effects of changing angle and height of toilet seat on movements and ground reaction forces in the feet during sit-to-stand. Journal of Exercise Rehabilitation. 12 (5), 438-441 (2016).
- Camargos, A. C. R., Rodrigues-de-Paula-Goulart, F., Teixeira-Salmela, L. F. The effects of foot position on the performance of the sit-to-stand movement with chronic stroke subjects. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (2), 314-319 (2009).
- Beck, T. W., et al. Comparison of Fourier and wavelet transform procedures for examining the mechanomyographic and electromyographic frequency domain responses during fatiguing isokinetic muscle actions of the biceps brachii. Journal of Electromyography and Kinesiology. 15 (2), 190-199 (2015).
- Lee, M. Y., Lee, H. Y. Analysis for Sit-to-Stand performance according to the angle of knee flexion in individuals with hemiparesis. Journal of Physical Therapy Science. 25 (12), 1583-1585 (2013).
- Chang, S. R., Kobetic, R., Triolo, R. J. Understanding stand-to-sit maneuver: Implications for motor system neuroprostheses after paralysis. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (9), 1339-1351 (2014).
- Woods, B., Subramanian, M., Shafti, A., Faisal, A. A. Mechanomyography based closed-loop functional electrical stimulation cycling system. 2018 7th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (Biorob. , (2018).
- Wessell, N., Khalil, J., Zavatsky, J., Ghacham, W., Bartol, S. Verification of nerve decompression using mechanomyography. Spine Journal. 16 (6), 679-686 (2016).
- Britton, E., Harris, N., Turton, A. An exploratory randomized controlled trial of assisted practice for improving sit-to-stand in stroke patients in the hospital setting. Clinical Rehabilitation. 22 (5), 458-468 (2008).
