Paraplejiklerde Tekrarlayan Elektrik Destekli Oturarak Ayakta Durma Egzersizi Sırasında Kolların ve Bacakların Katkılarının Ölçülmesi: Bir Pilot Çalışma
Summary
Sit-To-Stand’da (SitTS) kolların katkısı bacakların kas durumuna göre belirlenir. Tam SitTS döngülerine ulaşma çabalarında çeşitli telafi stratejileri keşfedildi. Bu bulgular, omurilik yaralanması (SKY) hastalarının biyomekanik ölçümlerini, SitTS yaklaşımları boyunca her iki uzuvları tarafından taşınan subjektif yük hissi ile üçgenleştirmektedir.
Abstract
İnkomplet omurilik yaralanması (SKY) hastalarında Sit-to-Stand (SitTS) uygulaması hem üst hem de alt ekstremitelerde motor fonksiyonu içerir. Özellikle kol desteğinin kullanılması, SKY popülasyonunda SitTS hareketinin yürütülmesinde önemli bir yardımcı faktördür. Ek olarak, kuadriseps ve gluteus maksimus kaslarına fonksiyonel elektriksel stimülasyonun (FES) uygulanması, basit alt ekstremite hareketleri için kas hareketini iyileştirmek için eksik SCI için öngörülen tedavilerden biridir. Bununla birlikte, SitTS sırasında üst ve alt ekstremitelerin göreceli katkısı tam olarak araştırılmamıştır. İki motor inkomplet SKY paraplejik, yorgunluk egzersizi zorluğuna tekrarlayan SitTS uyguladı. Performansları, FES yardımı olan ve olmayan SitTS’yi karşılaştıran karma yöntemli bir vaka kontrol çalışması olarak araştırıldı. Setler arasında ayrılan 5 dakikalık dinlenme süresi ile rektus femoris kaslarına bilateral olarak takılan mekanomyografi (MMG) sensörleri ile üç set SitTS testi tamamlandı. Egzersiz 2 seansa ayrıldı; Gönüllü SitTS için 1. gün ve FES destekli SitTS için 2. gün. Katılımcıların tekrarlayan SitTS deneyimleri hakkında girdilerini toplamak için her oturumdan sonra anketler yapıldı. Analiz, bir SitTS döngüsünün üç aşamaya ayrılabileceğini doğruladı; Faz 1 (Ayağa Kalkmaya Hazırlık), Faz 2 (Oturma) ve Faz 3 (Kalça ekstansiyonunun başlatılması), SitTS döngüsünün sırasıyla %23 ± %7, %16 ± %4 ve %61 ± %6’sına katkıda bulunmuştur. SitTS hareketi sırasında kol ve bacakların katkısı, bacaklarının Tıbbi Araştırma Konseyi (MRC) kas derecesine göre farklı katılımcılarda değişmiştir. Özellikle ayakta durma sırasında bacak kuvvetleri azalmaya başladığında uygulanan kol kuvvetleri belirgin bir şekilde artmaya başlar. Bu bulgu, bacak kas yorgunluğunu ve bildirilen yorgunluk hissini gösteren önemli ölçüde azalmış MMG sinyali ile desteklenmektedir.
Introduction
Sit-To-Stand (SitTS), bir insanın günlük yaşam aktivitesinde (ADL) önemli bir harekettir. Aynı zamanda ayakta durma, aktarma ve yürüme gibi temel fonksiyonel aktiviteler için bir ön koşuldur. İnkomplet omurilik yaralanması (SKY) olan hastalar, özellikle belden aşağısı felçliler için SitTS egzersizi, fonksiyonel bağımsızlıkları için çok önemli bir aktivitedir 1,2. Bu egzersiz, sonunda SCI popülasyonunun yaşam kalitelerini iyileştirmesine yardımcı olan bağımsızlık eğitimi için gereklidir. Yeterli ve yeterli bir SitTS egzersizi yapabilmek için, biyomekanik ve kas aktivitesi ile ilgili bilgilerin eğitim sırasında uygulanabilir bir şekilde ölçülebilir olması gerekir.
Bir klinik rehabilitasyon programında, derece Amerikan Omurilik Yaralanması Derneği (ASIA) Bozukluk Ölçeği, AIS C’ye sahip SCI hastaları, tam motor defisiti olan derece AIS B’ye sahip olanlara göre daha iyi bir ilerleme ve motor fonksiyonlarını iyileştirme şansına sahiptir. SitTS performansı, bir SCI hastasında iyileşme sürecinde motor işlevselliğini göstermek için önemli bir ölçü oynar3. Bununla birlikte, SCI AIS C hastaları, başarılı bir dizi tekrarlanan SitTS hareketi elde etmek için hem üst hem de alt ekstremitelerden desteğe ihtiyaç duyar. Üst ekstremite desteği, egzersiz sırasında yeterli kaldırma kuvveti sağlarken ve vücut dengesini sağlarken dizlerin boşaltılmasında önemli bir rol oynar4.
Bu çalışmanın amacı, inkomplet OY’li bireylerde tekrarlayan SitTS boyunca kol ve bacakların biyomekanik katkılarını tanımlamaktır. Bu çalışma, biyomekanik analizi, katılımcıların SitTS egzersizi boyunca kolları ve bacakları, kas performansı ve ‘çaba ve yorgunluk’ duyguları hakkındaki öznel algıları ile ilişkili olarak konumlandırmaktadır.
Daha önceki birçok SitTS çalışması, yalnızcaaktivitenin kinematik ve kinetik yönlerini araştırmaya odaklanmıştır 4,5,6,7. SitTS eğitiminin daha geniş bir bağlamında, aletli ayakta çerçeve (SF) ve kuvvet plakası analizini içeren bu yöntemin geliştirilmesi, araştırmacıların inme, yaşlılar ve osteoartritli hastalar gibi diğer popülasyonların hem üst hem de alt ekstremite katkısını değerlendirmesine yol açabilir 8,9,10. Zoulias ve arkadaşları tarafından yapılan önceki bir çalışma, SF’nin enstrümanlı özel yapım donanım ve yazılımı, büyük bir çerçeve tasarımı sundu11. Bu yöntemin çoğaltılması zor olabilir. Bu nedenle, bu SitTS çalışması, mevcut bir hareket analizi laboratuvarı kurulumuna sahip diğer araştırmacılar tarafından benimsenebilecek taşınabilir bir aletli SF’yi vurguladı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, SitTS egzersizi sırasında SCI bireylerinde vücut ağırlığı katkısı olduğunu göstermiştir. Bu çalışma, SF’yi belden aşağısı felçlilerin başarılı bir SitTS döngüsü yapması için gerekli bir yardımcı cihaz olarak sunmuştur. Ayrıca, silah kuvvetinin de değerlendirilebilmesini sağlamak için aletli bir SF geliştirildi28. Araştırmacıların SitTS performansını daha iyi anlamalarına yardımcı olan asal SitTS kasını gözlemlemek için çalışmaya M…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, bu çalışmaya katılan tüm SCI gönüllülerini kabul eder ve takdir eder. Bu araştırma, Malezya Yüksek Öğretim Bakanlığı ve Malaya Üniversitesi tarafından Temel Araştırma Hibe Programı (FRGS) Hibe No. 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).
