Vinkler af knæ- og hofteled til optimering af neuromuskulær elektrisk stimulering af Quadriceps Femoris-muskel

Neuromuskulær elektrisk stimulation (NMES) bruges i forskellige sammenhænge på grund af dets fordele relateret til motorisk læring, bevarelse af denerverede muskler, træning i ikke-samarbejdsvillige/sederede individer, smertekontrol og lindring og forbedring af atleter, unge og ældres funktionelle præstationer , udover mennesker med alvorlig hjerte-lungesygdom. Selv med den solide akkumulerede viden om NMES, er dens potentiale ikke fuldt ud forstået, med spørgsmål, der skal afklares for at opnå større effektivitet af klinikere og videnskabsmænd i de forskellige anvendelsesmuligheder.

Virkningerne af NMES er endnu ikke blevet bestemt i quadriceps femoris-muskel i forskellige længder, hvilket kan opnås ved at ændre vinklen på leddet eller leddene, det krydser (hofte og knæ). Der er formentlig kun et forsøg (Fahey et al., 1984), der behandler dette problem. I undersøgelsen blev to positioner sammenlignet: knæ- og hofteudstrakt versus knæ (65º) og hofte (vinkel ikke nævnt) bøjet, selvom formålet med undersøgelsen kun var at evaluere indflydelsen af ​​knæposition. Forfattere fandt, at NMES kan øge den isometriske og isokinetiske styrke, men at det kan være mere effektivt at forbedre den isokinetiske ydeevne, hvis knæet bøjes under behandlingen. Spørgsmål rejses derefter, fordi grupperne kun blev testet med knæet bøjet og ikke også strakt, og fordi ændringen i hoftevinklen sandsynligvis har påvirket resultaterne. Denne undersøgelse var også den eneste fundet af Bax et al. (2005).

Begrundelse: NMES er et etableret værktøj, der anvendes som hoved- eller supplerende behandling i rehabiliteringsprogrammer. Det er nødvendigt at fastslå indflydelsen af ​​underekstremitetspositionen i resultaterne. Derfor vil denne undersøgelse for første gang behandle virkningerne af NMES på quadriceps frivillig og fremkaldt styrke, elektrisk aktivitet, arkitektur og seneegenskaber.

Hypotese: Hos raske unge voksne kan variationen af ​​hofte- og knæledsvinklen for NMES påvirke knæets ekstensordrejningsmoment, quadriceps muskel elektromyografisk aktivitet, arkitektur og sene-aponeurose kompleks forlængelse og seneegenskaber af patellasenen. Disse faktorer vil blive lettere, når deltagerne sidder med knæet ved 60º fleksion. På den anden side, når quadriceps er mere forlænget (liggende med knæet ved 60º) eller forkortet (dorsal decubitus eller siddende med knæet udstrakt (0º), vil sådanne tilpasninger ikke være signifikante.

Metoder: Dette er et crossover-forsøg med raske unge mandlige forsøgspersoner. Procedurerne vil blive udført i det neuromuskulære præstationslaboratorium på Fakultetet i Ceilândia/University of Brasília og i Force Laboratory på Fakultetet for Fysisk Uddannelse/Universitetet i Brasília. Forsøgspersonerne vil udføre 5 besøg i laboratoriet (det første besøg vil være en fortrolighedssession for at teste NMES i hver position), med et minimumsinterval på 48 timer mellem besøgene. Frivillige vil blive informeret om alle procedurer, formål, fordele og risici ved undersøgelsen og vil underskrive en informeret samtykkeformular før deltagelse (projektet blev godkendt af University Research Ethics Committee N 99221818.9.0000.0029)

• Maksimal frivillig isometrisk kontraktion (MVIC): Et isokinetisk dynamometer vil blive brugt til registrering af drejningsmoment. Udstyrets akse vil blive visuelt justeret med knæets akse (lateral epikondyl af lårbenet). Krafttransducerens håndtagsarm vil være solidt fastgjort 2-3 cm over den laterale malleolus med en strop. Vinkler af hofte og knæ vil blive justeret med et goniometer. Forsøgspersonerne vil blive stabilt stabilt til stolen med bælter hen over brystet og bækkenbækkenet for at minimere kropsbevægelser. Enkeltpersoner vil blive instrueret i at krydse deres arme med hænderne på skuldrene og forlænge knæet mod stroppen "ved at skubbe gradvist i 3 s (rampende sammentrækning) op til den maksimale kraft, fastholde den i 4 s, og derefter reducere mængden af ​​kraft gradvist i mere 3 s". Antallet af sammentrækninger vil svare til antallet af ultralydsevalueringer: 4 muskler (rectus femoris og de tre vastus) + proksimal patellasene + distal patellasene x 3 mål for hver = 18, hver adskilt med 1 min hvile.
• Neuromuskulær elektrisk stimulation (NMES): NMES vil blive brugt til at producere et maksimalt elektrisk fremkaldt isometrisk drejningsmoment, som vil blive vurderet i familiariseringen og vil blive genereret (15-18 gange) efter afslutningen af ​​den frivillige kontraktionsprotokol for de efterfølgende sessioner. Der vil blive brugt en elektrisk stimulator. Parametre vil blive verificeret ved hjælp af et digitalt oscilloskop. Enheden vil blive forbundet til kabler, der vil blive forbundet til to par 25 cm2 klæbende elektroder. Den første distale elektrode vil blive placeret ved 80 % af linjen mellem den anteriore superior iliac spine (ASIS) og rummet, hvor det mediale ligament er placeret. Den proksimale elektrode vil blive placeret i det tilsvarende motoriske punkt, identificeret med en pentype-elektrode, i vastus medialis. Den anden distale elektrode vil blive placeret 2/3 af linjen, der dannes fra ASIS til den laterale side af knæskallen, mens den proksimale elektrode vil blive placeret ved det motoriske punkt, identificeret med en pentypeelektrode, i den muskulære mave på vastus lateralis. Det vil blive brugt en pulseret strøm: frekvens = 100 Hz, pulsvarighed = 400 μs, stigetid = 3 s, ON-tid = 4 s, henfaldstid = 3 s, og slukketid = 1 min. Den anvendte intensitet vil være den, der blev opnået i bekendtgørelsen, eller større, hvis den tolereres.
• Overfladeelektrisk aktivitet og aktiveringsniveau: Overfladeelektromyografi (EMG) aktivitet af vastus lateralis, vastus medialis og rectus femoris vil blive registreret bipolært af to afrundede elektroder af sølvchlorid, der hver måler 20 mm i diameter og har en registreringsdiameter på 10 mm og adskilt af en interelektrodeafstand (center til center) på 20 mm. Elektroderne placeres på langs i muskelmaven, og en referenceelektrode vil blive fastgjort til knæskallen på det kontralaterale underekstremitet. Som i tilfældet med NMES-elektroder vil der blive lavet en markering for at sikre, at elektroderne i de følgende sessioner placeres i overensstemmelse hermed. Impedansreduktionen (<5 kΩ) mellem de to elektroder opnås ved at slide huden med smergelpapir og rense med alkohol. EMG-signaler vil blive forstærket med en båndbreddefrekvens på 15 Hz til 5,0 kilohertz (common mode rejection rate = 90 decibel, impedans = 100 milliohm, gain = 1000).
• Muskelarkitektur: Muskeltykkelse, pennationsvinkel og fascikulær længde opnås i hvile og under MVIC og NMES ved hjælp af en bærbar ultralyd i B-tilstand med en lineær transducer på 7,5 megahertz. Indstillingerne for dybde, forstærkning, kompression og ultralyd holdes konstant mellem vurderinger og fra én patient til en anden. For hver muskel vil der blive opnået tre videoer, og middelværdierne vil blive brugt til statistisk analyse. For bedre reproducerbarhed vil evaluatoren fjerne og omplacere transduceren på det markerede sted. Videoerne vil blive gemt på enheden og derefter overført til en computer til behandling i specifik software. Videoerne vil blive opnået med transduceren placeret i muskelens længdeplan, idet den holder den parallelt med fasciklernes retning. Korrekt justering af transduceren opnås, når flere fascikler vises uden afbrydelse. Rectus femoris, vastus intermedius, vastus lateralis, vastus medialis vil blive evalueret i henholdsvis procenterne 50 %, 60 % og 75 % (proksimalt til distalt) af afstanden mellem det mediale aspekt af den anterior superior iliaca spine og den superior border af knæskallen, som tilpasset fra Blazevich et al. (2006). Rectus femoris og vastus intermedius vil blive visualiseret på den forreste del af låret, vastus lateralis vil blive visualiseret ved at flytte transduceren 5 cm i lateral retning fra midterlinjen, og vastus medialis vil blive visualiseret med transduceren 3 cm ind på den mediale retning af låret. Pennationsvinklen er den vinkel, der dannes mellem ekkoet af musklernes dybe aponeurose og ekkoet af rummet mellem fasciklerne, målt 3 til 4 mm over musklernes dybe aponeurose. Den fascikulære længde vil blive betragtet som den totale længde af muskelfiberen, men fordi fasciklerne er for lange til at kunne måles fra origo til indsættelsen, vil den estimerede længde blive opnået ud fra formlen af ​​Blazevich et al. (2006), der som variabler bruger muskeltykkelsen, vinklen på fasciklen og vinklen mellem den overfladiske og dybe aponeurose.
• Tendon-aponeurose kompleks forlængelse: Den myotendinøse forlængelse vil blive estimeret ved forskydningen af ​​den dybe aponeurose. Til beregningen vil de indsamlede optagelser blive brugt til analyse af den muskulære arkitektur. Men i modsætning til den statiske karakter af dataene fra det foregående emne, bruger denne variabel en dynamisk tilgang, da punktet (P) vil blive brugt som kontaktpunktet (indsættelse) af en fascikel i den dybe aponeurose i hvile og forskydningen af P når man overvejer sin endelige position under en maksimal kontraktion. Derfor anses forskydningen af ​​P (dL) som en indikation på forlængelsen af ​​den dybe aponeurose og den distale sene.
• Senegenskaber: Knæskalsenens hvilelængde vil blive målt ved at spore dens bane med ultralydstransduceren i det langsgående (sagittale) plan, startende fra patella-indsættelsen til indsættelsen ved skinnebenet langs senens bagside. Det centrale område af transduceren vil blive placeret i hver af seneindsættelserne (i betragtning af dens bageste overflade), og derefter vil der blive lavet et mærke på huden på det punkt, og et målebånd vil blive brugt til senelængdemålingen. Tværsnitsarealet af patellasenen vil blive beregnet ud fra aksialplanbilleder ved 25 %, 50 % og 75 % af dens længde (i hvile). Beregningen af ​​senekraft vil bruge forholdet mellem det estimerede totale knæudvidelsesmoment (korrigeret for aktivering af biceps femoris-muskelen opnået ved elektromyografi) af den indre momentarm, som vil blive estimeret ved individuelt at måle lårbenets længde, iht. til ligningen af ​​Visser et al (1990). Senspænding vil blive beregnet ved kraftforholdet påført senen ved dens tværsnitsareal. Tøjningen i senen vil blive beregnet ved hjælp af ændringen i længde over den oprindelige længde (ΔL / Lo) og vil blive udtrykt som en procentdel. Youngs modul, eller elasticitetsmodul, opnås ved at dividere spændingen med belastningen. Tendinøse stivhed vil blive beregnet ved at dividere kraften påført senen med forlængelsen genereret i dens længde. Da længden af ​​transduceren ikke tillader hele visualiseringen af ​​patellasenen, vil en hypoallergen ekkoabsorberende tape blive placeret i midten af ​​senen til reference. Der vil således blive opnået billeder fra båndet til den proksimale indføring og derefter afvigende fra båndet til den distale indføring. Billeder vil blive rekonstrueret til måling. Deformationen vil blive defineret som ændringen i længden mellem knæskallen og skinnebenet, som vil blive målt ramme-for-ramme.