Winkel von Knie- und Hüftgelenken zur Optimierung der neuromuskulären elektrischen Stimulation des M. quadriceps femoris

Die neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES) wird in verschiedenen Kontexten eingesetzt, da sie Vorteile im Zusammenhang mit motorischem Lernen, Erhalt denervierter Muskeln, Training bei nicht kooperativen / sedierten Personen, Schmerzkontrolle und -linderung sowie Verbesserung der funktionellen Leistung von Sportlern, jungen und älteren Menschen bietet , außer Menschen mit schwerer Herz-Lungen-Erkrankung. Selbst mit dem soliden angesammelten Wissen über NMES wird sein Potenzial nicht vollständig verstanden, wobei Fragen zur Erzielung einer größeren Wirksamkeit durch Kliniker und Wissenschaftler in den verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten geklärt werden müssen.

Die Wirkungen von NMES wurden noch nicht bei Quadrizepsfemoris-Muskeln in unterschiedlichen Längen bestimmt, was durch Änderung des Winkels des Gelenks oder der Gelenke, die es kreuzt (Hüfte und Knie), erreicht werden kann. Es gibt wahrscheinlich nur eine Studie (Fahey et al., 1984), die sich mit dieser Frage befasst. In der Studie wurden zwei Positionen verglichen: Knie und Hüfte gestreckt versus Knie (65º) und Hüfte (Winkel nicht erwähnt) gebeugt, obwohl der Zweck der Studie darin bestand, nur den Einfluss der Knieposition zu bewerten. Die Autoren fanden heraus, dass NMES die isometrische und isokinetische Kraft erhöhen kann, dass es jedoch effektiver sein kann, die isokinetische Leistung zu verbessern, wenn das Knie während der Behandlung gebeugt wird. Es werden dann Fragen aufgeworfen, weil Gruppen nur mit gebeugtem und nicht mit gestrecktem Knie getestet wurden und weil die Änderung des Hüftwinkels wahrscheinlich die Ergebnisse beeinflusst hat. Diese Studie war auch die einzige, die von Bax et al. (2005).

Begründung: NMES ist ein etabliertes Instrument, das als Haupt- oder Zusatzbehandlung in Rehabilitationsprogrammen eingesetzt wird. Es ist notwendig, den Einfluss der Position der unteren Extremitäten auf die Ergebnisse festzustellen. Daher befasst sich diese Studie zum ersten Mal mit den Auswirkungen von NMES auf die freiwillige und evozierte Kraft des Quadrizeps, die elektrische Aktivität, die Architektur und die Sehneneigenschaften.

Hypothese: Bei gesunden jungen Erwachsenen kann die Variation des Hüft- und Kniegelenkwinkels für NMES das Drehmoment der Kniestrecker, die elektromyographische Aktivität des Quadrizepsmuskels, die Architektur und die Dehnung des Sehnen-Aponeurose-Komplexes sowie die Sehneneigenschaften der Patellasehne beeinflussen. Diese Faktoren werden erleichtert, wenn die Teilnehmer mit dem Knie in 60º Flexion sitzen. Wenn andererseits der Quadrizeps länger (Liegen mit Knie bei 60º) oder verkürzt (Rückenlage oder Sitzen mit gestrecktem Knie (0º)) ist, sind solche Anpassungen nicht signifikant.

Methoden: Dies ist eine Crossover-Studie mit gesunden jungen männlichen Probanden. Die Verfahren werden im Labor für neuromuskuläre Leistungsfähigkeit der Fakultät Ceilândia / Universität Brasília und im Kraftlabor der Fakultät für Leibeserziehung / Universität Brasília durchgeführt. Die Probanden führen 5 Besuche im Labor durch (der erste Besuch ist eine Eingewöhnungssitzung, um NMES in jeder Position zu testen), mit einem Mindestabstand von 48 Stunden zwischen den Besuchen. Die Freiwilligen werden über alle Verfahren, Zwecke, Vorteile und Risiken der Studie informiert und unterschreiben vor der Teilnahme eine Einwilligungserklärung (das Projekt wurde von der Forschungsethikkommission der Universität N 99221818.9.0000.0029 genehmigt).

• Maximale freiwillige isometrische Kontraktion (MVIC): Zur Aufzeichnung des Drehmoments wird ein isokinetischer Dynamometer verwendet. Die Geräteachse wird optisch mit der Knieachse (lateraler Epicondylus des Femurs) ausgerichtet. Der Hebelarm des Kraftaufnehmers wird 2-3 cm über dem Außenknöchel mit einem Gurt fest fixiert. Winkelungen von Hüfte und Knie werden mit einem Goniometer eingestellt. Die Probanden werden mit Gurten über der Brust und dem Beckengürtel fest auf dem Stuhl stabilisiert, um Körperbewegungen zu minimieren. Die Personen werden angewiesen, ihre Arme mit den Händen auf den Schultern zu kreuzen und das Knie gegen den Gurt zu strecken, indem sie allmählich 3 Sekunden lang (ansteigende Kontraktion) bis zur maximalen Kraft drücken, diese 4 Sekunden lang beibehalten und dann die Kraft allmählich verringern für weitere 3 s". Die Anzahl der Kontraktionen entspricht der Anzahl der Ultraschalluntersuchungen: 4 Muskeln (Rectus femoris und die drei Vastus) + proximale Patellasehne + distale Patellasehne x jeweils 3 Messungen = 18, jeweils getrennt durch 1 Minute Ruhe.
• Neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES): NMES wird verwendet, um ein maximales elektrisch evoziertes isometrisches Drehmoment zu erzeugen, das in der Eingewöhnung bewertet und (15-18 Mal) nach dem Ende des freiwilligen Kontraktionsprotokolls der nachfolgenden Sitzungen erzeugt wird. Es wird ein elektrisches Stimulatorgerät verwendet. Die Parameter werden mit einem digitalen Oszilloskop überprüft. Das Gerät wird mit Kabeln verbunden, die mit zwei Paaren von 25 cm2 Klebeelektroden verbunden werden. Die erste distale Elektrode wird bei 80 % der Linie zwischen der Spina iliaca anterior superior (ASIS) und dem Raum platziert, in dem sich das mediale Ligament befindet. Die proximale Elektrode wird am entsprechenden motorischen Punkt platziert, der mit einer Stiftelektrode im Vastus medialis identifiziert wird. Die andere distale Elektrode wird 2/3 der Linie positioniert, die sich von der ASIS zur lateralen Seite der Patella bildet, während die proximale Elektrode am motorischen Punkt platziert wird, der mit einer Stiftelektrode im Muskelbauch identifiziert wird der Vastus lateralis. Es wird ein gepulster Strom verwendet: Frequenz = 100 Hz, Impulsdauer = 400 μs, Anstiegszeit = 3 s, Einschaltzeit = 4 s, Abfallzeit = 3 s und Ausschaltzeit = 1 min. Die verwendete Intensität wird diejenige sein, die bei der Eingewöhnung erreicht wurde, oder höher, wenn es toleriert wird.
• Elektrische Oberflächenaktivität und Aktivierungsniveau: Die Oberflächen-Elektromyographie (EMG)-Aktivität von Vastus lateralis, Vastus medialis und Rectus femoris wird bipolar durch zwei abgerundete Elektroden aus Silberchlorid aufgezeichnet, die jeweils einen Durchmesser von 20 mm und einen Aufzeichnungsdurchmesser von 10 mm haben getrennt durch einen Elektrodenabstand (Mitte zu Mitte) von 20 mm. Die Elektroden werden in Längsrichtung im Muskelbauch positioniert, und eine Referenzelektrode wird an der Patella der kontralateralen unteren Extremität angebracht. Wie bei NMES-Elektroden wird eine Markierung vorgenommen, um sicherzustellen, dass in den folgenden Sitzungen die Elektroden entsprechend platziert werden. Die Impedanzreduzierung (<5 kΩ) zwischen den beiden Elektroden wird durch Abschleifen der Haut mit Schmirgelpapier und Reinigen mit Alkohol erreicht. EMG-Signale werden mit einer Bandbreitenfrequenz von 15 Hz bis 5,0 Kilohertz verstärkt (Gleichtaktunterdrückungsrate = 90 Dezibel, Impedanz = 100 Milliohm, Verstärkung = 1000).
• Muskelarchitektur: Muskeldicke, Pennationswinkel und Faszikellänge werden in Ruhe und während MVIC und NMES unter Verwendung eines tragbaren Ultraschalls im B-Modus mit einem linearen Schallkopf von 7,5 Megahertz erhalten. Tiefen-, Verstärkungs-, Kompressions- und Ultraschalleinstellungen werden zwischen den Bewertungen und von einem Patienten zum anderen konstant gehalten. Für jeden Muskel werden drei Videos erstellt und die Mittelwerte werden für die statistische Analyse verwendet. Zur besseren Reproduzierbarkeit wird der Prüfer den Schallkopf entfernen und an der markierten Stelle neu positionieren. Die Videos werden auf dem Gerät gespeichert und dann zur Verarbeitung in bestimmten Softwares auf einen Computer übertragen. Die Videos werden aufgenommen, wenn der Schallkopf in der Längsebene des Muskels positioniert ist und parallel zur Richtung der Faszikel gehalten wird. Eine korrekte Ausrichtung des Wandlers wird erreicht, wenn mehrere Faszikel ohne Unterbrechung gezeigt werden. Rectus femoris, Vastus intermedius, Vastus lateralis, Vastus medialis werden jeweils in den Prozentsätzen 50 %, 60 % und 75 % (proximal zu distal) des Abstands zwischen dem medialen Aspekt der Spina iliaca anterior superior und dem oberen Rand bewertet der Patella, adaptiert von Blazevich et al. (2006). Der Rectus femoris und der Vastus intermedius werden auf der Vorderseite des Oberschenkels sichtbar gemacht, der Vastus lateralis wird sichtbar gemacht, indem der Schallkopf 5 cm in lateraler Richtung von der Mittellinie bewegt wird, und der Vastus medialis wird mit dem Schallkopf 3 cm darauf sichtbar gemacht die mediale Richtung des Oberschenkels. Der Pennationswinkel ist der Winkel, der zwischen dem Echo der tiefen Aponeurose der Muskeln und dem Echo des Raums zwischen den Faszikeln gebildet wird, gemessen 3 bis 4 mm über der tiefen Aponeurose der Muskeln. Die Faszikellänge wird als Gesamtlänge der Muskelfaser betrachtet, da die Faszikel jedoch zu lang sind, um vom Ursprung bis zum Ansatz gemessen zu werden, wird die geschätzte Länge aus der Formel von Blazevich et al. (2006), die als Variablen die Muskeldicke, den Faszikelwinkel und den Winkel zwischen oberflächlicher und tiefer Aponeurose verwendet.
• Dehnung des Sehnen-Aponeurose-Komplexes: Die myotendinöse Dehnung wird anhand der Verschiebung der tiefen Aponeurose geschätzt. Für die Berechnung werden die Aufzeichnungen verwendet, die zur Analyse der muskulären Architektur gewonnen wurden. Im Gegensatz zur statischen Natur der Daten des vorherigen Themas verwendet diese Variable jedoch einen dynamischen Ansatz, da der Punkt (P) als Kontaktpunkt (Einfügung) eines Faszikels in die tiefe Aponeurose in Ruhe und die Verschiebung verwendet wird P bei Betrachtung seiner endgültigen Position während einer maximalen Kontraktion. Daher wird die Verschiebung von P (dL) als Hinweis auf die Dehnung der tiefen Aponeurose und der distalen Sehne angesehen.
• Sehneneigenschaften: Die Ruhelänge der Patellasehne wird gemessen, indem ihr Weg mit dem Ultraschallwandler in der Längsebene (Sagittalebene), beginnend vom Patellaansatz bis zum Ansatz an der Tibia, entlang der hinteren Oberfläche der Sehne verfolgt wird. Der zentrale Bereich des Wandlers wird in jeden der Sehnenansätze platziert (unter Berücksichtigung seiner hinteren Oberfläche) und dann wird an dieser Stelle eine Markierung auf der Haut gemacht und ein Maßband wird für die Messung der Sehnenlänge verwendet. Die Querschnittsfläche der Patellasehne wird anhand von Aufnahmen in axialer Ebene bei 25 %, 50 % und 75 % ihrer Länge (in Ruhe) berechnet. Die Berechnung der Sehnenkraft verwendet das Verhältnis des geschätzten gesamten Kniestreckungsmoments (korrigiert um die Aktivierung des M. biceps femoris, erhalten durch Elektromyographie) zum inneren Moment des Arms, das durch individuelle Messung der Femurlänge geschätzt wird auf die Gleichung von Visser et al (1990). Die Sehnenspannung wird durch das Kraftverhältnis berechnet, das auf die Sehne durch ihre Querschnittsfläche ausgeübt wird. Die Dehnung in der Sehne wird anhand der Längenänderung gegenüber der ursprünglichen Länge (ΔL / Lo) berechnet und in Prozent ausgedrückt. Der Elastizitätsmodul oder Elastizitätsmodul wird durch Teilen der Spannung durch die Dehnung erhalten. Die Sehnensteifigkeit wird berechnet, indem die auf die Sehne ausgeübte Kraft durch die in ihrer Länge erzeugte Dehnung dividiert wird. Da die Länge des Schallkopfs keine vollständige Visualisierung der Patellasehne zulässt, wird ein hypoallergenes echoabsorbierendes Klebeband als Referenz in der Mitte der Sehne angebracht. Somit werden Bilder vom Band bis zum proximalen Einsetzen und dann ausgehend vom Band zum distalen Einsetzen erhalten. Bilder werden für die Messung rekonstruiert. Die Verformung wird als Längenänderung zwischen Kniescheibe und Schienbein definiert, die Bild für Bild gemessen wird.