Sähköstimulaatio lihasatrofian vaimentamiseen

Esittely:

Luustolihakset reagoivat mekaanisen kuormituksen ärsykkeisiin kasvua ja ylläpitoa varten. Lihastoiminnan ja mekaanisen kuormituksen pitkittynyt väheneminen, kuten avaruuslento, raajojen immobilisaatio, vuodetuki ja/tai passiivisuus muuttavat proteiinisynteesin ja hajoamisen välistä tasapainoa, mikä johtaa luustolihasten surkastumiseen (1-3). Tälle on tunnusomaista lihasmassan, lihaskuitujen poikkileikkausalan, supistumisvoiman ja -nopeuden pieneneminen sekä hidas-nopea kuitutyyppinen muunnos (4,5). Monien vastatoimien on raportoitu vähentävän lihasten surkastumista, ja neuromuskulaarista sähköstimulaatiota (NMES) on käytetty usein sellaisissa olosuhteissa kuin selkäydinvamma, immobilisaatio ja lihasten vajaatoiminta leikkauksen jälkeen (6, 7). Äskettäinen Cochrane-katsaus NMES:n tehokkuudesta lihasheikkouden hoidossa aikuisilla, joilla on eteneviä sairauksia, kuten COPD, krooninen sydämen vajaatoiminta ja syöpä, osoitti, että NMES on tehokas keino parantaa lihasheikkoutta (8). Meta-analyysit sisälsivät yksitoista satunnaistettua kontrolloitua tutkimusta (RCT), joihin osallistui yhteensä 218 osallistujaa. NMES paransi merkittävästi nelipäisen reisilihaksen voimaa standardoidulla keskimääräisellä erolla (SMD) 0,9 (95 %:n luottamusväli (CI) 0,33-1,46). Tämä vastaa suunnilleen 25 Newtonmetriä (Nm), ja sitä on pidettävä kliinisesti merkittävänä. Samoin toinen äskettäinen systemaattinen katsaus osoitti myös, että NMES on tehokas luuston ja lihasten heikkouden estämisessä kriittisesti sairailla potilailla. Analyysissä oli mukana kahdeksan soveltuvaa tutkimusta, joissa oli mukana 172 potilasta. Kahdeksasta tutkimuksesta viisi tutkimusta raportoi lujuuden lisääntymisestä tai paremman lujuuden säilymisen NMES:llä, ja yhdessä tutkimuksessa oli suuri vaikutuskoko (1,44). Kahdessa tutkimuksessa havaittiin lihasmassan paremman säilymisen NMES:llä pienillä tai kohtalaisilla vaikutuksilla (0,11-0,39), kun taas kahdessa muussa tutkimuksessa ei havaittu merkittäviä etuja (9).

NMES:n tehokkuus riippuu kliinisestä tilasta ja siihen vaikuttavat erilaiset stimulaatioparametrit, erityisesti stimulaation tiheys ja kesto. Perinteisesti NMES:ää on pidetty transkutaanisen sähkövirran kohdistamisena hermo-lihasliitokseen, jonka tarkoituksena on depolarisoida motorisen yksikön toimintapotentiaali ja indusoida lihasten supistumista (10). Tämä sähköisesti aikaansaatu lihassupistus simuloi aktiivista lihasten vahvistumista ja perustuu lihasharjoittelun periaatteeseen, että sopivalla kuormituksella lihasvoimaa lisätään. Tämän harjoitusvaikutuksen saavuttamiseksi käytetyt stimulaatioparametrit pyrkivät tavallisesti tuottamaan tetaanisen supistuksen virrantiheydellä, jonka kohde voi sietää maksimaalisesti (8,9). Tämä tällä hetkellä käytössä oleva stimulaatioprotokolla (esim. korkealla taajuudella 50 Hz tai sen yläpuolella, amplitudilla koehenkilön suurimmalla siedetyllä rajalla ja lyhyellä kestolla (30 minuutista 1 tuntiin) lihasatrofian torjumiseksi on kaksi pääasiallista haittapuolta. Ensinnäkin on hyvin todettu, että mekaaninen kuormitus liittyy haitallisiin muutoksiin luustolihasten rakenteessa ja toiminnassa, joille on ominaista lihasmassan, lihaskuitujen poikkileikkausalan, supistumisvoiman ja -nopeuden väheneminen sekä hidas-nopea. kuitutyyppinen muunnos (katso katsaus 11). Siten hitaasti nykivät lihassäikeet ovat alttiimpia purkautumis- tai käyttökatkovaikutukselle kuin nopeat nykivät lihassäikeet. Perinteinen korkeataajuinen stimulaatioprotokolla (50 Hz) ei vastaa hitaasti nykivän lihaksen motorisen yksikön laukaisumallia. Lisäksi suuri virrantiheys aiheuttaisi väistämättä epämukavuutta ellei kipua koehenkilöille sähköstimulaation aikana. Koehenkilöt eivät kestä sähköstimulaatiota tuntien ajan. Tämä pätee erityisesti, jos hakemus koskee potilaita, joilla on käyttämätön lihasatrofia tai henkilöille, joilla on etenevien sairauksien aiheuttama lihasheikkous. Hyvin usein tämän tutkimushenkilöryhmän kivunsietokyky on yleensä alhaisempi kuin normaalien terveiden koehenkilöiden. Siten tällä hetkellä hyväksytty protokolla ei välttämättä tarjoa parasta mahdollista NMES-tulosta lihasten toiminnan parantamiseksi. NMES:n hyödyllisiä vaikutuksia lihasten surkastumisen ehkäisyyn ei ollut täysin hyödynnetty. Äskettäinen systemaattinen katsaus, jossa tarkastellaan metabolisia ja rakenteellisia muutoksia alaraajojen luustolihaksissa neuromuskulaarisen sähköstimulaation jälkeen, tunnisti vain 18 tutkimusta. Kahdeksan näistä tutkimuksista tutki entsymaattista aktiivisuutta, seitsemän tutkimusta lihassäikeen koostumuksesta ja 14 lihassäikeiden koosta. Näistä 18 tutkimuksesta vain 9 on RCT-tutkimuksia, ja metodologinen laatu oli yleensä huono. Kirjoittajat päättelivät, että NMES näyttää pystyvän tuottamaan suotuisia muutoksia oksidatiivisessa entsyymiaktiivisuudessa, luustolihaskuitutyypissä ja luustolihaskuitujen koossa. NMES-protokollien suuren heterogeenisyyden vuoksi kirjoittajat päättelivät, että optimaalisten lihasmuutosten stimulaatiotaajuuksista ei ollut selvää yksimielisyyttä (12), esimerkiksi Theriault et al. (13) oli suorittanut pitkäaikaisen sähköstimulaation 8 terveen aikuisen polven ojentajalle. Sähköstimulaatioprotokolla oli 8 viikon kesto 8 tuntia päivässä ja 6 päivää viikossa. Stimulaatioparametri oli matalataajuinen (8 Hz) ja intensiteetti pystyi juuri tuottamaan näkyvää värähtelyä. Tulokset viittasivat polven ojentajien suorituskyvyn merkittävään parantumiseen 4 viikon stimulaation jälkeen. Tutkimus ei kuitenkaan ole RCT-tutkimus ja tutkimuksessa on kontrolliryhmä. Toisaalta yksi RCT-tutkimuksista, jotka tutkivat NMES:n vaikutuksia ja sisälsivät korkean taajuuden (50 Hz), mutta erittäin alhaisen amplitudin (ilman lihasten supistumista), koska plaseboryhmä oli sattumalta paljastanut, että lumelääke tuotti paremman vaikutuksen kuin interventioryhmä. NMES-ryhmä vs. lumeryhmä SMD:llä -0,12 (95 % CI: -0,63, 0,39) (8,14). Banerjee ja hänen ryhmänsä ovat myös osoittaneet sähköstimulaatioprotokollan alhaisella taajuudella (4 Hz), mutta korkealla amplitudilla (300 mA), 1 tunti/päivä 6 viikon ajan, voi merkittävästi lisätä nelipäisen lihasten voimaa terveillä istumatyötä tekevillä aikuisilla ja potilailla, joilla on stabiili krooninen sydämen vajaatoiminta ( 15, 16). Siten perustieteen havainnot ja nämä kliiniset tutkimukset viittasivat siihen, että on tarpeen tutkia lisää tehokkaampaa NMES-stimulaatioprotokollaa lihasatrofian vaimentamiseksi.

Testattavat tavoitteet ja hypoteesit:

Näiden ratkaisemiseksi tämän ehdotuksen tutkijat ovat haastaneet perinteisen ajatuksen, jonka mukaan NMES:n tulisi olla korkeataajuinen ja korkea amplitudi. Tutkijat olivat testanneet hypoteesin, jonka mukaan matala taajuus ja matala amplitudi vähentävät tehokkaasti lihasten surkastumista, ja tutkineet lihasten purkamiseen liittyviä solumekanismeja. Käyttämällä takaraajojen ripustuseläinmallia tutkijat ovat aiemmin osoittaneet, että takaraajojen ripustuksen aikana matalataajuinen sähköstimulaatio 20 Hz taajuudella jalkapohjalihaksissa määritellyillä ajoitus- ja pulssiparametreilla pelasti osittain satelliittisolujen katoamisen ja paransi kuidun ristikkäisyyttä. leikkausalueet (17). Tutkijat ovat lisäksi osoittaneet, että käyttämällä sähköistä stimulaatioparadigmaa taajuudella: 20 Hz; kesto: 3 tuntia, kahdesti päivässä kahdeksan viikon ikäisiin BALB/c-uroshiiriin, joille tehtiin 14 päivän takaraajojen kuormitus (HU). Tämä stimulaatioparadigma voi tehostaa satelliittisolujen lisääntymispotentiaalia sekä tukahduttaa apoptoottista solukuolemaa käyttämättömyyden aiheuttamassa lihasatrofiassa. Morfologisesti sähköstimulaatiolla varustettu takaraaja osoitti merkittävää parannusta lihasmassassa, poikkileikkausalassa ja huipputetaanisessa voimassa suhteessa HU-raajaan (18). Äskettäin tutkijat tutkivat edelleen optimaalista stimulaatioprotokollaa ja osoittivat, että kolmesta matalataajuisesta protokollasta, 2, 10 ja 20 Hz, stimulaatio 2 Hz:llä 2 × 3 tuntia/päivä saavutti parhaan vaikutuksen vähentämään lihassäikeiden ristikkäisvaurioita. poikkipinta-ala ja voima. Tämä stimulaatioparametri johti 1,2-kertaiseen kasvuun satelliittisolujen lisääntymisessä ja oli tehokas solujen pelastamisessa apoptoosista (19). Kaikkien näiden rohkaisevien tieteellisen perustutkimuksen havaintojen perusteella tutkijat uskovat, että ehdotettua uutta NMES-paradigmaa voidaan testata henkilöillä, joilla on progressiivinen lihasatrofia. Tutkijat olettavat, että NMES taajuudella 2 Hz 2 × 3 tuntia päivässä on tehokas alaraajojen asennon lihasten surkastumisen vaimentamisessa/parantamisessa, nimittäin nelipäisen lihasten sekä gastrocnemius- ja jalkapohjalihasten kompleksissa.

Tutkintasuunnitelma:

Perustuen olemassa olevan kirjallisuuden havaintoihin nykyisestä NMES-stimulaatioprotokollasta lihasatrofian vaimentamiseen tai lihasten suorituskyvyn parantamiseen eri populaatioissa, tutkijat olettivat, että ehdotettu uusi NMES-paradigma olisi tehokkaampi parantamaan lihasten poikkileikkausalaa (CSA). ), voimaa, kestävyyttä, rasituksen sietokykyä, ja se on hyväksyttävämpi potilaille, jotka tarvitsivat NMES:ää lievittämään lihasatrofiaa erilaisissa sairauksissa, erityisesti kroonista obstruktiivista keuhkosairautta (COPD) sairastavilla potilailla.