Hoeken van knie- en heupgewrichten voor optimalisatie van neuromusculaire elektrische stimulatie van de quadriceps femoris-spier

Neuromusculaire elektrische stimulatie (NMES) wordt in verschillende contexten gebruikt vanwege de voordelen die verband houden met motorisch leren, behoud van gedenerveerde spieren, training bij niet-coöperatieve / verdoofde individuen, pijnbeheersing en verlichting, en verbetering van functionele prestaties van atleten, jongeren en ouderen , naast mensen met ernstige hart- en vaatziekten. Zelfs met de solide opgebouwde kennis over NMES wordt het potentieel ervan niet volledig begrepen, met vragen die moeten worden opgehelderd voor het bereiken van grotere effectiviteit door clinici en wetenschappers in de verschillende toepassingsmogelijkheden.

De effecten van NMES zijn nog niet vastgesteld in de quadriceps femoris-spier in verschillende lengtes, wat kan worden bereikt door de hoek van het gewricht of de gewrichten die het kruist (heup en knie) te veranderen. Er is waarschijnlijk maar één proef (Fahey et al., 1984) die dit probleem aanpakt. In het onderzoek werden twee posities vergeleken: knie en heup gestrekt versus knie (65º) en heup (hoek niet vermeld) gebogen, hoewel het doel van het onderzoek was om alleen de invloed van de kniepositie te evalueren. De auteurs ontdekten dat NMES de isometrische en isokinetische kracht kan verhogen, maar dat het effectiever kan zijn om de isokinetische prestaties te verbeteren als de knie tijdens de behandeling wordt gebogen. Er worden dan vragen gesteld omdat groepen alleen werden getest met knie gebogen en niet ook gestrekt, en omdat de verandering in heuphoek waarschijnlijk de resultaten beïnvloedde. Deze studie was ook de enige gevonden door Bax et al. (2005).

Motivering: NMES is een gevestigd instrument dat wordt toegepast als hoofdbehandeling of aanvullende behandeling in revalidatieprogramma's. Het is noodzakelijk om de invloed van de positie van de onderste ledematen op de uitkomsten vast te stellen. Daarom zal deze studie voor het eerst ingaan op de effecten van NMES op de vrijwillige en opgewekte kracht, elektrische activiteit, architectuur en peeseigenschappen van de quadriceps.

Hypothese: Bij gezonde jonge volwassenen kan de variatie van de hoek van het heup- en kniegewricht bij NMES invloed hebben op de torsie van de knie-extensor, de elektromyografische activiteit van de quadricepsspier, de architectuur, de verlenging van het pees-aponeurosecomplex en de peeseigenschappen van de patellapees. Deze factoren worden vergemakkelijkt wanneer de deelnemers zitten met de knie in 60º flexie. Aan de andere kant, wanneer de quadriceps meer langwerpig is (liggend met knie op 60º) of korter (dorsale decubitus of zitten met knie gestrekt (0º), zullen dergelijke aanpassingen niet significant zijn.

Methoden: Dit is een cross-over studie met gezonde jonge mannelijke proefpersonen. De procedures zullen worden uitgevoerd in het Neuromuscular Performance Laboratory van de Faculteit Ceilândia / Universiteit van Brasília en in het Krachtlaboratorium van de Faculteit Lichamelijke Opvoeding / Universiteit van Brasília. De proefpersonen zullen 5 bezoeken aan het laboratorium afleggen (het eerste bezoek is een kennismakingssessie om NMES in elke positie te testen), met een interval van minimaal 48 uur tussen de bezoeken. Vrijwilligers worden geïnformeerd over alle procedures, doeleinden, voordelen en risico's van het onderzoek en ondertekenen een formulier voor geïnformeerde toestemming vóór deelname (het project is goedgekeurd door de universitaire ethische onderzoekscommissie N 99221818.9.0000.0029)

• Maximale vrijwillige isometrische contractie (MVIC): een isokinetische dynamometer wordt gebruikt om het koppel vast te leggen. De apparatuuras wordt visueel uitgelijnd met de as van de knie (laterale epicondylus van het dijbeen). De hefboomarm van de krachtopnemer wordt 2-3 cm boven de laterale malleolus stevig vastgemaakt met een riempje. Hoekingen van heup en knie worden aangepast met een goniometer. Onderwerpen worden stevig aan de stoel gestabiliseerd met riemen over de borst en bekkengordel om lichaamsbeweging te minimaliseren. Individuen zullen worden geïnstrueerd om hun armen te kruisen met de handen op de schouders en de knie tegen de riem te strekken "door geleidelijk gedurende 3 seconden te duwen (aanlopende contractie) tot de maximale kracht, dit gedurende 4 seconden aan te houden en vervolgens de hoeveelheid kracht geleidelijk te verminderen. voor meer 3 s". Het aantal contracties komt overeen met het aantal echografie-evaluaties: 4 spieren (rectus femoris en de drie vastus) + proximale patellapees + distale patellapees x 3 metingen voor elk = 18, elk gescheiden door 1 minuut rust.
• Neuromusculaire elektrische stimulatie (NMES): NMES zal worden gebruikt om een ​​maximaal elektrisch opgewekt isometrisch koppel te produceren, dat zal worden beoordeeld tijdens de gewenning en zal worden gegenereerd (15-18 keer) na het einde van het vrijwillige contractieprotocol van de volgende sessies. Er wordt een elektrische stimulator gebruikt. Parameters worden geverifieerd met behulp van een digitale oscilloscoop. Het apparaat wordt aangesloten op kabels die worden aangesloten op twee paar kleefelektroden van 25 cm2. De eerste distale elektrode wordt geplaatst op 80% van de lijn tussen de spina iliaca anterior superior (ASIS) en de ruimte waar het mediale ligament zich bevindt. De proximale elektrode wordt geplaatst in het overeenkomstige motorische punt, geïdentificeerd met een penvormige elektrode, in de vastus medialis. De andere distale elektrode wordt geplaatst op 2/3 van de lijn die zich vormt van de ASIS naar de laterale zijde van de patella, terwijl de proximale elektrode wordt geplaatst op het motorische punt, geïdentificeerd met een penvormige elektrode, in de spierbuik van de patella. de vastus lateralis. Het zal een gepulseerde stroom gebruiken: frequentie = 100 Hz, pulsduur = 400 μs, stijgtijd = 3 s, AAN-tijd = 4 s, vervaltijd = 3 s en uit-tijd = 1 min. De intensiteit die wordt gebruikt, is de intensiteit die wordt verkregen bij de gewenning, of hoger als dit wordt verdragen.
• Oppervlakte-elektrische activiteit en activeringsniveau: Oppervlakte-elektromyografie (EMG) activiteit van vastus lateralis, vastus medialis en rectus femoris wordt bipolair geregistreerd door twee afgeronde elektroden van zilverchloride, elk met een diameter van 20 mm en een opnamediameter van 10 mm en gescheiden door een afstand tussen de elektroden (hart op hart) van 20 mm. De elektroden worden longitudinaal in de spierbuik geplaatst en een referentie-elektrode wordt bevestigd aan de patella van de contralaterale onderste extremiteit. Net als bij NMES-elektroden zal er een markering worden aangebracht om ervoor te zorgen dat in de volgende sessies de elektroden dienovereenkomstig worden geplaatst. De impedantiereductie (<5 kΩ) tussen de twee elektroden wordt verkregen door de huid af te schuren met schuurpapier en te reinigen met alcohol. EMG-signalen worden versterkt met een bandbreedtefrequentie van 15 Hz tot 5,0 kilohertz (common mode rejection rate = 90 decibel, impedantie = 100 milliohm, gain = 1000).
• Spierarchitectuur: Spierdikte, pennatiehoek en fasciculaire lengte worden verkregen in rust en tijdens MVIC en NMES met behulp van een draagbare echografie in B-modus met een lineaire transducer van 7,5 megahertz. Diepte-, gain-, compressie- en ultrasone instellingen worden constant gehouden tussen beoordelingen en van de ene patiënt naar de andere. Voor elke spier worden drie video's gemaakt en de gemiddelde waarden worden gebruikt voor statistische analyse. Voor een betere reproduceerbaarheid zal de beoordelaar de transducer verwijderen en herpositioneren op de gemarkeerde locatie. De video's worden op het apparaat opgeslagen en vervolgens naar een computer overgebracht voor verwerking in specifieke software. De video's worden gemaakt met de transducer in het longitudinale vlak van de spier, parallel aan de richting van de spierbundels. Een juiste uitlijning van de transducer wordt bereikt wanneer meerdere bundels zonder onderbreking worden getoond. Rectus femoris, vastus intermedius, vastus lateralis, vastus medialis zullen respectievelijk worden geëvalueerd in de percentages 50%, 60% en 75% (proximaal tot distaal) van de afstand tussen het mediale aspect van de spina iliaca anterior superior en de superieure rand van de patella, zoals aangepast van Blazevich et al. (2006). De rectus femoris en de vastus intermedius worden gevisualiseerd op het anterieure aspect van de dij, de vastus lateralis wordt gevisualiseerd door de transducer 5 cm lateraal te bewegen vanaf de middellijn en de vastus medialis wordt gevisualiseerd met de transducer 3 cm op de mediale richting van de dij. De pennatiehoek is de hoek die gevormd wordt tussen de echo van de diepe aponeurose van de spieren en de echo van de ruimte tussen de spierbundels, gemeten 3 tot 4 mm boven de diepe aponeurose van de spieren. De fasciculaire lengte wordt beschouwd als de totale lengte van de spiervezel, maar omdat de fascikels te lang zijn om te worden gemeten vanaf de oorsprong tot aan de insertie, zal de geschatte lengte worden verkregen uit de formule van Blazevich et al. (2006), die als variabelen de spierdikte, de hoek van de fascicle en de hoek tussen de oppervlakkige en diepe aponeurose gebruikt.
• Pees-aponeurose complexe verlenging: De myotendineuze verlenging wordt geschat door de verplaatsing van de diepe aponeurose. Voor de berekening worden de opnamen gebruikt die zijn verkregen voor analyse van de spierarchitectuur. In tegenstelling tot de statische aard van de gegevens van het vorige onderwerp, gebruikt deze variabele echter een dynamische benadering, aangezien het punt (P) zal worden gebruikt als het contactpunt (insertie) van een fascikel in de diepe aponeurose in rust en de verplaatsing van P bij het overwegen van zijn uiteindelijke positie tijdens een maximale samentrekking. Daarom wordt de verplaatsing van P (dL) beschouwd als een indicatie van de verlenging van de diepe aponeurose en de distale pees.
• Peeseigenschappen: De rustlengte van de patellapees wordt gemeten door zijn pad te volgen met de ultrasone transducer in het longitudinale (sagittale) vlak, beginnend bij de patella-insertie tot de insertie bij het scheenbeen, langs het achterste oppervlak van de pees. Het centrale deel van de transducer wordt in elk van de peesinserties geplaatst (rekening houdend met het achterste oppervlak) en vervolgens wordt op dat punt een markering op de huid aangebracht en wordt een meetlint gebruikt om de peeslengte te meten. De dwarsdoorsnede van de patellapees wordt berekend op basis van afbeeldingen in het axiale vlak op 25%, 50% en 75% van de lengte (in rust). De berekening van de peeskracht zal de verhouding gebruiken van het geschatte totale knie-extensiemoment (gecorrigeerd voor de activering van de biceps femoris-spier verkregen door elektromyografie) door de interne momentarm, die zal worden geschat door individueel de lengte van het dijbeen te meten, volgens aan de vergelijking van Visser et al (1990). Peesspanning wordt berekend door de krachtverhouding die op de pees wordt uitgeoefend door zijn dwarsdoorsnede-oppervlak. De rek in de pees wordt berekend aan de hand van de lengteverandering over de oorspronkelijke lengte (ΔL / Lo) en wordt uitgedrukt in een percentage. De Young's modulus, of elasticiteitsmodulus, wordt verkregen door de spanning te delen door de rek. De peesstijfheid wordt berekend door de kracht die op de pees wordt uitgeoefend te delen door de verlenging die in de lengte wordt gegenereerd. Aangezien de lengte van de transducer niet de volledige visualisatie van de patellapees mogelijk maakt, wordt ter referentie een hypoallergene echo-absorberende tape in het midden van de pees geplaatst. Er zullen dus beelden worden verkregen van de tape tot aan de proximale insertie en vervolgens vanaf de tape naar de distale insertie. Beelden worden gereconstrueerd voor meting. De vervorming wordt gedefinieerd als de verandering in de lengte tussen de patella en de tibia, die frame voor frame wordt gemeten.