Vinkler på kne- og hofteledd for optimalisering av nevromuskulær elektrisk stimulering av Quadriceps Femoris-muskelen

Nevromuskulær elektrisk stimulering (NMES) brukes i ulike sammenhenger på grunn av fordelene knyttet til motorisk læring, bevaring av denerverte muskler, trening hos ikke-samarbeidende/sederte individer, smertekontroll og lindring, og forbedring av idrettsutøvere, unge og eldres funksjonsevne. , foruten personer med alvorlig hjerte- og lungesykdom. Selv med den solide akkumulerte kunnskapen om NMES, er potensialet ikke fullt ut forstått, med spørsmål som må avklares for oppnåelse av større effektivitet av klinikere og forskere i de ulike anvendelsesmulighetene.

Effektene av NMES er ennå ikke bestemt i quadriceps femoris-muskel i forskjellige lengder, noe som kan oppnås ved å endre vinkelen på leddet eller leddene det krysser (hofte og kne). Det er sannsynligvis bare én rettssak (Fahey et al., 1984) som tar for seg dette problemet. I studien ble to posisjoner sammenlignet: kne og hofte forlenget versus kne (65º) og hofte (vinkel ikke nevnt) bøyd, selv om formålet med studien var å evaluere kun påvirkningen av kneposisjon. Forfattere fant at NMES kan øke isometrisk og isokinetisk styrke, men at det kan være mer effektivt å forbedre isokinetisk ytelse hvis kneet bøjes under behandling. Spørsmål blir deretter reist fordi gruppene ble testet kun med kneet bøyd og ikke også utvidet, og fordi endringen i hoftevinkel sannsynligvis påvirket resultatene. Denne studien var også den eneste som ble funnet av Bax et al. (2005).

Begrunnelse: NMES er et etablert verktøy som brukes som hoved- eller tilleggsbehandling i rehabiliteringsprogrammer. Det er nødvendig å fastslå påvirkningen av underekstremitetsposisjonen i resultatene. Derfor vil denne studien for første gang ta for seg effekten av NMES på quadriceps frivillig og fremkalt styrke, elektrisk aktivitet, arkitektur og seneegenskaper.

Hypotese: Hos friske unge voksne kan variasjonen av hofte- og kneleddsvinkelen for NMES påvirke kneekstensormomentet, quadriceps muskel elektromyografisk aktivitet, arkitektur og sene-aponeurosekompleksforlengelse og seneegenskaper til patellasenen. Disse faktorene blir lettere når deltakerne sitter med kneet i 60º fleksjon. På den annen side, når quadriceps er mer forlenget (ligger med kneet på 60º) eller forkortet (dorsal decubitus eller sitter med kneet utvidet (0º), vil slike tilpasninger ikke være signifikante.

Metoder: Dette er en crossover-forsøk med friske unge mannlige forsøkspersoner. Prosedyrene vil bli utført i det nevromuskulære ytelseslaboratoriet ved Fakultetet i Ceilândia / University of Brasília og i Force Laboratory ved det fakultet for kroppsøving / University of Brasília. Forsøkspersonene vil gjennomføre 5 besøk til laboratoriet (det første besøket vil være en kjennskapsøkt for å teste NMES i hver stilling), med et minimumsintervall på 48 timer mellom besøkene. Frivillige vil bli informert om alle prosedyrer, formål, fordeler og risikoer ved studien og vil signere et informert samtykkeskjema før deltakelse (prosjektet ble godkjent av Universitetets forskningsetiske komité N 99221818.9.0000.0029)

• Maksimal frivillig isometrisk sammentrekning (MVIC): Et isokinetisk dynamometer vil bli brukt for å registrere dreiemoment. Utstyrets akse vil bli visuelt innrettet med kneets akse (lateral epikondyl av lårbenet). Krafttransduserens spakarm festes godt 2-3 cm over den laterale malleolen med en stropp. Vinkler på hofte og kne vil bli justert med et goniometer. Forsøkspersonene vil bli stabilt stabilt til stolen med belter over brystet og bekkenbeltet for å minimere kroppsbevegelser. Enkeltpersoner vil bli bedt om å krysse armene med hendene på skuldrene og strekke kneet mot stroppen "ved å skyve gradvis i 3 s (rampende sammentrekning) opp til maksimal kraft, opprettholde den i 4 s, og deretter redusere mengden kraft gradvis i mer 3 s". Antall sammentrekninger vil tilsvare antall ultralydsevalueringer: 4 muskler (rectus femoris og de tre vastus) + proksimal patellar sene + distal patellar sene x 3 målinger for hver = 18, hver med 1 min hvile.
• Nevromuskulær elektrisk stimulering (NMES): NMES vil bli brukt til å produsere et maksimalt elektrisk fremkalt isometrisk dreiemoment, som vil bli vurdert i familiariseringen og vil bli generert (15-18 ganger) etter slutten av den frivillige sammentrekningsprotokollen for de påfølgende øktene. En elektrisk stimulator vil bli brukt. Parametre vil bli verifisert ved hjelp av et digitalt oscilloskop. Enheten vil kobles til kabler som skal kobles til to par 25 cm2 selvklebende elektroder. Den første distale elektroden vil bli plassert ved 80 % av linjen mellom anterior superior iliac spine (ASIS) og rommet der det mediale ligamentet er lokalisert. Den proksimale elektroden vil bli plassert i det tilsvarende motoriske punktet, identifisert med en penntypeelektrode, i vastus medialis. Den andre distale elektroden vil plasseres 2/3 av linjen som dannes fra ASIS til lateral side av patella, mens den proksimale elektroden vil bli plassert ved det motoriske punktet, identifisert med en penntypeelektrode, i den muskulære magen til vastus lateralis. Det vil bli brukt en pulsert strøm: frekvens = 100 Hz, pulsvarighet = 400 μs, stigetid = 3 s, PÅ-tid = 4 s, henfallstid = 3 s, og av-tid = 1 min. Intensiteten som brukes vil være den som ble oppnådd i familiariseringen, eller høyere hvis tolerert.
• Overflateelektrisk aktivitet og aktiveringsnivå: Overflateelektromyografi (EMG) aktivitet av vastus lateralis, vastus medialis og rectus femoris vil bli registrert bipolært av to avrundede elektroder av sølvklorid, hver måler 20 mm i diameter og har en registreringsdiameter på 10 mm og atskilt med en avstand mellom elektrodene (senter til sentrum) på 20 mm. Elektrodene vil plasseres i lengderetningen i muskelmagen, og en referanseelektrode vil festes til patella på den kontralaterale underekstremiteten. Som for NMES-elektroder vil det bli gjort en merking for å sikre at elektrodene i de påfølgende øktene plasseres tilsvarende. Impedansreduksjonen (<5 kΩ) mellom de to elektrodene vil oppnås ved å slite huden med smergelpapir og rengjøre med alkohol. EMG-signaler vil bli forsterket med en båndbreddefrekvens på 15 Hz til 5,0 kilohertz (common mode rejection rate = 90 desibel, impedans = 100 milliohm, gain = 1000).
• Muskelarkitektur: Muskeltykkelse, pennasjonsvinkel og fascikulær lengde vil bli oppnådd i hvile og under MVIC og NMES ved bruk av en bærbar ultralyd i B-modus med en lineær transduser på 7,5 megahertz. Innstillinger for dybde, forsterkning, kompresjon og ultralyd holdes konstant mellom vurderingene og fra en pasient til en annen. For hver muskel vil tre videoer bli hentet og gjennomsnittsverdiene vil bli brukt til statistisk analyse. For bedre reproduserbarhet vil evaluatoren fjerne og flytte transduseren på det merkede stedet. Videoene vil bli lagret på enheten og deretter overført til en datamaskin for behandling i spesifikk programvare. Videoene vil bli tatt med transduseren plassert i muskelens lengdeplan, og holde den parallelt med retningen til fasciklene. Riktig justering av transduseren oppnås når flere fascikler vises uten avbrudd. Rectus femoris, vastus intermedius, vastus lateralis, vastus medialis vil bli evaluert i henholdsvis prosentene 50 %, 60 % og 75 % (proksimalt til distalt) av avstanden mellom det mediale aspektet av anterior superior iliaca spine og superior border av patella, som tilpasset fra Blazevich et al. (2006). Rectus femoris og vastus intermedius vil bli visualisert på fremre del av låret, vastus lateralis vil bli visualisert ved å flytte transduseren 5 cm i lateral retning fra midtlinjen og vastus medialis vil bli visualisert med transduseren 3 cm inn på den mediale retningen av låret. Pennasjonsvinkelen er vinkelen som dannes mellom ekkoet av den dype aponeurosen i musklene og ekkoet av rommet mellom fasciklene, målt 3 til 4 mm over den dype aponeurosen i musklene. Den fascikulære lengden vil bli betraktet som den totale lengden av muskelfiberen, men fordi fasciklene er for lange til å kunne måles fra origo til innsetting, vil den estimerte lengden fås fra formelen til Blazevich et al. (2006), som bruker muskeltykkelsen, fascikelens vinkel og vinkelen mellom overfladisk og dyp aponeurose som variabler.
• Tendon-aponeurosis kompleks forlengelse: Myotendinøs forlengelse vil bli estimert ved forskyvningen av den dype aponeurosen. For beregningen vil det bli brukt opptakene som er innhentet for analyse av muskulær arkitektur. Imidlertid, i motsetning til den statiske karakteren til dataene fra forrige emne, bruker denne variabelen en dynamisk tilnærming, siden punktet (P) vil bli brukt som kontaktpunktet (innsetting) av en fascikel i den dype aponeurose i hvile og forskyvning av P når man vurderer sin endelige posisjon under en maksimal sammentrekning. Derfor regnes forskyvningen av P (dL) som en indikasjon på forlengelsen av den dype aponeurosen og den distale senen.
• Senens egenskaper: Hvilelengden til patellasenen vil bli målt ved å spore dens bane med ultralydtransduseren i det langsgående (sagittale) planet, med start fra patellainnsettingen til innsettingen ved tibia, langs den bakre overflaten av senen. Den sentrale delen av transduseren vil bli plassert i hver av seneinnføringene (med tanke på dens bakre overflate), og deretter vil et merke på huden bli laget på det punktet og et målebånd vil bli brukt for senelengdemålingen. Tverrsnittsarealet av patellasenen vil bli beregnet fra bilder i aksialplanet ved 25 %, 50 % og 75 % av lengden (i hvile). Beregningen av senekraft vil bruke forholdet mellom det estimerte totale kneekstensjonsmomentet (korrigert for aktivering av biceps femoris-muskelen oppnådd ved elektromyografi) av den indre momentarmen, som vil bli estimert ved individuelt å måle lengden på lårbenet, iht. til ligningen til Visser et al (1990). Senspenning vil bli beregnet ved kraftforholdet som påføres senen ved dens tverrsnittsareal. Tøyningen i senen vil bli beregnet ved å bruke endringen i lengde over den opprinnelige lengden (ΔL / Lo) og vil bli uttrykt i prosent. Youngs modul, eller elastisitetsmodul, vil oppnås ved å dele spenningen på tøyningen. Tendinøse stivhet vil bli beregnet ved å dele kraften som påføres senen med forlengelsen generert i lengden. Siden lengden på transduseren ikke tillater hele visualiseringen av patellasenen, vil en hypoallergen ekkoabsorberende tape plasseres i midten av senen som referanse. Dermed vil bilder bli tatt fra tapen til den proksimale innsettingen og deretter avgang fra tapen til den distale innsettingen. Bilder vil bli rekonstruert for måling. Deformasjonen vil bli definert som endringen i lengden mellom patella og tibia, som vil bli målt ramme for ramme.