Stymulacja elektryczna w celu złagodzenia zaniku mięśni

Wstęp:

Mięśnie szkieletowe reagują na bodziec obciążenia mechanicznego w celu wzrostu i utrzymania. Długotrwałe zmniejszenie aktywności mięśni i obciążenia mechaniczne, takie jak loty kosmiczne, unieruchomienie kończyn, leżenie w łóżku i/lub brak aktywności, zmieniają równowagę między syntezą białek a degradacją, powodując zanik mięśni szkieletowych (1-3). Charakteryzuje się to spadkiem masy mięśniowej, pola przekroju poprzecznego włókien mięśniowych, siły i szybkości skurczu, a także przemianą typu wolnego w szybki (4,5). Zgłoszono wiele środków zaradczych, które łagodzą utratę zaniku mięśni, a elektryczna stymulacja nerwowo-mięśniowa (NMES) była często stosowana w stanach takich jak uraz rdzenia kręgowego, unieruchomienie i nieużywanie mięśni po operacji (6,7). Rzeczywiście, niedawny przegląd Cochrane dotyczący skuteczności NMES w osłabieniu mięśni u dorosłych z chorobami postępującymi, takimi jak POChP, przewlekła niewydolność serca i rak, wykazał, że NMES jest skutecznym sposobem poprawy osłabienia mięśni (8). Metaanalizy obejmowały jedenaście badań z randomizacją i grupą kontrolną (RCT), w których wzięło udział łącznie 218 uczestników. NMES znacznie poprawił siłę mięśnia czworogłowego o standardową średnią różnicę (SMD) wynoszącą 0,9 (95% przedział ufności (CI) 0,33 do 1,46). Jest to w przybliżeniu równe 25 niutonometrów (Nm) i należy je uznać za istotne klinicznie. Podobnie, inny niedawny przegląd systematyczny również wykazał, że NMES jest skuteczny w zapobieganiu osłabieniu mięśni szkieletowych u pacjentów w stanie krytycznym. Do analizy włączono osiem kwalifikujących się badań obejmujących 172 pacjentów. Spośród ośmiu badań, pięć badań wykazało wzrost siły lub lepsze zachowanie siły po zastosowaniu NMES, przy czym jedno badanie miało dużą wielkość efektu (1,44). W dwóch badaniach stwierdzono lepszą ochronę masy mięśniowej za pomocą NMES, z małymi lub średnimi efektami (0,11-0,39), podczas gdy w dwóch innych badaniach nie stwierdzono znaczących korzyści (9).

Skuteczność NMES zależy od stanu klinicznego i zależy od różnych parametrów stymulacji, w szczególności od częstotliwości i czasu trwania stymulacji. Tradycyjnie NMES postrzegano jako zastosowanie przezskórnego prądu elektrycznego do złącza nerwowo-mięśniowego w celu depolaryzacji potencjału czynnościowego jednostki motorycznej i wywołania skurczu mięśnia (10). Ten elektrycznie indukowany skurcz mięśni symuluje aktywne wzmacnianie mięśni i opiera się na zasadzie treningu mięśni, że poprzez odpowiednie obciążenie siła mięśni zostanie zwiększona. Aby osiągnąć ten efekt treningowy, stosowane zwykle parametry stymulacji miały na celu wywołanie skurczu tężcowego o gęstości prądu, którą pacjent może maksymalnie tolerować (8,9). Jednak ten obecnie przyjęty protokół stymulacji (tj. Wysoka częstotliwość na poziomie 50 Hz lub powyżej, amplituda na maksymalnym tolerowanym przez badanych limicie i krótki czas trwania (od 30 minut do 1 godziny) w celu przeciwdziałania zanikowi mięśni ma dwie główne wady. Po pierwsze, dobrze wiadomo, że odciążenie mechaniczne wiąże się ze szkodliwymi zmianami w strukturze i funkcji mięśni szkieletowych, charakteryzującymi się zmniejszeniem masy mięśniowej, pola przekroju poprzecznego włókien mięśniowych, siły i szybkości skurczu, a także spowolnieniem do przyspieszenia. transformacja typu włókien (przegląd patrz 11). Zatem wolnokurczliwe włókna mięśniowe są bardziej podatne na rozładowanie lub efekt nieużywania niż szybkokurczliwe włókna mięśniowe. Tradycyjny protokół stymulacji o wysokiej częstotliwości (50 Hz) nie pasuje do wzorca wyzwalania jednostki motorycznej mięśnia wolnokurczliwego. Co więcej, wysoka gęstość prądu nieuchronnie powodowała dyskomfort, jeśli nie ból u badanych podczas stymulacji elektrycznej. Badani nie mogą tolerować stymulacji elektrycznej przez wiele godzin. Jest tak zwłaszcza w przypadku, gdy zastosowanie dotyczy pacjentów z zanikiem mięśni z powodu nieużywania lub pacjentów z osłabieniem mięśni spowodowanym przez postępujące choroby. Bardzo często tolerancja bólu u tej grupy osób jest generalnie niższa niż u osób zdrowych. Zatem obecnie przyjęty protokół może nie być konieczny, aby zapewnić najlepszy możliwy wynik NMES dla poprawy funkcji mięśni. Korzystny wpływ NMES na przeciwdziałanie zanikowi mięśni nie został w pełni wykorzystany. Niedawny systematyczny przegląd analizujący zmiany metaboliczne i strukturalne w mięśniach szkieletowych kończyn dolnych po elektrycznej stymulacji nerwowo-mięśniowej zidentyfikował tylko 18 badań. Osiem z tych badań dotyczyło aktywności enzymatycznej, siedem badań składu włókien mięśniowych, a 14 dotyczyło wielkości włókien mięśniowych. Spośród tych 18 badań tylko 9 to badania RCT, a jakość metodologiczna była ogólnie niska. Autorzy doszli do wniosku, że NMES wydaje się być w stanie wywoływać korzystne zmiany w aktywności enzymów oksydacyjnych, typie włókien mięśni szkieletowych i wielkości włókien mięśni szkieletowych. W związku z dużą heterogenicznością protokołów NMES autorzy doszli do wniosku, że nie ma jednoznacznego konsensusu co do częstotliwości stymulacji dla optymalnych zmian mięśniowych (12). Na przykład Theriault et al. (13) przeprowadzili przedłużoną stymulację elektryczną prostownika stawu kolanowego 8 zdrowych osób dorosłych. Protokół stymulacji elektrycznej trwał 8 tygodni przez 8 godzin dziennie i 6 dni w tygodniu. Parametrem stymulacji była niska częstotliwość (8 Hz), a intensywność była w stanie wytworzyć widoczne wibracje. Wyniki sugerowały znaczną poprawę sprawności prostowników stawu kolanowego po 4 tygodniach stymulacji. Jednak badanie to nie jest badaniem z randomizacją i jest w nim grupa kontrolna. Z drugiej strony, jedno z badań RCT, które badało wpływ NMES i obejmowało wysoką częstotliwość (50 Hz), ale bardzo niską amplitudę (bez skurczu mięśni), jako grupa placebo, przypadkowo ujawniło, że placebo dawało lepszy efekt niż grupa interwencyjna. Grupa NMES vs grupa placebo przez SMD -0,12 (95% CI: -0,63; 0,39) (8,14). Banerjee i jego grupa wykazali również, że protokół stymulacji elektrycznej o niskiej częstotliwości (4 Hz), ale wysokiej amplitudzie (300 mA), 1 godz. 15, 16). Tak więc odkrycia z nauk podstawowych i te badania kliniczne sugerują potrzebę dalszych poszukiwań bardziej efektywnego protokołu stymulacji NMES w celu złagodzenia zaniku mięśni.

Cele i hipotezy do sprawdzenia:

Aby temu zaradzić, badacze tej propozycji zakwestionowali tradycyjne przekonanie, że NMES powinien mieć wysoką częstotliwość i dużą amplitudę. Badacze przetestowali hipotezę, że niska częstotliwość i niska amplituda są skuteczne w łagodzeniu zaniku mięśni i zbadali mechanizmy komórkowe związane z rozładowaniem mięśni. Wykorzystując model zwierzęcy zawieszony na kończynach tylnych, badacze wykazali wcześniej, że podczas zawieszania kończyn tylnych zastosowanie stymulacji elektrycznej o niskiej częstotliwości przy 20 Hz na mięśnie płaszczkowate z określonym czasem i parametrami pulsu częściowo uratowało utratę komórek satelitarnych i poprawiło przenikanie włókien. obszary przekroju (17). Badacze wykazali ponadto, że stosując paradygmat stymulacji elektrycznej o częstotliwości: 20 Hz; czas trwania: 3 godziny, dwa razy dziennie ośmiotygodniowym samcom myszy BALB/c, które poddano 14-dniowemu odciążaniu kończyn tylnych (HU). Ten paradygmat stymulacji może zwiększać potencjał proliferacyjny komórek satelitarnych, jak również tłumić apoptotyczną śmierć komórek w zaniku mięśni wywołanym nieużywaniem. Pod względem morfologicznym kończyna tylna ze stymulacją elektryczną wykazała znaczną poprawę masy mięśniowej, pola przekroju poprzecznego i szczytowej siły tężcowej w stosunku do kończyny HU (18). Niedawno badacze dokładniej zbadali optymalny protokół stymulacji i wykazali, że spośród trzech protokołów o niskiej częstotliwości, 2, 10 i 20 Hz, stymulacja z częstotliwością 2 Hz przez 2 × 3 h/dzień dała najlepszy efekt w tłumieniu utraty włókien mięśniowych pole przekroju i siła. Ten parametr stymulacji doprowadził do 1,2-krotnego wzrostu proliferacji komórek satelitarnych i był skuteczny w ratowaniu komórek przed apoptozą (19). Biorąc pod uwagę wszystkie te zachęcające wyniki podstawowych badań naukowych, badacze uważają, że proponowany nowy paradygmat NMES można przetestować na osobach z postępującym zanikiem mięśni. Badacze postawili hipotezę, że NMES przy częstotliwości 2 Hz przez 2 × 3 h/dzień jest skuteczny w osłabianiu/poprawie posturalnego zaniku mięśni kończyn dolnych, a mianowicie mięśnia czworogłowego i mięśnia brzuchatego łydki oraz mięśnia płaszczkowatego.

Plan śledztwa:

Na podstawie ustaleń z istniejącej literatury na temat obecnie przyjętego protokołu stymulacji NMES w osłabianiu zaniku mięśni lub poprawie wydajności mięśniowej w różnych populacjach, badacze postawili hipotezę, że proponowany nowy paradygmat NMES byłby bardziej skuteczny w poprawie pola przekroju mięśniowego (CSA ), siłę, wytrzymałość, tolerancję wysiłku i jest bardziej akceptowalny przez osoby, które potrzebowały NMES do złagodzenia zaniku mięśni z różnymi schorzeniami, w szczególności u pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP).