Połączone zastosowanie stymulowanego elektrycznie skurczu antagonisty podczas chodu (badanie chodu)

Choroba zwyrodnieniowa stawu kolanowego (KOA) jest najczęstszą przyczyną niepełnosprawności nie tylko w Stanach Zjednoczonych, ale także w Japonii. KOA wiąże się z bólem, osłabieniem mięśnia czworogłowego, obrzękiem, niestabilnością, spadkiem zakresu ruchu, sprawności fizycznej i jakości życia (QOL) (1). W szczególności osłabienie mięśnia czworogłowego może przyczyniać się do wystąpienia objawowej i postępującej choroby (2, 3), powodować ograniczenia funkcjonalne i niepełnosprawność (4) oraz zwiększać ryzyko zgonu (5). Zarówno ćwiczenia aerobowe, jak i ćwiczenia oporowe są zalecane w leczeniu osób z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego (KOA) (6). Jednak ćwiczenia o umiarkowanej lub dużej intensywności często stanowią problem dla osób z bólem kolana lub urazem kolana w wywiadzie.

Elektryczna stymulacja nerwowo-mięśniowa (NMES) jest szeroko stosowana jako metoda zwiększania siły mięśni i poprawy sprawności fizycznej nawet przy niskiej lub umiarkowanej intensywności ćwiczeń (7). Jednak efekt NMES może okazać się niewystarczający, ponieważ intensywność ćwiczeń zależy od poziomu wytrzymałości elektrycznej stymulacji użytkownika (7). Z drugiej strony przezskórna stymulacja elektryczna, tak zwana przezskórna elektryczna stymulacja nerwów (TENS), jest skuteczna w łagodzeniu bólu (8). Ból kolana niezależnie zmniejszał siłę i aktywację mięśnia czworogłowego (9). TENS przywraca zahamowaną funkcję motoryczną mięśnia czworogłowego (aktywacja centralna i mięśniowa) poprzez złagodzenie bólu (10). Ponadto mówi się, że połączone stosowanie stymulacji elektrycznej (ES) i skurczów wolicjonalnych (VC) jest bardziej skuteczne niż same ES lub VC (11). Dlatego opracowano hybrydowy system treningowy (HTS), który opiera się ruchowi dobrowolnie kurczącego się mięśnia agonisty, wykorzystując siłę generowaną przez jego elektrycznie stymulowanego antagonistę (NMES), jako sposób na połączenie zastosowania stymulacji elektrycznej i dobrowolnego skurczu (12). HTS to metoda, która eliminuje wady zarówno ćwiczeń wolicjonalnych, jak i NMES (13). Donoszono, że HTS to nowa technika treningowa, która może zwiększyć zarówno siłę mięśni, jak i masę mięśniową (12, 13, 14, 15). Ostatnio HTS okazuje się obiecującym środkiem zaradczym dla nieużywania układu mięśniowo-szkieletowego przez astronautów, ponieważ technika HTS może generować opór wysiłkowy w ciele, nawet jeśli nie ma grawitacji (1). Ponadto HTS może być wykorzystywany podczas wielu różnych rodzajów ćwiczeń (np. ćwiczenia wyprostu kolana, przysiadu i zgięcia bioder, ćwiczenia chodzenia i ćwiczenia jazdy na rowerze) (17, 18). Wydaje się, że bardziej efektywne dla poprawy siły mięśniowej i sprawności fizycznej jest połączenie HTS z lekkimi ćwiczeniami (np. prostowanie kolan, chodzenie i przysiady) dla pacjentów z KOA.

Głównym celem terapii ruchowej KOA jest nie tylko poprawa siły mięśniowej (zwłaszcza mięśnia czworogłowego uda), ale także uśmierzanie bólu (19, 20). Poprawa siły mięśniowej chroni stawy i łagodzi stymulację nocyceptywną. Jednak ćwiczenia czasami zwiększają ból. Oprócz patologicznych zmian w strukturach stawowych, wydaje się, że w bólu KOA biorą udział zmiany w ośrodkowym przetwarzaniu bólu lub centralnej sensytyzacji (19). Murphy i in. podali, że 36% heterogennej próby pacjentów z biodrem i KOA wykazało oznaki sensytyzacji ośrodkowej (22). To odkrycie nie zostało w pełni scharakteryzowane, ale konieczne jest rozważenie sensytyzacji ośrodkowej w leczeniu pacjentów z KOA. Z teoretycznego punktu widzenia ćwiczenia mają potencjał do leczenia procesu sensytyzacji ośrodkowej: m.in. ćwiczenia aktywują kierowaną przez mózg endogenną analgezję (23). Początkowy atak ćwiczeń ekscentrycznych o wysokiej intensywności wywołuje ośrodkową sensytyzację, ale powtarzana runda ćwiczeń ułatwia wrodzone mechanizmy ochronne kręgosłupa (efekt powtarzanej walki) (24). Co więcej, ćwiczenia z oporem po tej samej stronie mogą zapobiegać sensytyzacji ośrodkowej (25). Dlatego zaleca się podejście zależne od czasu, które oznacza, że ​​pacjent nie przerywa ćwiczeń, gdy miejscowe nasilenie bólu wzrasta (22). Przedstawiono kilka doniesień na temat dysfunkcyjnej endogennej analgezji u pacjentów z bólem mięśniowo-szkieletowym w odpowiedzi na ćwiczenia aerobowe, ale żaden rodzaj ćwiczeń aerobowych nie był w stanie aktywować endogennej analgezji (24). Obecnie nie ma doniesień o metodzie ćwiczeń, która byłaby skuteczna u pacjentów z bólem ośrodkowego uczulenia. Neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF) należy do neurotroficznej rodziny czynników wzrostu. Utrata BDNF zwykle prowadzi do neurodegeneracji w tych ośrodkach motorycznych i ostatecznie skutkuje kilkoma poważnymi chorobami motorycznymi, takimi jak stwardnienie zanikowe boczne, ataksja rdzeniowo-móżdżkowa, choroba Parkinsona, choroba Huntingtona, a także zespół przedsionkowy. Te czynniki neurotroficzne (np. zmniejszanie poziomu czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego) obiecują nowe możliwości zmniejszania nadpobudliwości OUN u pacjentów z bólem ośrodkowego uczulenia (2). Da Graca-Tarrago i in. wykazali, że 30-minutowa elektryczna stymulacja domięśniowa w chorobie zwyrodnieniowej stawów zmniejsza ból, zwiększa miejscowy próg bólu (PPT) i zmniejsza BDNF (27). Gajewska-Woźniak i in. donieśli, że niskoprogowa elektryczna stymulacja nerwów obwodowych w celu stymulacji włókien doprowadzających Ia (sygnalizacja proprioceptywna) może wpływać na ekspresję BDNF u szczurów (28). HTS to technika ćwiczeń wykorzystująca elektrycznie ekscentryczny skurcz mięśni. Yamaguchi i in. wykazali, że odruch soleus H wzrósł po jednym HTS niekorzystnie w konwencjonalnym ćwiczeniu oporowym (29). Wydaje się to wskazywać, że HTS służy do aktywacji włókien Ia. HTS może wpływać na ośrodkową sensytyzację i łagodzić ból u pacjentów z KOA.