Stymulacja somatosensoryczna w chorobie zwyrodnieniowej stawu kolanowego

Na całym świecie 9,6% mężczyzn i 18% kobiet w wieku powyżej 60 lat cierpi na chorobę zwyrodnieniową stawów (ChZS), z których większość dotyczy kolana. W populacji pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów 80% pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów ma ograniczenia ruchowe, a 25% nie może wykonywać większości codziennych czynności (WHO). Choroba zwyrodnieniowa stawów jest postępującym schorzeniem chrząstki stawowej obejmującym dysfunkcje ruchowe i czuciowe, w tym zmniejszenie zakresu ruchu, osłabienie mięśni, upośledzenie propriocepcji i ból. Niektóre z tych objawów przyczyniają się do artrogennego zahamowania mięśni (AMI), odruchowego zmniejszenia mocy mięśni otaczających dotknięty staw, w którym najprawdopodobniej pośredniczą mechanizmy hamujące GABAergiczne.

AMI charakteryzuje się nieprawidłową aferentną informacją przekazywaną do ośrodkowego układu nerwowego, co skutkuje zmienionym aferentnym sprzężeniem zwrotnym do neuronów ruchowych mięśnia czworogłowego (MN), co z kolei skutkuje zmniejszoną pobudliwością tej konkretnej puli. Sugeruje się, że zmienione wejście aferentne wynika ze stymulacji mechanoreceptorów poprzez wysięk w stawach lub nadmierne ruchy, nocyceptory jako odpowiedź na ból lub utratę receptorów stawowych. Chociaż dowody dotyczące roli ośrodkowego układu nerwowego są nieliczne, wydaje się, że wpływa to na przed- i postsynaptyczne mechanizmy rdzeniowe bezpośrednio wpływające na alfa-MN. Wydaje się, że zaangażowana jest również dysfunkcja pętli γ. Mechanizmy te razem prowadzą do AMI, który objawia się aberracjami dobrowolnego momentu obrotowego mięśnia czworogłowego, kontroli siły i pobudliwości odruchowej, często mierzonej za pomocą odruchu H.

Dysfunkcja motoryczna jest zatem ważnym czynnikiem ograniczającym dla pacjentów z ChZS i obejmuje czynniki motoryczne i czuciowe. Poza oczywistą rolą motorycznych włókien odprowadzających, czuciowe włókna doprowadzające wpływają również na kontrolę motoryczną, a słaba funkcja proprioceptywna jest predykatorem słabych wyników w staniu na krześle. Zmniejszenie deficytów czuciowych może potencjalnie poprawić funkcje motoryczne w chorobie zwyrodnieniowej stawu kolanowego. Niniejsze badanie ma na celu ocenę, czy elektryczna stymulacja nerwów obwodowych o niskiej intensywności, będąca formą zwiększonego wkładu aferentnego, może potencjalnie poprawić funkcje motoryczne pacjentów z ChZS. Najbardziej ograniczającym czynnikiem u pacjentów z ChZS jest jednak ból odczuwany w spoczynku i podczas ruchu. Modele stymulacji o wysokiej częstotliwości są zwykle stosowane w celu zmniejszenia bólu, ale 40-50 minut stymulacji elektrycznej o niskiej częstotliwości (4 Hz, < intensywność MT) może również skutecznie zmniejszyć ból w spoczynku, ból podczas ruchu i wrażliwość na ból, chociaż niedawny przegląd systematyczny kwestionuje spójność tych efektów, biorąc pod uwagę ograniczone dowody. Chociaż, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nie ma jasnego fizjologicznego wyjaśnienia dotyczącego zmniejszenia bólu po elektrycznej stymulacji nerwów obwodowych, możliwe jest, że zmniejszenie odczuwanego bólu jest pośredniczone przez zmniejszoną analgezję, tj. Zmniejszoną pobudliwość neuronów nocyceptywnych.

Elektryczna stymulacja nerwów obwodowych i mięśni była stosowana w różnych formach do modulowania siły mięśni, zdolności motorycznych, pobudliwości rdzeniowej i korowej. Siły wywołane elektryczną stymulacją nerwowo-mięśniową (NMES) mogą generować momenty obrotowe do 112% maksymalnej dobrowolnej siły skurczu i rosną wraz ze wzrostem częstotliwości stymulacji do 70-80 Hz.

Podczas gdy NMES koncentruje się przede wszystkim na zwiększaniu siły mięśni, somatosensoryczna stymulacja elektryczna (SES) o niskiej intensywności została wykorzystana do zwiększenia nabywania umiejętności motorycznych u pacjentów neurologicznych i zdrowych uczestników. SES pobudza włókna doprowadzające grupy Ia, Ib i II, a także drugorzędowe włókna doprowadzające mięśni. SES zwiększa wydajność motoryczną najbardziej, gdy jest stosowany do nerwu obwodowego przy wysokiej intensywności czuciowej (2-3-krotność progu percepcyjnego) przy 10 Hz (SES stosowany w ciągach 1 Hz składających się z 5 impulsów przy 10 Hz). Przezskórna elektryczna stymulacja nerwów o wysokiej częstotliwości (TENS) i trening sensomotoryczny mogą zarówno powodować błąd repozycjonowania odzwierciedlający upośledzoną propriocepcję stawu kolanowego u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego. Zarówno TENS, jak i SES pobudzają zatem włókna doprowadzające zaangażowane w propriocepcję kolana. Upośledzona propriocepcja stawu kolanowego jest związana z upośledzoną zdolnością do dokładnego i stałego kontrolowania siły oraz upośledzoną siłą ekscentryczną. W przeciwieństwie do NMES, w którym indukowany wzrost siły mięśniowej najprawdopodobniej pociąga za sobą zmiany w metabolizmie, przeroście i prawdopodobnie mechanizmach rdzenia kręgowego, oraz TENS, w którym pierwotne doprowadzające o dużej średnicy odgrywają kluczową rolę w zmniejszaniu bólu, SES celuje w szlaki czuciowe, zarówno skórne, jak i proprioceptywne, które wydają się właściwym celem zmniejszenia deficytów sensorycznych występujących w OA.

SES może poprawić funkcje motoryczne pacjentów po udarze mózgu, ale nie wiadomo, czy taka poprawa może wystąpić u pacjentów z AO stawu kolanowego. Pobudzenie pierwotnych aferentów przez SES mogłoby posłużyć jako fizjologiczna podstawa do hipotezy, że SES pozytywnie wpływa na aferentne wejście do α-MN mięśnia czworogłowego uda otaczającego dysfunkcyjny staw i zmniejsza ból. Oczekuje się, że zwiększone wejście aferentne przez SES, jak wykazano wcześniej u zdrowych uczestników i pacjentów po udarze, zwiększy kontrolę motoryczną, mierzoną wzrostem wydajności śledzenia w dysfunkcyjnym stawie kolanowym. Oczekuje się, że jako wariant zadania śledzenia wzrokowo-ruchowego, stabilność siły i dokładność wzrosną po SES, ponieważ pomiary te są związane z propriocepcją, wiadomo, że wynik SES poprawia się poprzez pobudzenie aferentów mięśniowych. Jeśli to oczekiwanie jest prawidłowe, SES może być następnie wykorzystany w przyszłych badaniach i protokołach rehabilitacyjnych jako elementarz do wzmocnienia efektów NMES i innych terapii ruchowych zaprojektowanych w celu poprawy siły i mocy mięśnia czworogłowego. Po drugie, jeśli SES zmniejsza ból i zwiększa kontrolę motoryczną, SES może ewentualnie odroczyć operację i może służyć jako środek wspomagający dla pacjentów, którzy nie nadają się lub sprzeciwiają się całkowitej alloplastyce stawu kolanowego w celu poprawy codziennych czynności, a tym samym jakości życia.

Dlatego niniejsze badanie zbada ostre i opóźnione skutki 60-minutowego SES (pięć impulsów w ciągach 1 Hz przy 10 Hz przy progowym natężeniu motorycznym) nerwu udowego u pacjentów cierpiących na chorobę zwyrodnieniową stawu kolanowego. Rysunek 1 przedstawia schematyczny przegląd proponowanego projektu badania. Jako pierwszy krok, eksperyment pilotażowy na 5-6 zdrowych osobach powinien ujawnić, czy po 30 minutach SES zaobserwowano jakieś efekty lub tendencje, czas trwania prawdopodobnie byłby bardziej optymalny na poziomie 60 minut, biorąc pod uwagę standard 120 minut stosowany do poprawy pacjentów neurologicznych „funkcja ręki”. Głównymi wynikami badania jest koordynacja ruchowa oceniana za pomocą śledzenia celu w oparciu o pozycję kolana, a nie siłę mięśnia czworogłowego uda, ponieważ wpływ bólu na pozycję w stosunku do siły jest mniejszy, a zatem bardziej odpowiedni w obecnym kontekście. Drugorzędnymi wynikami są kontrola motoryczna i propriocepcja odzwierciedlone w zwiększonej stabilności i dokładności siły, maksymalnej dobrowolnej sile i codziennej sprawności fizycznej. Badacze postawili hipotezę na podstawie wcześniejszych danych, że bodźce aferentne wywołane przez SES zmniejszają nieprawidłowości w bodźcach czuciowych w wyniku choroby zwyrodnieniowej stawów, a tym samym zwiększają kontrolę motoryczną.