Kąty stawu kolanowego i biodrowego w celu optymalizacji nerwowo-mięśniowej stymulacji elektrycznej mięśnia czworogłowego uda

Elektryczna stymulacja nerwowo-mięśniowa (NMES) jest stosowana w różnych kontekstach ze względu na jej korzyści związane z uczeniem się motorycznym, zachowaniem odnerwionych mięśni, treningiem osób niechętnych do współpracy/uspokojonych, kontrolowaniem i uśmierzaniem bólu oraz poprawą sprawności funkcjonalnej sportowców, młodzieży i osób starszych , oprócz osób z ciężką chorobą sercowo-płucną. Nawet przy solidnej zgromadzonej wiedzy na temat NMES, jego potencjał nie jest w pełni poznany, a pytania do wyjaśnienia dla osiągnięcia większej skuteczności przez klinicystów i naukowców w różnych możliwościach zastosowania.

Efekty NMES nie zostały jeszcze określone w mięśniu czworogłowym uda różnych długości, co można osiągnąć poprzez zmianę kąta stawu lub stawów przez które przechodzi (biodro i kolano). Prawdopodobnie istnieje tylko jedno badanie (Fahey i in., 1984) dotyczące tego problemu. W badaniu porównano dwie pozycje: kolano i biodro wyprostowane z kolanem (65º) i biodrem (kąt nie wymieniony) zgięte, chociaż celem badania była jedynie ocena wpływu ustawienia kolana. Autorzy stwierdzili, że NMES może zwiększać siłę izometryczną i izokinetyczną, ale może być bardziej skuteczna w poprawie wydajności izokinetycznej, jeśli kolano jest zgięte podczas leczenia. Pojawiają się wówczas pytania, ponieważ grupy były badane tylko ze zgiętym kolanem, a nie również z wyprostem, oraz ponieważ zmiana kąta bioder prawdopodobnie wpłynęła na wyniki. To badanie było również jedynym znalezionym przez Bax i in. (2005).

Uzasadnienie: NMES jest uznanym narzędziem stosowanym jako główne lub uzupełniające leczenie w programach rehabilitacyjnych. Konieczne jest ustalenie wpływu ustawienia kończyny dolnej na uzyskane wyniki. Dlatego niniejsze badanie po raz pierwszy zajmie się wpływem NMES na dobrowolną i wywołaną siłę mięśnia czworogłowego, aktywność elektryczną, architekturę i właściwości ścięgien.

Hipoteza: U zdrowych młodych dorosłych zmiana kąta stawu biodrowego i kolanowego dla NMES może wpływać na moment obrotowy prostownika kolana, aktywność elektromiograficzną mięśnia czworogłowego uda, architekturę i wydłużenie kompleksu ścięgno-rozcięgno oraz właściwości ścięgniste ścięgna rzepki. Czynniki te będą ułatwione, gdy uczestnicy siedzą z kolanem zgiętym pod kątem 60º. Z drugiej strony, gdy mięsień czworogłowy uda jest bardziej wydłużony (leżenie z kolanem pod kątem 60º) lub skrócony (odłożenie grzbietowe lub siedzenie z kolanem wyprostowanym (0º), takie adaptacje nie będą znaczące.

Metody: Jest to próba krzyżowa z udziałem zdrowych, młodych osobników płci męskiej. Procedury będą wykonywane w Laboratorium Sprawności Nerwowo-Mięśniowej Wydziału Ceilândia / University of Brasília oraz w Laboratorium Siły Wydziału Wychowania Fizycznego / University of Brasília. Badani wykonają 5 wizyt w laboratorium (pierwsza wizyta będzie sesją zapoznawczą w celu przetestowania NMES na każdym stanowisku), z minimalnym odstępem między wizytami wynoszącym 48 godzin. Ochotnicy zostaną poinformowani o wszystkich procedurach, celach, korzyściach i zagrożeniach związanych z badaniem oraz podpiszą formularz świadomej zgody przed udziałem (projekt został zatwierdzony przez Uniwersytecką Komisję ds. Etyki Badań N 99221818.9.0000.0029)

• Maksymalny dobrowolny skurcz izometryczny (MVIC): Do rejestrowania momentu obrotowego zostanie użyty dynamometr izokinetyczny. Oś sprzętu będzie wizualnie zrównana z osią kolana (nadkłykcia bocznego kości udowej). Ramię dźwigni przetwornika siły zostanie mocno przymocowane za pomocą paska 2-3 cm nad kostką boczną. Kątowanie stawu biodrowego i kolanowego będzie korygowane za pomocą goniometru. Badani będą mocno ustabilizowani na krześle za pomocą pasów na klatce piersiowej i pasie biodrowym, aby zminimalizować ruchy ciała. Osoby zostaną poinstruowane, aby skrzyżowały ręce z rękami na ramionach i wyprostowały kolano na pasku „przez stopniowe pchanie przez 3 s (skurcz narastający) do maksymalnej siły, utrzymywanie jej przez 4 s, a następnie stopniowe zmniejszanie siły na więcej 3s". Liczba skurczów będzie odpowiadała liczbie ocen USG: 4 mięśnie (prosty uda i trzy obszerne) + ścięgno rzepki proksymalnej + ścięgno rzepki dystalnej x 3 pomiary na każdy = 18, każdy oddzielony 1 min odpoczynku.
• Elektryczna stymulacja nerwowo-mięśniowa (NMES): NMES zostanie wykorzystany do wytworzenia maksymalnego momentu izometrycznego wywołanego elektrycznie, który zostanie oceniony podczas zapoznawania i zostanie wygenerowany (15-18 razy) po zakończeniu protokołu dobrowolnych skurczów kolejnych sesji. Zastosowane zostanie urządzenie do stymulacji elektrycznej. Parametry zostaną zweryfikowane za pomocą oscyloskopu cyfrowego. Urządzenie będzie podłączone do kabli, które będą połączone z dwiema parami samoprzylepnych elektrod o powierzchni 25 cm2. Pierwsza elektroda dystalna zostanie umieszczona w 80% linii między kolcem biodrowym przednim górnym (ASIS) a przestrzenią, w której znajduje się więzadło przyśrodkowe. Elektroda proksymalna zostanie umieszczona w odpowiednim punkcie motorycznym, oznaczonym elektrodą typu pen, w mięśniu obszernym przyśrodkowym. Druga elektroda dystalna zostanie umieszczona w 2/3 linii, która tworzy się od ASIS do bocznej strony rzepki, natomiast elektroda bliższa zostanie umieszczona w punkcie motorycznym, oznaczonym elektrodą typu pen, w brzuścu mięśniowym obszerny boczny. Zastosowany zostanie prąd pulsacyjny: częstotliwość = 100 Hz, czas trwania impulsu = 400 μs, czas narastania = 3 s, czas włączenia = 4 s, czas zaniku = 3 s, a czas wyłączenia = 1 min. Zastosowana intensywność będzie taka, jak uzyskana podczas zapoznawania się lub większa, jeśli będzie tolerowana.
• Powierzchniowa aktywność elektryczna i poziom aktywacji: Elektromiografia powierzchniowa (EMG) aktywności mięśnia obszernego bocznego, obszernego przyśrodkowego i prostego uda będzie rejestrowana dwubiegunowo za pomocą dwóch zaokrąglonych elektrod z chlorku srebra, z których każda ma średnicę 20 mm i średnicę zapisu 10 mm oraz oddzielone odległością między elektrodami (od środka do środka) wynoszącą 20 mm. Elektrody zostaną umieszczone wzdłużnie w brzuchu mięśnia, a elektroda odniesienia zostanie przymocowana do rzepki przeciwnej kończyny dolnej. Podobnie jak w przypadku elektrod NMES zostanie wykonane oznaczenie, które zapewni, że w kolejnych sesjach elektrody będą odpowiednio rozmieszczone. Redukcję impedancji (<5 kΩ) między dwiema elektrodami uzyskuje się poprzez przetarcie skóry papierem ściernym i przetarcie alkoholem. Sygnały EMG będą wzmacniane z częstotliwością pasma od 15 Hz do 5,0 kiloherców (współczynnik tłumienia w trybie wspólnym = 90 decybeli, impedancja = 100 miliomów, wzmocnienie = 1000).
• Architektura mięśni: Grubość mięśnia, kąt nachylenia i długość pęczków zostanie uzyskana w spoczynku oraz podczas MVIC i NMES za pomocą przenośnego ultrasonografu w trybie B z przetwornikiem liniowym 7,5 megaherca. Głębokość, wzmocnienie, kompresja i ustawienia ultradźwięków będą utrzymywane na stałym poziomie między ocenami i od jednego pacjenta do drugiego. Dla każdego mięśnia zostaną uzyskane trzy filmy, a średnie wartości zostaną wykorzystane do analizy statystycznej. W celu uzyskania lepszej odtwarzalności osoba oceniająca usunie przetwornik i przestawi go w zaznaczonym miejscu. Filmy będą przechowywane na urządzeniu, a następnie przesyłane do komputera w celu przetworzenia w określonych programach. Filmy zostaną uzyskane z głowicą umieszczoną w płaszczyźnie podłużnej mięśnia, utrzymując ją równolegle do kierunku pęczków. Właściwe ustawienie przetwornika zostanie osiągnięte, gdy wiele wiązek zostanie pokazanych bez przerwy. Prostego uda, obszernego pośredniego, obszernego bocznego, obszernego przyśrodkowego ocenia się odpowiednio w procentach 50%, 60% i 75% (proksymalnie do dystalnie) odległości między przyśrodkową stroną kolca biodrowego przedniego górnego a granicą górną rzepki, zgodnie z adaptacją Blazevich et al. (2006). Mięsień prosty uda i mięsień obszerny pośredni zostanie uwidoczniony na przedniej stronie uda, mięsień obszerny boczny zostanie uwidoczniony po przesunięciu głowicy o 5 cm w kierunku bocznym od linii środkowej, a mięsień obszerny przyśrodkowy zostanie uwidoczniony za pomocą głowicy 3 cm na środkowy kierunek uda. Kąt pennacji to kąt utworzony między echem głębokiego rozcięgna mięśni a echem przestrzeni między pęczkami, mierzony 3 do 4 mm powyżej głębokiego rozcięgna mięśni. Długość pęczków będzie uważana za całkowitą długość włókna mięśniowego, jednak ponieważ pęczki są zbyt długie, aby można je było zmierzyć od początku do przyczepu, szacunkowa długość zostanie uzyskana ze wzoru Blazevicha i in. (2006), który wykorzystuje jako zmienne grubość mięśnia, kąt pęczka i kąt między powierzchownym i głębokim rozcięgiem.
• Wydłużenie kompleksu ścięgna i rozcięgna: Wydłużenie mięśnia ścięgna zostanie oszacowane na podstawie przemieszczenia głębokiego rozcięgna. Do obliczeń wykorzystane zostaną nagrania pozyskane do analizy architektury mięśniowej. Jednak w przeciwieństwie do statycznego charakteru danych z poprzedniego tematu, zmienna ta wykorzystuje podejście dynamiczne, ponieważ punkt (P) będzie używany jako punkt styku (wprowadzenia) pęczka w rozcięgno głębokie w spoczynku i przemieszczenie P, biorąc pod uwagę jego ostateczną pozycję podczas maksymalnego skurczu. Dlatego przemieszczenie P (dL) jest uważane za wskaźnik wydłużenia głębokiego rozcięgna i dystalnego ścięgna.
• Właściwości ścięgna: Długość spoczynkowa ścięgna rzepki będzie mierzona poprzez śledzenie jego drogi głowicą ultradźwiękową w płaszczyźnie podłużnej (strzałkowej), począwszy od przyczepu rzepki do przyczepu na kości piszczelowej, wzdłuż tylnej powierzchni ścięgna. Centralny obszar przetwornika zostanie umieszczony w każdym z przyczepów ścięgien (z uwzględnieniem jego tylnej powierzchni), a następnie zostanie w tym miejscu wykonany znak na skórze i zostanie użyta taśma miernicza do pomiaru długości ścięgna. Pole przekroju poprzecznego ścięgna rzepki zostanie obliczone na podstawie obrazów płaszczyzny osiowej na 25%, 50% i 75% jego długości (w spoczynku). Do obliczenia siły ścięgien wykorzystany zostanie stosunek szacowanego całkowitego momentu wyprostu kolana (skorygowanego o aktywację mięśnia dwugłowego uda uzyskanego za pomocą elektromiografii) do momentu wewnętrznego ramienia, który zostanie oszacowany na podstawie indywidualnego pomiaru długości kości udowej, zgodnie z art. do równania Visser et al (1990). Naprężenie ścięgna zostanie obliczone na podstawie stosunku siły przyłożonej do ścięgna przez jego pole przekroju poprzecznego. Odkształcenie cięgna zostanie obliczone na podstawie zmiany długości w stosunku do pierwotnej długości (ΔL / Lo) i zostanie wyrażone w procentach. Moduł Younga lub moduł sprężystości otrzymamy dzieląc naprężenie przez odkształcenie. Sztywność ścięgna zostanie obliczona poprzez podzielenie siły przyłożonej do ścięgna przez wydłużenie generowane na jego długości. Ponieważ długość głowicy nie pozwala na pełną wizualizację ścięgna rzepki, hipoalergiczna taśma samoprzylepna pochłaniająca echo zostanie umieszczona na środku ścięgna jako punkt odniesienia. W ten sposób obrazy będą uzyskiwane od taśmy do wprowadzenia proksymalnego, a następnie od taśmy do wprowadzenia dalszego. Obrazy zostaną zrekonstruowane do pomiaru. Deformacja zostanie zdefiniowana jako zmiana długości między rzepką a piszczelem, która będzie mierzona klatka po klatce.