Abdominal funktionell elektrisk stimuleringsträning och dess effekt på mekanisk insufflation-exsufflation

Luftvägsinfektioner är en ledande orsak till sjuklighet och dödlighet för den tetraplegiska befolkningen. De orsakas ofta av ansamling av sekret i lungorna som ett resultat av att de inte kan generera en effektiv hosta. Denna oförmåga att hosta leder till att många tetraplegiker behöver någon typ av ingripande för att hjälpa till med att avlägsna sekret. Manuell assisterad hosta eller rutinsugning genom patientens trakeostomirör används vanligtvis. Båda dessa tekniker är förknippade med problem: (i) Trakeostomisugning är obekvämt och missar ofta vänster bronkus, en av de bidragande faktorerna till att 80 % av lunginflammationerna inträffar i den vänstra lungan hos den ryggmärgsskadade befolkningen. (ii) En manuellt assisterad hosta är en säker och effektiv procedur men måste tillhandahållas av en utbildad vårdgivare med tillhörande resursimplikationer för den lokala vårdgivaren. En alternativ metod för att hjälpa till att rensa sekret och förbättra ventilationen är Mechanical Insufflation-Exsufflation (MI-E) där en kombination av positivt och negativt tryck appliceras på användarens luftvägar för att framkalla hosta. Ett antal studier har visat att MI-E är effektivare för att ta bort sekret och minska luftvägsinfektioner än konventionella sug- och manuellt assisterade hosttekniker, med fördelen att sekret tas bort från båda bronkerna. MI-E har också visat sig avsevärt minska längden på ICU-vistelsen och minska frekvensen av återtubation.

Individer med tetraplegi har minskad utandad tidalvolym (VT) och reducerat Cough Peak Flow (CPF) (maximalt luftflöde under en hosta. CPF-värdet kan användas för att bedöma risken för luftvägsinfektion, med en CPF < 160 l/min förknippad med ingen funktionell hosta och en hög risk för infektion och en CPF på <270 l/min, vilket tyder på att en person inte kommer att kunna för att på ett adekvat sätt rensa sekret från deras luftvägar. Användning av MI-E rekommenderas därför för alla med en CPF på <270 l/min.

Funktionell elektrisk stimulering (FES) är en teknik som kan användas för att få förlamade muskler att dra ihop sig. Den mest effektiva kontraktionen observeras när ett tåg av elektriska pulser appliceras nära motorpunkten för en förlamad muskel. När FES appliceras på magmusklerna kallas det Abdominal Functional Electrical Stimulation (AFES). AFES har tidigare använts för att öka VT och CPF hos tetraplegiska patienter i ett antal studier.

MI-E kombineras rutinmässigt med manuellt assisterad hosta för att lossa lungsekret och för att öka användarens CPF. På samma sätt som en manuellt assisterad hosta leder AFES till ökad bukrörelse, vilket resulterar i större CPF. Under de senaste studierna har forskarna observerat att användningen av AFES med akuta tetraplegiska patienter verkar vara associerad med ett ökat behov av sekretrensning, vilket indikerar att AFES hjälper till att lossa lungsekret. Även om bukrörelsen som uppnås med AFES vanligtvis är betydligt mindre än den som uppnås med en manuellt assisterad hosta, kan den ha positiva effekter i kombination med MI-E. Dessutom har AFES fördelen att den kan tillämpas konsekvent och kräver mindre involvering av vårdgivaren.

Utredarna antar att (i) maximala andningsförbättringar på grund av ett AFES-träningsprogram kommer att uppnås efter mer än 3 veckors träning, och (ii) att den kombinerade användningen av AFES med MI-E kan förbättra andningsfunktionen och förmågan att rensa sekret från tetraplegiska patienter, vilket resulterar i en minskning av antalet luftvägsinfektioner i denna grupp.

Metoder

Deltagare Tio tetraplegiska deltagare kommer att rekryteras till denna studie. Alla deltagare kommer att vara slutenvårdspatienter vid Queen Elizabeth National Spinal Injuries Unit, Southern General Hospital, Glasgow.

Experimentella procedurer Varje deltagare kommer att genomgå en förstudiebedömning. Studien kommer att ha formen av en slumpmässig crossover-design som involverar en fyra veckors kontrollperiod och en åtta veckors träningsperiod som kommer att följas av en två veckors uppföljningsperiod. Ordningen på kontroll- och träningsperioderna kommer att randomiseras för varje deltagare. Om träningsperioden föregår kontrollperioden kommer uppföljningsperioden att fungera som en två veckors tvättperiod för att undvika att akuta effekter överförs från träningsinsatsen. Vid förstudiebedömningen och i slutet av varannan vecka kommer deltagaren att delta i en bedömningssession.

Bedömning före studien Innan studien påbörjas kommer varje deltagare att genomgå en förstudiebedömning som också kommer att fungera som en bekantskapssession. Stimulering kommer att appliceras på deltagarens magmuskler för att testa om de svarar på elektrisk stimulering. De optimala stimuleringsparametrarna (elektrodposition/frekvens/ström och pulsbredd) som krävs för att inducera en kraftig sammandragning av magmusklerna kommer sedan att fastställas. Dessa stimuleringsparametrar kommer att användas som utgångspunkt för följande tränings- och bedömningstillfällen. En utvärderingssession, som beskrivs nedan, kommer sedan att genomföras i slutet av förstudiebedömningen.

Träningspass Deltagarna kommer att delta i AFES-träningspass fem gånger i veckan (måndag-fredag) under totalt 8 veckor. Under dessa sessioner kommer deltagarna att få AFES i 40 minuter.

Utvärderingssessioner Varje deltagare kommer att delta i utvärderingssessioner varannan vecka under hela studien. Vid varje utvärderingssession kommer en serie Forced Vital Capacity (FVC)-tester att utföras med och utan bukstimulering, som ger ett mått på deltagarens Vital Capacity (VC), Forced Exhaled Volym på en sekund (FEV1) och Peak Expiratory Flow ( PEF). Andningsflöde och -volym kommer att mätas med en spirometer. För att utföra FVC-manövern kommer deltagaren att bli ombedd att andas in till Total Lung Capacity (TLC) och sedan andas ut så snabbt och så fullt de kan. Detta kommer att upprepas för varje tillstånd upp till maximalt 5 gånger, eller tills 3 försök inom 0,15 L från varandra registreras. Många av deltagarna i denna studie kommer att ha en FVC på <1L. ATS/ERS-standarderna för spirometri föreslår att för en FVC på <1L bör intervallet för acceptabla värden vara plus eller minus 0,1L. Alla deltagare kommer att utföra bedömningen sittande i upprätt position.

Deltagarens maximala hostflöde (CPF) kommer också att mätas under tre förhållanden: (i) oassisterad (ii) oassisterad mekanisk insufflation-exsufflation (MI-E) och (iii) MI-E assisterad med abdominal funktionell elektrisk stimulering (AFES). För att mäta CPF kommer fem cykler av MI-E att tillämpas för båda MI-E-tillstånden. Det maximala CPF-värdet som registrerats från fem försök kommer att tas som deltagarens CPF i varje tillstånd.

Under förstudiebedömningen och i slutet av utbildningen och kontrollperioden kommer en utökad bedömning att genomföras. De ytterligare mätningarna kommer att vara (i) MI-E med manuellt assisterad hosta, och (ii) ultraljudsmätning av diafragmans rörelse med och utan AFES.

Den CPF som uppnås med MI-E med en manuellt assisterad hosta kommer att registreras medan den manuellt assisterade hostan appliceras av patientens vanliga vårdgivare, med samma vårdgivare som applicerar den manuellt assisterade hostan i alla tre sessionerna.

Diafragmans rörelse kommer att mätas under en FVC-manöver med hjälp av en ultraljudssond, med och utan AFES-hjälp. Detta kommer att möjliggöra en utvärdering av effekten av AFES på membranets rörelse.

Uppföljning/Uttvättningsperiod Efter träningsperioden kommer deltagaren att genomgå en två veckors uppföljningsperiod. Om deltagaren fortfarande har att slutföra kontrollperioden kommer denna uppföljning också att fungera som en tvättning. Under denna tvättningsperiod kommer deltagaren inte att genomgå några träningspass. Syftet med denna uttvättningsperiod är att minimera effekten av ett akut svar från träningsperioden till kontrollperioden.