Somatosensorisk stimulering vid knäartros

Över hela världen lider 9,6 % av männen och 18 % av kvinnorna över 60 år av artros (OA), varav de flesta involverar knäet. Inom OA-patientpopulationen har 80 % av OA-patienterna rörelsebegränsningar och 25 % kan inte utföra majoriteten av sina dagliga aktiviteter (WHO). OA är en progressiv ledbrosksjukdom som involverar motoriska och sensoriska dysfunktioner, inklusive ett minskat rörelseomfång, muskelsvaghet, försämrad proprioception och smärta. Några av dessa symtom bidrar till artrogen muskelhämning (AMI), en reflexmässig minskning av motoreffekten till musklerna som omger den drabbade leden, vilket med största sannolikhet förmedlas av GABAergiska hämmande mekanismer.

AMI kännetecknas av onormal afferent information som överförs till det centrala nervsystemet, vilket resulterar i förändrad afferent återkoppling till quadriceps motoneuronerna (MN), vilket i sin tur resulterar i minskad excitabilitet för just den poolen. Den förändrade afferenta inputen föreslås härröra från stimulering av mekanoreceptorer, via ledutgjutning eller överdrivna rörelser, nociceptorer som svar på smärta eller förlust av ledreceptorer. Även om bevisen för det centrala nervsystemets roll är knappa, verkar pre- och postsynaptiska ryggradsmekanismer som direkt påverkar alfa-MN påverkas. Dysfunktion av γ-slingor verkar också vara inblandad. Dessa mekanismer tillsammans resulterar i AMI som manifesterar sig genom aberrationer i frivilligt quadriceps vridmoment, kraftkontroll och reflexexcitabilitet ofta mätt med H-reflexen.

Motorisk dysfunktion är således en viktig begränsande faktor för OA-patienter och involverar motoriska och sensoriska faktorer. Förutom den uppenbara rollen av motoriska efferenter, påverkar sensoriska afferenter också motorisk kontroll och dålig proprioceptiv funktion förutsäger dålig prestanda vid stolställning. Minskning av sensoriska underskott kan potentiellt öka motorfunktionen vid knä-OA. Föreliggande studie syftar till att utvärdera om lågintensiv perifer elektrisk nervstimulering, en form av ökande afferent input, potentiellt skulle kunna förbättra OA-patienters motoriska funktion. Den mest begränsande faktorn hos OA-patienter är dock smärta, upplevd i vila och under rörelse. Högfrekventa stimuleringsparadigm används normalt för att minska smärta, men 40-50 minuters lågfrekvent elektrisk stimulering (4 Hz, < MT-intensitet) kan också vara effektiva för att minska smärta i vila, smärta under rörelse och smärtkänslighet, även om en nyligen genomförd systematisk översikt ifrågasätter konsekvensen av dessa effekter med tanke på de begränsade bevisen. Även om det, så vitt vi vet, inte finns någon tydlig fysiologisk förklaring angående smärtreduktion efter perifer elektrisk nervstimulering, är det möjligt att minskningar av upplevd smärta förmedlas av minskad analgesi, d.v.s. minskad excitabilitet hos nociceptiva neuroner.

Elektrisk stimulering av perifera nerver och muskler har använts i olika former för att modulera muskelstyrka, motorisk skicklighet, spinal- och kortikal excitabilitet. Neuromuskulär elektrisk stimulering (NMES) framkallade krafter kan generera vridmoment upp till 112 % av maximal frivillig sammandragningskraft och ökar med ökande stimuleringsfrekvens upp till 70-80 Hz.

Medan NMES främst är inriktat på att öka muskelstyrkan, har lågintensiv somatosensorisk elektrisk stimulering (SES) använts för att öka tillägnandet av motorisk färdighet hos neurologiska patienter och friska deltagare. SES exciterar grupp Ia, Ib och II afferenta, såväl som sekundära muskel afferenta fibrer. SES ökar den motoriska prestandan mest när den appliceras på en perifer nerv vid höga sensoriska intensiteter (2-3 gånger perceptuell tröskel) vid 10 Hz (SES appliceras i 1 Hz tåg bestående av 5 pulser vid 10 Hz). Högfrekvent transkutan elektrisk nervstimulering (TENS) och sensorimotorisk träning kan båda repositioneringsfel reflektera nedsatt knäproprioception hos patienter med knä-OA. Både TENS och SES exciterar således afferenta fibrer involverade i knäproprioception. Nedsatt knäproprioception har associerats med nedsatt förmåga att noggrant och stadigt kontrollera kraft och försämrad excentrisk styrka. I motsats till NMES, där inducerade ökningar av muskelkraft med största sannolikhet involverar förändringar i metabolism, hypertrofi och möjligen spinalmekanismer, och TENS, där primära afferenter med stor diameter är avgörande för smärtreduktion, riktar SES sig mot sensoriska vägar, både kutana och proprioceptiva, som verkar vara ett lämpligt mål för att minska sensoriska underskott involverade i OA.

SES kan förbättra strokepatienters motoriska funktion men om sådana förbättringar kan inträffa hos patienter med knä-AO är okänt. Excitering av primära afferenter av SES skulle kunna tjäna som en fysiologisk grund för hypotesen att SES positivt påverkar den afferenta input till α-MN från quadricepsmusklerna som omger den dysfunktionella leden och minskar smärta. Den ökade afferenta insatsen från SES, som tidigare visats hos friska deltagare och strokepatienter, förväntas öka motorkontrollen, mätt som en ökning av spårningsprestanda i den dysfunktionella knäleden. Som en uppgiftsvariant till visuomotorisk spårning, förväntas kraftstabilitet och noggrannhet öka efter SES eftersom dessa åtgärder är förknippade med proprioception, ett resultat som SES är känt för att förbättra genom excitation av muskelafferenter. Om denna förväntning är korrekt, kan SES sedan användas i framtida studier och rehabiliteringsprotokoll som en primer för att potentiera effekterna av NMES och andra träningsterapier utformade för att förbättra styrka och kraft i quadriceps. För det andra, om SES minskar smärta och ökar motorisk kontroll, kan SES eventuellt skjuta upp operationen och kan fungera som ett adjuvans för patienter för patienter som är olämpliga för eller motstår en total knäprotes för att förbättra dagliga aktiviteter och därmed livskvalitet.

Därför kommer denna studie att undersöka de akuta och fördröjda effekterna av 60 minuters SES (fem pulser i 1 Hz tåg vid 10 Hz vid motorisk tröskelintensitet) av femoralisnerven hos patienter som lider av knä-OA. Figur 1 visar en schematisk översikt av den föreslagna studiedesignen. Som ett första steg bör ett pilotexperiment på 5-6 friska individer avslöja om det finns några effekter eller trender som observerats efter 30 minuters SES, en varaktighet skulle förmodligen vara mer optimal vid 60 minuter med tanke på 120 minuters standarden som används för att förbättra neurologiska patienter ' handfunktion. De primära resultaten av studien är motorisk koordination utvärderad med hjälp av målspårning baserat på knäposition och inte baserat på quadricepskraft, eftersom position vs kraft påverkas mindre av påverkan av smärta och därför mer lämpad i det aktuella sammanhanget. Sekundära utfall är motorisk kontroll och proprioception som återspeglas av ökad kraftstabilitet och noggrannhet, maximal frivillig styrka och daglig fysisk funktion. Utredarna antar, baserat på tidigare data, att afferent input inducerad av SES minskar abnormiteter i sensorisk input som ett resultat av OA, och därför ökar motorkontrollen.