Vinklar av knä- och höftleder för optimering av neuromuskulär elektrisk stimulering av Quadriceps Femoris-muskeln

Neuromuskulär elektrisk stimulering (NMES) används i olika sammanhang på grund av dess fördelar relaterade till motorisk inlärning, bevarande av denerverade muskler, träning av icke-samarbetsvilliga/sederade individer, smärtkontroll och lindring samt förbättring av idrottare, unga och äldre funktionella prestationer , förutom personer med svår hjärt- och lungsjukdom. Även med den solida ackumulerade kunskapen om NMES är dess potential inte helt förstådd, med frågor som ska klargöras för att uppnå större effektivitet av kliniker och forskare i de olika tillämpningsmöjligheterna.

Effekterna av NMES har ännu inte fastställts i quadriceps femoris-muskel i olika längder, vilket kan åstadkommas genom att ändra vinkeln på leden eller lederna som den korsar (höft och knä). Det finns förmodligen bara ett försök (Fahey et al., 1984) som tar upp denna fråga. I studien jämfördes två positioner: knä- och höftsträckta mot knä (65º) och höft (vinkel ej nämnt) böjda, även om syftet med studien var att endast utvärdera påverkan av knäposition. Författare fann att NMES kan öka isometrisk och isokinetisk styrka, men att det kan vara mer effektivt att förbättra isokinetisk prestanda om knäet böjs under behandlingen. Frågor ställs då eftersom grupperna testades endast med knäböjt och inte också utsträckt, och eftersom förändringen i höftvinkel troligen påverkade resultaten. Denna studie var också den enda som hittats av Bax et al. (2005).

Motivering: NMES är ett etablerat verktyg som används som huvud- eller kompletterande behandling i rehabiliteringsprogram. Det är nödvändigt att fastställa inverkan av nedre extremiteternas position i resultaten. Därför kommer denna studie för första gången att ta upp effekterna av NMES på quadriceps frivillig och framkallad styrka, elektrisk aktivitet, arkitektur och senegenskaper.

Hypotes: Hos friska unga vuxna kan variationen av höft- och knäledsvinkeln för NMES påverka knästräckarens vridmoment, quadricepsmuskelns elektromyografiska aktivitet, arkitektur och sen-aponeuros-komplexförlängning och knäskålssenans tendinösa egenskaper. Dessa faktorer kommer att underlättas när deltagarna sitter med knäet i 60º flexion. Å andra sidan, när quadriceps är mer långsträckt (ligger med knä i 60º) eller förkortad (dorsal decubitus eller sittande med knä utsträckt (0º), kommer sådana anpassningar inte att vara signifikanta.

Metoder: Detta är en crossover-studie med friska unga manliga försökspersoner. Procedurerna kommer att utföras i det neuromuskulära prestationslaboratoriet vid fakulteten Ceilândia / University of Brasília och i Force Laboratory vid fakulteten för idrott / University of Brasília. Försökspersonerna kommer att utföra 5 besök på laboratoriet (det första besöket kommer att vara en bekantskapssession för att testa NMES i varje position), med ett minsta intervall på 48 timmar mellan besöken. Volontärer kommer att informeras om alla förfaranden, syften, fördelar och risker med studien och kommer att underteckna ett informerat samtycke innan deltagande (projektet godkändes av University Research Ethics Committee N 99221818.9.0000.0029)

• Maximal Voluntary Isometric Contraction (MVIC): En isokinetisk dynamometer kommer att användas för att registrera vridmoment. Utrustningsaxeln kommer att vara visuellt inriktad med knäts axel (lateral epikondyl av lårbenet). Kraftgivarens hävarm kommer att fästas ordentligt 2-3 cm ovanför den laterala malleolen med en rem. Vinklingar av höft och knä kommer att justeras med en goniometer. Försökspersonerna kommer att stabiliseras ordentligt vid stolen med bälten över bröstet och bäckengördeln för att minimera kroppsrörelser. Individer kommer att instrueras att korsa armarna med händerna på axlarna och sträcka ut knät mot remmen "genom att trycka gradvis i 3 s (rampande sammandragning) upp till maximal kraft, behålla den i 4 s och sedan minska mängden kraft gradvis i mer 3 s". Antalet sammandragningar kommer att motsvara antalet ultraljudsutvärderingar: 4 muskler (rectus femoris och de tre vastus) + proximal knäskålssena + distal knäskålssena x 3 mätningar för varje = 18, var och en separerad med 1 min vila.
• Neuromuskulär elektrisk stimulering (NMES): NMES kommer att användas för att producera ett maximalt elektriskt framkallat isometriskt vridmoment, vilket kommer att bedömas i förtrogen och kommer att genereras (15-18 gånger) efter slutet av det frivilliga sammandragningsprotokollet för de efterföljande sessionerna. En elektrisk stimulator kommer att användas. Parametrar kommer att verifieras med ett digitalt oscilloskop. Enheten kommer att anslutas till kablar som kommer att anslutas till två par 25 cm2 självhäftande elektroder. Den första distala elektroden kommer att placeras vid 80 % av linjen mellan anterior superior iliaca spine (ASIS) och utrymmet där det mediala ligamentet är beläget. Den proximala elektroden kommer att placeras i motsvarande motoriska punkt, identifierad med en elektrod av penntyp, i vastus medialis. Den andra distala elektroden kommer att placeras 2/3 av linjen som bildas från ASIS till knäskålens laterala sida, medan den proximala elektroden kommer att placeras vid motorpunkten, identifierad med en elektrod av penntyp, i den muskulära magen på vastus lateralis. Den kommer att användas en pulsad ström: frekvens = 100 Hz, pulslängd = 400 μs, stigtid = 3 s, ON-tid = 4 s, avklingningstid = 3 s, och avstängningstid = 1 min. Intensiteten som används kommer att vara den som erhölls i bekantskapen, eller högre om den tolereras.
• Ytelektrisk aktivitet och aktiveringsnivå: Ytelektromyografi (EMG) aktivitet av vastus lateralis, vastus medialis och rectus femoris kommer att registreras bipolärt av två rundade elektroder av silverklorid, var och en som mäter 20 mm i diameter och har en registreringsdiameter på 10 mm och åtskilda av ett avstånd mellan elektroderna (mitt till mitt) på 20 mm. Elektroderna kommer att placeras längsgående i muskelbuken och en referenselektrod kommer att fästas på patella på den kontralaterala nedre extremiteten. Precis som i fallet med NMES-elektroder kommer en märkning att göras för att säkerställa att elektroderna kommer att placeras i enlighet därmed under de följande sessionerna. Impedansreduktionen (<5 kΩ) mellan de två elektroderna kommer att erhållas genom nötning av huden med smärgelpapper och rengöring med alkohol. EMG-signaler kommer att förstärkas med en bandbreddsfrekvens på 15 Hz till 5,0 kilohertz (common mode rejection rate = 90 decibel, impedans = 100 milliohm, gain = 1000).
• Muskelarkitektur: Muskeltjocklek, pennationsvinkel och fascikulär längd kommer att erhållas i vila och under MVIC och NMES med hjälp av ett bärbart ultraljud i B-läge med en linjär givare på 7,5 megahertz. Inställningarna för djup, förstärkning, kompression och ultraljud kommer att hållas konstant mellan bedömningarna och från en patient till en annan. För varje muskel kommer tre videor att tas och medelvärdena kommer att användas för statistisk analys. För bättre reproducerbarhet kommer utvärderaren att ta bort och flytta om givaren på den markerade platsen. Videorna kommer att lagras på enheten och sedan överföras till en dator för bearbetning i specifika programvaror. Videorna kommer att erhållas med givaren placerad i muskelns längsgående plan, och håll den parallellt med riktningen för fasciklerna. Korrekt inriktning av givaren kommer att uppnås när flera fasciklar visas utan avbrott. Rectus femoris, vastus intermedius, vastus lateralis, vastus medialis kommer att utvärderas i procenten 50 %, 60 % respektive 75 % (proximalt till distalt) av avståndet mellan den mediala aspekten av den främre övre höftbensryggraden och den övre gränsen av patella, som anpassat från Blazevich et al. (2006). Rectus femoris och vastus intermedius kommer att visualiseras på den främre delen av låret, vastus lateralis kommer att visualiseras genom att flytta transduktorn 5 cm i sidled från mittlinjen och vastus medialis kommer att visualiseras med transduktorn 3 cm på lårets mediala riktning. Pennationsvinkeln är vinkeln som bildas mellan ekot av musklernas djupa aponeuros och ekot av utrymmet mellan fasciklerna, mätt 3 till 4 mm över musklernas djupa aponeuros. Den fascikulära längden kommer att betraktas som den totala längden av muskelfibern, men eftersom fasciklerna är för långa för att kunna mätas från ursprunget till införandet, kommer den uppskattade längden att erhållas från formeln enligt Blazevich et al. (2006), som använder muskeltjockleken, fascikelns vinkel och vinkeln mellan ytlig och djup aponeuros som variabler.
• Sen-aponeuroskomplexförlängning: Den myotendinösa förlängningen kommer att uppskattas genom förskjutningen av den djupa aponeurosen. För beräkningen kommer de insamlade inspelningarna att användas för analys av den muskulära arkitekturen. Men till skillnad från den statiska karaktären hos data från föregående ämne, använder denna variabel ett dynamiskt tillvägagångssätt, eftersom punkten (P) kommer att användas som kontaktpunkt (insättning) av en fascikel i den djupa aponeurosen i vila och förskjutningen av P när man överväger dess slutliga position under en maximal kontraktion. Därför anses förskjutningen av P (dL) vara en indikation på förlängningen av den djupa aponeurosen och den distala senan.
• Senegenskaper: Knäskålssenans vilolängd kommer att mätas genom att spåra dess väg med ultraljudsgivaren i det longitudinella (sagittala) planet, med start från patellainsertionen till insättningen vid tibia, längs senans bakre yta. Den centrala delen av givaren kommer att placeras i var och en av seninsättningarna (med tanke på dess bakre yta) och sedan kommer ett märke på huden att göras vid den punkten och ett måttband kommer att användas för senanlängdmätning. Tvärsnittsarean av knäskålssenan kommer att beräknas från bilder i axiella plan vid 25 %, 50 % och 75 % av dess längd (i vila). Beräkningen av senkraften kommer att använda förhållandet mellan det uppskattade totala knäförlängningsmomentet (korrigerat för aktiveringen av biceps femoris-muskeln erhållen genom elektromyografi) av den interna momentarmen, som kommer att uppskattas genom att individuellt mäta lårbenets längd, enligt till ekvationen av Visser et al (1990). Senspänningen kommer att beräknas av kraftförhållandet som appliceras på senan genom dess tvärsnittsarea. Töjningen i senan kommer att beräknas med hjälp av förändringen i längd över den ursprungliga längden (ΔL / Lo) och kommer att uttryckas i procent. Youngs modul, eller elasticitetsmodul, kommer att erhållas genom att dividera spänningen med töjningen. Tendinös styvhet kommer att beräknas genom att dividera kraften som appliceras på senan med förlängningen som genereras i dess längd. Eftersom transduktorns längd inte tillåter hela visualiseringen av knäskålssenan, kommer en hypoallergen ekobsorberande tejp att placeras i mitten av senan som referens. Således kommer bilder att erhållas från tejpen till den proximala insättningen och sedan avgår från tejpen till den distala insättningen. Bilder kommer att rekonstrueras för mätning. Deformationen kommer att definieras som förändringen i längden mellan knäskålen och skenbenet, som kommer att mätas ram för ram.