减轻肌肉萎缩的电刺激

介绍：

骨骼肌对机械负荷的刺激作出反应以促进生长和维持。 肌肉活动和机械负荷（如太空飞行、肢体固定、卧床休息和/或不活动）的长时间减少会改变蛋白质合成和降解之间的平衡，从而导致骨骼肌萎缩 (1-3)。 其特征是肌肉质量、肌纤维横截面积、收缩强度和速度以及纤维类型从慢到快的转变 (4,5) 减少。 据报道，许多对策可以减轻肌肉萎缩的损失，神经肌肉电刺激 (NMES) 经常用于脊髓损伤、固定和术后肌肉废用等情况 (6,7)。 事实上，最近一篇关于 NMES 对患有慢性阻塞性肺病、慢性心力衰竭和癌症等进行性疾病的成年人肌肉无力的有效性的 Cochrane 评论表明，NMES 是改善肌肉无力的有效手段 (8)。 荟萃分析包括 11 项随机对照试验 (RCT) 研究，共涉及 218 名参与者。 NMES 通过 0.9 的标准化平均差 (SMD)（95% 置信区间 (CI) 0.33 至 1.46）显着改善股四头肌力量。 这大约等于 25 牛顿米 (Nm)，应被视为具有临床意义。 同样，最近的另一项系统评价也表明 NMES 可有效预防危重患者的骨骼肌无力。 涉及 172 名患者的八项符合条件的研究被纳入分析。 在这八项研究中，五项研究报告了 NMES 增加了强度或更好地保持了强度，其中一项研究具有较大的效应量 (1.44)。 两项研究发现 NMES 可以更好地保持肌肉质量，效果大小从小到中等 (0.11-0.39)，而在其他两项研究中未发现显着益处 (9)。

NMES 的有效性取决于临床情况，并受不同刺激参数的影响，尤其是刺激频率和持续时间。 传统上，NMES 被视为将经皮电流应用于神经肌肉接头，旨在使运动单位动作电位去极化并诱导肌肉收缩 (10)。 这种电诱导的肌肉收缩模拟主动肌肉强化，并基于肌肉训练的原理，即通过适当的负荷，肌肉力量会增加。 为了达到这种训练效果，所采用的刺激参数通常旨在产生强直性收缩，电流密度是受试者可以最大程度耐受的 (8,9)。 然而，这种目前采用的刺激方案（即。 50Hz 或以上的高频、受试者最大耐受极限的振幅和短时间（30 分钟至 1 小时）来抵消肌肉萎缩有两个主要缺点。 首先，机械卸载与骨骼肌结构和功能的有害变化有关，其特征是肌肉质量、肌纤维横截面积、收缩强度和速度以及慢到快的减少，这一点已经得到充分证实。纤维类型转换（审查见 11）。 因此，慢肌纤维比快肌纤维更容易受到卸载或废用效应的影响。 传统的高频刺激方案 (50 Hz) 与慢肌的运动单位放电模式不匹配。 此外，高电流密度在电刺激过程中不可避免地会给受试者带来不适甚至疼痛。 受试者无法忍受数小时的电刺激。 如果应用于患有废用性肌肉萎缩症的受试者或患有由进行性疾病引起的肌肉无力的受试者，情况尤其如此。 很多时候，这组受试者的疼痛耐受力普遍低于正常健康受试者。 因此，目前采用的协议可能没有必要呈现 NMES 增强肌肉功能的最佳结果。 NMES 对抗肌肉萎缩的有益作用尚未得到充分利用。 最近一项检查神经肌肉电刺激后下肢骨骼肌代谢和结构变化的系统评价仅确定了 18 项研究。 其中 8 项研究调查酶活性，7 项研究肌纤维组成，14 项研究肌纤维大小。 在这18项研究中，只有9项是RCT研究，方法学质量普遍较差。 作者得出结论，NMES 似乎能够在氧化酶活性、骨骼肌纤维类型和骨骼肌纤维大小方面产生有利的变化。 鉴于 NMES 协议中的巨大异质性，作者得出结论，关于最佳肌肉变化的刺激频率没有明确的共识 (12)，例如，Theriault 等人。 (13) 对 8 名健康成年人的膝伸肌进行了长时间的电刺激。 电刺激方案持续 8 周，每天 8 小时，每周 6 天。 刺激参数为低频（8Hz），强度刚好能产生可见振动。 结果表明在刺激 4 周后膝伸肌性能显着改善。 然而，该研究不是随机对照试验研究，研究中有对照组。 另一方面，一项调查 NMES 的影响并将高频 (50Hz) 但极低振幅（无肌肉收缩）作为安慰剂组的 RCT 研究偶然表明，安慰剂比干预组产生更好的效果。 NMES 组与安慰剂组的 SMD 为 -0.12（95% CI：-0.63、0.39）(8,14)。 Banerjee 和他的团队还展示了一种低频 (4 Hz) 但高振幅 (300mA) 的电刺激方案，每天 1 小时，持续 6 周，可以显着增加健康久坐不动的成年人和稳定慢性心力衰竭患者的股四头肌力量（ 15, 16). 因此，基础科学和这些临床研究的发现表明需要进一步探索更有效的 NMES 刺激方案以减轻肌肉萎缩。

要测试的目标和假设：

为了解决这些问题，该提案的研究人员挑战了 NMES 应该具有高频和高振幅的传统思想。 研究人员测试了低频率和低振幅可有效减轻肌肉萎缩的假设，并研究了与肌肉卸载相关的细胞机制。 使用后肢悬吊动物模型，研究人员先前已经证明，在后肢悬吊过程中，以定义的时间和脉冲参数对比目鱼肌施加 20 Hz 的低频电刺激部分挽救了卫星细胞的损失并改善了纤维交叉截面积 (17)。 研究人员进一步证明，使用频率为 20 Hz 的电刺激范例；持续时间：3 小时，每天两次，对八周大的雄性 BALB/c 小鼠进行为期 14 天的后肢卸载 (HU)。 这种刺激模式可以增强卫星细胞增殖潜力，并抑制废用性肌肉萎缩中的凋亡细胞死亡。 在形态学上，与 HU 肢体相比，经过电刺激的后肢在肌肉质量、横截面积和强直力峰值方面有显着改善 (18)。 最近，研究人员进一步研究了最佳刺激方案，并证明在 2、10 和 20 赫兹这三种低频方案中，以 2 赫兹每天 2 × 3 小时的刺激在减轻肌纤维交叉损失方面取得了最佳效果。截面积和受力。 该刺激参数导致卫星细胞增殖增加 1.2 倍，并且有效挽救细胞免于凋亡 (19)。 有了来自基础科学研究的所有这些令人鼓舞的发现，研究人员相信所提出的 NMES 新范式可以在患有进行性肌肉萎缩的受试者身上进行测试。 研究人员假设，2 赫兹的 NMES 每天 2 × 3 小时可有效减轻/改善下肢姿势性肌肉萎缩，即股四头肌、腓肠肌和比目鱼肌复合体。

调查计划：

根据现有文献中关于目前采用的 NMES 刺激方案在不同人群中减轻肌肉萎缩或改善肌肉性能的研究结果，研究人员假设所提出的 NMES 新范式将更有效地改善肌肉横截面积（CSA )、力量、耐力、运动耐量，并且更容易被需要 NMES 来减轻各种医疗条件下的肌肉萎缩的受试者所接受，尤其是慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 患者。