量化截瘫患者重复性电动辅助坐立锻炼期间手臂和腿部的贡献:一项试点研究

Summary

坐到站 （SitTS） 中的手臂贡献由腿部的肌肉状况决定。在努力实现完整的 SitTS 周期的过程中发现了几种补偿策略。这些发现将脊髓损伤 （SCI） 患者的生物力学测量与他们在整个 SitTS 方法中双肢承受的负荷的主观感觉进行三角测量。

Abstract

在不完全性脊髓损伤 （SCI） 患者中执行坐立 （SitTS） 涉及上肢和下肢的运动功能。特别是手臂支撑的使用，在 SCI 人群中执行 SitTS 运动时是一个重要的辅助因素。此外，在股四头肌和臀大肌上应用功能性电刺激 （FES） 是治疗不完全性 SCI 的处方治疗之一，以改善简单下肢运动的肌肉动作。然而，SitTS 期间上肢和下肢的相对贡献尚未得到彻底研究。两名运动不完全性 SCI 截瘫患者对疲劳运动挑战进行了重复的 SitTS。作为一项混合方法病例对照研究，比较了 SitTS 在有和没有 FES 帮助的情况下的表现。完成三组 SitTS 测试，两组之间分配 5 分钟的休息时间，双侧股直肌上安装机械肌图 （MMG） 传感器。练习分为两节课;第 1 天为自愿 SitTS，第 2 天为 FES 辅助的 SitTS。每次会议后都会进行问卷调查，以收集参与者对他们重复的 SitTS 体验的意见。分析证实，SitTS周期可分为三个阶段;第 1 阶段（准备站立）、第 2 阶段（坐下）和第 3 阶段（开始髋关节伸展），分别占 SitTS 周期的 23% ± 7%、16% ± 4% 和 61% ± 6%。在SitTS运动期间，不同参与者的手臂和腿部的贡献因腿部的医学研究委员会（MRC）肌肉等级而异。特别是，当站立时腿部力开始下降时，施加的手臂力开始明显增加。这一发现得到了MMG信号显著降低的支持，表明腿部肌肉疲劳和他们报告的疲倦感。

Introduction

坐到站 （SitTS） 是人类日常生活活动 （ADL） 中的一项重要运动。它也是站立、转移和行走等基本功能活动的先决条件。对于不完全性脊髓损伤 （SCI） 患者，尤其是截瘫患者，SitTS 运动是他们功能独立的关键活动 ^1,2。这项运动对于独立训练至关重要，最终有助于 SCI 人群提高他们的生活质量。为了进行充分和充分的 SitTS 练习，有关其生物力学和肌肉活动的知识应该在训练期间可行衡量。

在临床康复计划中，具有美国脊髓损伤协会 （ASIA） 损伤量表 （AIS C） 级的 SCI 患者比具有完全运动缺陷的 AIS B 级患者具有更好的进展和恢复运动功能的机会。SitTS 性能在 SCI 患者中起着重要的衡量标准，以指示他们在恢复过程中的运动功能³.然而，SCI AIS C 患者需要上肢和下肢的支撑才能成功实现一系列重复的 SitTS 运动。上肢支撑在减轻膝盖负荷方面起着重要作用，同时在运动中提供足够的举重力并确保身体平衡⁴.

本研究的目的是描述在不完全 SCI 个体中重复 SitTS 期间手臂和腿部的生物力学贡献。本研究将生物力学分析与参与者对手臂和腿部肌肉表现的主观感觉以及在整个 SitTS 练习过程中....

Protocol

本手稿中的 SitTS 练习和知情同意由马来亚大学医学中心伦理委员会 （2017119-4828） 在伦理考虑下进行描述¹²。向每个参与者详细解释了研究程序，并在开始 SitTS 试验之前获得了书面知情同意书。这项研究以混合模式进行，其中使用生物力学分析获得定量数据，而主观评分来自反馈会议（参与者）和录音（研究期间研究人员与参与者的互动）。这项初步研究比较了参与者在 SitTS 运动中自愿贡献的手臂和腿与他们在 FES 存在下的表现。

1. 参会人员选择

1. 对潜在的 SCI 参与者进行评估。
   1. 解释 SitTS 协议的详细信息，包括研究时间（4 天）和会话时间（SitTS:2 小时）。
      注意:在第 1 天进行自愿 SitTS，然后休息 2 天。功能性电刺激 （FES） 辅助的 SitTS 然后在第二天继续进行，并定义为第 2 天。
   2. 向潜在参与者描述医疗要求，包括患有 SCI AIS C（可以站立）、18-60 岁、受伤后 12 个月以上的男性或女性，并表现出愿意穿特定衣服的意愿。
      注意:SCI AIS C 参与者提供了书面知情同意书以自愿参加本研究。受试者 1 为男性（45 岁;体重指数 （BMI） 20.32 kg/m²），参与者 2 为女性（49 岁;BMI 33.54 kg/m²）.....

Results

共有 399 项和 463 项 SitTS 试验在没有 FES 相应协助的情况下完成。每组试验的成果见 表2。参与者可以在腿部存在电刺激的情况下进行更多的 SitTS 试验，即 FES。总体而言，两位参与者在FES的帮助下都设法进行了更多的SitTS试验。这表明 FES 有助于刺激参与者的股四头肌在较长时间内执行 SitTS 动作²⁰。本研究中描述了 SitTS 的三个阶段。第 1 阶段从运动的开始开始开始，一直持续到臀部离开座位时。第 2 阶段是指臀部离开座椅直到最大髋关节屈曲事件的时间。第 3 阶段表示从髋关节伸展的开始一直持续到运动结束。如 图 3 所示，每个阶段对 SitTS 周期的第 1 阶段贡献了 23% ± 7%，第 2 阶段贡献了 16% ± 4%，第 3 阶段贡献了 61% ± 6%。在Kagaya等人的早期研究之后，本研究定义了SitTS的三个阶段，该研究具有类似的运动方案，其中SCI参与者使用手辅助²¹。第 1 阶段显示出其贡献.......

Discussion

目前的研究表明，在 SitTS 运动期间，SCI 个体的体重贡献。本研究表明 SF 是截瘫患者成功进行 SitTS 周期必不可少的辅助设备。此外，还开发了一种仪器化的SF，以确保也可以评估武器力量²⁸。在研究中添加了 MMG 的应用来观察主要的 SitTS 肌肉，这有助于研究人员更好地了解 SitTS 的表现。此外，反馈会议使研究人员能够获得有关其主观感受的见解，这些见解支持SitTS研究的定量数据证据。

代表性结果显示腿部力为负值，这表明在校准过程发生之前脚部存在的消除力（图8）。这些 SitTS 协议解决了在锻炼的早期阶段产生腿部力量负值的限制。因此，研究人员应为将来类似的 SitTS 练习预测这些条件的修改技术。此外，我们发现与肌电图 （EMG） 相比，MMG 设备更适合测量 FES 辅助 SitTS 运动期间的肌肉活动。

MMG提出了一种利用肌电图的替代方案，特别是在解决对皮肤阻抗变化的敏感反应方面。这些阻抗波动.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
定制椅子			定制椅子是为了遵循测力板的尺寸而建造的。
FES RehaStim 2	Hasomed		一种可以刺激电流流向肌肉的装置。
FlexiForce A201	Tekscan， Inc.， 美国	力范围：0-100 磅 （440 N）	力传感器用于捕捉站立框架的手臂力。
可折叠立式框架		高度： 70.0 厘米 - 90.0 厘米。	从当地医疗公司购买的助行架。
运动分析	Vicon Oxford， UK		记录活动的运动学和动力学的系统。
串口终端应用程序	CoolTerm	版本 1.4.6;Roger Meier 的记录	力传感器数据的应用程序。
肌振荡扫描软件	BIOPAC System Inc.， USA	AcqKnowledge 4.3.1	记录和浏览原始 MMG 数据的软件。它还可用于离线分析。
VMG 传感器和 BIOPAC 肌震动扫描系统	BIOPAC System Inc.，美国	BP150 和 HLT100C	一种测量肌肉活动的设备。