Syftet är att presentera en ny metod, andning-kontroll elektrisk stimulering (BreEStim) för hantering av neuropatisk smärta och spasticitet.
Elektrisk stimulering (Estim) avser tillämpningen av elektrisk ström till muskler eller nerver för att uppnå funktionella och terapeutiska mål. Den har använts i stor utsträckning i olika kliniska situationer. Baserat på senaste upptäckterna rörande de systemiska effekterna av frivilliga andning och inre fysiologiska samspelet mellan system under frivillig andning, en ny estim protokoll har Andning-kontrollerad elektrisk stimulering (BreEStim), har utvecklats för att förstärka effekten av elektrisk stimulering. I BreEStim är en enda puls elektrisk stimulans triggas och levereras till målområdet när luftflödet i en isolerad frivillig inspiration når tröskeln. BreEStim integrerar inneboende fysiologiska interaktioner som aktiveras vid frivillig andning och har visat utmärkt klinisk effekt. Två representativa tillämpningar av BreEStim redovisas med detaljerade protokoll: Förvaltning av post-stroke finger flexeller spasticitet och neuropatisk smärta i ryggmärgsskada.
Elektrisk stimulering (Estim) avser tillämpningen av elektrisk ström till muskler eller nerver för att uppnå funktionella och terapeutiska mål. Det har i stor utsträckning använts i olika kliniska miljöer, t.ex. transkutan elektrisk nervstimulering (TENS) för smärtlindring 1, Peroneal nervstimulering för droppfot 2, neuromuskulär elektrisk stimulering (NMES) för aktivering och förstärkning av förlamade eller försvagade muskler 3. När NMES används för att uppnå en funktionell uppgift, det kallas funktionell elektrisk stimulering (FES) 4. Elektromyogram (EMG)-utlöst har neuromuskulär stimulering har använts för att öka effektiviteten av elektrisk stimulering i motor återhämtning 5-14 och spasticitet minskning efter stroke 7, 15. I detta papper, ett nytt estim protokoll – andas kontrollerat elektrisk stimulering (BreEStim), som infördes, enligt färska forskningsresultat på systemic effekt av frivillig andning 16, 17.
Transkutan elektrisk nervstimulering (TENS) är en icke-farmakologisk modalitet för smärtlindring 1. TENS är icke-invasiv, billigt, säkert och lätt att använda 18. TENS vanligen tillämpas på olika frekvenser, intensitet och varaktighet puls av stimuli för en föreskriven behandlingstid. TENS har tillämpats på en rad olika smärttillstånd, inbegripet neuropatisk smärta. Den kliniska effekten av TENS är kontroversiell, särskilt i ryggmärgsskada (SCI) och amputation (se recensioner 1, 19, 20). De möjliga mekanismerna är porten kontroll teorin 21 och frisättningen av endogena opioider 22, 23. Akupunktur från traditionell kinesisk medicin är en annan icke-farmakologisk modalitet för smärtlindring. Det har väl i västerländsk medicin 24. I modern akupunktur, har den traditionella akupunkturnål ersatts av en yta inslagctrode (eller motsvarande). En specialiserad elektrod är plats över traditionella akupunkturpunkter och en elektrisk stimulering levereras. Denna ändring har kallats elektroakupunktur 25, 26. Nål akupunktur och elektroakupunktur är både effektivt i analgesi via frisättningen av endogena opioider 27, 28. Effekten av elektroakupunktur är vanligtvis tillförlitlig, men effekten är beroende på intensitet och frekvens av levererad elektrisk stimulering. Olika frekvenser av elektrisk stimulering genererar olika endogena opioider, och den analgetiska effekten är naloxon-reversibel 26, 27. Nyligen, har man funnit att upprepad smärtsam stimulering (motvilja) leder till betydande smärta dämpning. Den inducerade smärtan dämpning är inte naloxon-reversibel 29. Integrering av dessa smärta klara mekanismer (akupunktur, elektrisk stimulering, motvilja) till en eventuell ny ingrepp skulle kunna förbättra sin kliniska effektivitet.
<p class = "jove_content"> EMG-utlöst neuromuskulär stimulering har använts under många år för att underlätta efter stroke motor återvinning av finger förlängning nedskrivningar 5-10, 12-14, 34. Återvinning av handfunktion är viktigt för strokepatienter, och ändå är mycket utmanande. Ungefär en tredjedel av alla människor som upplever en stroke kommer att ha någon kvarvarande försämring av den övre extremiteten 30-32, med stora funktionsnedsättningar i handfunktion 33. EMG-utlöst NMES ingripande protokollet innebär initiering av ett frivilligt sammandragning av extensor muskler för en viss rörelse tills muskelaktiviteten når en tröskelnivå. Så snart EMG-aktivitet når ett mål tröskelvärde, börjar en assisterande elektrisk stimulans för att underlätta rörelserna. Detta ingripande protokoll är överlägsen vanliga NMES i motorn återhämtning 6, 7. Chae och Yu 35 uppgav att alla randomiserade kontrollerade studier rapporterade förbättring av rörelseförmågan med detta ingripandeprotokoll, med mild till måttligt nedsatt njurfunktion förbättra mest. Det är mycket troligt att detta ingripande utnyttjar aktivt engagemang av patienter (genom att sätta ett mål EMG tröskel) och detta resulterar i mätbara förändringar i återvinning samt dokumenterade förändringar i hjärnbarken 6, 7. Detta stöds av en nyligen funktionell MRI studie som visade en signifikant ökning i kortikal intensitet i den ipsilaterala somatosensoriska cortex efter behandling i NMES gruppen, jämfört med kontrollgruppen 36. Dessutom kan elektrisk stimulering hjälper också till att minska spasticitet efter stroke 7, 15, men effekten är kortvarig, ca 30 min efter Estim 37. Däremot har vår senaste uppfinning av andning-kontrollerad elektrisk stimulering (BreEStim) en långvarig effekt på spasticitet minskning, även efter en enda session av behandling 16.Mänsklig andning är en mycket unik motor handling. Denkan styras reflexmässigt (automatisk andning), t.ex. under sömn, och även frivilligt när det behövs (frivillig andning), t.ex. sång, tal, etc. Under frivillig andning, människor behöver frivilligt undertrycka autonom kontroll av andning genom frivilliga kortikal aktivering ( den "kortikala andningscentrum") 38, 39. Hjärnavbildning studier 40-51 har visat en omfattande andningsrelaterade engagemang kortikala områden bilateralt, inklusive den primära motoriska cortex (M1), den premotor cortex, den kompletterande motorn området, primära och sekundära somatosensoriska cortex, den isolering, främre cingulate cortex och amygdala, samt den dorsolaterala prefrontala cortex. Den isolering är känd för att ha starka kopplingar till hjärnstammen center och är involverad i smärta behandling 52. Under autonom andning, är inspiration aktiv medan utgången är passiv, främst förlita sig på rekyl kraft bröstkorgen. Likaså, viljemässigainspiration aktiverar fler andningsrelaterade kortikala och subkortikala områden jämfört med viljemässiga utgångsdatum 46. Dessa kortikala och subkortikala områden aktiveras under frivilliga andning också är involverade i olika funktioner 53, såsom muskeltonus, smärta, hållning, humör, tal, etc. Därför är det inte orimligt att associera interaktioner att andas med modulering av andra funktioner.
Nyligen har vi upptäckt att det finns interaktioner mellan andnings-och motor under frivillig andning. Närmare bestämt är det ett finger extension-inspiration koppling 16, 54-56. När elektrisk stimulering levereras till fingret extensorer under inandningsfasen av frivillig andning, en långvarig effekt av minskad finger flexor spasticitet (muskeltonus) i kronisk strokepatient observeras 16. I en annan 17 studie, skytte fantomsmärta i en patient med en över-the-knee amputation försvann efter BreEStim behandling, men åter dök 28 dagar senare efter att ha fått en varaktig elektrisk stimulering av misstag. Denna fallstudie ger en unik möjlighet att förstå att den affektiva komponenten av skadliga stimuli av neuropatisk smärta (skytte fantomsmärta) har ändrats genom BreEStim behandling, men sedan åter utlöses av en oavsiktlig stimulering. Dessa observationer av ton och smärtlindring har visat att frivilliga andning, inspiration i synnerhet skulle kunna integreras i en elektrisk stimulering paradigm för att förbättra dess effektivitet i neuropatisk smärtlindring och efter stroke spasticitet ledning.
Case Presentationer
Fall 1: efter stroke Spasticitet Ledning
Patienten var en 69 år gammal man som hade rätt hemiplegi sekundärt till en stroke 22 månader sedan. Han var medicinskt stabil och hade skrivits ut från öppenvården fysiskt och yrkespational terapi program. Inga hjärnröntgen resultat var tillgängliga vid tidpunkten för experiment. Han hade svaghet på sin högra sida men kunde gå självständigt utan hjälpmedel. Han hade rest frivilligt finger böjning och sträckning, men med begränsad aktiv rörelseomfång på hans högra metakarpofalangeala (MCP) lederna, från 90 ° till 70 ° av MCP böjning, dvs inte kan tillräckligt öppna sin hand och fingrar för funktionell användning. Muskeltonus i sitt högra pekfinger flexors var måttligt ökade. Modifierad Ashworth Scale (MAS) var 1 +. Känsla av hans högra hand och fingrar var dock intakt till lätt beröring. Han fick ungefär en 30-min BreEStim till finger extensorer. Hans finger flexor spasticitet minskade till minimum (MAS = 0) och frivilliga finger förlängning blev nästan normal direkt efter behandlingen. Denna patient återfick sin hand funktion. Han rapporterade att han kunde skära kött med en kniv och skjortor knapp med sin nedsatt handfunktion. More slående behöll återhämtningen minst 8 veckor under uppföljningsbesök (figur 1).
Fall 2: neuropatisk smärtlindring
Patienten var en 40 år gammal man som drabbats av en ryggmärgsskada 4,5 år sedan i en trafikolycka, vilket resulterar i T8 ASIEN en ryggmärgsskada. Patienten klagade över neuropatisk smärta vid skada, medan han hade inga andra aktiva medicinska frågor. Han hade varit stabil på en smärta ordning för 2 veckor före behandlingen. Han fick Estim (en session per dag under fem dagar i följd) först, väntade 1 vecka som en wash-out och sedan fick BreEStim med samma dos (en session per dag under 5 dagar i följd). Varje behandlingstillfälle bestod av 120 stimuli (Estim eller BreEStim). Ytelektroder placerades på akupunkturpunkter (Neiguan och Weiguan) i högra underarm. Ändrad visuell analog skala (mVAS) användes för att jämföra effekten av varje insats (Estim och BreEStim). Som shown i figur 2 hade BreEStim en större effekt smärtlindring än Estim, med undantag för Dag 2 under BreEStim när patienten hade en urinvägsinfektion (UVI), som framgångsrikt behandlas med antibiotika. Intensiteten av elektrisk stimulering var likartad mellan Estim och BreEStim (figur 2). Han tolererade båda interventioner väl (maximal effekt intensitet från stimulatorn användes), även under UVI. Under hela försöksperioden (4 veckor), underhålls motivet samma dos och schema för smärtstillande medel. Både BreEStim och Estim sessioner behandling utfördes vid samma tidpunkt på dagen (mellan 11 till middagstid) kan sådana att förändringar i smärtan betyg möjligen tillskrivas stimulering effekter och inte dygnsvariation.
Andning-styrd elektrisk stimulering (BreEStim), som visas i ovanstående två fall har visat klinisk effekt i spasticitet ledning och efterföljande handfunktion återhämtning i kronisk strokepatienter 16, samt förvaltning av neuropatisk smärta av centralt ursprung i ovanstående patienten med en ryggmärgsskada eller perifer ursprung hos en patient med ovan-the-knee amputation 17. Denna förbättrade kliniska resultat och bredare kliniska tillämpningar av BreEStim tillskrivs sin unika metod. Intervention med elektrisk stimulering riktad till den korta fönstret av frivillig andning förknippad-kortikal och subkortikala aktivering 40-51 kan öka dess kliniska effekt genom inneboende fysiologiska koppling, t.ex. respiratoriska-motor koppling för spasticitet befattningshavare 16. I detta ingripande blir frivillig andning kritisk, särskilt frivillig inspiration. Utbildning för patienter på rätt andningsteknik och noggrann mätning av andning parametrar (t.ex. ingen luft läckage) är åtgärder för att förhindra fel på BreEStim ingripande.
Den nya insatser protokollet – BreEStim, har några fördelar, förutom bättre effekt och bredare program.
BreEStim är patientnära. BreEStim uppmuntrar aktivt engagemang av patienter eftersom frivillig andning krävs 17. Patienterna känner att de aktivt deltar i hanteringen sin smärta, snarare än "en passiv deltagare i sin egen vård". Exempelvis styr patienten intensiteten av elektrisk stimulering, från noll till den högsta nivån som patienten kunde tolerera 17. Detta kan öka sin behandling efterlevs. EMG-utlöst Estim innebär också aktivt deltagande 36, men patienten kan inte styra intensiteten av elektrisk stimulering.
ntent "> BreEStim tar en integrativ, systemaspekter. Som visats i en tidigare studie 17, olika smärta anpassningsmekanismer är integrerade i ett protokoll, inklusive elektrisk stimulering, akupunktur, aversiv stimulans och de systemiska effekterna av frivilliga andning. Som sådan patienter kan tolerera höga nivåer av elektrisk stimulering, vilket leder till förbättrade smärtstillande effekter. Med detta integrerande, systemaspekter, vissa signaler frivillig andning sådan positiv feedback loop (aktivering av belöningssystem) resulterar i ökad klinisk effektivitet. skulle också kunna användas för att identifiera tidsfönstret för interaktioner mellan systemen. Som sådan skulle BreEStim tillämpas på patienter med svår spasticitet. Dessa patienter är oftast inte kan utföra frivilliga kontraktion, vilket "rena" EMG signaler från utvalda muskeln inte tillgängliga. I EMG utlöst elektrisk stimulering, EMG signaler från de riktade muskler (<em> t.ex. finger extensorer) krävs för att utlösa elektrisk stimulering. Därför tillämpning av EMG-utlöst Estim begränsad till patienter med lätt till måttlig spasticitet.BreEStim är en icke-invasiv, icke-farmakologisk behandling. Detta är avgörande eftersom patienterna ofta kräver långvarig användning av läkemedel, och de flesta mediciner för kronisk smärta och spasticitet har biverkningar som ibland kan vara mycket allvarliga. Möjliga biverkningar missbruk, överdos, abstinensbesvär, och förstoppning, etc. Dessa potentiella biverkningar kan undvikas i BreEStim behandlingen.
BreEStim är ett alternativ. Alternativet icke-farmakologisk behandling med bättre smärtstillande effekt är viktig, särskilt när neuropatisk smärta är svår att hantera. Till exempel rapporterade endast 7% som svarade farmakologisk behandling är effektiv för neuropatisk smärta efter SCI i en postenkät 58.
Sammanfattningsvis är denna andning driven stimulering, BreEStim, baserat på den nyupptäckta fenomenet inneboende fysiologiska kopplingen aktiveras under frivillig andning. Den BreEStim protokollet har visat klinisk effekt för neuropatisk smärta och post-stroke spasticitet ledning. Ytterligare forskning är befogad för att undersöka bakomliggande mekanismer som förmedlar interventionen effekt. Viktigt, kan det finnas andra tillämpningar som inte ännu urskiljas.
The authors have nothing to disclose.
Denna studie stöddes delvis av NIH bidrag (NIH / NINDS R01NS060774, NIH / NICHD / NCMRR R24 HD050821-08 enligt underentreprenörskontrakt med Rehabilitation Institute of Chicago). Författaren tackar Craig Ditommaso, VD för sin redigering och användbara förslag.
Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
Electrical stimulator | Digitimer | DS7A | http://www.digitimer.com |
Pneumotach system | Hans Rodolph Inc | Series 1110A | http://www.rudolphkc.com |