Vurdering av nevromuskulær funksjon Bruke Percutaneous elektrisk nervestimulering

Summary

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Abstract

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

Introduction

Perkutan elektrisk nervestimulering er mye brukt til å vurdere neuromuskulær funksjon ^1. Grunnprinsippet består av indusere en elektrisk stimulans til en perifer motorisk nerve å fremkalle en muskelkontraksjon. Mekanisk (dreiemoment måling) og elektrofysiologiske (elektromyografi aktivitet) svar er samtidig registrert. Dreiemoment, innspilt på anses felles, er vurdert å bruke en ergometersykkel. Den elektromyografiske (EMG) signal registreres ved hjelp av overflateelektroder har vist seg å representere aktiviteten av muskelen ^2. Denne ikke-invasiv metode er ikke smertefullt og lettere implementert enn intramuskulære innspillinger. Både monopolare og bipolare elektroder kan benyttes. De monopolare elektrodeutformingen har vist seg å være mer følsomme overfor forandringer i muskelaktivitet ^3, som kan være nyttig for små muskler. Imidlertid har bipolare elektroder er vist å være mer effektive i å forbedre signal-til-støy-rasjo ^{4 og} er mest brukt som en metode for opptak og kvantifisere motorenheten aktivitet. Metodikken beskrevet nedenfor vil fokusere på bipolare innspillinger. EMG-aktivitet er en indikator for effektiviteten og integriteten til det nevromuskulære system. Bruken av perkutan nervestimulering gir ytterligere innsikt i nevromuskulær funksjon, det vil si endringer på muskuløs, spinal eller supra-spinal nivå (figur 1).

Figur 1:. Oversikt over de nevromuskulære målinger STIM: nervestimulering. EMG: Elektromyografi. VAL: Frivillig Aktivering nivå. RMS: Root Mean Square. M _max: Maximal M-wave amplitude.

I hvile, er forbindelsen muskel aksjonspotensialet, også kalt M-bølge, på kort ventetid respons observert etter stimulus gjenstand, og representerer nervøs muskelmasse ved den direkte Activ asjon av motor axoner fører til muskel (Figur 2, nummer 3). M-wave amplitude øker med intensiteten til du kommer til et platå av sin maksimale verdi. Dette svaret, som kalles M _max, representerer synkron summering av alle motoriske enheter og / eller muskelfiberaksjonspotensialer registrert under overflaten EMG elektroder ^5. Utviklingen av topp-til-topp amplitude eller bølge område blir brukt til å identifisere endringer av neuromuskulær transmisjon ^6. Endringer i de mekaniske responser forbundet med M-bølgen, dvs. topp rykk moment / kraft, kan skyldes forandringer i muskel eksitabilitet og / eller inne i muskelfibrene ^7. Foreningen av M _max amplitude og peak rykk dreiemoment amplitude (Pt / M ratio) gir en indeks av elektromekanisk effektiviteten av muskelen ^8, dvs. mekanisk respons for en gitt elektrisk motor kommando.

52974 / 52974fig2.jpg "/>
Figur 2:. Motor og refleksive trasé aktiveres av nervestimulering Elektrisk stimulering av en blandet (motor / sensorisk) nerve (STIM) induserer en depolarisering av både motor axon og Ia afferent avfyring. Depolarisering av Ia afferente mot ryggmargen aktiverer en alfa motoneuron, som i sin tur fremkaller et H-refleks respons (bane 1 + 2 + 3). Avhengig av stimulus intensitet, fremkaller motor axon depolarization en direkte muskuløs svar: M-wave (pathway 3). Ved maksimal M-bølge intensitet, er en antidromic gjeldende også generert (3 ') og kolliderer med refleks volley (2). Denne kollisjonen helt eller delvis opphever H-refleks respons.

H-refleks er en elektrofysiologisk respons brukes til å vurdere endringer i Ia-α motoneuron synapse ^9. Denne parameteren kan vurderes ved hvile eller under frivillige sammentrekninger. H-refleks representerer en variant av strekningen refleks (figur 2, number 1-3). H-refleks aktiverer motoriske enheter monosynaptically rekruttert av Ia afferente trasé ^10,11, og kan bli utsatt for perifere og sentrale påvirkninger ^12. Metoden for frembringer et H-refleks er kjent for å ha en høy intraindividuell pålitelighet for å vurdere spinal eksitabilitet i ro ^13,14 og under isometriske kontraksjoner ^15.

Under en frivillig sammentrekning, kan størrelsen av det frivillige neurale driv vurderes ved hjelp av amplituden av EMG-signalet, vanligvis kvantifisert ved hjelp av Root Mean Square (RMS). RMS _EMG brukes ofte et middel for å kvantifisere nivået av magnetisering av motorsystem under frivillig kontraksjon (figur 1). På grunn av den intra- og interindividuell variasjon ^16, har RMS _EMG å bli normalisert ved hjelp av EMG registrert under en muskel-spesifikk maksimal frivillig kontraksjon (RMS _EMGmax). I tillegg, fordi endringer i EMG-signalet kan be på grunn av endringer i perifert nivå, normalisering ved hjelp av en perifer parameter slik som M-bølgen er nødvendig for å vurdere bare den sentrale komponent av EMG-signalet. Dette kan gjøres ved å dividere RMS _EMG ved maksimal amplitude eller RMS _Mmax av M-bølgen. Normalisering bruker RMS _Mmax (dvs. RMS _EMG / RMS _Mmax) er den foretrukne metoden som det tar hensyn til mulig endring av M-bølgen varighet ^17.

Motoriske kommandoer kan også bli vurdert ved å beregne den frivillige aktiveringsnivå (VAL). Denne metoden bruker rykk interpolasjonsteknikk ¹⁸ ved over en elektrisk stimulering på M _maks intensitet under en maksimal frivillig kontraksjon. Den ekstra dreiemoment fremkalt ved å stimulere nerve blir sammenlignet med en kontroll rykk fremstilt ved identisk nervestimulering i en avslappet forsterkes muskel ^19. For å evaluere maksimal VAL, den opprinnelige rykk interposjons teknikk beskrevet av Merton ¹⁸ innebærer en enkelt stimulus interpolert over en frivillig kontraksjon. Nylig har anvendelsen av parede stimulering blitt mer populære fordi de fremkalte trinn moment er større, lettere detekteres, og mindre variabel sammenlignet med enkeltstimulerings responser ^20. Den VAL gir en indeks av kapasiteten i det sentrale nervesystemet til maksimalt aktivere musklene som arbeider ^21. Foreløpig VAL evaluert ved hjelp av trekning interpole teknikken er den mest verdifulle fremgangsmåte for å vurdere nivået av muskelaktivering ^22. Videre maksimalt dreiemoment vurderes å bruke en ergometersykkel er det mest riktig studert styrke testing parameter som gjelder for bruk i forskning og kliniske settinger ^23.

Elektrisk nervestimulering kan brukes i en rekke muskelgrupper (f.eks albue flexors, håndleddet flexors, kne extensor, plantar flexors). Men gjør nerve tilgjengelighet påTeknikken vanskelig i enkelte muskler grupper. De plantar flexor muskler, spesielt triceps surae (soleus og gastrocnemii) muskler, ofte undersøkt i litteraturen ^24. Faktisk er disse musklene involvert i bevegelse, rettferdiggjør deres spesielle interesse. Avstanden mellom stimulering området og opptakselektroder muliggjør identifikasjon av de forskjellige fremkalt av bølger triceps surae de muskler. Den overfladiske del av bakre tibial nerve i popliteal fossa og det store antall spindler gjøre det lettere å ta opp refleks respons sammenlignet med andre muskler ^24. Av disse grunner, fokuserer i dag presentert refleks metodikk på triceps surae gruppe av muskler (soleus og gastrocnemius). Målet med denne protokollen er derfor å beskrive perkutan nervestimulering teknikk for å undersøke nevromuskulær funksjon i triceps surae.

Protocol

De eksperimentelle prosedyrene beskrevet mottatt Institutional etisk godkjenning og er i samsvar med Helsinkideklarasjonen. Data ble samlet inn fra en representant deltaker som var klar over de prosedyrer og ga sin skriftlig informert samtykke. 1. Instrument Forberedelse Rengjør huden ved elektroden beliggenhet ved barbering, og fjerne smuss med alkohol for å oppnå lav impedans (<5 kohm). Plassere to AgCl overflateelektroder (innspilling diameter på 10 mm) ved 2/3…

Representative Results

Økende stimulus intensiteten fører til en annen utvikling av respons amplituder mellom H- og M-bølger. I hvile, når H-refleksen en maksimal verdi før de blir fullstendig fraværende fra EMG-signal, mens M bølge øker progressivt inntil nå et platå ved maksimal intensitet (se figur 4 for en grafisk fremstilling av M-bølgen og figur 6 for utviklingen av M-bølger og H-refleks med intensitet). For soleus muskelen, er det ventetid mellom stimulus utbruddet og M-bø…

Discussion

Perkutan nervestimulering muliggjør kvantifisering av mange karakteristika for det nevromuskulære system ikke bare å forstå den grunnleggende styring av neuromotor funksjon i friske mennesker, men også for å være i stand til å analysere akutte eller kroniske tilpasninger gjennom tretthet eller opplæring ^17. Dette er meget fordelaktig spesielt for utmattende protokoller, hvor målinger skal utføres så snart som mulig etter trening slutt for å unngå virkningene av hurtig gjenvinning ^42. …

Materials

Biodex dynamometer	Biodex Medical System Inc., New York, USA		www.biodex.com
MP150 Data Acquisition System	Biopac Systems Inc., Goleta, USA
Acknowledge 4.1.0 software	Biopac Systems Inc., Goleta, USA		www.biopac.com
DS7A constant current high voltage stimulator	Digitimer, Hertfordshire, UK		www.digitimer.com
Silver chloride surface electrodes	Control Graphique Medical, Brie-Comte-Robert, France
Computer
1 Cable for connecting the Biodex to the MP150
1 Cable for connecting the Digitimer to the MP150
1 Cable for connecting the MP150 to the computer