Los resultados funcionales óptimos después de la reconstrucción biónica en pacientes con lesión global del plexo braquial dependen de un protocolo de rehabilitación estructurado. El entrenamiento guiado electromiográfico superficial puede mejorar la amplitud, separación y consistencia de las señales EMG, que – después de la amputación electiva de una mano sin funciones – controlan y conducen una mano protésica.
En pacientes con lesión global del plexo braquial y falta de alternativas de tratamiento biológico, recientemente se ha descrito la reconstrucción biónica, incluida la amputación electiva de la mano sin funciones y su reemplazo por una prótesis. La función protésica óptima depende de un protocolo de rehabilitación estructurado, ya que la actividad muscular residual en el brazo de un paciente se traduce más tarde en función protésica. La biorretroalimentación electromiográfica superficial (sEMG) se ha utilizado durante la rehabilitación después del accidente cerebrovascular, pero hasta ahora no se ha utilizado en pacientes con lesiones nerviosas periféricas complejas. Aquí, presentamos nuestro protocolo de rehabilitación implementado en pacientes con lesiones globales del plexo braquial adecuadas para la reconstrucción biónica, desde la identificación de señales sEMG hasta el entrenamiento protésico final. Este programa de rehabilitación estructurado facilita el reaprendizaje motor, que puede ser un proceso cognitivomente debilitante después de lesiones complejas de avulsión de la raíz nerviosa, reinervación aberrante y reconstrucción extraanatómica (como es el caso de la transferencia nerviosa cirugía). El protocolo de rehabilitación mediante la biorretroalimentación sEMG ayuda al establecimiento de nuevos patrones motores a medida que los pacientes son conscientes del proceso de reinnervación de avance de los músculos diana. Además, las señales débiles también pueden ser entrenadas y mejoradas usando la biorretroalimentación sEMG, haciendo que un músculo clínicamente “inútil” (exhibiendo fuerza muscular M1 en la escala del British Medical Research Council [BMRC]) sea elegible para el control de manos protésicos diestros. Además, los resultados funcionales después de una reconstrucción biónica exitosa se presentan en este artículo.
Las lesiones globales del plexo braquial, incluida la avulsión traumática de las raíces nerviosas de la médula espinal, representan una de las lesiones nerviosas más graves en los seres humanos y generalmente afectan a pacientes jóvenes y sanos en el mejor momento de la vida1,2 . Dependiendo del número de raíces nerviosas avulsadas, puede ocurrir parálisis completa de las extremidades superiores ya que la conexión nerval a la mano del brazo y la mano se interrumpe. Tradicionalmente, la avulsión de las raíces nerviosas se ha asociado con malos resultados3. Con técnicas nerviosas microquirúrgicas ganando terreno en las últimas décadas, los resultados quirúrgicos se han mejorado y la función motora útil en el hombro y el codo se restauran generalmente4,5. La musculatura intrínseca en la mano, que se encuentra más distalmente, por lo general sufre degeneración grasa que resulta en atrofia irreversible antes de regenerar los axones puede llegar a ella6. Para estos casos la reconstrucción biónica, que incluye la amputación electiva de la mano “plexus” sin funciones y su reemplazo con una mano mecatrónica, se ha descrito7,8. La actividad muscular residual en el antebrazo de un paciente, que puede ser clínicamente insignificante (contracciones isométricas, M1 en la escala del British Medical Research Council [BMRC]), se recoge de los electrodos transcutáneos que sientan actividad electromiográfica, que es luego traducido en varios movimientos de una mano protésica9.
Suficientes señales electromiográficas superficiales (sEMG) pueden estar presentes en la consulta inicial. En algunos casos, sin embargo, es necesario establecer señales adicionales realizando transferencias selectivas de nervios y músculos7. En cualquier caso, se necesita un protocolo de rehabilitación estructurado para garantizar la consistencia de la señal sEMG y la posterior función protésica óptima al final del proceso. Un desafío importante después de la avulsión de la raíz nerviosa y la reinnervación aberrante, así como después de la cirugía de transferencia de nervios es el establecimiento de nuevos patrones motores para permitir el control volicional sobre el músculo objetivo. métodos de biorretroalimentación sEMG han sido ampliamente utilizados en la rehabilitación del accidente cerebrovascular10. Este método permite la visualización directa de la actividad muscular que de otro modo pasaría desapercibida debido a la debilidad muscular y / o la activación de los antagonistas. Por lo tanto, anima a los pacientes a entrenar sus músculos débiles, al tiempo que proporciona una retroalimentación precisa sobre la correcta ejecución de las tareas motoras11.
En una publicación reciente hemos demostrado por primera vez que la biorretroalimentación sEMG también puede utilizarse en la rehabilitación de lesiones nerviosas periféricas complejas12. Creemos que la biorretroalimentación sEMG es un método extremadamente útil para hacer que un paciente sea consciente del proceso de reinnervación que avanza después de la cirugía de transferencia nerviosa. Además, la débil actividad muscular, que anteriormente no era útil para el paciente, puede ser entrenada y reforzada para un control protésico posterior utilizando la biorretroalimentación sEMG, que permite la visualización concreta de la actividad muscular de otra manera inadvertida tanto para el clínico como para el paciente . Por lo tanto, el progreso de la formación puede estar bien comprendido y documentado. Además, el uso de retroalimentación directa sobre la actividad muscular permite al clínico correlacionar varios comandos motores con la amplitud y consistencia de la señal asociada, estableciendo las mejores estrategias motoras para permitir un control protésico robusto en el futuro. En resumen, el objetivo de este método es facilitar el proceso de rehabilitación mediante el aumento de la comprensión, conciencia y control de las señales sEMG de un paciente, que más tarde conducirá una mano protésica.
Los enfoques de biorretroalimentación han sido ampliamente utilizados en la rehabilitación de varios trastornos neuromusculares, que van desde condiciones (hemi)-plégicos resultantes de patologías centrales como hemorragia cerebral y accidente cerebrovascular18,19 a diversa degeneración o lesión musculoesquelética y su terapia quirúrgica20,21,22. Curiosamente, el concepto de biorretroalimentación estructurada no se ha implementado en la práctica clínica para lesiones de los nervios periféricos. Sin embargo, precisamente en la rehabilitación de lesiones nerviosas complejas, la práctica, la repetición y los programas de entrenamiento estructurados con la biorretroalimentación adecuada son necesarios para establecer patrones motores correctos23.
Aquí, y en un estudio anterior12,presentamos un protocolo de rehabilitación estructurado utilizando biorretroalimentación sEMG para pacientes con falta de alternativas de tratamiento biológico elegibles para el reemplazo de manos protésicas, un concepto hoy conocido como biónico Reconstrucción. La ventaja más evidente de utilizar una configuración de biorretroalimentación sEMG en el contexto de la reconstrucción biónica surge de la definición exacta de puntos críticos sEMG, es decir, ubicaciones de la piel, donde una amplitud relativamente alta de la actividad de EMG se puede medir de forma transcutánea. Varios comandos del motor se pueden intentar alternativamente, ya que los sensores se pueden mover fácilmente a lo largo de todo el antebrazo, y – en caso de falta de función muscular detectable en el antebrazo – también en la parte superior del brazo y la faja del hombro. Cuando se le pide a un paciente que intente contraer los músculos destinados a realizar una acción específica (como extender la muñeca), se puede colocar un electrodo, donde la contracción muscular (débil) es palpada por el examinador. Observando la señal EMG en la pantalla del ordenador, se puede determinar fácilmente si la amplitud de la señal aumenta constantemente, cuando el paciente intenta contraer este músculo. Si la amplitud no es lo suficientemente alta o la señal es inconsistente, se pueden intentar otros comandos del motor con la misma posición del electrodo. A diferencia de la aguja EMG, este procedimiento no es invasivo, no es doloroso y se puede repetir para todos los músculos / grupos musculares en el brazo. La prueba de varios comandos de motor en diferentes ubicaciones musculares permite identificar los puntos críticos EMG, con la mayor amplitud y actividad reproducible asociada con una acción motora específica. Después de la identificación de las señales EMG más fuertes, éstas pueden ser entrenadas utilizando biorretroalimentación sEMG con respecto a la separación de la señal (la activación de dos o más señales EMG no debe ocurrir en la pantalla del ordenador), la intensidad de la señal (reflejada por la señal EMG amplitud en la pantalla del ordenador) y la reproducibilidad de la señal (cada intento de contraer el músculo debe conducir a una excursión de la señal EMG respectiva). En una etapa posterior del entrenamiento, la actividad de EMG se traduce directamente en función protésica, primero usando una prótesis de mesa superior (ver Figura 3), que proporciona retroalimentación adicional al paciente permitiendo el ajuste preciso de la fuerza de agarre, y luego usando el prótesis físicas.
En los amputados convencionales, una gran cantidad de literatura ha demostrado que la reinnervación muscular dirigida (TMR), es decir, la transferencia quirúrgica de los nervios residuales del brazo a sitios musculares alternativos en el pecho y la parte superior del brazo, mejora la función protésica, ya que los músculos reinvaviados sirven como amplificadores biológicos de comandos motores intuitivos y proporcionan señales EMG fisiológicamente apropiadas para el control protésico de manos, muñeca y codo24,25,26,27 . Utilizando sistemas de control de reconocimiento de patrones, los datos EMG extraídos de numerosas señales sEMG colocadas sobre la piel de estos músculos reinervados se pueden decodificar y traducir a salidas de motor específicas y reproducibles, lo que proporciona control de prótesis28,29,30. Debido a que el número de sitios de señal EMG y la actividad mioeléctrica de los músculos en pacientes con lesión por avulsión del plexo braquial son muy limitados, los algoritmos de reconocimiento de patrones no se pueden utilizar como se hace para los amputados convencionales8. Aún así, con más investigación y tecnología mejorada, estos sistemas pueden ser capaces de extraer más información sobre las señales musculares débiles existentes y por lo tanto mejorar la función protésica también en este peculiar grupo de pacientes.
Mientras que el protocolo presentado se considera una directriz, los detalles deben ser adaptados dependiendo del paciente y el equipo disponible. Debido a la reinnervación aberrante que ocurre después de tales lesiones nerviosas, los comandos motores no necesariamente resultan en la activación de los músculos anatómicamente “correctos”12. Por ejemplo, los autores observaron la actividad de la EMG en el compartimiento flexor del antebrazo, mientras los pacientes intentaban abrir la mano. Por lo tanto, varios comandos del motor se deben probar para identificar las señales EMG. Además, la función muscular residual (aunque en todos los casos demasiado débil para generar movimientos útiles de las manos) podría variar en gran medida entre los pacientes y causar variaciones en el tiempo de entrenamiento requerido como se muestra en la Tabla 2. Además, la elección del dispositivo protésico y el número de electrodos utilizados para el control cambian los requisitos para la precisión de la separación de la señal, la amplitud de la señal y la necesidad de co-contracción. Todo esto debe tenerse en cuenta durante el entrenamiento de señal, el entrenamiento de prótesis híbrida y el entrenamiento protésico real, ya que también se recomienda en el entrenamiento protésico estándar de amputados31. En cuanto a los dispositivos utilizados para el entrenamiento de biorretroalimentación sEMG, los autores consideran que los dispositivos son adecuados si pueden mostrar simultáneamente el número de señales necesarias para el control protésico, dar retroalimentación en tiempo real y pueden conectarse a un ordenador o pantalla las señales en una pantalla ellos mismos. Se prefieren los dispositivos que permiten ajustar la ganancia de señal durante el entrenamiento.
Después de la rehabilitación, todos los pacientes pudieron utilizar su prótesis durante las actividades diarias y quedaron satisfechos con la decisión de reemplazar su mano sin funciones por un dispositivo protésico12. Esta mejora funcional se reflejó en aumentos significativos en las puntuaciones medias de ARAT de 2,83 a 4,07 a 25,00 a 10,94 (p a 0,028).
Desde nuestra perspectiva, las configuraciones de biorretroalimentación sEMG presentan valiosas herramientas para facilitar el proceso cognitivamente exigente de recuperación motora asociada con lesiones nerviosas y reconstrucción biónica. La identificación del posicionamiento óptimo del electrodo EMG y la prueba de varios comandos motores con visualización directa de la actividad muscular se simplifica en gran medida utilizando la biorretroalimentación sEMG en una configuración clínica. Aunque la biorretroalimentación sEMG también puede utilizarse en la rehabilitación de la función biológica de las extremidades superiores10,12, su aplicación en el proceso de reconstrucción biónica se considera particularmente eficaz. Lo más importante es que las señales sEMG activadas durante el entrenamiento más tarde reflejan las posiciones del electrodo dentro de la toma protésica, que se personaliza individualmente para cada paciente. Por lo tanto, la activación repetitiva de estas señales durante el entrenamiento muy probablemente aumenta el manejo protésico futuro y la capacidad manual. La visualización directa de esta actividad muscular también permite a un paciente comprender el concepto de control de manos mioeléctrica y puede seguir el progreso del entrenamiento más conscientemente.
En el futuro, nuestro protocolo de rehabilitación presentado podría ampliarse con herramientas más avanzadas para mejorar los resultados funcionales. Esto podría incluir grabaciones sEMG de alta densidad para facilitar el proceso de colocación de electrodos a través de mapas de calor de activación32, otras soluciones virtuales para evaluar la actividad de EMG30,33,y juegos serios para mejorar el entrenamiento motivación34. Además, las nuevas tecnologías para el control protésico, como los algoritmos de reconocimiento de patrones, también podrían utilizarse28,30,35. Sin embargo, debido a la reducción de la interfaz neuromuscular, no está claro si los sistemas actualmente disponibles en el comercialmente diseñados para amputados sanos mejorarían significativamente la función protésica en este grupo específico de pacientes. Los estudios futuros deben evaluar la aplicabilidad y los beneficios de las nuevas tecnologías enumeradas para la rehabilitación de pacientes con lesiones graves del plexo braquial. Además, los ensayos controlados con un mayor número de pacientes también permitirán demostrar los efectos positivos del protocolo actual utilizando la biorretroalimentación sEMG con un mayor nivel de evidencia.
The authors have nothing to disclose.
Este estudio fue financiado por la Christian Doppler Research Foundation del Consejo Austriaco de Investigación y Desarrollo Tecnológico y el Ministerio Federal de Ciencia, Investigación y Economía de Austria. Agradecemos a Aron Cserveny por la preparación de las ilustraciones incluidas en el manuscrito y a Frontiers in Neuroscience por el permiso de reproducir los datos presentados en el artículo original12.
dry EMG electrodes | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | 13E202 = 50 | The EMG electrodes used in this study were bipolar and included a ground. They can be used both for EMG training with the Myoboy and for the control of a prosthetic device. |
Myoboy | Otto bock Healthcare, Duderstadt, Germany | Myoboy | This device that can be used as stand alone device or with a computer. It allows to display EMG activity while using the dry EMG electrodes that can also be impeded in the prosthetic socket. |
SensorHand Speed | Ottobock Healthcare, Duderstadt, Germany | All patients used this commercially available myoelectrical prosthesis as their standard prosthetic device and during functional testing. Fitting of patients undergoing this procedure is, however, not restricted to this device. | |
Standard laptop with Microsoft operating system | Usually, devices for EMG biofeedback connected to a computer do not require much computing power and thus work on any regular laptop | ||
TeleMyo 2400T G2 | Noraxon, US | A surface EMG biofeedback set-up used in our protocol, connected to TeleMyo-Software, which displays the recorded EMG activity as color-coded graphs on the computer screen | |
wet EMG electrodes | Ambu | Ambu Blue Sensor VL Adhesive Electrodes | These adhesive electrodes can be used in combination with many different EMG biofeedback devices, including the TeleMyo 2400T. While they cannot be moved easily, the wet contacts usually allow to detect very faint EMG signals as well. |