Avaliação da função neuromuscular Usando percutânea Estimulação Elétrica Nervosa

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

Estimulação elétrica nervosa percutânea é amplamente utilizado para avaliar a função neuromuscular ^1. O princípio básico consiste em induzir um estímulo eléctrico a um nervo motor periférico para evocar uma contracção muscular. Mecânica (medição de torque) e eletrofisiológicas (atividade eletromiográfica) respostas são gravados simultaneamente. Torque, registrado na junta considerada, é avaliada utilizando um ergômetro. O (EMG) eletromiográficas sinal gravado utilizando eléctrodos de superfície foi demonstrada para representar a actividade do músculo ^2. Este método não-invasivo e não é doloroso mais facilmente implementado de gravações intramusculares. Ambos eléctrodos monopolares e bipolares podem ser usados. A configuração do eléctrodo monopolar tem sido mostrado para ser mais sensível a alterações na actividade muscular ^3, que pode ser útil para pequenos músculos. No entanto, os eléctrodos bipolares têm mostrado ser mais eficaz na melhoria da r sinal-ruídoacio ⁴ e são mais comumente utilizado como um método de gravação e quantificação de actividade motora unitária. A metodologia descrita abaixo incidirá sobre gravações bipolares. Actividade de EMG é um indicador da eficácia e da integridade do sistema neuromuscular. O uso de estimulação nervosa percutânea oferece mais insights sobre a função neuromuscular, ou seja, alterações a nível muscular, medula, ou supra-espinhal (Figura 1).

Figura 1:. Visão geral das medições neuromusculares STIM: estimulação do nervo. EMG: A eletromiografia. VAL: nível de ativação voluntária. RMS: Root Mean Square. M _máx: amplitude da onda M máxima.

Em repouso, o potencial de ação muscular composto, também chamado de M-ondas, é a resposta curta-latência observada após artefato de estímulo, e representa a massa muscular excitável pelo activ direta ção de axónios motores que conduzem ao músculo (Figura 2, número 3). Amplitude da onda-M aumenta com a intensidade até atingir um platô de seu valor máximo. Esta resposta, chamada M _max, representa o somatório síncrono de todas as unidades motoras e / ou potenciais de ação das fibras musculares gravadas sob os eletrodos EMG de superfície ^5. A evolução da amplitude da onda ou a área do pico-a-pico é utilizada para identificar alterações de transmissão neuromuscular ^6. Alterações nas respostas mecânicas associadas com a onda-M, isto é, o pico de contração do binário / força, pode ser devido a alterações na excitabilidade muscular e / ou no interior das fibras musculares ^7. A associação de M _max amplitude e amplitude do torque de pico de contração (Pt rácio / M) fornece um índice de eficiência eletromecânica do músculo ^8, ou seja, resposta mecânica para um determinado comando do motor elétrico.

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Figura 2:. Motor e vias reflexas ativadas por estimulação do nervo estimulação elétrica de um (/ sensorial motor) do nervo misto (STIM) induz a despolarização de ambos axônio motor e Ia aferentes de fuzilamento. A despolarização da Ia aferentes para a medula espinal de motoneurónios activa um alfa, que por sua vez provoca uma resposta do reflexo H (via 1 + 2 + 3). Dependendo da intensidade do estímulo, axônio motor de despolarização evoca uma resposta muscular direto:-ondas M (via 3). Na intensidade da onda M máxima, uma corrente antidrômica também é gerado (3 ') e colide com volley reflex (2). Esta colisão parcial ou totalmente cancela a resposta H-reflex.

O H-reflexo é uma resposta eletrofisiológica utilizado para avaliar mudanças no Ia-α motoneuron sinapse ^9. Este parâmetro pode ser avaliada em repouso ou durante as contrações voluntárias. H-reflexo representa uma variante do reflexo de estiramento (Figura 2, NUmber 1-3). O reflexo H ativa unidades motoras monosynaptically recrutados por vias aferentes ^10,11 Ia, e pode ser submetido a influências periféricas e centrais ^12. O método de evocar um H-reflex é conhecido por ter uma confiabilidade intra-sujeito alta para avaliar a excitabilidade da medula em repouso ^13,14 e durante contrações isométricas ^15.

Durante uma contração voluntária, a magnitude da unidade neural voluntária pode ser avaliada usando a amplitude do sinal EMG, geralmente quantificada utilizando o Root Mean Square (RMS). RMS _{EMG é} comumente utilizado um meio de quantificação do nível de excitação do sistema motor voluntário durante a contracção (Figura 1). Devido à variabilidade intra e inter-sujeito ^16, RMS _EMG tem de ser normalizados utilizando a EMG gravado durante uma contração voluntária máxima músculo-específica (RMS _EMGmax). Além disso, porque as mudanças no sinal EMG pode be devido às alterações a nível periférico, utilizando um parâmetro de normalização periférico, tal como M-onda é obrigada a avaliar apenas o componente central do sinal EMG. Isto pode ser feito dividindo a RMS _EMG por a amplitude máxima ou o RMS _Mmax da onda-M. Normalização usando RMS _Mmax (ie RMS _EMG / RMS _Mmax) é o método preferido, pois leva em consideração a possível alteração da duração da onda-M ^17.

Comandos de motor pode também ser avaliada por cálculo do nível de activação voluntária (Val). Este método utiliza a técnica de interpolação contração ^{de 18} por sobreposição de uma estimulação elétrica no M intensidade _máxima durante uma contração voluntária máxima. O torque adicional induzida por estimulação do nervo é comparado com um tique controlo produzido por estimulação do nervo idêntica num músculo potenciada relaxado ^19. Para avaliar máxima VAL, o interpo contração iniciallação técnica descrita por Merton ¹⁸ envolve um único estímulo interpolado sobre uma contração voluntária. Recentemente, o uso de estimulação emparelhados tornou-se mais popular porque os incrementos de torque evocados são maiores, mais facilmente detectada, e menos variável em comparação com as respostas individuais de estimulação ^20. O VAL fornece um índice da capacidade do sistema nervoso central para activar ao máximo os músculos de trabalho ^21. Atualmente, VAL avaliada usando a técnica de interpolação de contração é o método mais valioso de avaliar o nível de ativação muscular ^22. Além disso, o pico de torque avaliada utilizando um ergômetro é o parâmetro de teste de força maior devidamente estudada aplicável de uso na pesquisa e na clínica ^23.

Estimulação elétrica nervosa pode ser usado em uma variedade de grupos musculares (por exemplo, flexores do cotovelo, flexores do punho, extensores do joelho, flexores plantares). No entanto, faz com que a acessibilidade do nervotécnica difícil em alguns grupos musculares. Os músculos flexores plantares, especialmente tríceps sural (sóleo e gastrocnemii) músculos, são freqüentemente investigados na literatura ^24. Na verdade, estes músculos estão envolvidos na locomoção, justificando o seu interesse particular. A distância entre local de estimulação e eletrodos de registro permite a identificação das diferentes ondas evocadas dos músculos tríceps sural. A parte superficial do nervo tibial posterior na fossa poplítea e do grande número de fusos tornar mais fácil para gravar as respostas reflexas comparado com outros músculos ^24. Por estas razões, a metodologia reflexo atualmente apresentada incide sobre os tríceps sural grupo de músculos (sóleo e gastrocnêmio). O objectivo deste protocolo é, por conseguinte, para descrever técnica percutânea estimulação do nervo para investigar a função neuromuscular no tríceps sural.

Protocol

Os procedimentos experimentais delineadas recebido aprovação ética institucional e estão em conformidade com a Declaração de Helsinki. Os dados foram coletados a partir de um participante representante que estava ciente dos procedimentos e deu o seu consentimento informado por escrito. 1. Instrumento Preparação Limpe a pele no local do eletrodo pelo barbear, e remover a sujeira com álcool para se obter baixa impedância (<5 kW). Coloque dois eletrodos de supe…

Representative Results

Aumentar a intensidade do estímulo leva a uma evolução diferente das amplitudes de resposta entre H e M-ondas. Em repouso, o reflexo H atinge um valor máximo antes de ser totalmente ausente do sinal de EMG, enquanto a M onda aumenta progressivamente até atingir um planalto a intensidade máxima (ver Figura 4 para uma representação gráfica da onda M e a Figura 6 para a evolução de M-ondas e H-reflex com intensidade). Para o músculo sóleo, a latência entre o …

Discussion

A estimulação do nervo percutânea permite a quantificação de várias características do sistema neuromuscular não só para compreender o controlo fundamental da função neuromotora em seres humanos saudáveis, mas também de ser capaz de analisar adaptações agudas ou crónicas através de ^formação 17 ou fadiga. Isto é muito benéfico especialmente para protocolos de fadiga, em que as medições devem ser realizadas tão depressa quanto possível após o final do exercício, para evitar os efeitos…

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