Beurteilung der neuromuskulären Funktion Mit Perkutane elektrische Nervenstimulation

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

Perkutane elektrische Nervenstimulation wird weithin verwendet, um die neuromuskuläre Funktion ¹ zu bewerten. Das Grundprinzip besteht aus Induktion einer elektrischen Stimulus zu einer peripheren motorischen Nerven, um eine Muskelkontraktion hervorzurufen. Mechanische (Drehmomentmessung) und elektrophysiologische (elektromyographische Aktivität) Reaktionen werden gleichzeitig aufgezeichnet. Drehmoment an der betrachteten gemeinsame aufgezeichnet ist, wird unter Verwendung eines Ergometers bewertet. Elektromyographischen (EMG) Signal aufgezeichnet unter Verwendung von Oberflächenelektroden wurde gezeigt, dass die Aktivität des Muskels ^{2 stellen.} Diese nicht-invasive Methode ist nicht schmerzhaft und leichter als intramuskuläre Aufnahmen realisiert. Sowohl monopolare als auch bipolare Elektroden verwendet werden. Die monopolaren Elektrodenkonfiguration wurde gezeigt empfindlicher auf Änderungen der Muskeltätigkeit ^{3, die} kleine Muskeln nützlich sein kann ist. Jedoch haben bipolare Elektroden gezeigt wirksamer bei der Verbesserung des Signal-Rausch-r zu seintio ^{4 und} werden am häufigsten als ein Verfahren zum Aufzeichnen und zur Quantifizierung Motoreinheit Aktivität verwendet. Die nachfolgend beschriebene Methodik wird auf bipolare Aufnahmen konzentrieren. EMG-Aktivität ein Indikator für die Wirksamkeit und die Integrität des neuromuskulären Systems. Die Verwendung von perkutanen Nervenstimulation bietet weitere Einblicke in die neuromuskuläre Funktion, dh Änderungen an Muskel-, Wirbelsäulen oder supra spinaler Ebene (Abbildung 1).

Abb. 1: Übersicht über die neuromuskuläre Messungen STIM: Nervenstimulation. EMG: Elektromyographie. VAL: Freiwillige Aktivierungsniveau. RMS: Root Mean Square. _M max: Maximal M-Wellen-Amplitude.

Im Ruhezustand wird die Verbindung Muskelaktionspotential, auch als M-Welle, ist die kurze Latenzzeiten Reaktion nach Reizartefakt beobachtet und stellt erregbaren Muskelmasse durch die direkte activ ation von Motoraxonen die zur Muskel (Abbildung 2, Nummer 3). M-Wellenamplitude steigt mit der Intensität bis zum Erreichen einer Hochebene von seinem Maximalwert. Diese Antwort, die so genannte M _max, stellt die Synchron Summierung aller unter den Oberflächen-EMG-Elektroden ^{5 aufgezeichneten} Motoreinheiten und / oder Muskelfaser Aktionspotentiale. Die Entwicklung der Spitze-zu-Spitze-Amplitude oder Wellenbereich verwendet wird, um Änderungen der neuromuskulären Transmission ⁶ identifizieren. Veränderungen der mechanischen Reaktionen mit dem M-Welle, dh Spitzen Zucken Drehmoment / Kraft, verbunden sind, können aufgrund von Veränderungen im Muskel Erregbarkeit und / oder innerhalb der Muskelfasern ⁷ sein. Die Assoziation von _M max Amplitude und Spitzen Zucken Drehmomentamplitude (Pt / M-Verhältnis) liefert einen Index von elektromechanischen Wirkungsgrad des Muskel ^{8, dh} mechanische Reaktion für eine gegebene elektrische Motorbefehl.

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Abb. 2: Motor und reflexive Pfade durch Nervenstimulation aktiviert elektrische Stimulation eines gemischten (Motor / sensorische) Nerven (STIM) induziert eine Depolarisation der beiden Motor Axon und Ia afferenten Brand. Depolarisation Ia Afferenzen Richtung des Rückenmarks aktiviert ein alpha Motoneuronen, die wiederum ruft eine H-Reflex-Reaktion (Bahn 1 + 2 + 3). In Abhängigkeit von der Reizstärke, Motor Axon Depolarisation evoziert eine direkte muskuläre Antwort: M-Welle (Weg 3). Bei maximaler M-Wellenintensität wird ein antidrome Strom auch generiert (3 ') und kollidiert mit Reflex volley (2). Diese Kollision teilweise oder vollständig bricht den H-Reflex auf.

Der H-Reflex ist eine elektrophysiologische Reaktion verwendet, um Veränderungen in der Ia-α Motoneuron Synapse ⁹ beurteilen. Dieser Parameter kann im Ruhezustand oder während der freiwilligen Kontraktionen bewertet werden. H-Reflex stellt eine Variante des Dehnungsreflex (Abbildung 2, number 1-3). Der H-Reflex aktiviert Motoreinheiten monosynaptisch von Ia afferente Bahnen ^10,11 rekrutiert, und kann eine periphere und zentrale Einflüsse ¹² unterzogen werden. Das Verfahren erinnert an einen H-Reflex ist bekannt, dass eine hohe intraindividuelle Zuverlässigkeit Rücken Erregbarkeit in Ruhe ^13,14 und während isometrische Kontraktionen ¹⁵ zu beurteilen haben.

Während einer willkürlichen Kontraktion, kann der Betrag der freiwilligen neuronalen Antrieb mit der Amplitude des EMG-Signals beurteilt werden, mit Hilfe der Root Mean Square Allgemeinen quantifiziert (RMS). _RMS-EMG wird häufig verwendet, ein Mittel zur Quantifizierung der Erregung des Motorsystems während einer willkürlichen Kontraktion (Abbildung 1). Wegen der intra- und interindividuelle Variabilität ¹⁶ hat RMS _EMG zur Verwendung der EMG während eines muskelspezifischen maximalen willkürlichen Kontraktion (RMS _EMGmax) aufgezeichnet normalisiert werden. Darüber hinaus, weil Änderungen in EMG-Signal be aufgrund von Veränderungen am peripheren Ebene, die Normalisierung unter Verwendung eines peripheren Parameter, wie beispielsweise M-Welle erforderlich ist, um nur die zentrale Komponente des EMG-Signals zu beurteilen. Dies kann durch Dividieren der _RMS-EMG durch die maximale Amplitude oder der Effektivwert _Mmax der M-Welle durchgeführt werden. Normalisierung mit RMS _Mmax (dh RMS _{EMG /} RMS _Mmax) ist die bevorzugte Methode, da sie berücksichtigt die mögliche Änderung der M-Wellendauer ^17.

Motor Befehle können auch durch die Berechnung der freiwilligen Aktivierungsniveau (VAL) ausgewertet werden. Diese Methode verwendet das Zucken Interpolationstechnik ¹⁸ durch Überlagerung einer elektrischen Stimulation an _M max Intensität während einer maximalen willkürlichen Kontraktion. Das zusätzliche Drehmoment durch die Stimulierung der Nerven hervorgerufen wird, um eine gleich Nervenstimulation in entspannter potenziert Muskel ^{19 erzeugte} Kontrollzuckungsstärke verglichen. Um maximale VAL, das ursprüngliche Zucken interpo bewertenvon Merton ¹⁸ beschrieben lation Technik beinhaltet einen einzelnen Stimulus über einen willkürlichen Kontraktion interpoliert. Kürzlich wurde die Verwendung von paarweisen Stimulation immer beliebter geworden, da die hervorgerufenen Drehmoment Inkrementen größer sind, leichter erkannt und weniger variabel gegenüber dem Einzelstimulationsantworten ^20. VAL liefert einen Index der Leistungsfähigkeit des Zentralnervensystems bis maximal aktivieren die arbeitenden Muskeln ^21. Derzeit VAL ausgewertet mit dem Zucken Interpolationstechnik ist das wertvollste Methode zur Beurteilung der Höhe der Muskelaktivierung ^22. Darüber hinaus ist das maximale Drehmoment beurteilt Verwendung eines Ergometers die richtig studiert Festigkeitsprüfung Parameter erhoben der Einsatz in Forschung und klinischen Einrichtungen ^23.

Elektrische Nervenstimulation kann in einer Vielzahl von Muskelgruppen (zB Ellbogenbeuger, Handgelenk Flexoren, Kniestrecker, Plantarflexoren) verwendet werden. Allerdings macht Nerven Zugänglichkeit derTechnik schwierig in einigen Muskelgruppen. Die Plantarflexoren, insbesondere Triceps surae (soleus und gastrocnemii) Muskeln, werden häufig in der Literatur ²⁴ untersucht. In der Tat sind diese Muskeln in der Fortbewegung beteiligt sind, rechtfertigt ihre besonderen Interesse. Der Abstand zwischen den Stimulationsstelle und Aufzeichnungselektroden erlaubt die Identifizierung der verschiedenen hervorgerufenen Wellen des Triceps surae Muskeln. Die oberflächliche Teil des N. tibialis posterior in der Kniekehle und die große Anzahl von Spindeln erleichtern die Reflexreaktionen im Vergleich zu anderen Muskeln ²⁴ aufzuzeichnen. Aus diesen Gründen konzentriert sich die aktuell präsentierten Reflex Methodik auf der Triceps surae Gruppe von Muskeln (soleus und gastrocnemius). Das Ziel des Protokolls ist es daher, perkutan Nervenstimulationstechnik zu beschreiben, die neuromuskuläre Funktion im Trizeps Surae untersuchen.

Protocol

Die experimentellen Verfahren umrissen erhalten Institutional ethischen Zulassung und stehen im Einklang mit der Deklaration von Helsinki. Die Daten wurden von einem Vertreter Teilnehmer, der Kenntnis von den Verfahren war und gab sein schriftliches Einverständnis gesammelt. 1. Instrumentenaufbereitung Reinigen Sie die Haut an der Elektrode Ort durch Rasieren, und mit Alkohol zu niedrige Impedanz (<5 kOhm) zu erhalten, entfernen Sie den Schmutz. Stellen zwei AgCl Obe…

Representative Results

Zunehmender Reizstärke führt zu einer unterschiedlichen Entwicklung der Reaktionsamplituden zwischen H- und M-Wellen. Im Ruhezustand einen Maximalwert erreicht die H-Reflex, bevor sie von EMG-Signal völlig abwesend, während M Wellen schrittweise bis zum Erreichen einer Hochebene auf maximale Intensität erhöht (siehe Abbildung 4 eine graphische Darstellung der M-Welle und 6 für die Evolution der M-Wellen und H-Reflex mit Intensität). Für M. soleus, ist die Latenz zwischen dem Re…

Discussion

Perkutane Nervenstimulation ermöglicht die Quantifizierung der zahlreiche Merkmale des neuromuskulären Systems nicht nur die grundlegende Steuerung der neuromotorischen Funktion bei gesunden Menschen zu verstehen, aber auch um akute oder chronische Anpassungen durch Materialermüdung oder Ausbildung ¹⁷ zu analysieren. Dies ist sehr vorteilhaft insbesondere für ermüdend Protokolle, wo Messungen sind nach der Übung, so schnell wie möglich durchgeführt werden, um die Auswirkungen der raschen Wiedergewinnu…

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