Valutazione della Neuromuscolare Funzione Con percutanea stimolazione elettrica del nervo

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

Stimolazione elettrica percutanea è ampiamente utilizzato per valutare la funzione neuromuscolare ^1. Il principio di base è costituito da indurre uno stimolo elettrico di un nervo motore periferici per evocare una contrazione muscolare. Meccanica (misura della coppia) ed elettrofisiologici (attività elettromiografico) le risposte sono contemporaneamente registrati. Coppia, registrato presso il comune considerato, viene valutata utilizzando un ergometro. Il segnale elettromiografico (EMG) registrati con elettrodi di superficie è stato dimostrato per rappresentare l'attività del muscolo ^2. Questo metodo non invasivo, non è doloroso e più facilmente attuabile di registrazioni intramuscolari. Entrambi gli elettrodi monopolari e bipolari possono essere usati. La configurazione degli elettrodi monopolare ha dimostrato di essere più sensibile alle variazioni di attività muscolare ^3, che possono essere utili per piccoli muscoli. Tuttavia, elettrodi bipolari hanno dimostrato di essere più efficace nel migliorare la r segnale-rumoreazio ⁴ e sono più comunemente usato come metodo di registrazione e quantificare l'attività gruppo motore. La metodologia descritta di seguito si concentrerà sulle registrazioni bipolari. Attività EMG è un indicatore dell'efficacia e l'integrità del sistema neuromuscolare. L'uso di stimolazione del nervo percutanea offre ulteriori approfondimenti funzione neuromuscolare, cioè cambiamenti a livello muscolare, spinale, o sovra-spinale (Figura 1).

Figura 1:. Panoramica delle misurazioni neuromuscolari STIM: la stimolazione del nervo. EMG: elettromiografia. VAL: Livello di attivazione volontaria. RMS: Root Mean Square. M _max: massima ampiezza M-onda.

A riposo, il potenziale d'azione muscolare composto, chiamato anche M-onda, è la risposta a breve latenza osservata dopo stimolo manufatto, e rappresenta la massa muscolare eccitabile dalla Activ diretta zione di assoni motori portano al muscolo (Figura 2, il numero 3). Ampiezza M-onda aumenta con l'intensità fino a raggiungere un plateau del suo valore massimo. Questa risposta, denominato M _max, rappresenta la sommatoria sincrono di tutte le unità del motore e / o potenziali di azione delle fibre muscolari registrate sotto gli elettrodi EMG ^5. L'evoluzione dell'area ampiezza o onda di picco-picco viene utilizzato per identificare alterazioni della trasmissione neuromuscolare ^6. Variazioni nelle risposte meccanici associati M-onda, cioè picco contrazione coppia / forza, possono essere causa di alterazioni dell'eccitabilità muscolare e / o all'interno delle fibre muscolari ^7. L'associazione di M _max ampiezza e ampiezza coppia massima contrazione (rapporto Pt / M) fornisce un indice di efficienza elettromeccanica del muscolo ^{8, cioè} risposta meccanica per un determinato comando elettrico del motore.

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Figura 2:. Motore e percorsi riflessivi attivate dalla stimolazione del nervo stimolazione elettrica di un (/ sensoriale motore) nervo misto (STIM) induce una depolarizzazione sia assoni motori e Ia afferente cottura. Depolarizzazione Ia afferenti verso il midollo spinale attiva un motoneurone alfa, che a sua volta evoca una risposta H-reflex (percorso 1 + 2 + 3). A seconda della intensità dello stimolo, assone motore depolarizzazione evoca una risposta muscolare diretta: M-wave (via 3). Alla massima intensità M-onda, una corrente antidromic viene anche generato (3 ') e si scontra con volley reflex (2). Questa collisione parzialmente o totalmente annulla la risposta H-reflex.

L'H-riflesso è una risposta elettrofisiologica usato per valutare i cambiamenti nella Ia-α motoneuroni sinapsi ^9. Questo parametro può essere valutato a riposo o durante le contrazioni volontarie. H-reflex rappresenta una variante del riflesso di stiramento (Figura 2, number 1-3). L'H-reflex attiva unità motorie monosinaptica reclutati da Ia vie afferenti ^10,11, e può essere sottoposto a influenze periferici e centrali ^12. Il metodo di evocare un H-reflex è noto per avere una elevata affidabilità intra-soggetto per valutare l'eccitabilità spinale a riposo ^13,14 e durante contrazioni isometriche ^15.

Durante una contrazione volontaria, la grandezza della spinta neurale volontario può essere valutato utilizzando la ampiezza del segnale EMG, generalmente quantificata usando l'Mean Square Root (RMS). RMS _EMG è comunemente utilizzato un mezzo di quantificare il livello di eccitazione del sistema motorio durante la contrazione volontaria (Figura 1). A causa della variabilità intra e inter-soggetto ^16, RMS _EMG deve essere normalizzati con il EMG registrato durante un massimale contrazione volontaria muscolo-specifica (RMS _EMGmax). Inoltre, perché i cambiamenti nel segnale EMG possono be a causa di alterazioni a livello periferico, la normalizzazione con un parametro periferico, come M-onda è tenuta a valutare solo la componente centrale del segnale EMG. Questo può essere fatto dividendo il RMS _EMG dalla massima ampiezza o RMS _Mmax dell'M-onda. Normalizzazione utilizzando RMS _Mmax (cioè RMS _EMG / RMS _Mmax) è il metodo preferito in quanto prende in considerazione il possibile cambiamento della durata M-wave ^17.

Comandi motori possono anche essere valutati calcolando il livello di attivazione volontaria (VAL). Questo metodo utilizza la tecnica di interpolazione contrazione ¹⁸ sovrapponendo una stimolazione elettrica a M intensità _massima nel corso di una massima contrazione volontaria. L'extra-coppia indotta dalla stimolazione del nervo viene confrontato con una contrazione di controllo prodotto da stimolazione del nervo in un identico rilassante muscolare potenziato ^19. Per valutare la massima VAL, la contrazione INTERPO originaletecnica mento descritta da Merton ¹⁸ comporta un singolo stimolo interpolato su una contrazione volontaria. Recentemente, l'uso della stimolazione accoppiato è diventato più popolare perché gli incrementi di coppia evocati sono più grandi, più facilmente rilevata e meno variabile rispetto alle risposte stimolazione ^singole 20. Il VAL fornisce un indice della capacità del sistema nervoso centrale per attivare massimo muscoli di lavoro ^21. Attualmente, VAL valutata utilizzando la tecnica di interpolazione contrazione è il metodo più importante della valutazione del livello di attivazione muscolare ^22. Inoltre, la coppia massima valutata utilizzando un ergometro è il parametro di prova di forza più propriamente studiati applicabile uso nella ricerca e contesti clinici ^23.

Stimolazione nervosa elettrica può essere utilizzata in una varietà di gruppi muscolari (ad esempio flessori del gomito, del polso, flessori estensori del ginocchio, flessori plantari). Tuttavia, l'accessibilità dei nervi rende iltecnica difficile in alcuni gruppi di muscoli. I muscoli flessori plantari, soprattutto tricipite surale (soleo e gastrocnemii) muscoli, sono spesso studiati in letteratura ^24. In effetti, questi muscoli sono coinvolti nella locomozione, giustificando il loro particolare interesse. La distanza tra il sito di stimolazione e elettrodi di registrazione permette l'identificazione delle diverse onde evocati di tricipite surale muscoli. La parte superficiale del nervo tibiale posteriore nella fossa poplitea e il gran numero di mandrini facilitano registrare risposte riflesse rispetto ad altri muscoli ^24. Per queste ragioni, la metodologia reflex attualmente presentato si concentra sul gruppo tricipite surale dei muscoli (soleo e gastrocnemio). Lo scopo di questo protocollo è quindi di descrivere percutanea tecnica di stimolazione del nervo indagare funzione neuromuscolare nella tricipite surale.

Protocol

Le procedure sperimentali delineate ricevuto approvazione etica istituzionale e sono in accordo con la Dichiarazione di Helsinki. I dati sono stati raccolti da un partecipante rappresentante che era a conoscenza delle procedure e ha dato il suo consenso informato scritto. 1. Strumento Preparazione Pulire la pelle in corrispondenza della posizione degli elettrodi per la rasatura, e rimuovere lo sporco con alcool per ottenere bassa impedenza (<5 k). Inserire due elettro…

Representative Results

Aumentando intensità dello stimolo conduce ad una diversa evoluzione delle ampiezze di risposta tra H e M-onde. A riposo, l'H-reflex raggiunge un valore massimo prima di essere totalmente assente dal segnale EMG, mentre M onda aumenta progressivamente fino a raggiungere un plateau ad intensità massima (vedere Figura 4 per una rappresentazione grafica del M-onda e la Figura 6 per l'evoluzione di M-onde e H-reflex con intensità). Per il muscolo…

Discussion

Stimolazione nervosa percutanea consente la quantificazione di numerose caratteristiche del sistema neuromuscolare non solo di comprendere il controllo fondamentale della funzione neuromotoria in esseri umani sani, ma anche per essere in grado di analizzare adattamenti acute o croniche per fatica o formazione ^17. Ciò è molto utile soprattutto per i protocolli affaticanti, dove le misurazioni devono essere effettuate il più presto possibile dopo la fine esercizio per evitare gli effetti di rapido recupero <…

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