En standardiserad metod för mätning av Elbow Kinesthesia
Summary
Här presenterar vi en standardiserad metod för mätning av armbåge passiv kinesthesia med hjälp av tröskeln till detektering av passiv rörelse (TDPM) som är lämplig för en forskning inställning.
Abstract
Proprioception är en viktig komponent i kontrollerad rörelse. Tröskeln till detektion av passiv rörelse (TDPM) är en vanligt förekommande metod för att kvantifiera kinestesiens proprioceptiva submodalitet i forskningsinställningar. TDPM-paradigmet har visat sig vara giltigt och tillförlitligt; men den utrustning och de metoder som används för TDPM varierar mellan studierna. I synnerhet är forskningslaboratoriets apparater för att producera passiv rörelse av en extremitet ofta anpassade som utformas av enskilda laboratorier eller otillgängliga på grund av höga kostnader. Det finns ett behov av en standardiserad, giltig, och tillförlitlig metod för att mäta TDPM med hjälp av lättillgänglig utrustning. Syftet med detta protokoll är att ge en standardiserad metod för mätning av TDPM vid armbågen som är ekonomisk, lätt att administrera, och som ger kvantitativa resultat för mätändamål i forskningsbaserade inställningar. Denna metod testades på 20 friska vuxna utan neurologiska funktionsnedsättning, och åtta vuxna med kronisk stroke. De resultat som erhållits tyder på denna metod är ett tillförlitligt sätt att kvantifiera armbåge TDPM hos friska vuxna, och ger initialt stöd för giltighet. Forskare som söker en balans mellan utrustning överkomliga priser och mätning precision är mest benägna att hitta detta protokoll till nytta.
Introduction
Proprioceptiv information är en viktig bidragsgivare till kontrollen av mänsklig rörelse. Proprioceptiva underskott åtföljer ett brett spektrum av neurologiska tillstånd såsom stroke1,2,3,4,5,6, Parkinsons sjukdom7, och sensoriska neuropatier8. Ortopediska skador som ligament och muskel tårar har också visat sig minska proprioceptive funktion9. Konstruera av proprioception testas ofta i kliniska resultat åtgärder via detektion av provider-applied små förändringar i finger eller tå position10,11,12,13,14. Sådana åtgärder ger relativt grova mätningar: “frånvarande”, “nedsatt”, “normal”12. Medan tillräcklig för detektering av brutto proprioceptiva nedskrivningar, laboratoriets mekaniska testmetoder krävs för att exakt mäta subtila proprioceptiva nedskrivningar14,15,16.
Forskare och kliniker delar ofta proprioception i submodaliteter för mätning. De mest undersökta submodaliteterna av proprioception är gemensamma ståndpunkten känsla (JPS) och kinesthesia, typiskt definieras som känslan av rörelse3,16,17. Gemensam position känsla testas ofta via aktiva matchande uppgifter, där individer replikera en referens ledvinkel18,19. Kinesthesia mäts vanligen med hjälp av tröskeln till detektering av passiv rörelse (TDPM), varvid en deltagares lem passivt flyttas långsamt, med deltagaren som anger den punkt vid vilken rörelse först upptäcks16,17,19. Mätning av TDPM kräver normalt användning av specialiserad utrustning för att ge den långsamma passiva rörelsen och beteckna detekteringspunkten17.
Giltiga och tillförlitliga resultat har hittats vid olika leder med hjälp av TDPM-metoderna9,16,19,20,21,22. Det finns dock en betydande variation i TDPM utrustning och metoder, vilket skapar en utmaning för jämförelse av resultatenöver studier 16,17. Laboratorier utvecklar ofta sina egna lem rörelse och mätanordningar, eller använda dyra kommersiella enheter och programvara16. Även de passiva rörelsehastigheterna varierar; förflyttningshastigheten är känd för att påverkadetektionströsklarna 7,,16,23. En standardiserad, lätt reproducerbar metod som kan kvantifiera TDPM över en rad nedskrivningsnivåer behövs. Eftersom anatomi och fysiologi varje led skiljer sig, protokoll bör vara gemensamma specifika19. Protokollet som beskrivs här är specifikt för armbågsleden. Metoderna i detta protokoll kan dock vara användbara för att upprätta protokoll för andra leder.
För att öka generaliserbarheten över sensorimotoriska forskningslaboratorier, den föredragna apparaten för att ge den passiva rörelsen för armbåge TDPM testning skulle vara kommersiellt tillgängliga till en överkomlig kostnad. För detta ändamål valdes en armbågs kontinuerlig passiv rörelse (CPM) maskin (tillgängligt hastighetsområde 0.23°/s – 2.83°/s) för att producera den motoriserade, konsekventa rörelsen. CPM-maskiner är vanligt förekommande i rehabilitering sjukhus och medicinsk leverans butiker och kan hyras eller lånas för att minska forskningskostnaderna. Ytterligare krav på utrustning omfattar objekt som vanligen finns i sensorimotoriska laboratorier (dvs. elektrogoniometer och elektromyografi (EMG) sensorer), och järnaffärer (t.ex. PVC-rör, sträng och tejp).
Två olika grupper testades för att utforska mätegenskaperna hos detta TDPM-protokoll: friska vuxna och vuxna med kronisk stroke. För de vuxna med kronisk stroke testades den ipsilesionala (dvs. mindre påverkade) armen. Kinestetiskt förnuft i den ipsilesionella armbågen hos vuxna med kronisk stroke kan verka normalt med klinisk testning, men nedsatt vid utvärdering med kvantitativa laboratoriemetoder5,15. Detta exempel illustrerar vikten av att utveckla och använda känsliga och exakta mått på somatosensorisk försämring och gör detta till en användbar population för teständamål. För validering av detta protokoll använde vi metoden kända grupper24. Vi jämförde TDPM med ett annat kvantitativt mått på kinestesi, Brief Kinesthesia Test (BKT). BKT har visat sig vara känslig för ipsilesional övre extremitet nedskrivningar efter stroke25. Den tablettbaserade versionen (tBKT) användes i denna studie eftersom det är samma test som BKT, administreras på en tablett med fler prövningar. TBKT har visat sig vara stabil i en veckas test-retest mätning och känslig för proprioceptive knockdown26. Det var en hypotes om att armbågen TDPM och tBKT resultat skulle korreleras som sensorimotor kontroll av armbågen bidrar till BKT prestanda26.
Syftet med detta papper är att skissera en standardiserad metod för att mäta armbåge TDPM som är reproducerbara med hjälp av gemensam utrustning. Data presenteras avseende tillförlitlighet och initial validity testning av metoden, samt genomförbarhet av användning för personer med ingen känd patologi, och de som var hypotetiska att ha mild somatosensory nedskrivningar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det presenterade protokollet beskriver hur man mäter armbåge TDPM på ett standardiserat sätt med hjälp av en gemensam CPM-maskin för att ge den passiva rörelsen. Över 20 friska deltagare den genomsnittliga armbågen TDPM mätning befanns vara liknande det genomsnittliga värdet som identifierats i tidigare studier med hjälp av andra TDPMmätuppställningar 7,19,32, och producerade tillförlitliga resultat över testsess…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Dr Jon Nelson för tekniskt stöd av EMG och elektrogoniometer utrustning som används här.
Materials
| 3/4 inch diameter PVC pipe | Charlotte Pipe | Pipe to be cut into lengths of: 30 inches/76.2 cm (x2); 8 inches/20.3 cm (x2); 44 inches/111.8 cm (x1); 32 inches/81.3 cm (x1). | |
| 3/4 inch diameter PVC pipe end caps (x3) | Charlotte Pipe | ||
| 45° PVC elbow (x1) | Charlotte Pipe | ||
| 90° PVC elbows (x2) | Charlotte Pipe | ||
| Athletic tape | 3M | ||
| Delsys acquisition software (EMGworks) | Delsys | ||
| Double-sided tape | 3M | ||
| Duct tape | 3M | Used to assist in removal of dead skin cells on participant's skin prior to EMG sensor placement. | |
| Elbow Continuous Passive Motion (CPM) Machine | Artromot | Chattanooga Artromot E2 Compact Elbow CPM; Model 2038 | |
| Electrogoniometer | Biometrics, Ltd | ||
| Flour sack dishcloths (x2) | Room Essentials | Fabric used for creation of visual screen. | |
| Handheld external trigger switch | Qualisys | Trigger switch used for electrogoniometer event marking. | |
| Hearing occlusion headphones | Coby | ||
| Isopropyl alcohol | Mountain Falls | ||
| Paper tape | 3M | ||
| Ruler with inch markings | Westcott | ||
| Standard height chair | KI | ||
| String | Quality Park | Approximately 15 inches of string needed. String used for standardization of electrogoniometer placement. | |
| Trigno Goniometer Adapter | Delsys | ||
| Trigno Wireless Electromyography Sensors | Delsys | ||
| Washable marker | Crayola | ||
| Washcloth | Aramark | Used in combination with isopropyl alcohol for cleaning participant's skin prior to EMG sensor placement. |
References
- Coderre, A. M., et al. Assessment of upper-limb sensorimotor function of subacute stroke patients using visually guided reaching. Neurorehabilitation and Neural Repair. 24 (6), 528-541 (2010).
- Dukelow, S. P., et al. Quantitative assessment of limb position sense following stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair. 24 (2), 178-187 (2010).
- Semrau, J. A., Herter, T. M., Scott, S. H., Dukelow, S. P. Robotic identification of kinesthetic deficits after stroke. Stroke. 44 (12), 3414-3421 (2013).
- Meyer, S., Karttunen, A. H., Thijs, V., Feys, H., Verheyden, G. How do somatosensory deficits in the arm and hand relate to upper limb impairment, activity, and participation problems after stroke? A systematic review. Physical Therapy. 94 (9), 1220-1231 (2014).
- Desrosiers, J., Bourbonnais, D., Bravo, G., Roy, P. M., Guay, M. Performance of the ‘unaffected’ upper extremity of elderly stroke patients. Stroke. 27 (9), 1564-1570 (1996).
- Carey, L. M., Matyas, T. A. Frequency of discriminative sensory loss in the hand after stroke in a rehabilitation setting. Journal of Rehabilitation Medicine. 43 (3), 257-263 (2011).
- Konczak, J., Krawczewski, K., Tuite, P., Maschke, M. The perception of passive motion in Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 254 (5), 655 (2007).
- Van Deursen, R. W. M., Simoneau, G. G. Foot and ankle sensory neuropathy, proprioception, and postural stability. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 29 (12), 718-726 (1999).
- Reider, B., et al. Proprioception of the knee before and after anterior cruciate ligament reconstruction. Arthroscopy: The Journal of Arthroscopic & Related Surgery. 19 (1), 2-12 (2003).
- Hizli Sayar, G., Unubol, H. Assessing Proprioception. The Journal of Neurobehavioral Sciences. 4 (1), 31-35 (2017).
- Fugl-Meyer, A. R., Jääskö, L., Leyman, I., Olsson, S., Steglind, S. The post-stroke hemiplegic patient. 1. a method for evaluation of physical performance. Scandinavian journal of Rehabilitation Medicine. 7 (1), 13-31 (1975).
- Stolk-Hornsveld, F., Crow, J. L., Hendriks, E., Van Der Baan, R., Harmeling-van Der Wel, B. The Erasmus MC modifications to the (revised) Nottingham Sensory Assessment: a reliable somatosensory assessment measure for patients with intracranial disorders. Clinical Rehabilitation. 20 (2), 160-172 (2006).
- Winward, C. E., Halligan, P. W., Wade, D. T. The Rivermead Assessment of Somatosensory Performance (RASP): standardization and reliability data. Clinical Rehabilitation. 16 (5), 523-533 (2002).
- Lincoln, N. B., et al. The unreliability of sensory assessments. Clinical rehabilitation. 5 (4), 273-282 (1991).
- Sartor-Glittenberg, C. Quantitative measurement of kinesthesia following cerebral vascular accident. Physiotherapy Canada. 45, 179-186 (1993).
- Hillier, S., Immink, M., Thewlis, D. Assessing proprioception: a systematic review of possibilities. Neurorehabilitation and Neural Repair. 29 (10), 933-949 (2015).
- Han, J., Waddington, G., Adams, R., Anson, J., Liu, Y. Assessing proprioception: a critical review of methods. Journal of Sport and Health Science. 5 (1), 80-90 (2016).
- Goble, D. J. Proprioceptive acuity assessment via joint position matching: from basic science to general practice. Physical Therapy. 90 (8), 1176-1184 (2010).
- Juul-Kristensen, B., et al. Test-retest reliability of joint position and kinesthetic sense in the elbow of healthy subjects. Physiotherapy Theory and Practice. 24 (1), 65-72 (2008).
- Deshpande, N., Connelly, D. M., Culham, E. G., Costigan, P. A. Reliability and validity of ankle proprioceptive measures. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (6), 883-889 (2003).
- Boerboom, A., et al. Validation of a method to measure the proprioception of the knee. Gait & Posture. 28 (4), 610-614 (2008).
- Nagai, T., Sell, T. C., Abt, J. P., Lephart, S. M. Reliability, precision, and gender differences in knee internal/external rotation proprioception measurements. Physical Therapy in Sport. 13 (4), 233-237 (2012).
- Refshauge, K. M., Chan, R., Taylor, J. L., McCloskey, D. Detection of movements imposed on human hip, knee, ankle and toe joints. The Journal of Physiology. 488 (1), 231-241 (1995).
- Portney, L. G., Watkins, M. P. . Foundations of Clinical Research: Applications to Practice. 892, (2009).
- Borstad, A., Nichols-Larsen, D. S. The Brief Kinesthesia test is feasible and sensitive: a study in stroke. Brazilian Journal of Physical Therapy. 20 (1), 81-86 (2016).
- Vernoski, J. L. J., Bjorkland, J. R., Kramer, T. J., Oczak, S. T., Borstad, A. L. A Simple Non-invasive Method for Temporary Knockdown of Upper Limb Proprioception. Journal of Visualized Experiments. (133), e57218 (2018).
- Proske, U., Tsay, A., Allen, T. Muscle thixotropy as a tool in the study of proprioception. Experimental Brain Research. 232 (11), 3397-3412 (2014).
- Wise, A. K., Gregory, J. E., Proske, U. Detection of movements of the human forearm during and after co-contractions of muscles acting at the elbow joint. The Journal of Physiology. 508, 325 (1998).
- Wilcox, R. R., Granger, D. A., Clark, F. Modern robust statistical methods: Basics with illustrations using psychobiological data. Universal Journal of Psychology. 1 (2), 21-31 (2013).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
- Piriyaprasarth, P., Morris, M. E., Delany, C., Winter, A., Finch, S. Trials needed to assess knee proprioception following stroke. Physiotherapy Research International. 14 (1), 6-16 (2009).
- Juul-Kristensen, B., et al. Poorer elbow proprioception in patients with lateral epicondylitis than in healthy controls: a cross-sectional study. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 17 (1), 72-81 (2008).
- Skinner, H. B., Barrack, R. L., Cook, S. D. Age-related decline in proprioception. Clinical Orthopaedics and Related Research. (184), 208-211 (1984).
- Pai, Y. C., Rymer, W. Z., Chang, R. W., Sharma, L. Effect of age and osteoarthritis on knee proprioception. Arthritis & Rheumatism. 40 (12), 2260-2265 (1997).
- Dunn, W., et al. Measuring change in somatosensation across the lifespan. American Journal of Occupational Therapy. 69 (3), (2015).
- Alghadir, A., Zafar, H., Iqbal, Z., Al-Eisa, E. Effect of sitting postures and shoulder position on the cervicocephalic kinesthesia in healthy young males. Somatosensory & Motor Research. 33 (2), 93-98 (2016).
