Bepaling van neuromusculaire functie gebruiken percutane elektrische zenuwstimulatie

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

Percutane elektrische zenuwstimulatie wordt wijd gebruikt om neuromusculaire functie ¹ beoordelen. Het basisprincipe bestaat uit het induceren van een elektrische prikkel om een ​​perifere motorische zenuw een spiersamentrekking te roepen. Mechanische (koppel meting) en elektrofysiologische (elektromyografische activiteit) reacties worden simultaan opgenomen. Torque, opgenomen in de gezamenlijke beschouwd, wordt beoordeeld aan de hand van een ergometer. De elektromyografische (EMG) signaal opgenomen met oppervlakte-elektroden is aangetoond dat de activiteit van de spier ² vertegenwoordigen. Deze niet-invasieve methode is niet pijnlijk en gemakkelijker geïmplementeerd dan intramusculaire opnames. Zowel monopolaire en bipolaire elektroden kunnen worden gebruikt. De monopolaire elektrode configuratie is aangetoond gevoeliger voor veranderingen in spieractiviteit ^3, die nuttig kunnen zijn voor kleine spieren zijn. Echter, bipolaire elektrodes gebleken effectiever in het verbeteren van de signaal-ruis r zijnatie ⁴ en worden meestal gebruikt als opnamemethode en kwantificeren aandrijving activiteit. De hierna beschreven methode wordt geconcentreerd op bipolaire opnames. EMG-activiteit is een indicator van de effectiviteit en integriteit van het neuromusculaire systeem. Het gebruik van percutane zenuwstimulatie biedt verder inzicht in de neuromusculaire functie, dwz veranderingen op gespierd, spinale of supra-spinale niveau (figuur 1).

Figuur 1:. Overzicht van de neuromusculaire metingen STIM: zenuwstimulatie. EMG: Elektromyografie. VAL: Vrijwillige Activation Level. RMS: Root Mean Square. M _max: Maximal M-wave amplitude.

In rust, de verbinding spier actiepotentiaal, ook wel M-wave, is de korte-latency respons waargenomen na stimulus artefact, en vertegenwoordigt prikkelbaar spiermassa door de directe activ atie van motorische axons die naar de spier (figuur 2, nummer 3). M-wave amplitude neemt toe met de intensiteit tot het bereiken van een plateau van de maximale waarde. Deze reactie, genaamd M _max, vertegenwoordigt de synchrone samenvatting van alle motorische eenheden en / of spiervezels actiepotentialen geregistreerd onder de oppervlakte EMG elektroden ^5. De evolutie van de amplitude of golven specifieke piek-tot-piek gebruikt om wijzigingen van neuromusculaire transmissie ⁶ identificeren. Veranderingen in de mechanische responsen geassocieerd met de M-golf, dat wil zeggen piek kramp torque / kracht kan te wijten zijn aan veranderingen in de spieren exciteerbaarheid en / of binnen de spiervezels ^7. De vereniging van M _max amplitude en piek twitch koppel amplitude (Pt / M ratio) biedt een index van elektromechanische efficiëntie van de spier ^8, dat wil zeggen de mechanische respons voor een bepaalde elektrische motor commando.

52.974 / 52974fig2.jpg "/>
Figuur 2:. Motor en reflexieve trajecten geactiveerd door zenuwstimulatie Elektrische stimulatie van een gemengd (motorische / sensorische) zenuw (STIM) veroorzaakt een depolarisatie van zowel motorische axon en Ia afferente afvuren. Depolarisatie van Ia afferentia naar het ruggenmerg activeert een alfa motoneuron, wat op zijn beurt roept een H-reflex response (route 1 + 2 + 3). Afhankelijk van de stimulus intensiteit, motor axon depolarisatie roept een directe spierreactie: M-wave (route 3). Bij maximale M-wave intensiteit, is een antidromic huidige ook gegenereerd (3 ') en botst met reflex volley (2). Deze botsing geheel of gedeeltelijk annuleert de H-reflex reactie.

De H-reflex is een elektrofysiologische respons gebruikt om veranderingen in de Ia-α motorisch synaps ⁹ beoordelen. Deze parameter kan worden beoordeeld in rust of tijdens vrijwillige contracties. H-reflex een variante van de rekreflex (figuur 2, number 1-3). De H-reflex activeert motorische eenheden monosynaptische aangeworven door Ia afferente paden ^10,11, en ​​kan worden onderworpen aan perifere en centrale invloeden ^12. De werkwijze oproepen van een H-reflex is bekend dat een hoog intra- individuele betrouwbaarheid spinale prikkelbaarheid beoordelen ^13,14 in rust en tijdens isometrische contracties ¹⁵ heeft.

Tijdens vrijwillige contractie, kan de grootte van de vrijwillige neurale schijf beoordeeld met behulp van de amplitude van het EMG-signaal, gewoonlijk gekwantificeerd met behulp van de Root Mean Square (RMS). RMS _EMG wordt algemeen gebruikt middel kwantificeren van het excitatie van het motorsysteem tijdens vrijwillige contractie (figuur 1). Vanwege de intra- en inter-subject variabiliteit ^16, RMS _EMG moet worden genormaliseerd met behulp van de EMG opgenomen tijdens een spier-specifieke maximale vrijwillige contractie (RMS _EMGmax). Bovendien, omdat veranderingen in EMG signaal be als gevolg van veranderingen op perifeer niveau, normalisatie via een randapparaat parameter, zoals M-wave is nodig om alleen de centrale component van EMG signaal te beoordelen. Dit kan door het verdelen van de RMS _EMG de maximale amplitude of RMS _Mmax van de M-wave. Normalisering met RMS _Mmax (dwz RMS _EMG / RMS _Mmax) is de voorkeur omdat het rekening houdt met de mogelijke verandering van de M-wave duur ^17.

Motor commando's kunnen ook worden geëvalueerd door het berekenen van de vrijwillige activering niveau (VAL). Deze methode gebruikt de kramp interpolatietechniek ¹⁸ door superpositie van elektrische stimulatie _Mmax intensiteit gedurende een maximale vrijwillige contractie. De extra draaimoment veroorzaakt door stimulering van de zenuw wordt vergeleken met een controle twitch door identieke zenuwstimulatie in een ontspannen spier ¹⁹ gepotentieerd. Om maximale VAL, de oorspronkelijke twitch interpo evaluerenning techniek beschreven door Merton ¹⁸ omvat een enkele prikkel geïnterpoleerd over een vrijwillige contractie. Onlangs is het gebruik van gepaarde stimulatie populairder geworden omdat de stappen opgewekte koppel groter, gemakkelijker ontdekt en minder variabel dan enkelvoudige stimulatie reacties ^20. De VAL verschaft een index van de capaciteit van het centrale zenuwstelsel maximaal te activeren werkende spieren ^21. Momenteel VAL geëvalueerd met behulp van de twitch interpolatie techniek is de meest waardevolle methode voor het beoordelen van het niveau van spieractivatie ^22. Bovendien maximumkoppel beoordeeld met behulp van een ergometer is de meest goed onderzochte sterkte testen parameter van toepassing voor gebruik in onderzoek en klinische settings ^23.

Elektrische zenuwstimulatie kunnen worden gebruikt in verschillende spiergroepen (bijv buigers elleboog, pols flexors, kniestrekkers, plantairflexoren). Echter, de zenuwen bereikbaarheid maakt hettechniek moeilijk bepaalde spiergroepen. De plantaire flexor spieren, vooral triceps surae (soleus en gastrocnemii) spieren, worden vaak onderzocht in de literatuur ^24. Inderdaad, deze spieren die betrokken zijn bij de motoriek, hun bijzonder belang rechtvaardigen. De afstand tussen de stimulatie zelf en registrerende elektroden maakt de identificatie van de verschillende opgewekte golven van de triceps surae spieren. De oppervlakkige deel van de nervus tibialis posterior in de knieholte en het grote aantal assen gemakkelijker te reflexreacties opnemen vergelijking met andere spieren ^24. Om deze redenen is de thans gepresenteerde reflex methode is gericht op de triceps surae spiergroep (gastrocnemius en soleus). Het doel van dit protocol is derhalve percutane zenuwstimulatie techniek beschrijven neuromusculaire functie in de triceps surae onderzoeken.

Protocol

De experimentele procedures geschetst ontvangen Institutionele ethische goedkeuring en in overeenstemming zijn met de Verklaring van Helsinki. De gegevens werden verzameld uit een vertegenwoordiger deelnemer die op de hoogte van de procedures was en gaf zijn schriftelijke toestemming. 1. Instrument Voorbereiding Reinig de huid op de elektrode plaats door het scheren, en verwijder het vuil met alcohol om lage impedantie (<5 kOhm) te verkrijgen. Plaats twee AgCl-elektro…

Representative Results

Vergroting stimulusintensiteit tot een andere ontwikkeling van de respons amplitudes tussen H- en M-golven. In rust, de H-reflex maximum waarde bereikt voordat volkomen afwezig EMG signaal, terwijl M golf geleidelijk toeneemt tot het bereiken van een plateau aan maximale intensiteit (zie figuur 4 een grafische weergave van de M-wave en figuur 6 de evolutie M-golven en H-reflex met intensiteit). Voor de soleus spier, de wachttijd tussen de stimulus onset en M-wave ongeve…

Discussion

Percutane zenuwstimulatie maakt de kwantificering van talrijke kenmerken van het neuromusculaire systeem niet alleen het begrijpen van de fundamentele controle van neuromotorische functie bij gezonde mensen, maar ook kunnen acute of chronische aanpassingen doorgelicht vermoeidheid of opleiding ^17. Dit is zeer gunstig vooral vermoeiend protocols, waarbij metingen zo snel mogelijk moeten worden uitgevoerd na de oefening einde het effect van snelle herstel ⁴² voorkomen.

Ho…

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