个人与脊髓损伤(SCI)≥T6水平表现出受损的心血管反应可以限制运动能力的锻炼。1神经调节的新兴领域最近表明,硬膜外脊髓刺激(ESCS),配置为促进与科学的人体运动机能,还可以调节心血管功能(即。,增加或维持动脉血压在休息或在回应一个直立的挑战,分别)。2,- - - - - -,4这里我们提出一个独特的应用ESCS改善上半身运动能力与SCI个体,通过调制的心血管和呼吸功能。
例描述
一个33岁的男人长期(5年)motor-complete SCI(美国脊髓损伤学会障碍量表B)在C5安装前18个月本研究inc .和16-electrode阵列(Restore-ADVANCED并指定5-6-5;美敦力公司;medtronic.com/us-en/healthcare-professionals/products/neurological/spinal-cord-stimulation-systems/restoreadvanced-surescan-mri-neurostimulator.html)T11 - L1 (图1一个)。我们进行了测试在三个月期间,树干的初步评估/下肢肌电图(图1 c)。这些初步结果允许我们确定最优参数的目标(1)树干激活(腹部程序)和(2)躯干和下肢激活,同时确定最合适的振幅为低收入和高强度刺激(图1 b)。后者的ESCS项目曾被证明能够调节心血管功能安息在这个人4并将称为心血管刺激计划。
(一)常规x射线证实解剖位置(椎骨水平T11-L1) 16-electrode数组。(B)预设刺激参数和电极配置(红色是阴极,蓝色是阳极,白色是不活跃的)目标特定肌肉群在面板(C)。▲表示abdominal-specific程序。♦表示心血管疾病的计划。初步表面EMG测试是在一个坐着的位置,执行,同时逐步增加刺激强度(即。1、1.5、2、2.5 V)申请(C)每个电极配置。蓝色虚线表明低强度(李;在阈值先引出运动激活)刺激。绿色虚线表示高强度(你好;最高强度容忍)刺激。绝对(D)和相对(E) V̇O2峰值和峰值氧脉冲(F)值没有ESCS试验中相似(可以忽略不计的增长表明intertrial变异系数(CV国际米兰ESCS]),但提高了。ESCS百分比变化值和相对于显示控制试验。不可能计算峰值氧脉冲一嗨的ESCS试验由于心率监视器故障。(G)的差异,相对于控制试验,观察在峰通风使用腹部的刺激计划。(H) ESCS的心血管计划增加平均动脉压(MAP) 14毫米汞柱运动之前,没有添加剂增加刺激强度的影响。(我)RPE对于一个给定的输出功率(60 W)与ESCS也低。磅力=左二头肌肌;狮子座=左外部斜;LES =左安装工人spinae;液化沼气=左内侧腓肠肌; LRA = left rectus abdominis; LRF = left rectus femoris; LTA = left tibialis anterior; RPE = rating of perceived exertion.
参与者执行6进步上半身运动测试一个arm-crank测力计直到意志疲惫,相隔∼12天。在每个会话中,参与者被随机分配到4个不同的escs (图1 b)或没有ESCS(控制)(n = 2)。我们蒙蔽陪审员审判之间的分配和保持语言动机一致的试验。详细描述以及照片的测试协议,可以在图e 1 (doi.org/10.5061/dryad.5pp17kd)。锻炼之前,之前和之后立即刺激(ESCS)或感知刺激(没有的ESCS),我们测量臂血压(BP)。主要结果测量指标在运动峰值摄氧量(V̇O2峰)(通过在线评估代谢车)。我们也计算峰值氧脉搏和通风,连同偶然地评估感知运动的参与者的自我报告的全球评级(RPE)。
ESCS相对于控制试验,改进的绝对和相对V̇O2高峰(15% - -26%),不管刺激强度和电极配置(图1中,D和E)。ESCS氧气脉冲峰值增加(图1 f),这意味着改善中风量(SV)。虽然ESCS的腹部计划影响峰值每分通气量(图1 g),心血管程序改变平均动脉压(MAP) (图1 h)。参与者的全球RPE也低的对于一个给定的输出功率(60 W)的ESCS相比控制(图1我)。
讨论
我们证明急性ESCS有效和安全改善运动能力在上半身运动在个体motor-complete四肢瘫痪。由于血管和骨骼肌肉张力下降,此类伤害患者的经验增加血池和减少静脉回到心脏,对SV有不利的影响。这因此使心输出量,V̇O的主要限制因素2峰,导致过早的疲劳。ESCS氧脉搏,明显增加,取决于SV和动静脉氧差别的大小。鉴于氧气提取最大相对稳定在高峰,氧气脉冲对SV因此成为一个合理的代理。ESCS此前它已被证明,能解决直立性低血压(也保护SV和心输出量)。4然而,这是第一次研究证明ESCS的瞬时调节心血管功能通过积极影响上肢的运动性能。
不同的刺激配置通过看似不同的机制。腹部项目改善的速度和深度呼吸,可能促进静脉回流通过呼吸泵。相比之下,心血管计划增加地图前练习,从而提高骨骼肌灌注,这可能会增加代谢活动,因此静脉返回。不管提出的底层机制,这些开创性的研究结果表明,提高运动能力,常见的数周或数月有氧运动训练,可以敏锐地与ESCS实现。
有趣的是,这些影响是独立的刺激强度,从而激活骨骼肌,暗示ESCS可能恢复脊椎上的呼吸及血管舒缩的控制通过增加脊髓回路的静止膜电位。5经皮的脊髓刺激(tsc)最近也证明BP在SCI的人反应增强6和激活ESCS的常见的神经输入结构一样。7因此,tsc提供一个令人兴奋的可能性动物脊髓回路和未来的研究应该评估是否神经调节形态也有类似的生力的影响作为的ESCS那些指出在当前的研究中。
作者的贡献
式样夜莺:作者,研究和概念设计、数据采集、分析和解释,写初稿,关键的修订手稿。m·沃尔特:研究和概念设计、数据采集和解释,重要的修订手稿。威廉姆斯A.M.M.:肌电图数据采集、分析和解释,重要的修订手稿。林:肌电图数据采集、分析和解释,重要的修订手稿。A.V. Krassioukov:研究和概念设计、数据采集和解释,重要的修订手稿,研究首席研究员。
研究资金
这项研究由里克·汉森研究所授予数量2015 - 31;首席研究员Krassioukov博士)。Krassioukov博士的实验室还支持由加拿大卫生研究院研究基金(CIHR)、心脏与中风基金会,克雷格·h·Neilsen基金会和加拿大创新基金会。夜莺博士和沃尔特博士的接受者迈克尔史密斯医疗研究基金会实习奖与国际协作修复发现和里克•汉森的基础。艾莉森·威廉姆斯是加拿大获得了2017年的毕业生从CIHR Scholarships-Master奖。
信息披露
作者报告没有披露相关的手稿。去首页Neurology.org/N为充分披露。
脚注
去首页Neurology.org/N为充分披露。资金信息和披露认为作者相关的,如果有的话,年底提供这篇文章。
这篇文章加工费由CIHR资助。
- 收到了2018年6月30日。
- 接受的最终形式2018年10月26日。
- 版权©2019年作者(年代)。发表的Wolters Kluwer健康,公司代表美国神经病学学会。首页
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