Функциональная электростимуляция постоянно денервированных мышц, обновленная в 2020 г.

1,2,3 Карраро У., 4,5 Керн Х., 2,6 Альбертин Г., 7 Мазейро С., 8 Понд А., 9,10 Гарджуло П.

1 Кафедра биомедицинских наук, Университет Падуи, Падуя, Италия
2 Межфакультетский научный центр Миологии, Университет Падуи, Падуя, Италия
3 A C M–C Фонд Трансляционной Миологии, Падуя, Италия
4 Физическая и ревматическая терапия, Санкт-Пёльтен, Австрия
5 Институт по изучению последствий войн им. Людвига Больцмана, Санкт-Пёльтен, Австрия
6 Кафедра неврологии, отделение анатомии человека, Университет Падуи, Падуя, Италия
7 Кафедра неврологии, отделение реабилитации, Университет Падуи, Падуя, Италия
8 Кафедра анатомии, Университет Южного Иллинойса Школа медицины, Карбондейл, Иллинойс, США
9 Институт биомедицинской и нейронной инженерии, Университет Рейкьявика, Рейкьявик, Исландия
10 Кафедра науки, Университетская больница Ландспитали, Рейкьявик, Исландия


Резюме:

Повреждение спинного мозга вызывает мышечное истощение, которое особенно тяжело после полного и постоянногоповреждения нижних моторных нейронов, которое возникает при полном синдроме Кауда Эквина. Даже в этом худшемслучае мы показали, что постоянно денервированные мышцы Квадрицепса могут быть спасены с помощью поверхностной функциональной электрической стимуляции и специально разработанного домашнего реабилитационногорежима. Наша цель – показать, что эффект распространяется как на мышцы-антагонисты, так и на кожу бедер. До ипосле 2 лет электрической стимуляции, масса и структура мышц Квадрицепса и Хэмстрингса были квантитированы спомощью измерения силы. Мышцы валового поперечного сечения оценивались с помощью цветной компьютернойтомографии, биопсии мышц и кожи с помощью количественной гистологии и иммуногистохимии. В результате лечения:а) увеличение площади поперечного сечения стимулированных мышц; б) увеличение среднего диаметра мышечныхволокон; в) улучшение ультраструктурной организации; и г) увеличение выходной силы во время электрической стимуляции. Восстановление мышечной силы Квадрицепса было достаточным для того, чтобы 25% участников программы могли проводить тренировки в положении «стоя» и «шаг на месте». Улучшения распространяются на подколенныемышцы и кожу. Действительно, амортизирующий эффект, обеспечиваемый восстановленными тканями, является основным клиническим преимуществом. Мы надеемся, что вскоре в Европе и России, с нашими рекомендациями или безних, начнутся исследования для оказания нуждающимся людям той помощи, которую они заслуживают.

Ключевые слова: травмы спинного мозга, денервированные дегенерирующие мышцы, домашняя функциональная электрическая стимуляция, мышечная соактивация, цветная компьютерная томография, функциональное восстановление, кожа.

Для цитирования: Карраро У., Керн Х., Альбертин Г., Мазейро С., Понд А., Гарджуло П. Функциональная электростимуляция постоянно денервированных мышц, обновленная в 2020 г. Вестник восстановительной медицины. 2020; 97 (3): 130-136. Https://doi.org/10.38025/2078-1962-2020-97-3-130-136



Список литературы:

  1. Larsson L., Degens H., Li M., et al. Sarcopenia: Aging-Related Loss of Muscle Mass and Function. Physiological Reviews. 2019; 99: 427-511. DOI: 10.1152/ physrev.00061.2017
  2. Gava P., Kern H., Carraro U. Age-associated power decline from running, jumping, and throwing male masters world records. Experimental Aging Research. 2015; 41: 115-135. DOI: 10.1080/0361073X.2015.1001648
  3. Hopkins R.O., Mitchell L., Thomsen G.E., et al. Implementing a mobility program to minimize post-intensive care syndrome. AACN Advanced Critical Care. 2016; 27: 187-203. DOI: 10.4037/aacnacc2016244.
  4. Spillman B.C., Lubitz J. The effect of longevity on spending for acute and long-term care. The New England Journal of Medicine. 2000; 342: 1409-1415. DOI: 10.1056/NEJM200005113421906
  5. Carraro U., Gava K., Baba A., et al. To Contrast and Reverse Skeletal Muscle Atrophy by Full-Body In-Bed Gym, a Mandatory Lifestyle for Older Olds and Borderline Mobility-Impaired Persons. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2018; 1088: 549-560. DOI: 10.1007/978-981-13-1435-3_25
  6. Jones S., Man W.D., Gao W., et al. Neuromuscular electrical stimulation for muscle weakness in adults with advanced disease. Cochrane database of systematic reviews. 2016;10:CD009419. DOI: 10.1002/14651858.CD009419.pub3
  7. Carraro U., Kern H., Gava P., et al. Biology of Muscle Atrophy and of its Recovery by FES in Aging and Mobility Impairments: Roots and By-Products. European Journal of Translational Myology. 2015; 25: 221-230. DOI: 10.4081/ejtm.2015.5272
  8. Ades P.A., Keteyian S.J., Wright J.S., et al. Increasing Cardiac Rehabilitation Participation From 20% to 70%: A Road Map From the Million Hearts Cardiac Rehabilitation Collaborative. Mayo Clinic Proceedings. 2017; 92: 234-242. DOI: 10.1016/j.mayocp.2016.10.014
  9. Vorona S., Sabatini U., Al-Maqbali S., et al. Inspiratory Muscle Rehabilitation in Critically Ill Adults: A Systematic Review and Meta-Analysis. Annals of the American Thoracic Society. 201815: 735-744. DOI: 10.1513/AnnalsATS.201712-961OC
  10. Etoom M. Comments on: Influence of transcutaneous electrical nerve stimulation on spasticity, balance, and walking speed in stroke patients: a systematic review and meta-analysis. Journal of Rehabilitation Medicine. 2018; 50: 94. DOI: 10.2340/16501977-2303
  11. Kiper P., Turolla A. Updates and comments on: Influence of transcutaneous electrical nerve stimulation on spasticity, balance, and walking speed in stroke patients: A systematic review and meta-analysis. Journal of Rehabilitation Medicine. 2019; 51: 317-318. DOI: 10.2340/16501977-2538
  12. Bersch I., Tesini S, Bersch U, Frotzler A. Functional electrical stimulation in spinal cord injury: clinical evidence versus daily practice. Artificial Organs. 2015; 39: 849-854. DOI: 10.1111/aor.12618
  13. Lin S., Sun Q., Wang H., Xie G. Influence of transcutaneous electrical nerve stimulation on spasticity, balance, and walking speed in stroke patients: a systematic review and meta-analysis. Journal of Rehabilitation Medicine. 2018; 50: 3-7. DOI: 10.2340/16501977-2266
  14. Burgess L.C., Immins T., Swain I., Wainwright T.W. Effectiveness of neuromuscular electrical stimulation for reducing oedema: A systematic review. Journal of Rehabilitation Medicine. 2019;51:237-243. DOI: 10.2340/16501977-2529
  15. Laubacher M., Aksoez E.A., Brust A.K., et al. Stimulation of paralysed quadriceps muscles with sequentially and spatially distributed electrodes during dynamic knee extension. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 2019;16:5. DOI: 10.1186/s12984-018-0471-y
  16. Angeli C.A., Boakye M., Morton R.A., et al. Recovery of Over-Ground Walking after Chronic Motor Complete Spinal Cord Injury. The New England Journal of Medicine. 2018; 379: 1244-1250. DOI: 10.1056/NEJMoa1803588
  17. Wagner F.B., Mignardot J.B., Le Goff-Mignardot C.G., et al. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature .2018; 563: 65-71. DOI: 10.1038/s41586-018-0649-2
  18. Kern H., Carraro U., Adami N., et al. Home-based functional electrical stimulation rescues permanently denervated muscles in paraplegic patients with complete lower motor neuron lesion. Neurorehabilitation and Neural Repair. 2010; 24: 709-721. DOI: 10.1177/1545968310366129
  19. https://www.schuhfried.com/umbraco/Surface/AuthenticationSurface/Login?return Url=%2Fportal
  20. Albertin G., Hofer C., Zampieri S., et al. In complete SCI patients, long-term functional electrical stimulation of permanent denervated muscles increases epidermis thickness. Journal of Neurology Research. 2018; 40: 277-282. DOI: 10.1080/01616412.2018.1436877
  21. Albertin G., Kern H., Hofer C., et al. Two years of Functional Electrical Stimulation by large surface electrodes for denervated muscles improve skin epidermis in SCI. European Journal of Translational Myology. .2018; 28: 7373. DOI: 10.4081/ejtm.2018.7373
  22. Albertin G., Ravara B., Kern H., et al. Two-years of home based functional electrical stimulation recovers epidermis from atrophy and flattening after years of complete Conus-Cauda Syndrome. Medicine (Baltimore). 2019; 98(52): e18509. DOI: 10.1097/MD.0000000000018509
  23. Kern H., Hofer C., Mayr W. Protocols for clinical work package of the European Project RISE. Basic Appl Myol. European Journal of Translational Myology. 2008; 18: 39-44.
  24. Edmunds K.J., G^slason M.K., Arnadottir I.D., et al. Quantitative Computed Tomography and Image Analysis for Advanced Muscle Assessment. European Journal of Translational Myology. 2016; 26: 6015. DOI: 10.4081/ejtm.2016.6015
  25. Edmunds K., G^slason M., SigurSsson S., et al. Advanced quantitative methods in correlating sarcopenic muscle degeneration with lower extremity function biometrics and comorbidities. PLOS One. 2018; 13(3):e0193241. DOI: 10.1371/journal.pone.0193241
  26. Ricciardi C., Edmunds K.J., Recenti M., et al. Assessing cardiovascular risks from a mid-thigh CT image: a tree-based machine learning approach using radiodensitometric distributions. Scientific Reports. 2020; 10(1): 2863. DOI: 10.1038/s41598-020-59873-9.
  27. Kern H., Boncompagni S., Rossini K., et al. Long-term denervation in humans causes degeneration of both contractile and excitation- contraction coupling apparatus, wich is reversibile by functional electrical stimulation (FES). A role for myofiber regeneration? Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 2004; 63: 919-931.
  28. Boncompagni S., Kern H., Rossini K., et al. Structural differentiation of skeletal muscle fibers in the absence of innervation in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2007; 104: 19339- 19344.
  29. Kern H., Carraro U., Adami N., et al. One year of home-based daily FES in complete lower motor neuron paraplegia: recovery of tetanic contractility drives the structural improvements of denervated muscle. Journal of Neurology Research. 2010; 32: 5-12. DOI: 10.1179/174313209X385644
  30. Ravara B., Hofer C, Kern H, et al. Dermal papillae flattening of thigh skin in Conus Cauda Syndrome. European Journal of Translational Myology. 2018; 28:7914. DOI: 10.4081/ejtm.2018.7914
  31. Hitzig S.L., Eng J.J., Miller W.C., Sakakibara B.M. An evidence-based review of aging of the body systems following spinal cord injury. Spinal Cord. 2011;
  32. 49: 684-701. DOI: 10.1038/sc.2010.178
  33. Krenn M., Haller M., Bijak M., et al. Safe neuromuscular electrical stimulator designed for the elderly. Artificial Organs 2011; 35: 253-256. DOI: 10.1111/j.1525-1594.2011.01217.x
  34. Kern H., Barberi L., Lofler S., et al. Electrical stimulation counteracts muscle decline in seniors. Frontiers in Aging Neuroscience. 2014; 6: 189. DOI: 10.3389/ fnagi.2014.00189
  35. Zampieri ., Pietrangelo L., Loefler S, et al. Lifelong physical exercise delays age-associated skeletal muscle decline. The Journals of Gerontology Series A Biological Sciences and Medical Sciences. 2015; 70: 163-173.
  36. Mayr W. Neuromuscular Electrical Stimulation for Mobility Support of Elderly. European Journal of Translational Myology. 2015; 25: 263-268.
  37. Protasi F. Mitochondria Association to Calcium Release Units is Controlled by Age and Muscle Activity. European Journal of Translational Myology. 2015;
  38. 25: 257-262.
  39. Sarabon N., Lofler S., Hosszu G., Hofer C. Mobility Test Protocols for the Elderly: A Methodological Note. European Journal of Translational Myology. 2015; 25: 253-256.
  40. Cvecka J, Tirpakova V, Sedliak M, Kern H, Mayr W, Hamar D. Physical Activity in Elderly. European Journal of Translational Myology. 2015; 25: 249-252.
  41. Zampieri S., Mosole S., Lofler S., et al. Physical Exercise in Aging: Nine Weeks of Leg Press or Electrical Stimulation Training in 70 Years Old Sedentary Elderly People. European Journal of Translational Myology. 2015; 25:237-242.
  42. Sajer S., Guardiero G.S., Scicchitano B.M. Myokines in Home-Based Functional Electrical Stimulation-Induced Recovery of Skeletal Muscle in Elderly and Permanent Denervation. European Journal of Translational Myology. 2018; 28:7905.
  43. Scicchitano B.M., Sica G., Musaro A. Stem Cells and Tissue Niche: Two Faces of the Same Coin of Muscle Regeneration. European Journal of Translational Myology. 2016;26(4):6125. doi: 10.4081/ejtm.2016.6125. eCollection 2016 Sep 15.
  44. Barberi L., Scicchitano B.M., Musaro A. Molecular and Cellular Mechanisms of Muscle Aging and Sarcopenia and Effects of Electrical Stimulation in Seniors. European Journal of Translational Myology. 2015;25(4):231-6. doi: 10.4081/ejtm.2015.5227. eCollection 2015 Aug 24. Review.
  45. Taylor M.J., Fornusek C., Ruys A.J. Reporting for Duty: The duty cycle in Functional Electrical Stimulation research. Part I: Critical commentaries of the literature. European Journal of Translational Myology. 2018 Nov 7;28(4):7732. doi: 10.4081/ejtm.2018.7732. eCollection 2018 Nov 2.
  46. Taylor M.J., Fornusek C., Ruys A.J. The duty cycle in Functional Electrical Stimulation research. Part II: Duty cycle multiplicity and domain reporting. European Journal of Translational Myology. 2018 Nov 7;28(4):7733. doi: 10.4081/ejtm.2018.7733. eCollection 2018 Nov 2
  47. Taylor M.J., Schils S., Ruys A.J. Home FES: An Exploratory Review. European Journal of Translational Myology. 2019 Nov 12;29(4):8285. doi: 10.4081/ ejtm.2019.8285. eCollection 2019 Oct 29.
  48. Quittan M., Sochor A., Wiesinger G.F., et al. Strength improvement of knee extensor muscles in patients with chronic heart failure by neuromuscular electrical stimulation. Artificial Organs. 1999 May;23(5):432-5. DOI: 10.1046/j.1525-1594.1999.06372.x.
  49. Deley G., Denuziller J., Babault N. Functional electrical stimulation: cardiorespiratory adaptations and applications for training in paraplegia. Sports Medicine. 2015 Jan;45(1):71-82. DOI: 10.1007/s40279-014-0250-2.
  50. Braz G.P., Russold M.F., Fornusek C., et al. Cardiorespiratory and Muscle Metabolic Responses During Conventional Versus Motion Sensor-Assisted Strategies for Functional Electrical Stimulation Standing After Spinal Cord Injury. Artificial Organs. 2015 Oct;39(10):855-62. DOI: 10.1111/aor.12619. PMID: 26471136
  51. Crevenna R., Wolzt M., Fialka-Moser V., et al. Long-term transcutaneous neuromuscular electrical stimulation in patients with bipolar sensing implantable cardioverter defibrillators: a pilot safety study. Artificial Organs. 2004 Jan;28(1):99-102. DOI: 10.1111/j.1525-1594.2004.40006.x. PMID: 14720294
  52. Coste C.A., Bergeron V., Berkelmans R., et al. Comparison of strategies and performance of functional electrical stimulation cycling in spinal cord injury pilots for competition in the first ever CYBATHLON. European Journal of Translational Myology. 2017 Dec 5;27(4):7219. DOI: 10.4081/ejtm.2017.7219. eCollection 2017 Dec 5.
  53. Volodeeva E.A., Yastrebceva I.P., Belova V.V., Baklushin A.E. Evaluating the effectiveness of electrical stimulation and vazoselective alternating electrostatic field at patients with ischemic stroke. Bulletin of rehabilitation medicine. 2015; 1(65): 28-32 (In Russ.).
  54. Molchanova E.E. Clinical efficiency of dynamic electroneurostimulation in the acute period of the ischemic stroke. Bulletin of rehabilitation medicine. 2015; 1(65): 33-36 (In Russ.).
  55. Evstigneeva L.P., Polyanskaya T.P., Vlasov A.A. The role of dynamic electricneurostimulation in reducing pain and improving quality of life of patients with osteoporosis. Bulletin of rehabilitation medicine. 2015; 3(67): 19-28 (In Russ.).
  56. Drobyshev V.A., Gerasimenko O.N., Romanovskaya N.S., Vlasov A.A., Shashukov D.A. Effectiveness of dynamic electrical stimulation in complex treatment in acute period of ischemic stroke. Bulletin of rehabilitation medicine. 2016; 2(72): 21-26 (In Russ.).
  57. Kadochnikova E.Y., Vlasov A.A., Alekseeva L.I., Didikina I.G., Ershova O.B., Zaitseva E.M., Korotkova T.A., Popova T.A., Sukhareva M.L., Taskina E.A.,Sharapova E.P., Solodovnikov A.G., Lesnyak O.M. The effectiveness of dynamic electroneurostimulation (DENS) In the pain management in knee osteoarthritis (results of a multicenter randomized study). Bulletin of rehabilitation medicine. 2016; 3(73): 14-22 (In Russ.).
  58. Gertsik Yu.G., Gertsik G.Ya. Biophysical preconditions for applying magnetic and electrical stimulation of bone tissue at the rehabilitation activities in traumatology. Bulletin of rehabilitation medicine. 2016; 3(73): 58-61 (In Russ.).
  59. Drobyshev V.A., Shpagin L.A., Pospelova T.I. Zechariah O.I., Vlasov A.A. The dynamic electric correction clinical and functional manifestations of peripheral polyneuropathy of patients with multiple myeloma. Bulletin of rehabilitation medicine. 2016; 5(75): 19-24 (In Russ.).
  60. Molchanova E.E. The experience of the combined application of dynamic electroneurostimulation and acupuncture in acute period of ischemic stroke. Bulletin of rehabilitation medicine. 2017; 2(78): 63-67 (In Russ.).
  61. Tkachenko P.V., Daminov V.D., Karpov O.E. Synchronized application of the exoskeleton with functional electrostimulation in the spinal cord injury patients. Bulletin of rehabilitation medicine. 2017; 3(85): 123-130 (In Russ.).
  62. Conflict of interest: we declare no conflicts of interest in the authorship or publication of this contribution.


Посмотреть статью (PDF файл для скачивания)

Партнеры

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И.Пирогова
Межрегиональный фонд помощи родственникам больных с инсультом
Российская ассоциация по спортивной медицине и реабилитации больных и инвалидов