乔斯 骨质疏松杂志 2042 - 0064 2090 - 8059 Hindawi出版公司 10.1155 / 2015/643520 643520年 临床研究 在老年女性全身Electromyostimulation对抗骨质缺乏:随机对照培训和电刺激试验(TEST-III) 冯·斯坦格尔 西蒙 Bebenek 迈克尔 http://orcid.org/0000 - 0001 - 9875 - 4123 Engelke 克劳斯 http://orcid.org/0000 - 0003 - 3515 - 0669 凯姆勒 沃尔夫冈 Sievanen Harri 医学物理学研究所 埃朗根埃大学,91052 德国 uni-erlangen.de 2015年 15 2 2015年 2015年 07年 10 2014年 07年 01 2015年 12 01 2015年 15 2 2015年 2015年 版权©2015年西蒙·冯·斯坦格尔et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

全身electromyostimulation (WB-EMS)已被证明是有效地提高肌肉力量和质量在老年妇女。因为肌肉和骨骼之间的相互作用,这些适应可能与骨参数的变化。76名年龄osteopenic 70岁及以上的妇女被随机分配到WB-EMS集团( n = 38 )或者另一个控制组(CG: n = 38 )。WB-EMS集团执行3会议每14天为一年,而执行的CG体操包含相同的练习没有EMS。主要研究终点是骨矿物质密度(BMD)在腰椎(LS)和全髋关节(thip)作为评估测定仪。经过54周的干预,边缘型无意义的组间差异LS-BMD测定(WB-EMS: 0.6 ± 2。5 %与CG - - - - - - 0.7 ± 2。5 %, P = 。 051年 )而不是thip-BMD (WB-EMS: - - - - - - 1.1 ± 1.9 %与CG: - - - - - - 0.8 ± 2。3 %, P = 。 771年 )。对二次端点,增加瘦体重(磅)的1.5% ( P = 。 006年 )和握力增加8.4% ( P = 。 000年 )WB-EMS组相比,CG。WB-EMS对骨的影响不太明显比先前报道对肌肉的影响。然而,对于学科不能或不愿进行剧烈运动项目,WB-EMS可能维持BMD LS的选择。

 1。介绍

运动能维持骨量。但是人保持锻炼吗?( 1]。事实上,大多数的老年人在德国( 2)或美国( 3)远的运动推荐剂量持续影响骨矿物质密度( 4- - - - - - 6]。新颖的训练技术,称为全身electromyostimulation (WB-EMS),可能会增加适度的运动对肌肉骨骼系统,因此可能是一种节省时间的和可行的选择对象不能或不愿意做艰苦的传统运动。与本地EMS应用程序不同,WB-EMS技术同时刺激到14 - 18地区或8 - 12肌肉群高达2.800厘米2电极面积。尽管EMS-technology主要集中在肌肉通过激活肌肉收缩,直接刺激肌肉蛋白质合成率( 7),有证据表明,这种模式下的肌肉刺激也影响骨( 8]。

然而,人体试验确定了急救对骨的影响只在因骨质疏松的情况下在脊髓损伤(SCI)患者。在这些研究EMS应用本地只有plantarflexors或功能性电刺激(FES)激活孤立的大腿肌肉诱发腿骑自行车运动肌力测试或膝盖延伸运动强度的机器上。一个荟萃分析( 9和两个评论 10, 11)分析和讨论SCI的EMS和菲斯对骨密度的影响,发现积极的结果。骨的基本机制适应后停止使用SCI和EMS培训后进行了综述Dudley-Javoroski和盾牌( 12]。然而,从研究结论确定EMS对骨的影响的具体情况停止使用正常人群在瘫痪的患者是无效的,此外,当地EMS研究的结果的可转让性WB-EMS技术相当可疑。

在本研究中,我们评估WB-EMS对骨密度的影响在久坐,精益,osteopenic老年女性,骨折的高危人群。这个试验的主要假设是,WB-EMS训练显著增加在腰椎BMD与对照组相比。本研究的第二个假设是,WB-EMS训练显著影响在近端股骨BMD与对照组相比。二次端点有关身体成分和强度在其他地方发表 13]。

 2。材料和方法

培训和电刺激试验(试验)项目是一系列的研究,确定WB-EMS参数相关的风险的影响因素和疾病的老年人。在目前的研究中,TEST-III是一个随机对照试验(RCT)的影响评估全身electromyostimulation (WB-EMS)在精益的骨质疏松症,久坐不动的老年女性骨量减少。确定的孤立效应WB-EMS我们实现了一个活跃的对照组也进行相同的动作WB-EMS会议期间进行。研究伦理委员会批准的协议是Friedrich-Alexander埃尔兰根大学(能力),德国(Ethik Antrag 4184),和德国辐射安全局(5 - 22462/2 Z - 2010 - 027)。书面知情同意了之前所有科目学习条目。TEST-III从2010年11月到2012年7月进行医学研究所的物理能力,德国,完全注册www.clinicaltrials.gov(下 NCT01296776)。

2.1。参与者

所有女性受试者(9256名女性)70岁及以上,住在埃朗根的面积,德国,被私人信件联系。尽管试验合格标准(图 1)在信中已经上市,272例的451名女性回应电话面试后不得不被排除在外,因为他们(a)不符合我们的标准“贫瘠”(体重(公斤)>(100年身高(厘米)−)),(b)每周锻炼超过1小时在过去的10年中,(c)报道禁忌症(即。、总endoprosthesis、腹部、腹股沟疝、癫痫、WB-EMS干预和心律失常),(d)报道疾病或药物影响我们主要的端点。

“TEST-III”研究的流程图(配偶计划)。

179名妇女被邀请去我们实验室确定身体成分和骨骼的地位。在测量体重和身高与校准设备和确定BMD在腰椎和股骨近端,103名妇女被排除在外,因为他们不符合纳入标准的“贫瘠”或骨量减少(BMD < 1 SD t指数(图) 1)。

剩下的76个受试者被分为两个研究小组使用计算机块随机分层年龄(块大小: n = 2 由一个外部统计学家),以确保分配隐藏。表 1列表WB-EMS和对照组的基线特征。没有观察到相应的组间差异。

WB-EMS和对照组的基线特征。WB-EMS:全身electromyostimulation。1评估的详细问卷(14、15)。2作为评估为期4天的协议和使用普罗迪- 4.5/03专家分析软件(Wissenschaftlicher 1 -,弗莱堡,德国)。3作为评估Jamar测力计(手)根据Mathiowetz et al。 14]。4测试根据弗里茨和卢萨尔迪( 15]。5两个和多个疾病的患病率。

变量 WB-EMS ( n = 38 ) CG ( n = 38 )
年龄(年)1 74.7±3.7 74.7±4.4
体重(公斤) 57.9±6.8 58.8±5.7
身体长度(厘米) 161.6±5.6 162.9±5.1
年绝经后(年) 24.3±4.2 25.2±4.7
全身脂肪测定仪(%) 31.6±4.6 32.1±3.7
四肢的骨骼肌肉质量(公斤) 15.8±2.1 15.9±1.7
能量吸收(MJ / d)2 6.63±1.81 6.74±1.67
钙吸收(毫克/天)2 986±276 966±266
维生素D吸收(IU / D)2 244±167 262±211
练习卷(分钟/周)1 34.1±21.6 31.3±19.3
握力3(公斤) 23.7±4.0 23.5±4.1
步行速度4(公里/小时) 5.1±1.4 5.3±1.6
Multimorbidity5( n ] 22 (58%) 25 (66%)
2.2。干预措施

WB-EMS集团执行54周的连续WB-EMS干预,而在平行对照组(CG)进行中断不费力的体操项目。这个过程的基本原理是验证WB-EMS的分离效果和动力,“蒙蔽”对照组进行体操包含相同的低强度/低振幅运动WB-EMS组。

干预措施都是医学物理学研究所的执行(IMP),这可能很容易达成的科目。所有的课程都由认证培训师参与者的考勤记录。

为了检查端点参数,可能会影响我们的学习,生活方式(即参数。,dietary intake, physical activity, etc.) were inquired by questionnaires at baseline and follow-up [ 16, 17]。在分析标准化的饮食摄入量协议/ 4天(普罗迪- 4.5,Wissenschaftlicher 1 -弗莱堡,德国),两组人提供最多1200 mg / d钙和维生素d3的800 IU / d (Rottapharm / Madaus,科隆,德国)。

除了这些干预措施,受试者被要求保持他们习惯的生活方式。

 2.3。WB-EMS干预

WB-EMS行使协议是更详细地描述另一个出版( 18]。WB-EMS集团执行监督WB-EMS训练(第18 - 19分钟/会话;双极电流;频率:85赫兹;pulse-breadth: 350 μsec) 3次2周(每秒钟每个周一或周二和周四或周五)54周使用米哈WB-EMS技术bodytec(德国奥格斯堡)。八个肌肉群同时激活电刺激:上腿,上臂,底部,腹部,胸部,背部,上背,背阔肌。WB-EMS会议由简单,不费力的动态练习以站立的姿势,和6 s EMS中断下动态运动4 s的静态休息没有电流。10 - 14练习(例如,硬举elbow-extension或arm-flexion;与树干弯曲蹲;蹲lat滑轮或军事新闻;蹲在紧缩和蝴蝶或反向飞;蹲在垂直胸部按压或垂直划船)在1 - 2组八次的结构化。负载总时间(当前)平均会话期间≈≈11分钟/ 110刺激间隔6秒完成。运动振幅以及产生的相应强度运动(即是低。,蹲:腿弯曲:< 35°),以防止影响运动本身。

WB-EMS会话3受试者接受监督和video-guided运动(三个WB-EMS设备)在同一时间。强烈的重点是放在适当的强度(电流)。电流强度是单独适用于每个地区在第一次会议,感知运动的速度(RPE) 14 - 16 20(“有点硬”“硬”)。强度是保存在芯片信用卡,允许快速和可靠设置设备的后续会议。如果有必要,电流强度增加以下会话保持预定义的努力。图 2说明了WB-EMS设备和培训。

全身electromyostimulation设备。

 2.4。对照组(CG)

对象执行的CG两个为期10周的简单,没有艰苦的体操1会话(60分钟)/星期10周的休息之间的街区。步行5分钟后变化,对象执行相同的低强度在EMS /低振幅动态练习会话。之后,灵活性,总体协调,平衡练习进行了20分钟。会话完成15分钟的放松和交流。CG协议的目的是确保“致盲”进行一个多方面的,有吸引力的运动和放松计划。该计划的目的是不影响研究端点骨骼和肌肉。

 2.5。端点

主要和次要端点确定后在基线和54周的干预。

主要结果测量

腰椎的骨矿物质密度(LS),

在股骨近端骨矿物质密度(全髋感兴趣的区域(thip-ROI))。

二次结果的措施

总瘦体重(磅),

握力。

2.6。测试程序

所有的评估和分析进行了盲法模式。研究助理并不了解参与者的地位(WB-EMS或CG),不允许问。

 2.7。人体测量学

体重测量精确到0.1公斤规模数字(InBody 230年,汉城,韩国)。高度决定赤脚到最近的0.1厘米,测距仪(Holtain, Crymych德维得,英国)。身体成分是评估双能量x线吸收仪(DXA对4500年版的《四年防务评估》,Discovery-upgrade;Hologic Inc .)、美国贝德福德)使用标准的协议。握力占统治地位的手臂是评估Jamar测力计(Jamar Bolington, IL)。

骨矿物质密度(BMD)也是由测定仪在腰椎(L1-L4、美国专利)和近端股骨(全髋ROI)在基线和之后1年使用标准协议指定的制造商。长期可靠性为0.4%(变异系数)177年由腰椎幻影扫描在研究期间进行的。

 2.8。统计分析

样本大小的计算是基于研究端点”腰椎的骨密度的变化。“为了检测相关群体间的差异为2.0%(标准差(SD): 2.8%) 31日主题/组被要求(5%的错误概率,80%的统计力量)。分析在意向性治疗基础上的所有参与者完成了基线和至少一个后续测量(决定性的事件分析)。治疗效应被定义为差异变化从基线到12个月。为了获得正态分布数据所有端点(BMD,加快对数转换。协方差分析与基线值、年龄、身高、和脂肪和肌肉不进行统计比较的两个研究小组。统计学意义是接受 P < 0.05 (2-tailed)。尺度效应计算使用科恩的d ( 19]。我们使用SPSS 19.0 (SPSS . n:行情)、芝加哥、IL)的统计程序。

 3所示。结果

16 (WB-EMS n = 6 ;CG, n = 10 )76年的受试者不能或不愿意访问一年期控制评估和失访(图 1)。总共6女性骨折,手术和/或严重的疾病(癌症、冠心病)。CG失去了兴趣的一个话题,和五个主题列出个人原因退出,其中两个CG相关协议,一个WB-EMS相关协议。一位与会者的CG介入期间死亡,每组的一个女人感动。因此28日主题的CG(74%)和32 WB-EMS组的受试者(84%)包括在分析中。我们没有观察到严重的培训与副作用在会话。

总结,总出席WB-EMS集团61年78届( 79年 ± 18 %)进行。中相应的出勤率CG略低( 74年 ± 18 %;14.9 20会话)。虽然会话的总数是CG低得多,运动总量的差异较小,平均≈24分钟/周WB-EMS组和CG≈18分钟。

没有记录人体测量和临床参数的组间差异在基线(表 1)。对混杂参数,之间没有显著变化基线和随访观察生活方式参数(体育活动,例如)和/或药物所记录的调查问卷或饮食摄入量评估为期4天的饮食协议和使用普罗迪- 4.5/03专家分析软件(Wissenschaftlicher 1 -,弗莱堡,德国)。

3.1。主要和次要结果的措施

在LS增加BMD WB-EMS组( 0.6 ± 2。5 %)和CG(−下降 0.6 ± 2。4 %)。两组在全髋ROI BMD下降(WB-EMS:− 0.9 ± 1.9 %与CG:− 1.0 ± 2。3 %)。类似的负面变化观察股骨近端亚区(股骨颈,转子)。WB-EMS差异和CG-group边缘型LS-BMD无意义的( P = 0.051 ES: d ′ = 0.49 )和不显著的BMD全髋ROI ( P = 0.771 ES: d ′ = 0.04 )。

总加快评估全身DXA对扫描WB-EMS组增加( 0.7 ± 1.6 %)和CG(−下降 0.8 ± 2。5 %)。相应的WB-EMS和CG-group显著差异( P = 0.006 ES: d ′ = 0.71 )。

握力的变化 10.5 ± 12.6 % WB-EMS组和 2。2 ± 8.19 %在CG ( P = 0.000 ES: d ′ = 0.71 )。表 2列出了两组BMD的变化和强度参数。

基线和随访数据WB-EMS和CG集团的骨密度腰椎(LS)、全髋,瘦体重(磅)和握力,训练和控制之间绝对的治疗效果, P 值(协方差分析、基线值、年龄、身高、瘦体重,和脂肪量)。

WB-EMS ( n = 32) CG ( n = 28) 治疗效果
集团 基线 12个月 基线 12个月 意思是(95%置信区间) P 价值
意思是(SD) 意思是(SD)
BMD LS(毫克/厘米2] 882±178 886±173 835±103 830±105 10.4(−21.3到0.5) 0.051
BMD臀部(毫克/厘米2] 763±81 756±85 754±95 746±0.097 1.2(−9.0到6.61) 0.771
磅(公斤) 35.15±4.43 35.42±4.40 35.42±3.52 35.12±3.6 0.57 (0.16 - 0.98) 0.006
握力(公斤) 23.9±4.0 26.41±3.6 23.1 - 3.9 23.6±4.5 2.07 (0.88 - 3.26) 0.000
4所示。讨论

这是第一次试验确定的影响(WB) EMS在腰椎BMD或/和股骨近端骨量减少的老年女性。我们发现一个边缘显著的影响( P = 0.051 )腰椎BMD,但不是为股骨颈的网站。针对高WB-EMS对肌肉的影响和力量在先前的研究 20., 21和肌肉和骨骼的密切互动 8),我们预期强对骨骼的影响。在目前研究WB-EMS对加快的影响是很有意义的,而是温和,显示1.5%的净收益。然而,最大等长腿和躯干扩展强度显著增加了10%以上,为发布的其他地方( 13]。

所有其他研究EMS在弹道导弹防御的效果完全由(功能)electromyostimulation(《)停止使用条件下(例如,SCI) [ 22- - - - - - 32]。在最近的荟萃分析由Chang et al。 9]作者发现显著增加BMD后3、6和12个月的菲斯的腿骑自行车或菲斯膝盖扩展SCI患者的练习。更长一段锻炼和提高培训有效性较高的频率有关。Dolbow et al。 10)的10项研究进行了分析确定菲斯的腿骑自行车对骨密度的影响,考虑到时间后受伤。两个两个研究报告的影响菲斯受伤后治疗前2个月;只有三种研究显示效果平均3 - 6年后损伤和4第四五年后损伤。结果符合Dolbow et al ., Biering-Sørensen et al。 11)在系统回顾包括19 EMS研究得出结论认为,可能会有一些电刺激尤其是在早期阶段的影响。本文研究包括EMS的下肢(4)研究,腿骑自行车菲斯(7)研究,膝盖延伸菲斯(5研究),菲斯在跑步机上跑步步态研究(1),或腿周期和膝盖扩展菲斯的结合。符合常等人的结果改进是在更长一段频率较高的培训或培训。

尽管荟萃分析和评论的研究包括不同广泛对主题或测量,试验的绝大多数为骨确保足够的时间适应(6 - 12个月)报道积极的BMD的变化在骨骼网站刺激和加载通过EMS或菲斯骑自行车或菲斯腿伸展练习。然而,它可以假定在瘫痪主题应变阈值低主要是由于不活动造成的,所以目前尚不清楚积极BMD的变化是由EMS诱导肌肉收缩造成更多生产联合反应部队或产生反应外力导致轴向加载的骨头在练习腿伸展或《骑车。再一次,这些研究的结果的相关性对于老年人没有服务功能局限性相当可疑。

为对照比较的影响WB-EMS“锻炼协议”可能有助于评估的相关性WB-EMS项目对抗骨质疏松症。回顾文献运动性BMD的变化在评估DXA对60岁及以上学科的(回顾[ 33, 34])表明我们WB-EMS效果低于常规锻炼效果应用特别是当特定的抵抗运动。比较的结果现在WB-EMS结果我们最近18个月SEFIP运动试验的数据( 35)使用相同的测量,包括可比对象对年龄( 69年 ± 4 岁)和较高的BMI ( 26 ± 4 公斤/米2)透露SEFIP更有利的数据队列(净BMD差异如与CG在LS和thip≈1.5 - -2.1%;这两个 P = 0.001 )进行了综合阻力/有氧/平衡的协议。

对最优EMS协议影响骨骼,和低对骨矿物质密度的影响在本研究可能是由于一种次优的当前设置的参数。虽然最有利的成分的EMS参数触发骨适应还需要建立,最近的一项研究直接比较不同频率的EMS在废弃的动物模型 36)确定最有利影响骨参数(例如,体积分数、连通性和小梁数/厚度)特别是在20到50赫兹。对刺激强度Dudley-Javoroski和盾牌( 12)建议超大的安培数(200毫安)引起很强的收缩。因为每一对电极分别监管的差异具有不同强度和电极尺寸,我们无法控制和描述的刺激强度(mA)在目前的研究。在EMS SCI患者的研究中,孤立的肌肉刺激,外部力量测量和投入与体重的关系来估计强度( 31日]。因为同时激活受体激动剂和拮抗剂co-contraction结果,该方法不能用于WB-EMS。我们EMS申请3×20分钟在两周内使用双极电流在85赫兹脉冲宽度为350 μ证交会而刺激的6秒中断4秒的休息。这个协议的高度显著影响肌肉和力量及其验收( 20., 21, 37)支持该EMS的应用协议。

考虑到常规锻炼的热情相当低的老年妇女,一个关键因素的相对高符合EMS培训( 33)可能是程序的低总量(总30分钟/周)。此外,WB-EMS应用程序,而个性化条件下也可能是排他性的锻炼计划,导致高依从性。

一些限制可能减少当前研究的证据。(a)我们评估效果的EMS的精益老年女性骨量减少和我们的研究结果与其他人群的可转让性是有问题的。(b)虽然测定仪仍然是“黄金标准”技术评估BMD, QCT技术可能更适当的方法来评估在腰椎BMD受试者70岁及以上的人群由于脊柱的退行性变化。(c)没有进行x光检查检测椎体骨折。然而,我们假定增加BMD WB-EMS组中没有“训练诱导”压缩骨折的结果。在分析LS-scans没有脊椎的减少区域观察椎畸形的迹象。进一步,在WB-EMS椎骨的机械负荷由于肌肉紧张,而温和的比较经典的高强度训练的内容。(d)半活性控制组织,执行一个类似的锻炼量和相同的动作被执行以确保致盲和确定WB-EMS本身的影响。原因的吸引力和合规CG没有执行相同的动作也为流动进行练习,协调,和放松;和训练计划不同。 However, the movements of the WB-EMS program and all the contents of the CG sessions were not strenuous and designed not to impact our endpoint. Thus, in our opinion, the influences of the differences in exercises contents and schedule on the validity of the studies are rather low. (e) Due to a lower number of subjects included (76 instead of 80) and a slightly higher drop-out rate than expected we failed to realize our estimated sample size of 31 subjects/group. (g) It is not possible to objectify intensity of muscle contraction during WB-EMS and it is not clear if subjects realized the requested high intensity.

 5。结论

总之,我们找到了一个边缘无意义的WB-EMS对骨矿物质密度的影响在腰椎和髋部没有影响。不过,考虑到这一技术对肌肉的影响,强度高,肌肉骨骼预防WB-EMS可能是一个选项/康复至少(老年人)科目不能或不愿意运动传统。然而,由于更高的混合运动项目对骨密度的影响及其综合效应在多个危险因素和疾病的高龄( 38),经典的运动应该是老年人的青睐。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

作者欣然承认米哈的支持bodytec(德国奥格斯堡)提供技术和Rottapharm WB-EMS / Madaus(德国科隆)提供的钙和维生素D。

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