腿部肌肉延迟和异常关系Dyscoordination和卒中后残疾行走

文摘

腿部肌肉的目的是确定时间特征延迟病人中风后(12个月)曾持续协调和步态赤字,并确定之间的关系异常延迟,dyscoordination,步态赤字。我们比较9名健康对照组和27中风幸存者。肌电图测量表面的激活和解除激活延迟膝关节屈肌和伸肌的肌肉在弹道膝盖弯曲的任务,在重复延迟的一致性,并关闭主动肌肌群和拮抗肌群之间的耦合延迟。我们测量Fugl-Meyer (FM)协调和功能步态测量、六分钟步行试验(6 mwt)。中风的主题,肌肉的激活和解除激活有显著延迟,矛盾异常,异常分离的受体激动剂和拮抗剂激活。之间有良好的相关激活延迟和调频和6 mwt。结果显示异常时间构成协调损伤和功能失调的步态特征。这些肌肉的激活和解除激活时间异常特征是康复治疗的重要目标。

1。介绍

下肢协调赤字持续卒中后康复。肌肉活动的时间特点整体协调运动和正常的步态。虽然异常为上肢dyscoordination报告时间特征,几乎没有信息下肢肌肉活动异常的性质和他们的关系协调运动和功能的步态。因为机制协调障碍,步态赤字知之甚少,很难准确目标康复干预措施。本研究的目的是双重的。首先,我们确定了异常时间肌肉的激活和解除激活的特点为病人中风后膝关节屈肌和伸肌的肌肉持续的协调和步态赤字在摇摆步态的阶段。其次,我们确定肌肉激活延迟之间的关系和协调损伤和功能失调的步态。

在步态的摆动阶段,复杂而精确的协调肌肉的激活和解除激活时间是安全的关键,协调走路。在中风幸存者有特征的研究相对较少,肌肉的激活和解除激活延迟的精度要求在gait-swing阶段。为了研究弯曲和扩展肢体运动,一项研究利用循环骑车任务研究肌肉激活关系在机械耦合的左、右下肢的运动。本研究显示延迟的激活局部麻痹的股内侧肌自行车肢体延长期间,和早期髋关节和膝关节屈肌的激活和终止(1]。有争议,然而,关于是否或如何显著这些观察相关功能的步态。即一些显示功能步态收益,没有发生任何重大变化的异常肌电图(EMG)持续时间(2,3),而另一项研究报道,神经损伤是没有必要在创建这些异常肌电图模式4]。

另一种方式学习障碍gait-swing协调组件的阶段,就开始研究一个简单的时间的协调,在gait-swing阶段所需单关节运动。在摇摆不定的阶段,需求协调肌肉延迟膝盖弯曲为了清除地上的肢体通常在矢状面。中风后,“腿”模式特点,膝盖弯曲的协调是不正常的,在摇摆运动偏移明显小于正常阶段(5,6]。不仅腿摇摆的步态模式表现出缺乏及时的执行阶段四肢弯曲,但同时,有高度可变的肢体弯曲偏移(7]和无法停止肢体的性能扩展模式即使臀部、膝盖和踝关节屈肌肌肉力量是足够的8]。

为了充分治疗摇摆步态赤字阶段,重要的是要理解协调赤字膝关节屈伸运动。协调是基于精确的协调肌肉的激活和解除激活延迟在给定的关节,肌肉收缩(兴奋剂),以及延长肌肉(对手)。这种协调障碍出现在中风幸存者膝盖的动作的协调。因此,第一本研究的目的是确定中风幸存者的赤字持续摇摆阶段,时间特征的膝盖屈肌和伸肌的肌肉在单个关节膝盖弯曲的任务。时间研究了如下特点:膝关节屈肌和伸肌的激活和解除激活延迟,在重复激活延迟膝盖弯曲运动的一致性,和受体激动剂/拮抗剂激活的相对时间弹道膝盖弯曲的任务。第二个目的是描述之间的关系异常延迟在肌肉活动延迟,关节运动协调障碍,功能失调的步态。

2。材料和方法

2.1。主题

第一组,27名受试者参加人中风后超过12个月。他们持续的摇摆步态阶段赤字,包括缺失或减毒膝盖弯曲摆动阶段。第二组,9名健康成人对照组被录取没有已知的神经诊断和正常gait-swing阶段。研究根据赫尔辛基宣言的人类受试者的保护和监督委员会的医学中心。受试者被告知之前研究的参与和提供书面知情同意。

2.2。实验程序和措施

2.2.1。肌电图数据采集和分析

使用强生I410数据采集系统的工程,Inc . (Poulsbo,佤邦),electromyographical (EMG)活动的长期的股二头肌(LHB)和股内侧肌(VM)记录采样频率为1100赫兹(带通滤波器= 40 - 360 Hz 1杆切比雪夫滤波器)与活跃的双极电极表面(银/氯化银条1平方厘米、1厘米,沿着纵轴的肌肉)。此外,EMG信号被整流和决心是关于出现肌肉活动的存在与否。肌肉活动“发作”时确认,100毫秒时间,EMG信号超过仍高于1标准差的基线活动记录在休息9,10]。我们直观地检查每个审判的肌肉活动起始时间计算叠加计算激活开始到原始数据。视觉分析同意软件发病时间(例如,图的识别1)。

2.2.2。电机工作性能

肌肉激活延迟记录两个膝盖弯曲运动任务:(1)意志膝盖弯曲在侧躺的位置,与中性的臀部位置(0°弯曲),和(2)意志膝盖弯曲而站的位置上的所有重量不参与的腿,臀部参与中性,涉及到膝盖弯曲,这样后面的脚落在地上,和脚踝在中立位置(0°plantarflexion或背屈)。电动机task 1被选为最简单的膝盖弯曲(重力淘汰任务)。电动机task 2被选中,是因为它代表了一个静态测试条件的膝盖弯曲运动对重力的站立,直立位置,四肢和躯干一样在膝盖弯曲运动,走路时的动态功能任务执行。

侧躺的膝盖弯曲的任务,主题是稳定在一个侧卧位的垫子上,躺在冷漠的一面,涉及肢体支持垫表面平行的一个平台。大腿是稳定的0°髋关节屈曲。柄和脚都获得了低摩擦滑冰,所以膝盖弯曲可以很容易地执行在一个水平面。膝盖在全膝扩展定位,前测试。站的测试,这个话题被冷漠前臂置于一个安全稳定的表面而冷漠的手抓住附加栏。

命令将被传达的对象使用一个蜂鸣器模拟信号激活10秒钟,同时记录EMG信号。受试者被要求尽快flex膝盖模拟指令信号时激活,最大膝关节屈曲姿势保持10秒,直到关闭蜂鸣器,然后立即尽可能完全放松。数据收集十秒钟基线命令移动前,在基线时间休息,EMG信号监测,以确保受试者的肌肉处于放松状态。的两个电机的任务,我们为每个主题十试验中收集的数据。

2.2.3。措施的协调和功能性步行

协调分离的下肢关节运动控制评估使用Fugl-Meyer协调规模(FM)下肢分测验。FM是34分等级分类,根据能力分配一个分数意志地移动一个关节同时或独立总四肢屈肌和伸肌的协同模式。FM是一个敏感、可靠和有效的措施协调孤立联合卒中后运动协调[11- - - - - -14]。

功能性行走是评估使用索引的行走速度、六分钟步行试验(6 mwt,每6分钟步行距离)。健康的成年人,6 mwt与能量消耗显著相关;;(15]),日常生活活动(16),和生活质量(17]。6 mwt是可靠和有效的使用在健康成年人和中风患者(18,19]。

2.3。数据分析

2.3.1。肌肉的激活和解除激活延迟Hemiparetic与对照组比较

由于异构两组之间的差异,比较hemiparetic和控制之间的激活和解除激活延迟了使用非参数克鲁斯卡尔-沃利斯检验和Bonferroni调整为多个测试(20.,21]。

2.3.2。一致性的肌肉激活延迟重复的任务

一致性定义为不同肌肉的激活延迟一个审判和平均延迟试验的肌肉对于一个给定的任务。一致性是计算每一个主题,每个电动机任务按照下列公式: 在哪里延迟发作的均值是肌肉,在一个特定的任务,一个主题;是单一的延迟发作试验”,”,为主题,在这任务,肌肉。

比较hemiparetic和对照组之间在上述章节中所描述的。

受体激动剂和拮抗剂的肌肉的紧耦合
紧耦合定义为肌肉活动的绝对时间区别出现延迟的受体激动剂(产生弯曲运动的屈肌)和拮抗剂(反对屈肌的伸肌肌肉运动)。紧耦合计算为每个审判在一个特定的运动任务根据以下公式: 在哪里是肌肉激活延迟发作的对手一个审判,””,在一个特定的运动对某一特定主题的任务。是肌肉激活受体激动剂的出现延迟相同的试验在相同的任务相同的主题。对比hemiparetic和控制对象是如上所述。

激活延迟之间的关系协调障碍和功能的步态
斯皮尔曼相关非参数措施(22)是确定值之间的相关性进行肌肉激活延迟和调频协调规模和6 mwt功能性步行指数。

3所示。结果

受试者年龄从40 - 77。分数是11-28调频范围的协调。结果6 MWT的范围是14.6 - 14.6。提供了其他主题特征表1。

3.1。激活延迟

3.1.1。任务1

任务1,健康对照组显示短期激活延迟对LHB (200±79 ms)和VM (239±81 ms;图2(一个),白色的酒吧、职责)。相比之下,每个两个膝盖弯曲的任务,分别有显著激活延迟hemiparetic科目(图2阴影酒吧)长股二头肌(LHB;723±496 ms)和股内侧肌(虚拟机;841±517 ms)。中风和控制任务1比较,有显著性差异中风和控制意味着激活延迟如下:(1)LHB肌肉和(2)VM肌肉。

3.1.2。任务2

task 2,健康对照组表现出短期激活延迟LHB和VM的肌肉(图2 (b),白色的酒吧、职责)。任务2的比较(图2 (b)中风和控制之间的),有显著性差异中风和控制意味着激活延迟如下:(1)LHB肌肉:控制,239±81与hemiparetic女士743±471 ms;(2)VM肌肉:控制,250±77与hemiparetic女士864±506 ms。

3.2。肌肉失活延迟

图中所示的两个任务3(一个)和3 (b)健康对照显示,相对较短的失活延迟平均不到403毫秒。数据3(一个)和3 (b)分别说明每个任务,有显著失活延迟hemiparetic科目(阴影栏)和控制(白色的酒吧)LHB和VM。

3.2.1之上。任务1

中风和控制任务1比较,有显著性差异意味着失活延迟如下:(1)LHB肌肉:控制,401±204 ms与hemiparetic 1802±2601 ms;(2)VM肌肉:控制,331±173与hemiparetic女士1957±1701 ms。

3.2.2。任务2

中风和控制任务2比较,有显著性差异中风和控制意味着失活延迟如下:(1)LHB肌肉:控制,386±218 ms与hemiparetic 1681±1166 ms;(2)VM肌肉:控制,403±198 ms与hemiparetic女士,2704±2555 ms。

3.3。一致性在重复一个简单的运动任务的性能

图中所示的两个任务4(一)和4 (b)健康对照显示,高一致性的激活平均一致性在90 ms(白色的酒吧,分别地。,图4)。

3.3.1。任务1

图4(一)说明任务1,有显著区别hemiparetic和对照组为每个肌肉肌肉活动的一致性。意味着两个肌肉的一致性和测试结果如下:(1)LHB肌肉:控制,57±19和hemiparetic女士,228±233 ms;(2)VM肌肉:控制,90±68与hemiparetic女士271±226 ms。

3.3.2。任务2

图4 (b)表明任务2之间存在着显著差异hemiparetic和对照组为每个肌肉肌肉活动的一致性。的意思是一致性和测试结果如下:(1)LHB肌肉:控制,51±18和hemiparetic, 211±245;(2)VM肌肉:控制,53±14与hemiparetic女士,227±206 ms。

3.4。受体激动剂和拮抗剂激活发病之间的紧密耦合

3.4.1。任务1

任务1(图5),控制了紧耦合值范围23 - 70毫秒(平均= 35±16毫秒)。然而,hemiparetic受试者值等20 - 1530毫秒(意味着= 277±308毫秒)。任务1,大大延长间隔激活受体激动剂和拮抗剂对中风与对照组(图5;)。百分之八十五的中风科目(23/27)有紧耦合值超过对照组的范围(> 70毫秒)。

3.4.2。任务2

task 2,对照组20 - 40毫秒的紧耦合值(平均= 27±8毫秒)。然而,hemiparetic受试者值从20到1076毫秒(意味着= 233±232毫秒)。task 2,也大大延长间隔激活受体激动剂和拮抗剂对中风与对照组(图5;)。百分之八十八有紧耦合值范围之外的对照组(> 40毫秒)。

3.5。激活延迟之间的关系协调和功能性步行

有一个良好的和受损的膝盖弯曲之间的显著相关受体激动剂肌肉激活延迟(LHB)和调频协调和6 mwt功能性步行指数。任务1的相关性如下:LHB激活延迟和调频:();LHB激活延迟和6 mwt:()。任务2的相关性如下:LHB激活延迟和调频:();LHB激活延迟和6分钟:()。

相比之下,穷,没有失活延迟之间的相关性(受体激动剂或拮抗剂肌肉)和调频功能协调和6 MWT步行指数。失活的相关性从−不等。−03。32 (值范围来)。

4所示。讨论

我们发现膝盖屈肌的激活延迟和两种异常长时间的在轻偏瘫患者与对照组相比。这些发现在当前的研究中被其他类似报道对上肢肌肉(24,25)和踝关节的肌肉(23]。和激活延迟的值是相似的;例如,我们的意思是激活开始值为正常人膝关节屈肌是200 - 239±81毫秒断开,和史密斯et al。23)报道,意味着正常的激活发生肢体踝关节肌肉是270毫秒断开。其他报告正常激活延迟和中风之间的显著差异科目对踝关节肌肉激活(23]。我们的发现扩展了文学通过描述控制与中风之间的显著差异科目从膝盖屈肌和伸膝肌肉激活在弹道,单一关节膝盖弯曲运动。

根据损坏模型(26,27],通路通过一系列障碍残疾发生功能障碍。其他人已经表明,中风,关系之间存在一些缺陷和残疾模型组件。当前研究的结果扩展了文学通过识别肌肉活动延迟之间的关系,关节运动协调障碍,步行功能障碍。有中等高,肌肉激活延迟之间的显著相关性损伤关节运动协调和功能指数6 mwt行走。这些发现表明,关键是解决任何延迟治疗肌肉激活和失活那些对慢性中风患者的步态赤字。

4.1。肌肉活动延迟

异常缓慢的肌肉活动可以提出一个问题,特别是当任务要求的安全快速运动和一代的力量,作为应对挑战的平衡是真实的或在摆动阶段的步态。一些下肢运动发生在250毫秒断开期间行走以正常的速度(28]。hemiparetic主题在这项研究中,与摆动肢体屈曲损伤阶段,要求723±495毫秒断开激活膝关节屈肌在单个关节膝关节屈曲运动一个无关紧要的条件。个人,那些不能迅速flex步态的肢体在摇摆不定的阶段,有一个异常和不安全的步态模式。Buurke et al。29日)发现异常的肌肉活动时间没有恢复中风幸存者测试3,卒中后6、12、24周。他们的研究结果表明,传统康复不准确或有效地针对异常肌肉活动协调。受损的持久性协调肌肉活动时间在康复后,提供了一个潜在的原因缺乏证据的步态恢复(30.)即使在许多可用的方法,目前正在使用或测试步态训练(30.]。给定的关系协调激活时间和功能协调运动步态,关键是开发改进方法在康复治疗肌肉激活时间。

4.2。肌肉活动延迟的一致性

膝盖肌肉活动的一致性和可靠性在重复动作延迟可能影响到膝关节屈曲运动模式是否可以使用功能在步态的摆动阶段(31日]。在当前的研究中,为控制对象,激活延迟的一致性范围从58 - 96毫秒断开而hemiparetic科目,一致性范围从94到194毫秒断开。这表明无法正常情况下,可靠地控制肢体屈曲的定时精度。即膝关节肌肉没有激活一致,根据目的和期望。缺乏精确的肢体弯曲时机、步态的摆动阶段期间,可能导致下降。肌肉活动的一致性较差的延迟在摆动阶段(31日),中风幸存者可能依赖于更可预测,但不节能,加固脚步态补偿策略卒中后观察到的(32,33]。

4.3。紧耦合的肌肉激活受体激动剂/拮抗剂

在健康成年人,它已经表明,积极的膝盖运动,coactivation发生受体激动剂和拮抗剂的肌肉(34- - - - - -37]。任务在当前的研究中涉及快速运动与不添加加载和相对低摩擦。对于这样一场运动,激活受体激动剂和拮抗剂的肌肉是紧耦合的为了控制弹道运动的速度和质量,作为本研究证实为对照组。相比之下,hemiparetic对象在当前的研究中显示异常长时间滞后膝关节屈肌之间受体激动剂和膝关节伸肌的对手出现。解耦受体激动剂/拮抗剂对在一个联合能产生运动,表现出异常的变化速度在运动(运动的痉挛)。不受控制的在单关节运动速度的变化,反过来,导致受损之间的协调运动的时间之间的一个肢体或关节四肢。

4.4。研究的局限性

中风导致广泛的症状。本研究只关注膝关节肌肉和协调肌肉激活。是超出了本研究的范围与膝关节肌肉激活延迟肌肉激活延迟发生在髋关节和踝关节。这将是未来的重要工作,因为步态模式要求肌肉在所有三个下肢关节之间的协调。其次,本研究的样本量不允许探索肌肉活动障碍的差异,根据中风梗塞位置或大小。第三,中风幸存者40岁以下没有研究。最后,它是超出了本研究的范围与激活延迟这些静态测量延迟的延迟发生在步态模式。这是重要的未来的工作。

5。结论

肌肉的激活和解除激活延迟大大延长了hemiparetic主题和两膝屈肌运动控制任务。延迟激活延迟明显与孤立的下肢关节协调运动和功能性步行。一致性的肌肉活动延迟明显受损hemiparetic科目与控制。时间耦合的受体激动剂/拮抗剂肌肉激活延迟是hemiparetic受损对象和控件。综上所述,这些研究结果提供的证据表明,中风后肌肉异常的时间特征与关节运动协调障碍和残疾。因为这些缺陷和残疾后坚持传统步态训练和康复,关键是开发方法来更准确的目标治疗肌肉的激活和解除激活延迟和dyscoordination异常。

确认

本文由退伍军人事务部的统计,支持和康复研究办公室,赠款B2226R B5080S。

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