功能性电刺激循环治疗脊髓损伤

概述［|］

功能性电刺激(FES)使用电脉冲直接刺激运动神经元或去神经的肌肉纤维，以引起功能性活动期间的收缩。^[1]FES在治疗骨科和神经系统疾病方面有着广泛的历史。^[２]例如，FES可用于激活胫骨前肌，以帮助足下垂患者在整个步态周期内背屈足，或在全膝关节置换术后加强股四头肌。

FES自行车运动对肌肉和/或神经进行电刺激，以收缩与自行车运动相关的肌肉。在一个完整的旋转之后，每一块肌肉都将受到一次刺激，刺激的时间和强度都适合于骑行。例如，下肢FES骑行会激活腘绳肌、股四头肌、臀肌和小腿肌肉。^[1]被上肢FES自行车运动激活的肌肉包括肱二头肌和肱三头肌等等。^[1]FES自行车将检测肌肉的动力输出变化，并在肌肉开始疲劳时激活马达，以协助骑行。随着时间的推移，可以通过监测运动的贡献量来跟踪进展。^[3]

FES循环可以最大限度地通过依赖活动恢复功能[２]脊髓损伤患者每周骑行2-3次，持续10周，显示总骑行力、耐力、瘦肌肉增加，下肢亚洲损伤量表(ASIA Impairment Scales)运动和感觉评分均有所改善，这对经历慢性瘫痪影响的患者尤其重要。^[4]

脊髓损伤患者在参加体育活动时面临许多障碍，这增加了他们患与久坐生活方式相关的慢性疾病的风险。^［5］自行车运动为那些无法参加其他形式运动的人提供了一种方便的运动形式，以唤起运动所能带来的身体和心理上的好处。

成本和可及性［|］

目前至少有三家公司在美国生产FES自行车。

1. 治疗联盟，公司，最古老的制造商之一，生产ERGYS 3康复系统下肢循环(治疗联盟)。
2. Restorative Therapies, Inc.提供的RT300-S可以直接从个人的轮椅上操作，无需转移。恢复疗法供应美国，加拿大，澳大利亚和其他国家的国际[6]．
3. Myolin生产的mycycle Home和mycycle Pro都是为家庭使用而设计的。考虑到它是最经济实惠、操作简单的FES自行车，它使人们能够使用自行车和锻炼，而不必面临与可达性相关的障碍^[7]．MyoCycle Home的费用为9000美元;包括你需要在家里开始的一切，包括运输，3个月的电极供应，和每周的进度报告通过电子邮件。MyoCycle Pro目前售价为13,500美元，也可租用^[7]．

然而，FES自行车并不便宜，价格从9000美元到3万美元不等，而且不包括在所有私人保险公司。^[8]新自行车的价格一般在1.6万美元到3万美元之间。^[8]考虑到该设备的高成本，许多人通过社区设置来使用FES自行车。专业健身房或康复中心的理疗师和其他合格的运动专业人士可以帮助安装电极和校准机器。^[9]目前，配备FES自行车的设施很少。

好处［|］

物理［|］

• 增强心血管健康[２]
• 通过增加毛细血管数目和增加葡萄糖代谢来影响代谢^[２]
• 肌肉的大小、力量和整体纤维面积都会增加^[２]
• 增加骨密度和恢复骨量的能力^[２]
• 改善和维持活动范围^[10]
• 增加功率输出^[11]
• 恢复知觉^[12]
• 减少痉挛^[10]
• 改善血糖控制^[4]

心理［|］

• 定期参加运动，改善健康状况[13]
• 看到自己的腿部肌肉收缩，能够骑自行车，人们会感到满足^[13]
• 个人可以通过和有类似情况的人一起骑车来参与社交活动^[13]
• 全面提高生活质量^[10]

风险［|］

• 有些人在使用自行车时会增加自主神经反射障碍的风险[13]
• 有些人在使用自行车后会感到痉挛加剧^[13]
• 皮肤或关节的损伤(水泡、压疮、肌肉撕裂等)^[13]
• 骑自行车是一种比步行更安全的选择，因为它降低了摔倒的风险^[1]

适应症、注意事项和禁忌症［|］

迹象［|］

• 肌肉萎缩[２]^[14]
• 心血管退化^[２][14]
• 下肢感觉和/或运动丧失^[２][4]
• 骨退化^[２]
• 痉挛状态^[２][4]

禁忌症［|］

• 活动性深静脉血栓形成或血栓性静脉炎[15]
• 出血性条件^[15]
• 怀孕^[15]
• 受损或处于危险的皮肤^[15]
• 心力衰竭(局部)^[15]
• 感染(本地)^[15]
• 恶性肿瘤(本地)^[15]
• 近期辐射过的组织(局部)^[15]
• 肺结核(本地)^[15]
• 电子设备(本地)^[15]
• 血液循环障碍(局部)^[15]

预防措施［|］

• 活跃的松果体[15]
• 受损的感觉^[15]
• 认知障碍^[15]
• 沟通障碍^[15]
• 皮肤病^[15]
• 再生神经^[15]
• 乏力^[２]

协议［|］

频率［|］

FES循环通常需要30Hz左右的频率才能有效刺激。然而，为了优化治疗，个人产生的更高功率输出是理想的。为了获得更高的输出，频率应以50 - 60Hz为目标，进行30分钟的锻炼。疲劳，不应该是一个问题，如果考虑到节奏。[16]

节奏［|］

在使用这种治疗的脊髓损伤患者中，训练停滞期可能很常见，这通常是由于运动强度缺乏进展造成的。[17]这是因为与随意肌肉刺激相比，FES会导致快速肌肉疲劳。与较慢的踏板节奏产生更高的功率输出相比，较快的踏板节奏(50转/分)，个人产生的最大扭矩迅速下降。^[17]相反，当节奏较慢时(20转/分钟)，工作肌肉产生的力量较高，但功率产生减少。^[17]因此，选择合适的节奏(每分钟20转-每分钟50转)进行训练应该取决于个人的目标是增加力量还是增加力量。

脉冲持续时间［|］

较高的脉冲持续时间，例如350微秒和500微秒，与较低的200微秒脉冲持续时间相比，会导致更大的能量消耗差异(休息能量消耗-运动能量消耗)。[18]与上面提到的相比，高脉冲持续时间的小爆发没有任何有意义的差异，似乎引发了更多的迟发性肌肉酸痛(DOMS)症状。^[18]对于T6以上脊髓损伤的患者，在开高脉冲持续时间的处方时要谨慎，因为高脉冲持续时间可能会引发自主神经反射障碍。

治疗强度［|］

强度取决于运动神经元是否完整或肌肉是否需要直接刺激来引起收缩。失去神经的肌肉需要100倍以上的电能来引起肌肉纤维的收缩。[1]用于功能性电刺激的电流通常在120 MA到300 MA之间，最常用的参数是150 MA。^[1]

电极及其激活［|］

有不同类型的电极，可用于FES循环。电刺激可以通过植入电极或表面电极进行。还有附着在自行车短裤上的表面碳电极，以及其他可以植入体内的电极。[1]虽然植入的微刺激器需要手术，而且非常昂贵，但它们可以刺激深层肌肉的神经，比如髂腰肌。^[1]使用更大尺寸的电极对个人来说更舒服，特别是当刺激失去神经的肌肉需要更多电流时。^[1]这是因为当应用的表面较大时，电流密度较小。主要受到刺激的肌肉包括:股四头肌、腘绳肌、臀肌和小腿肌肉。^[1]至少使用6个电极来刺激肌肉，根据腿部在整个周期中的角度在不同的时间发生。^[1]自行车或踏板上的角度检测器将向刺激装置发送信息，以计时腿部收缩的顺序。^[1]

参考文献［|］