功能性电刺激循环治疗脊髓损伤

概述［|]

功能性电刺激(FES)利用电脉冲直接刺激运动神经元或去神经肌纤维，在功能性活动中引起收缩。^[1]FES在治疗骨科和神经系统疾病方面有着悠久的历史。^[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中进行足背屈，或在全膝关节置换术后加强股四头肌。

FES Cycling通过对肌肉和/或神经的电刺激来收缩与骑车相关的肌肉。在一个完整的旋转后，每一块肌肉都将被刺激一次，并以适当的时间和强度来适合骑行。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]上肢FES循环运动激活的肌肉包括肱二头肌和肱三头肌。^[1]FES自行车将检测肌肉输出功率的变化，并在肌肉开始疲劳时激活马达以辅助骑行。随着时间的推移，可以通过监测运动贡献量来跟踪进展。^[3]

FES循环可以最大限度地通过活动依赖性恢复功能[2]在脊髓损伤患者中，每周2-3次骑行，持续10周，显示出总骑行能力、耐力、瘦肌肉和下肢运动和感觉ASIA损伤量表得分的改善，这对经历慢性瘫痪影响的个体尤其重要。^[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]FES自行车运动为那些没有能力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［|]

目前在美国至少有三家公司生产FES自行车。

1. 治疗联盟公司是历史最悠久的制造商之一，生产ERGYS 3下肢循环康复系统(治疗联盟)。
2. 恢复性疗法公司提供的RT300-S可以直接从个人的轮椅上操作，无需转移。修复疗法供应美国，加拿大，澳大利亚和国际上其他国家［6］。
3. Myolin生产的mycycle Home和mycycle Pro都是为家庭使用而设计的。鉴于它是最经济实惠且操作简单的FES自行车，它使人们能够使用自行车和锻炼，而不必面对与无障碍相关的障碍^[7]。mycycle Home的费用是9000美元;包括一切你需要在家里开始，包括航运，3个月的电极供应，并通过电子邮件每周进度报告。myycle Pro目前售价13,500美元，也可以出租^[7]。

然而，FES自行车并不便宜，价格从9,000美元到30,000美元不等，并不是所有私人保险公司都承保。^[8]新自行车的价格一般在16000美元到30000美元之间。^[8]鉴于该设备的高成本，许多人通过社区设置获得FES自行车。在专门的健身房或康复中心，物理治疗师和其他合格的运动专业人员可以帮助使用电极和校准机器。^[9]目前，提供FES自行车的设施很少。

好处［|]

物理［|]

• 增加心血管健康[2]
• 通过毛细血管数目的增加和葡萄糖代谢的增加来影响代谢^[2]
• 肌肉的大小，力量和整体纤维面积增加^[2]
• 增加骨密度和恢复骨量的能力^[2]
• 提高并保持活跃的活动范围^[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［|]

• 通过参加有规律的运动改善健康状况[13]
• 看到自己的腿部肌肉收缩并能够骑自行车，人们会感到满足^[13]
• 个人可以通过与有类似情况的人一起骑自行车来参与社交活动^[13]
• 整体生活质量的提高^[10]

风险［|]

• 一些人在骑自行车的时候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经历痉挛加剧^[13]
• 皮肤或关节受伤(水泡、压疮、肌肉撕裂等)^[13]
• 骑自行车是比FES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/或运动功能丧失^[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]
• 受损或有危险的皮肤^[15]
• 心力衰竭(局部)^[15]
• 感染(本地)^[15]
• 恶性肿瘤(本地)^[15]
• 最近辐射组织(局部)^[15]
• 肺结核(本地)^[15]
• 电子设备(本地)^[15]
• 血液循环受损(本地)^[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循环通常需要约30Hz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。为了获得更高的期望输出，频率应该设定在50 - 60赫兹，每次30分钟。疲劳，应该不是一个问题，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，训练平台可能是常见的，这通常是由于缺乏运动强度的进展。[17]这是因为与随意肌刺激相比，FES会使肌肉迅速疲劳。与较慢的踏板节奏相比，更快的踏板节奏(50 RPM)产生的最大扭矩会迅速下降，而较慢的踏板节奏会产生更高的功率输出。^[17]相反，当节奏较慢(20 RPM)时，工作肌肉产生的力量较大，但功率产生减少。^[17]因此，选择正确的训练节奏(20转/分钟- 50转/分钟)应该取决于个人的目标，要么增加力量，要么增加力量。

脉冲持续时间［|]

较长的脉冲持续时间，例如350微秒和500微秒，与较低的脉冲持续时间200微秒相比，会导致能量消耗(休息能量消耗-运动能量消耗)的较大差异。[18]与上面提到的相比，脉冲持续时间较长的小爆发没有任何有意义的差异，似乎会引发更多延迟性肌肉酸痛(DOMS)的症状。^[18]对于T6以上脊髓损伤的患者来说，高脉冲持续时间可能会引发自主神经反射障碍，因此在给患者开处方时要谨慎。

治疗强度［|]

强度的变化取决于运动神经元是否完整，或者肌肉是否需要直接刺激来引起收缩。失去神经的肌肉需要高达100倍以上的电能来引起肌肉纤维的收缩。[1]用于功能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发生。有表面碳电极，粘在自行车短裤上，还有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并且非常昂贵，但它们可以刺激髂腰肌等深层肌肉的神经。^[1]使用更大尺寸的电极对个体来说更舒适，特别是当需要更大的电流来刺激失神经肌肉时。^[1]这是因为当应用程序的表面较大时，电流密度较小。主要受刺激的肌肉包括: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，根据整个循环中腿部的角度不同，在不同的时间刺激肌肉。^[1]自行车或踏板上的角度探测器将向刺激装置发送信息，以便对腿部收缩的顺序进行计时。^[1]

参考文献［|]