Resumen
Es bien sabido que el reposo prolongado en cama induce debilidad muscular, atrofia muscular, falta de condición cardiovascular, pérdida ósea, pérdida de capacidad funcional y desarrollo de resistencia a la insulina. Se prevé que la estimulación eléctrica neuromuscular sea una estrategia de intervención en caso de desuso debido al reposo en cama. Un sistema de entrenamiento híbrido (HTS), estimulación eléctrica neuromuscular sincronizada para ejercicio voluntario utilizando un sensor de movimiento articular, puede aumentar la carga de ejercicio mediante reposo en cama. Evaluamos el consumo de oxígeno o la frecuencia cardíaca durante el ejercicio de flexión de rodillas en posición supina en una cama, ambos combinados simultáneamente con HTS y sin HTS para evaluar la intensidad del ejercicio en diferentes días en diez sujetos sanos (8 hombres y 2 mujeres) mediante un ensayo cruzado controlado aleatorio. . Los valores de consumo relativo de oxígeno durante el ejercicio de flexión de rodilla con HTS fueron significativamente mayores que aquellos durante el ejercicio de flexión de rodilla sin HTS (7,29 ± 0,91 ml/kg/min vs. 8,29 ± 1,06 ml/kg/min; p = 0,0115). Ese incremento con HTS fue una media de 14,42 ± 13,99%. Los equivalentes metabólicos durante el ejercicio de flexión de rodilla con HTS y sin HTS fueron 2,08 ± 0,26 y 2,39 ± 0,30, respectivamente. Los valores de frecuencia cardíaca durante el ejercicio de flexión de rodillas con HTS fueron significativamente mayores que aquellos durante el ejercicio de flexión de rodillas sin HTS (80,82 ± 9,19 bpm vs. 86,36 ± 5,50 bpm; p = 0,0153). HTS podría aumentar la carga de ejercicio durante el ejercicio de flexión de rodillas, lo cual es fácil de implementar en una cama. La HTS podría ser una técnica útil como contramedida contra el desuso debido al reposo en cama, por ejemplo durante cuidados intensivos o la cuarentena para la profilaxis de infecciones.
Introducción
Es bien sabido que en los astronautas se produce atrofia muscular, falta de condición cardiovascular, pérdida ósea, pérdida de capacidad funcional y desarrollo de resistencia a la insulina debido al desuso (1, 2). El reposo en cama provoca un desuso similar (3), aunque en el pasado se prescribía reposo en cama para otras condiciones clínicas, como el reposo en cuidados intensivos o la cuarentena para prevenir infecciones. Se espera que los programas de entrenamiento de fuerza o ejercicio aeróbico prevengan la atrofia por desuso y el descondicionamiento (4). Sin embargo, la evidencia sobre las intervenciones que involucran solo entrenamiento de fuerza o ejercicio aeróbico solo sigue siendo incierta (4). Además, algunos pacientes en hospitales de cuidados intensivos tienen dificultades incluso para ponerse de pie. Algunos pacientes no pueden hacer ejercicio con una intensidad de 3 equivalentes metabólicos (MET), como caminar. Necesitamos ejercicio relativamente eficiente y simple que se pueda realizar en una cama para evitar el desuso durante el reposo en cama.
La estimulación eléctrica neuromuscular (EENM) se usa ampliamente para disminuir las complicaciones del desuso durante los vuelos espaciales o el reposo en cama al aumentar la fuerza y la masa muscular.5–7). Además, es bien sabido que la NMES regula positivamente el metabolismo de la glucosa y el consumo máximo de oxígeno.8, 9). Además, se dice que la aplicación combinada de estimulación eléctrica (ES) y contracciones volitivas (VC) (realizar ES durante la VC de forma no simultánea o simultánea) es más efectiva que la ES o la VC solas (10). El sistema de entrenamiento híbrido (HTS) es una de las técnicas que combina simultáneamente VC y ES, y puede utilizarse durante ejercicios como la marcha ergométrica. HTS utiliza contracciones excéntricas estimuladas eléctricamente. Las contracciones excéntricas son importantes para el fortalecimiento muscular (11). Además, las contracciones excéntricas estimuladas eléctricamente son reconocidas como una técnica de fortalecimiento muscular, porque podemos obtener un mayor torque muscular (carga de ejercicio) que con las contracciones concéntricas solas (12, 13). Se ha informado que el HTS puede aumentar tanto la fuerza como la masa muscular incluso cuando la intensidad del ejercicio es relativamente baja.14–17). Además, hemos informado que el ejercicio en ergómetro utilizando HTS conduce a un mayor aumento en el costo metabólico (18, 19). El ejercicio de flexión de rodillas, una de las primeras movilizaciones comunes en la cama, se recomienda para pacientes críticos (20). Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que al combinar HTS con ejercicios de flexión de rodillas se puede proporcionar una intensidad de ejercicio que se puede realizar fácilmente en una cama. Puede ser una técnica de ejercicio útil para la prevención del desuso debido al reposo en cama.
El propósito del presente estudio es comparar el costo metabólico entre el ejercicio de flexión de rodillas en una cama con y sin HTS mediante el análisis de gases espirados.
Métodos
Materias
Este protocolo de estudio fue aprobado por el Comité de Ética de la Universidad de Kurume (No.19209) y registrado en el Registro de Ensayos Clínicos de la UMIN (UMIN000039336). Tras la aprobación, se obtuvo el consentimiento informado por escrito de 10 personas sanas (8 hombres y 2 mujeres, edad 28,9 años (DE = 8,5) que habían revisado los objetivos del estudio y aceptaron participar. Los sujetos de este estudio fueron participantes sanos como investigación preliminar. antes de dirigirse a los pacientes clínicos Cuando se inscribieron los participantes, el personal que no participó en la intervención y la evaluación aleatorizó la secuencia de intervención utilizando un generador de números aleatorios y sobres opacos sellados con un tamaño de bloque de 5 para asignarlos al grupo A (el. En primer lugar se realizó la prueba de ejercicio de flexión de rodillas con HTS) o en el grupo B (en primer lugar se realizó la prueba de ejercicio de flexión de rodillas sin HTS) (Higo 1). Se aplicaron criterios de inclusión: edad entre 20 y 50 años, no fumadores, índice de masa corporal inferior a 30, actividad física normal y función física normal. Un especialista en ortopedia y rehabilitación juzgó la función física normal a partir de hallazgos físicos como la fuerza muscular, la sensación y la amplitud de movimiento según los criterios de la Asociación Ortopédica Japonesa. Los criterios de exclusión fueron que los sujetos tuvieran: algún problema musculoesquelético, antecedentes médicos adversos que afectaran la función cardiorrespiratoria o algún tipo de tratamiento médico. Establecimos estos criterios para minimizar posibles efectos de confusión de las características de los sujetos sobre las pruebas de ejercicio en este estudio. Tampoco debían participar en ninguna actividad deportiva regular durante el período de estudio.
Los sujetos fueron asignados aleatoriamente al grupo A (primero se realizó la prueba de ejercicio de flexión de rodillas con sistema de entrenamiento híbrido) o al grupo B (primero se realizó la prueba de ejercicio de flexión de rodillas sin sistema de entrenamiento híbrido) y luego pasaron a la prueba de ejercicio alternativa en diferentes días separados. por un intervalo de una semana como período de lavado.
Diseño
Realizamos dos pruebas de ejercicio cardiopulmonar en el laboratorio clínico del centro de rehabilitación mediante un ensayo cruzado, controlado y aleatorizado (Higo 1). Es muy difícil tanto para el sujeto como para el investigador cegar completamente la presencia o ausencia de estimulación eléctrica. Además, debemos minimizar la influencia de la diferencia individual. Por lo tanto, elegimos un ensayo cruzado en este estudio. Las condiciones ambientales fueron similares para todas las pruebas de ejercicio (21 a 24 grados centígrados, 45 a 55% de humedad relativa). Medimos el intercambio de gases mientras los sujetos hacían ejercicios de flexión de rodillas con una tabla RISTA (NIPPON SIGMAX Co, Tokio, Japón) con la carga de resistencia de ejercicio más baja utilizando el siguiente protocolo después de un descanso de 30 minutos. La tabla RISTA es un dispositivo médico japonés para facilitar los ejercicios de flexión de rodillas en posición supina en una cama. Utilizamos el dispositivo para lograr un ejercicio estable de flexión de rodillas sobre una superficie plana. Durante las pruebas, los datos de intercambio de gases se recogieron continuamente con un sistema automatizado respiración a respiración (AE-100i, Minato Medical Science Co. Ltd., Osaka, Japón) utilizando la técnica estándar. El AE-100i consta de una microcomputadora, un medidor de flujo de alambre caliente y un analizador de gas, que contiene un tubo de muestreo, un filtro, una bomba de succión y un analizador de oxígeno (O2) fabricado por un O paramagnético.2 transductor y un analizador infrarrojo de dióxido de carbono (CO2). Los parámetros ventilatorios se midieron utilizando un medidor de flujo de alambre caliente y el medidor de flujo se calibró con una jeringa de volumen conocido (2,0 l). Un sensor de circonio y un analizador de absorción de infrarrojos midieron, respectivamente, las concentraciones de O2 y CO2. El analizador de gases se calibró a niveles de gas estándar conocidos (O2 15,16 %, CO2 5,023 %) antes de cada prueba. Los coeficientes de correlación intraclase utilizando el Caso 2 (2,1) para el VO2 del resultado primario fueron 0,876 en nuestro laboratorio clínico. Además, la frecuencia cardíaca (FC, latidos/min) fue monitoreada continuamente mediante electrocardiograma durante las pruebas. El O2 y el CO2 se calcularon y registraron durante las siguientes pruebas de ejercicio.
Intervención
La prueba de ejercicio de flexión de rodilla se realizó como dos pruebas (con HTS o sin HTS) para el análisis del gas espirado. Los participantes descansaron durante 30 minutos en posición supina para minimizar la influencia de la actividad física antes de la prueba de esfuerzo. Al principio, los sujetos descansaron durante cinco minutos en posición sentada para evaluar el costo metabólico básico de la inactividad mientras estaban sentados tranquilamente. Luego, los participantes realizaron las pruebas de ejercicio de flexión de rodilla con o sin HTS según una secuencia asignada antes de la prueba de ejercicio. Luego, los participantes realizaron la transición a la prueba de ejercicio alternativa en diferentes días separados por un intervalo de una semana como período de lavado. Por lo tanto, el participante que realizó primero la prueba de ejercicio con HTS realizó a continuación la prueba de ejercicio sin HTS. En el ejercicio de intervención, los sujetos realizaron el ejercicio de flexión de rodilla con contracciones recíprocas de flexión y extensión de rodilla de 2 segundos (45 grados/seg) a una velocidad de 1 Hz usando un metrónomo durante 5 minutos con HTS o sin HTS en posición supina sobre una superficie plana. después de calentar a velocidad lenta durante 3 minutos (Higo 2). Sucesivamente, los sujetos realizaron 2 minutos de enfriamiento. Por lo tanto, tuvieron un tiempo total de ejercicio de 10 minutos en cada una de las dos pruebas en consideración de la fatiga muscular. El rango de movimiento de la articulación de la rodilla se estableció en un arco de casi 90° que se extendía de 20° a 110° (0° indica extensión completa de la rodilla). Al inicio del ejercicio de carga constante, el O2 aumenta monoexponencialmente en individuos sanos con un tiempo constante para alcanzar un estado estable por debajo del umbral de lactato en aproximadamente 3 minutos.21). Por lo tanto, promediamos los datos de FC y gases espirados durante los últimos 2 minutos del tiempo de ejercicio intervencionista de 5 minutos de cada prueba y los utilizamos para el análisis de datos.
Los sujetos se tumbaron en posición supina sobre una superficie plana con sus cuádriceps estimulados eléctricamente mientras intentaban doblar la rodilla y sus isquiotibiales estimulados eléctricamente mientras intentaban extender la rodilla. El momento de la estimulación eléctrica fue controlado por un sensor de movimiento articular adjunto a la rodilla. Doblaron y estiraron alternativamente las extremidades inferiores izquierda y derecha.
Protocolo HTS.
La HTS se combinó con ejercicios de flexión de rodillas en posición supina sobre una superficie plana con un estimulador eléctrico (HIZA TRAINER, EU-JLM50S, Panasonic Corporation, 1006 Ohaza-Kadoma, Kadoma City, Osaka, Japón). Esto proporcionó un estímulo de voltaje constante a los electrodos de la piel (voltaje regulado)”. Este estimulador es un equipo médico doméstico que incluye una banda envolvente para fijar el dispositivo y sensores o electrodos de aceleración durante el ejercicio. Los sensores de aceleración actúan como sensores de movimiento conjunto (EWTS9PD, Home Appliances Development Center Corporate Engineering Division, Appliances Company Panasonic Corporation 2-3-1-2 Noji-higashi, Kusatsu City, Shiga, Japón) y se colocan en la parte delantera de cada pata. 88 mm por encima del borde rotuliano. Los sensores analizan el algoritmo de cada patrón de marcha y estimulan el flexor o extensor de acuerdo con el movimiento de cada articulación bilateral de la rodilla durante el ejercicio de flexión de rodilla (Higo 2). Electrodos (Sekisui Plastics Co.,…
