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Funktionelle Elektrostimulation paraplegischer · PDF fileKern H. Funktionelle Elektrostimulation Paraplegischer Patienten. ÖZPM, Österreichische Zeitschrift ÖZPM, Österreichische

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  • Electrical Stimulation on Paraplegic Patients

    Eur J Trans Myol - Basic Appl Myol 2014; 24 (2): 75-157

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    Funktionelle Elektrostimulation paraplegischer Patienten

    Helmut Kern

    Adapted from: Kern H. Funktionelle Elektrostimulation Paraplegischer Patienten. ÖZPM, Österreichische Zeitschrift

    für Physikalische Medizin, 1995, 5 (Supplement) 1-75. ISSN 1021-4348

    Grund- und Integrativwissenschaftlichen Fakultät der Universität Wien; Ludwig Boltzmann

    Institute of Electrical Stimulation and Physical Rehabilitation, Vienna; Institut für Physical

    Medizin, Wilhelminenspital, Vienna, Austria

    Abstract

    Functional Electrical Stimulation on Paraplegic Patients. We report on clinical and

    physiological effects of 8 months Functional Electrical Stimulation (FES) of quadriceps

    femoris muscle on 16 paraplegic patients. Each patient had muscle biopsies, CT-muscle

    diameter measurements, knee extension strength testing carried out before and after 8 months

    FES training. Skin perfusion was documented through infrared telethermography and xenon

    clearance, muscle perfusion was recorded through thallium scintigraphy. After 8 months FES

    training baseline skin perfusion showed 86 % increase, muscle perfusion was augmented by 87

    %. Muscle fiber diameters showed an average increase of 59 % after 8 months FES training.

    Muscles in patients with spastic paresis as well as in patients with denervation showed an

    increase in aerob and anaerob muscle enzymes up to the normal range. Even without axonal

    neurotropic substances FES was able to demonstrate fiberhypertrophy, enzyme adaptation and

    intracellular structural benefits in denervated muscles. The increment in muscle area as visible

    on CT-scans of quadriceps femoris was 30 % in spastic paraplegia and 10 % in denervated

    patients respectively. FES induced changes were less in areas not directly underneath the

    surface electrodes. We strongly recommend the use of Kern`s current for FES in denervated

    muscles to induce tetanic muscle contractions as we formed a very critical opinion of

    conventional exponential current. In patients with conus-cauda-lesions FES must be integrated

    into modern rehabilitation to prevent extreme muscle degeneration and decubital ulcers. Using

    FES we are able to improve metabolism and induce positive trophic changes in our patients

    lower extremities. In spastic paraplegics the functions „rising and walking“ achieved through

    FES are much better training than FES ergometers. Larger muscle masses are activated and an

    increased heart rate is measured, therefore the impact on cardiovascular fitness and metabolism

    is much greater. This effectively addresses and prevents all problems which result from

    inactivity in paraplegic patients.

    Key Words: Paraplegia, Functional Electrical Stimulation (FES), muscle biopsy, fiber size,

    histochemical changes, enzyme-activity, force-measurement, Xenon 133, Thallium 201, IR-

    Thermography Eur J Trans Myol - Basic Appl Myol 2014; 24 (2): 75-157

    Kurzfassung Die klinischen und physiologischen Auswirkungen

    einer 8 monatigen Funktionellen Elektrostimulation

    (= FES) im M. quadriceps wurden an 16

    Paraplegikern verifiziert. Dazu wurden

    Muskelbiopsien, CT-Muskelflächenbestimmungen

    und Kraftmessungen VOR und NACH der

    8monatigen FES-Trainingsperiode bei jedem

    Probanden durchgeführt. Die Durchblutungs-

    förderung der FES wurde mittels Xenon-Clearance

    und Infrarot-Telethermographie für die Haut sowie

    Thallium-Szintigraphie für die Muskulatur bestimmt.

    Nach 8monatiger täglicher FES der

    Oberschenkelmuskulatur fand sich eine Erhöhung der

    Haut-Ruhedurchblutung um ca. 86 % sowie eine

    Erhöhung der Muskeldurchblutung um

    durchschnittlich 87 % gegenüber den Ausgangswerten.

    Die Muskelfaserquerschnitte nahmen nach 8monatiger

    FES im Median um 59 % zu. Die Erhöhung der

    anaeroben und der aeroben Enzyme bis in den

    Normbereich gesunder Muskulatur wurde bei spastisch

    gelähmten und bei denervierten Muskeln erreicht. Die

    Funktionelle Elektrostimulation war auch ohne

    neurotrope Substanzen in der Lage, bei denervierten

  • Electrical Stimulation on Paraplegic Patients

    Eur J Trans Myol - Basic Appl Myol 2014; 24 (2): 75-157

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    Muskeln eine Faserhypertrophie, eine

    Enzymadaptation und eine intrazelluläre

    Strukturverbesserung auszulösen. Die Vergrößerung

    der computertomographischen Quadriceps-Fläche

    betrug bei den spastisch gelähmten Patienten ca. 30

    % und bei den denervierten Patienten ca. 10 %. Im

    Muskelareal zwischen den Elektroden war bei

    denervierter Muskulatur ein viel geringerer

    Trainingseffekt festzustellen.

    Für die praktische Durchführung der Funktionellen

    Elektrostimulation bei denervierter Muskulatur muss

    ein spezieller Schwellstrom nach Kern für tetanische

    Muskelkontraktionen gefordert und der

    herkömmliche Exponentialstrom kritisch betrachtet

    werden.

    Die Funktionelle Elektrostimulation bei denervierten

    Conus-Cauda-Patienten muß als integrierter

    Bestandteil der modernen Querschnittsrehabilitation

    gefordert werden, um die extreme Muskel-

    degeneration zu verhindern und die nachgewiesenen

    klinischen Effekte zur Dekubitusprophylaxe

    auszunützen.

    Die Funktionelle Elektrostimulation ist bei den

    spastisch gelähmten Patienten mit den Funktionen

    “Aufstehen” und “Gehen” den Trainingsformen der

    FES-Ergometrie hinsichtlich Aktivierung größerer

    Muskelmassen und Herzfrequenz-Steigerung

    überlegen und fördert den Gesamtmetabolismus, die

    kardiovaskuläre Fitness und die Prävention aller

    Bewegungsmangelsyndrome bei querschnitt-

    gelähmten Paraplegikern. Die FES soll als

    zusätzliche Trainingsform und als sportliche

    Bewegungsaktivierung, mind. 3-4 x wöchentlich, in

    der Rehabilitation spastisch-gelähmter Patienten

    eingesetzt werden.

    Schlüsselwörter: Paraplegie, Funktionelle Elektro-

    stimulation (FES), Muskelbiopsie,

    Faserhypertrophie, aerobe und anaerobe Enzyme,

    Computertomographie, Xenon 133, Thallium 201,

    IR-Thermographie.

    I EINLEITUNG

    1. Zur Geschichte der Funktionellen Elektro-

    stimulation

    2. Elektrostimulation in der Physikalischen Medizin und

    Rehabilitation

    II GRUNDLAGEN UND STAND DES WISSENS

    1. Aufgaben und Ziele der Funktionellen Elektro-

    stimulation bei Paraplegie A) Trophik und Metabolismus

    B) Mögliche Funktionen mit FES bei Paraplegie

    2. Erste klinische Anwendungen der “Wiener Systeme”:

    A) Die FES mit Oberflächenelektroden - Unsere

    klinischen Erfahrungen

    - Spastische Patienten

    - Denervierte Patienten

    B) Weltweit erste Implantation eines Beinschrittmachers

    3. Fragestellung zur Untersuchung

    III METHODIK

    1. Versuchsanordnung und Patienten

    2. Technische Voraussetzungen und Ausrüstung

    A) Oberflächenstimulationsgeräte und Zubehör

    B) Stimulationsparameter und Trainingsanweisungen

    3. Zur Methodik der nuklearmedizinischen Durch-

    blutungsmessung:

    A) Xenon-133-Clearance für die Hautdurchblutung

    B)Thallium-Szintigraphie für die Muskeldurchblutung

    4. Zur infrarot-telethermographischen Untersuchung

    5. Zur computertomographischen Bestimmung der

    Muskelquerschnittsflächen

    6. Methodik der Kraftmessung im M. quadriceps femoris

    gelähmter Patienten

    7. Methodik der Muskelbiopsien:

    A) Histologie

    B) Enzymchemie

    IV ERGEBNISSE UND DISKUSSION

    1. Ergebnisse der technischen Vorversuche und

    Entwicklung

    A) Technische Ausrüstung und Optimierung der

    Stimulation

    B) Technische Empfehlungen für die Praxis der FES

    2. Ergebnisse der nuklearmedizinischen Durchblut-

    ungsmessungen

    A) Ergebnisse der Xenon-Clearance B) Ergebnisse der

    Thallium-Szintigraphie

    3. Ergebnisse der Infrarot-Telethermographie

    4. Ergebnisse der CT-Muskelflächenbestimmung

    5. Ergebnisse und Diskussion der Kraftmessung

    6. Ergebnisse der Muskelbiopsie

    A) Histologie:

    - Faserdurchmesser

    - Fasertypisierung

    B) Enzymchemie

    V ZUSAMMENFASSUNG

    VI LITERATURVERZEICHNIS

    I EINLEITUNG 1. Zur Geschichte der Funktionellen Elektrostimulation

    Berühmt sind die physiologischen Experimente von

    Galvani, der um 1791 mit Hilfe der "Berührungs-

    elektrizität" Froschmuskeln zur Kontraktion brachte.

    Aber schon viel früher wurde natürlich vorkommende

    Elektrizität zu Heilzwecken eingesetzt. Überliefert sind

    die Heilungsversuche des römischen Arztes Scribonius

    Largos bei verschiedenen Schmerzzuständen mit Hilfe

    der elektrisierenden Schläge des Zitterrochens.

    In Deutschland bemühten sich in der ersten Hälfte des

    18. Jahrhunderts Kratzenstein, Krüger, Klyn, nach der

    Erfindung der Elektrisiermaschine, besonders bei

    peripheren und zentralen Lähmungen Heilung durch

    El

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