Name: experimental protocol of a three-minute, all-out arm crank exercise test in spinal-cord injured and able-bodied individuals
Uploaded: 2017-06-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Protocol of a Three-minute, All-out Arm Crank Exercise Test in Spinal-cord Injured and Able-bodied Individuals at JoVE.com

Wir sind dankbar für die Unterstützung von Martina Lienert und Fabienne Schaufelberger während der Übungsprüfung sowie von PD Claudio Perret, PhD für seine wissenschaftliche Beratung.

Die Studie wurde vom örtlichen Ethikkomitee (Ethikkommission Nordwest- und Zentralschweiz, Basel, Schweiz) genehmigt und von den Teilnehmern wurde eine schriftliche Zustimmung erteilt. 1. Testvorbereitung und Teilnehmeranweisung <ol><li> Armkurbel Ergometer <ol><li> Schalten Sie das Drehzahlabhängige Arm-Kurbel-Ergometer vor dem Öffnen der Software ein. </li><li> Wählen Sie das Testprotokoll für die 3 min, all-out Ergometer-Test. <ol><li> Legen Sie ein neues Protokoll mit einem 120 s warmup, 180 s Testdauer und einer 720 s Abklingzeit ein. Wählen Sie dieses Testprotokoll und öffnen Sie ein neues Teilnehmerblatt. </li></ol></li><li> Für jeden neuen Test bestimmen Sie die Körpermasse des Teilnehmers vorher. </li><li> Setzen Sie den relativen Drehmomentfaktor auf 0,2 für fähige und querschnittsgelähmte Personen ( zB für einen 100-kg-Teilnehmer mit einem relativen Drehmomentfaktor von 0,2, ein Drehmoment von 20 Nm Ergebnisse) 12 . <ol><li> Tragen Sie einen niedrigeren Drehmomentfaktor für tetraplegische Teilnehmer in Abhängigkeit von der Läsionsniveau der Rückenmarksverletzung an; Für die Ermittlung des optimalen relativen Drehmomentfaktors für den jeweiligen Teilnehmer sind zwei oder mehr Vertrautungsversuche erforderlich. </li><li> Führen Sie eine Einführungsstudie in der gleichen Weise durch, wie in Abschnitt 2 beschrieben. Wenn nach dem Drucken der Daten aus der Vertrautungsstudie kein Peak auftritt oder wenn der Teilnehmer nicht für die ganze 3 min gezwungen wurde, eine zweite Einführungsstudie mit einem niedrigeren durchzuführen Drehmomentfaktor Geben Sie den Teilnehmern einen Rest von mindestens zwei Tagen zwischen jedem Versuch. </li></ol></li></ol></li><li> Übungstesteinstellungen <ol><li> Passen Sie die Höhe der Armkurbel an und notieren Sie sie, um identische Testeinstellungen in der nächsten Testsitzung zu replizieren. Anpassen und Aufzeichnen des Abstandes zwischen dem Arm-Kurbel-Ergometer und dem Teilnehmer. <ol><li> Um die Höhe zu bestimmen, messen Sie die distaZwischen dem Boden und der Fixierung der Kurbel. Um den Abstand zwischen der Kurbel und dem Teilnehmer aufzuzeichnen, den Abstand zwischen der Wand und der Stuhlfixierung zu messen und aufzuzeichnen. Stellen Sie die Arm-Kurbelachse auf eine Höhe horizontal zum Schultergelenk ein. </li></ol></li><li> Notieren Sie entweder den Abstand zwischen der Wandfixierung und dem Stuhl oder den Abstand zwischen dem Ergometer und der Stuhlfixierung. Passen Sie die Stuhleinstellungen entsprechend an, ob der Teilnehmer a) fähig ist, b) querschnittsgelähmt oder c) tetraplegisch. <ol><li> Wenn der Teilnehmer in der Lage ist, den Teilnehmer auf dem Stuhl zu sitzen, der vom Verteiler zur Verfügung gestellt wird. </li><li> Wenn der Teilnehmer querschnittsgelähmt ist und in seinem eigenen Rollstuhl sitzen muss, benutze einen Fixierungssatz, um den Rollstuhl auf den Arm-Kurbel-Ergometer zu fixieren. Wenn der Teilnehmer keinen eigenen Rollstuhl braucht, sitzt der Teilnehmer auf dem Stuhl, der vom Verteiler zur Verfügung gestellt wird. </li><li> Wenn der Teilnehmer tetraplegisch ist, repariere er den OberkörperStuhl, der vom Verteiler oder zu ihrem eigenen Rollstuhl zur Verfügung gestellt wird und möglicherweise ihre Hände an die Pedale fixiert. Um den Oberkörper zu befestigen, verwenden Sie einen Gurt mit Klettverschluss. Für die Handfixierung, verwenden Sie ein Armband in tetraplegischen Patienten. </li></ol></li></ol></li><li> Zusätzliche Messungen <ol><li> Achten Sie darauf, dass die Laktatsystemlösung vor dem Gebrauch des Laktatanalysators wieder aufgefüllt wird. Setzen Sie alle sechs Monate einen neuen Chipsensor ein. Nutzen Sie täglich die Qualitätskontrolllösung (12 mM) und die 3 mM Qualitätskontrolllösung alle zwei Wochen. <ol><li> Setzen Sie die 12 mM Qualitätskontrolllösung jeden Morgen in den &quot;STD 1&quot; -Slot ein. </li><li> Um die Qualität weiter zu verbessern, füge 3 mM Qualitätskontrolllösungen in die Lücke &quot;1&quot; und &quot;2&quot; ein und laufe eine Messung durch Drücken von &quot;Start&quot; alle zwei Wochen. Die Messung sollte einen Bereich zwischen 2,96 und 3,10 mM ergeben. </li></ol></li><li> Um die Ganzblut-Laktat-Konzentration vor und a zu bestimmenFter die 3 min, all-out Arm Kurbel Ergometer Test, erhalten eine Baseline Laktat Konzentration. Desinfizieren Sie das Ohrläppchen mit einem Desinfektionsmittel, bevor Sie eine Blutprobe aus dem Ohrläppchen mit einer 10 μl Kapillare ziehen. Verwenden Sie eine Lanzette, um die ganze Blutprobe zu bekommen. <ol><li> Wenn die Kapillare voll von Blut ist, steck es in den Hämolyse-Becher. HINWEIS: Diese Becher sind im Handel erhältlich und mit einer hämolysierenden Lösung vorgefüllt. Schütteln Sie die Lösung, bis das Blut vollständig vermischt ist, bevor Sie es in das Tablett des Laktat-Analysators legen. </li><li> Führen Sie eine Kalibrierung durch, bevor Sie die Laktatkonzentration analysieren. Setzen Sie den Qualitätskontrollbecher in den Laktatanalysator (siehe Schritt 1.3.1.1.). Sicherstellen, dass die Kalibrierung zu einer 12-mM-Laktatkonzentration führt; Andernfalls den Chipsensor austauschen. </li><li> Legen Sie die Proben in die nummerierten Slots, beginnend mit &quot;1&quot; für die Probe, die zuerst genommen wurde. HINWEIS: Nach Abschluss der Kalibrierung werden die Proben gemessenAutomatisch durch die Chip-Sensor-System. </li></ol></li><li> Um die Herzfrequenz zu bestimmen, legen Sie einen Herzkettengürtel um die Brust des Teilnehmers und fixieren Sie den Herzfrequenzmonitor auf das Armkurbel-Ergometer. Starten Sie die Messung durch Drücken der roten Starttaste auf dem Monitor. Wenn keine Herzfrequenz auf der Uhr angezeigt wird, benetzen Sie den Herzband mit Wasser, um eine gute Aufnahme der Herzfrequenz zu gewährleisten. </li><li> Um den Sauerstoffverbrauch während des Aufwärmens zu bestimmen und während des 3-minütigen All-out-Tests den metabolischen Wagen vor dem Test zu kalibrieren. Führen Sie die automatische Lautstärke und Gas-Kalibrierung unmittelbar vor dem Test und bevor Sie die Maske auf. <ol><li> Öffnen Sie die automatische Lautstärkeregelung in der Software und drücken Sie die Starttaste. Speichern Sie die Ergebnisse, wenn der Fehler unter 3% auf dem Bildschirm liegt. </li><li> Öffnen Sie die Gaskalibrierung in der Software sowie das Kalibriergas und starten Sie mit der automatischen Kalibrierung. HINWEIS: Das Kalibriergas besteht aus 5% CO 2 ,16% O &amp; sub2 ; und 79% N &amp; sub2 ; . Wenn am Ende der Kalibrierung 8 grüne Tasten auf dem Bildschirm angezeigt werden, ist die Kalibrierung erfolgreich und die Ergebnisse können gespeichert werden. Schließen Sie die Gasflasche, um kein Austreten von Gas zu gewährleisten. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die tatsächliche Körpermasse des Teilnehmers in das Computerprogramm eingefügt wird. Nachdem der Teilnehmer von der Suchmaschine auf dem Computer ausgewählt wurde, wählen Sie &quot;Ergospirometrie&quot; in der Software und starten mit der Messung der Raumluftkonzentration durch Drücken der Starttaste. </li><li> Um diese Kalibrierung durchzuführen, nehmen Sie den Sensor aus dem Spirometer und drücken Sie die Starttaste. Die Kalibrierung ist beendet, wenn auf dem Computer &quot;ok&quot; angezeigt wird. </li><li> Währenddessen während der Kalibrierung die Sauerstoffmaske auf den Teilnehmer stellen. </li><li> Wenn die Messung der Raumluftkonzentration beendet ist und das Programm bereit ist zu messen, setzen Sie den Sensor wieder in den Spirometer. Dann stelle den ganzen Spirometer in den Hohlraum oF die Maske; Das Gerät ist nun bereit, den Sauerstoffverbrauch zu messen. </li><li> Darüber hinaus fixieren Sie den Schlauch des Spirometers irgendwo ( zB auf der Schulter mit einem Klebeband), so dass es nicht stören während der Arm Kurbel Übung. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Ausführung des Ausübungsprotokolls <ol><li> Sich warm laufen <ol><li> 1 min vor Beginn des Aufwärmens, beginnen Sie, den Sauerstoffverbrauch in Ruhe zu messen, wenn der Teilnehmer am Armkurbel-Ergometer sitzt, ohne sich zu bewegen oder zu sprechen. Drücken Sie die Starttaste im Softwareprogramm. </li><li> Gleichzeitig die Messung der Herzfrequenz durch Drücken der roten Taste starten. Messen Sie die Herzfrequenz während des Aufwärmens, sowie während und nach dem Test. </li><li> Führen Sie eine standardisierte Aufwärmung über 2 min bei 20 W vor dem Beginn des Tests. Während der letzten 30 s des Aufwärmens, halten Sie die Kadenz konstant bei 60 U / min. Zähle die letzten 10 s des 30-s-Warmlaufs ab. </li></Ol&gt; </li><li> 3 min all-out Übungstest <ol><li> Am Ende des Countdowns, vergewissern Sie sich, ein klares Startsignal zu geben, indem Sie &quot;go&quot; schreien. Nach dem Start des Startsignals kann der Teilnehmer beschleunigen. </li><li> Weisen Sie den Teilnehmer an, das Armkurbel-Ergometer bis zum Beginn des Tests auf die maximal mögliche Geschwindigkeit zu beschleunigen. Halten Sie die Trittfrequenz während des gesamten Tests auf die maximal mögliche Geschwindigkeit. Aus Normungsgründen ermutigen Sie die Teilnehmer während der Tests nicht. </li><li> Geben Sie Informationen über die Dauer alle 30 s. Beenden Sie den Test nach einer Dauer von 3 min. </li></ol></li><li> Abkling- und Nachanalyse <ol><li> Nach Beendigung des 3-minütigen All-out-Tests messen Sie die End-Laktat-Konzentration, falls gewünscht, und danach alle 2 min für die nächsten 10 min. Wiederholen Sie die gleiche Punktionsstelle für die Blutentnahme, wie sie vor dem Test verwendet wurde. </li><li> Stoppen Sie die Messung des Sauerstoffverbrauchs nach Beendigung dieser 3<html> Min durch Drücken der Stopptaste. Entfernen Sie die Sauerstoffmaske. Sichern Sie die Messung des Sauerstoffverbrauchs auf dem Computer, indem Sie die Exit-Taste drücken und indem Sie auf &quot;Ja&quot; klicken, wenn die Software nach der Datenspeicherung fragt. HINWEIS: Die Daten werden im Softwareprogramm gespeichert und können nachträglich in ein CSV-Dokument umgewandelt werden. </li><li> Um die Daten zu exportieren, drücke die Schaltfläche &quot;Exportieren&quot;, um die Datei in ein CSV-Dokument umzuwandeln. Stoppen Sie die Herzfrequenzmessung durch Drücken der Stopptaste auf der linken Seite des Herzfrequenzmonitors, nachdem alle Blutproben aus dem Ohrläppchen gezogen wurden. </li></ol></li></ol> 3. Datenanalyse und Interpretation der Ergebnisse <ol><li> Leistungsparameter <ol><li> Analysieren Sie nach Beendigung dieses Performance-Tests mehrere verschiedene Parameter. Zuerst den Test speichern und in eine Kalkulationstabelle exportieren. </li><li> Berechnen Sie die mittlere Kraft (P mean =_upload / 55485 / 55485eq1.jpg &quot;/&gt; <img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq2.jpg" /> Über 3 min, die Spitzenleistung und die minimale Leistung zwischen diesen 3-min 12 . HINWEIS: Die Spitzenleistung (P peak ) ist die maximale Leistung während der ganzen 3 min. Die Leistung wird in 0,2-s-Intervallen gemessen. Die Spitzenleistung ist die höchste und die minimale Leistung (P min ) die niedrigste Einzelleistungsmessung. </li><li> Berechnen Sie den Ermüdungsindex als Leistungsabfall pro Sekunde von der Spitzenleistung zur Endleistung ((P peak [W] - P min [W]) / (t min [s] - t peak [s])). </li><li> Berechnen Sie die Gesamtarbeit über die gesamte 3 min, indem Sie die Arbeit, die jede Sekunde durchgeführt wird, bearbeiten (Arbeit [J] = Widerstand [kg] * Umdrehungen pro Minute * Schwungradabstand [m] * Zeit [min]). </li><li> Berechnen Sie die Zeit vom Start bis zur Spitzenleistung (Zeit bis Spitzenleistung = t peak [s]). Weiterhin berechnen wir den relativen Peak (relativer P peAk = P peak / kg Körpermasse) und die mittlere Leistung (relativer P mean = P mean / kg Körpermasse) durch Division der absoluten Werte durch die Körpermasse des Teilnehmers. </li><li> Teilen Sie den 3-min-All-out-Test in 30-s-Segmente, um die Stimulationsstrategie und Müdigkeit über diese 3 min zu überprüfen. Berechnen Sie die mittlere Leistung für jedes 30-s-Segment (P mean = <img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq3.jpg" /><img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq4.jpg" /> . </li></ol></li><li> Andere Messungen <ol><li> Legen Sie alle Blutproben in die nummerierten Schlitze des Blut-Laktat-Analysators und führen Sie die Messungen automatisch durch Drücken von &quot;analysieren&quot;. Drucken Sie Blut-Laktat-Konzentrationen für die spätere Analyse durch Einschalten des Druckers. </li><li> Übertragen Sie die Herzfrequenz-Messungen an den Computer mit einem Infrarot-Gerät vom Hersteller. Öffnen Sie die Software des Herzfrequenzmonitors und importieren Sie die Daten aus der HerzfrequenzTe Monitor auf die Software. Die Daten lokal speichern und ggf. in eine Tabellenkalkulation zur späteren Analyse exportieren ( zB Segmentanalyse) 13 . </li><li> Setzen Sie einen Marker direkt zu Beginn der 3 min und am Ende der 3 min, so dass die durchschnittliche, maximale und minimale Herzfrequenz automatisch für dieses Segment berechnet werden. HINWEIS: Die Herzfrequenz wird automatisch von der Software über 5 s Intervalle gemittelt. </li><li> Exportieren Sie die Daten für den Sauerstoffverbrauch in eine CSV-Datei (Schritt 2.3) und öffnen Sie sie in einer Tabellenkalkulation für die Analyse 14 . Berechnen Sie den durchschnittlichen Sauerstoffverbrauch in Ruhe: (VO 2_rest = <img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq5.jpg" /><img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq6.jpg" /> Und während der 3 min (VO 2_180s = <img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq1.jpg" /><img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq7.jpg" /> , Sowie die SpitzeSauerstoffverbrauch und Sauerstoffverbrauch während der 30-s-Segmente: (VO 2_30s = <img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq3.jpg" /><img alt="Gleichung" src="/files/ftp_upload/55485/55485eq8.jpg" /> . HINWEIS: Die Daten für den Sauerstoffverbrauch werden mit Atemzug gemessen und dann automatisch über eine Dauer von 15 s pro Segment gemittelt. Der Peak-Sauerstoffverbrauch ist der höchste Wert über ein 15-s-Intervall während des 3-minütigen Übungsversuchs. </li></ol></li><li> Statistiken <ol><li> Verwenden Sie den Shapiro-Wilk-Test, den QQ-Plot und die Kolmogorov Smirnov-Tests, um die normale Verteilung der Daten zu überprüfen. Wenn die Daten normal verteilt sind, stellen Sie sie als Mittelwert und die Standardabweichung (SD) dar. </li><li> Analysieren Sie die Test-Retest-Zuverlässigkeit mit dem Intra-Class-Korrelationskoeffizienten (ICC; 3,1 Modell) 15 . </li><li> Berechnen Sie die absolute und relative Zuverlässigkeit mit dem Standardfehler der Messung (SEM), Koeffizienten(CV), kleinste reale Differenz (SRD) und 95% Konfidenzintervall des ICC 16 . ANMERKUNG: Das ICC sollte nach Munros Klassifikation interpretiert werden 17 : 0,26 bis 0,49 spiegelt eine geringe Korrelation wider; 0,50 bis 0,69 spiegelt eine moderate Korrelation wider; 0,70 bis 0,89 spiegelt eine hohe Korrelation wider; Und 0,90 bis 1,0 zeigt eine sehr hohe Korrelation an. Die absolute Zuverlässigkeit sollte als SRD, CV und SEM dargestellt werden und die relative Zuverlässigkeit sollte in Form des ICC 16 , 18 erfolgen . </li><li> Analysieren Sie signifikante Veränderungen zwischen den beiden Test-Sessions mit einem gepaarten t-Test. Um die Übereinstimmung der Datensätze beider Test-Sessions zu zeigen, verwenden Sie Bland-Altman 19- Plots. Verwenden Sie statistische Software, um Datenanalyse durchzuführen. Setzte eine statistische Signifikanz von 0,05 im gesamten. </li></ol></li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Übungs-Tests in Rückenmark-verletzten Athleten ist entscheidend für die Verfolgung Übung Leistung über mehrere Monate oder Jahre der Ausbildung. Es gibt nur wenige Übungsversuche, um kurzfristige, hochintensive Trainingsleistung auf dem Armkurbel-Ergometer zu überprüfen. Diese Methode beschreibt ausführlich, wie ein Übungstest, der bereits auf seine Zuverlässigkeit im Radfahren 5 und Rudern 7 untersucht wurde, auf das Armkurbel-Ergometer angewendet werden könnte. Um zuverlässige und aussagekräftige Ergebnisse zu sammeln, sind zwei Faktoren sehr wichtig: erstens die Vorbereitung des Teilnehmers für diesen Übungstest und zweitens die Standardisierung des Tests. So wird der Teilnehmer angewiesen, das Labor in einem ausgeruhten Zustand zu betreten, dh kein intensives Training während der zwei Tage vor dem Test. Nahrungsaufnahme ( zB kohlenhydratreiche Ernährung 24 Stunden vorherige Prüfung) und Schlaf ( zB mindestens 7 Stunden Schlaf während der zwei Nächte vor dem Testen) müssen auch getaktet werdenEn berücksichtigen Zusätzlich sollte vor der Durchführung des ersten &quot;echten&quot; Übungsversuchs eine Vertrautmachungsstudie durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer das Testprotokoll versteht. Die zweite Bedingung betrifft die Standardisierung des Testprotokolls, die das Aufwärmen, den Start des Tests und die Fixierungsstrategien für Rollstuhl und Hände beinhaltet (Schritt 1.2). Diese Einstellungen müssen für jeden Test mit derselben Person identisch gehalten werden. Auch die Höhe der Kurbel kann die Leistung und den Sauerstoffverbrauch beeinflussen 20 . Darüber hinaus könnte die Handgriffposition klinisch relevant in Bezug auf Schulterschmerzen nach der Übung 21 sein . Darüber hinaus könnte die Bauchbindung die Atemfunktion und den Sauerstofftransport beeinflussen 22 , aber es scheint, die Stammstabilität und die Trainingsleistung zu erhöhen 23 . So ist es am besten, Anpassungen und Fixierungen detailliert aufzuzeichnen, um e zu reproduzierenQuivalent Bedingungen in der folgenden Prüfung. Die Ergebnisse in den Abbildungen 1 und 2 gaben an, dass dieser 3-minütige Allround-Arm-Kurbel-Test bei körperlichen Teilnehmern zuverlässig ist und für die Forschung oder die Übungsprüfung verwendet werden kann 12 . Beim Vergleich von körperlichen, querschnittsgelähmten und tetraplegischen Teilnehmern wurden Unterschiede zwischen diesen drei Gruppen gefunden. Able-körperliche und querschnittsgelähmte Teilnehmer zeigten sehr ähnliche Ergebnisse für maximale und mittlere Leistung, während tetraplegische Teilnehmer mit einer deutlich niedrigeren Leistung ausgegeben wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden beim Vergleich der 30 s Wingate Test für querschnittsgelähmten Teilnehmer 11 mit dem für tetraplegische Teilnehmer 10 gezeigt . Aufgrund der unterschiedlichen Läsionsniveaus dieser mit Rückenmark verletzten Teilnehmer sind verschiedene Muskeln von der Beeinträchtigung betroffen. So mit einem höheren Läsionsniveau ( z. B. in tetraplegischen paRticipants), eine weniger aktive Muskelmasse führt zu einer geringeren Leistungsabgabe ( Tabelle 2 ). Um die Variabilität der Läsion zu verringern, wurden nur Personen mit einem Läsionsniveau zwischen zervikalen 5 (C5) und 7 (C7) und mit einer motorischen und sensorischen vollständigen Rückenmarksverletzung eingeschlossen, um tetraplegische Teilnehmer zu repräsentieren. Dennoch kann auch zwischen diesen Teilnehmern eine hohe interindividuelle Variabilität auftreten. Einzelpersonen mit einer Verletzung unterhalb von C5 haben nur Musculus (M.) Bizeps in den Armen aktiviert, während Personen mit einer Verletzung unterhalb von C7 zeigen Aktivität in M. biceps brachii, M. extensor radialis und M. Trizeps Arm Muskeln 24 . Daher war auch bei sehr engen Einschlusskriterien wie den hier erwähnten, die Teilnehmergruppe sehr inhomogen in der Muskelfunktion. Bei querschnittsgelähmten und fähigen Teilnehmern würde man aufgrund der vollen Stammstabilität und der unberührten Atemmusik eine höhere Leistung in den körperlichen Teilnehmer erwartenFunktion. Unsere Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Leistungsabgabe zwischen diesen beiden Gruppen, obwohl die fähigen Teilnehmer etwas besser waren. Vielleicht liegt es daran, dass unsere körperlichen Studienteilnehmer im Vergleich zu den Querschnittsgelähmten weniger geschult waren. Es ist möglich, dass auch bei tieferer Stabsstabilität und unterer Atemfunktion die querschnittsgelähmten Teilnehmer eher an die Armierung angepasst wurden, was ihre Nachteile kompensiert hätte. Auch wenn dieses Testprotokoll in fähigen Körpern zuverlässig zu sein scheint, könnte die Test-Retest-Zuverlässigkeit bei tetraplegischen Individuen begrenzt sein. Die Leistungsabgabe bei tetraplegischen Teilnehmern zeigte eine sehr hohe interindividuelle Variabilität, die durch Unterschiede in der Muskelfunktion und der Kraft ( zB aktiver Muskel abhängig vom Läsionsniveau) erklärt werden könnte. Trotzdem zeigten Jacobs, Johnson, Somarriba und Carter eine sehr hohe Zuverlässigkeit in der kürzeren Version vonDieser Test (30 s Wingate Test) bei tetraplegischen Athleten 10 . Wir haben angenommen, dass die Zuverlässigkeit über einen längeren Zeitraum ( dh 3 min in diesem Protokoll) gut genug sein könnte, aber es nicht getestet hat. Das Fehlen einer Test-Retest-Zuverlässigkeitsuntersuchung bei Personen mit einer Tetraplegie ist eine Einschränkung. Vor der Verwendung dieses Testprotokolls in einer Gruppe von Personen mit Tetraplegie empfiehlt es sich daher, zuerst die Zuverlässigkeit des Protokolls zu überprüfen. Eine weitere Einschränkung der Studie beinhaltet die Standardisierung der Fixierungsstrategien bei Teilnehmern mit einer sehr niedrigen Kernstabilität ( zB Personen mit hohem Läsionsniveau, wie bei Tetraplegie). Um sie auf den Stuhl zu befestigen, muss ein Gurt um den Stuhl und den Teilnehmer gebunden werden. So kann es schwierig sein, die Höhe des Gurtes aufzuzeichnen und wie dicht es gezogen wurde. In einer zukünftigen Studie wäre es vorteilhaft, zu prüfen, ob die Dichtheit eines solchen Bandes die Leistungsabgabe im Testprotokoll beeinflusst. Trotzdem ist dieser Test ein gutes Werkzeug, um Athleten aus verschiedenen Sportdisziplinen mit Oberkörper-Übung zu testen. Darüber hinaus ist, da die Schrittmacherstrategie, die zu Beginn des Tests genau hingeht, vordefiniert, keine individuelle Stimulationsstrategie vorhanden. Zum Schluss scheint dieser Test ein zuverlässiges Werkzeug zu sein, um die Trainingsleistung über einen Zeitraum von 3 min zu testen und ähnelt kurzfristiger, hochintensiver Trainingsleistung. Vor der Anwendung bei Athleten oder bei Forschungsuntersuchungen ist eine Einführungsstudie erforderlich, um Lernwirkungen von Test 1 auf Test 2 zu minimieren. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Test-Retest-Zuverlässigkeit bei Teilnehmern oder Athleten mit einer Tetraplegie zu überprüfen.

Es gibt mehrere Übungstests, die den Anstieg der Trainingsleistung bei Elite-Athleten im Laufe eines Trainingszeitraums 1 , 2 , 3 , 4 , 5 genau bestimmen. Einer dieser Tests ist der zuverlässige 3 -minütige All-out-Test auf einem gebremsten Radsport-Ergometer 3 , 4 , 5 , 6 . Dieser Test wurde verwendet, um kritische Macht zu bestimmen, aber es wurde auch angewendet, um die Prüfung mit Athleten, sowie die Forschung 7 , 8 , 9 . Da dieser Test hauptsächlich für die Leistung der unteren Extremitäten verwendet wurde, wie zum Beispiel beim Rudern 7 und beim Radfahren 3 , 5 , ein ähnliches tEsting Protokoll für Oberkörper Übung erforderlich war. Sportdisziplinen, die vorwiegend den Oberkörper nutzen, sind möglicherweise für ein solches neues Testprotokoll möglich, zusätzlich zu Athleten oder Personen mit einer Beeinträchtigung der Muskeln des unteren Körpers ( zB Amputation oder Beeinträchtigung von Gliedmaßen durch Rückenmarksverletzungen). Daher ist ein Testprotokoll auf dem Arm-Kurbel-Ergometer ein gutes Werkzeug, um die Oberkörper-Übungsleistung in einer Vielzahl von Athleten aus verschiedenen Sportdisziplinen leicht zu testen. Die Existenz eines sehr ähnlichen 30 s Wingate Arm Kurbel Ergometer Test 10 , 11 half bei der Entwicklung eines Protokolls für eine 3 min, all-out Arm Kurbel Ergometer Test. Seine Dauer ist sehr ähnlich wie bei einem 1.500 m Rollstuhlfahrer. Daher wurde dieses neue Testprotokoll des 3-minütigen Allround-Arm-Kurbel-Ergometertests auf seine Test-Retest-Zuverlässigkeit getestet. Insgesamt ist die Zuverlässigkeit von thiS Testprotokoll war ausgezeichnet, so könnte es ein zukünftiges Test-Tool auf dem Gebiet der Oberkörper-Übungs-Test sein. Dennoch erfordert die Verwendung dieses Übungstests Aufmerksamkeit, besonders beim Testen von Personen mit einer Rückenmarksverletzung. Daher ist es das Ziel dieses experimentellen Artikels, ein detailliertes Protokoll zu demonstrieren, das nicht nur die Testeinstellungen und die Analyse der Testergebnisse beschreibt, sondern auch die Unterschiede zwischen dem Testen von körperlichen Personen und Athleten mit einer Rückenmarksverletzung.

<table><tbody><tr><td>Angio V2 arm crank ergometer</td><td>Lode BV, Groningen, NL</td><td>N/A</td><td>arm crank ergometer</td></tr><tr><td>Lode Ergometry Manager Software</td><td>Lode BV, Groningen, NL</td><td>N/A</td><td>Software</td></tr><tr><td>10 &amp;micro;l end-to-end capillary</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>0209-0100-005</td><td>Capillaries</td></tr><tr><td>haemolysis cup</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>0209-0100-006</td><td>hemolysis cup</td></tr><tr><td>lactate analyzer</td><td>Biosen C line, EKF-diagnostics GmbH</td><td>5213-0051-6200</td><td>lactate analyzer</td></tr><tr><td>Heart rate monitor, Polar 610i</td><td>Polar, Kempele, Finland</td><td>P610i</td><td>heart rate monitor</td></tr><tr><td>metabolic cart, Oxygen Pro</td><td>Jaeger GmbH</td><td>N/A</td><td>metabolic cart</td></tr><tr><td>oxygen mask, Hans Rudolph</td><td>Hans Rudolph Inc. , USA</td><td>113814</td><td>oxygen mask</td></tr><tr><td>statistical software, PSAW Software</td><td>SPSS Inc., Chicago USA</td><td>N/A</td><td>statistical software</td></tr><tr><td>desinfectant, Soft-Zellin</td><td>Hartmann GmbH, Austria</td><td>999979</td><td>desinfectant</td></tr><tr><td>Quality control cup, EasyCon Norm</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>0201-005.012P6</td><td>quality control</td></tr><tr><td>Quality control cup 3mmol/L</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>5130-6152</td><td>control cup</td></tr><tr><td>Chip sensor lactate analyzer</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>5206-3029</td><td>chip sensor</td></tr><tr><td>Lactate system solution</td><td>EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany</td><td>0201-0002-025</td><td>lactate system solution</td></tr><tr><td>lancet, Mediware Blutlanzetten</td><td>medilab</td><td>54041</td><td>lancet</td></tr><tr><td>Calibration gas,&amp;nbsp;</td><td>Jaeger GmbH</td><td>36-MC G020</td><td>calibration gas</td></tr><tr><td>chair provided by distributor (ergoselect)</td><td>ergoline GmbH, Germany</td><td>N/A</td><td>chair provided by distributor</td></tr></tbody></table>

experimental protocol of a three-minute, all-out arm crank exercise test in spinal-cord injured and able-bodied individuals

Zuverlässige Übungsprotokolle sind erforderlich, um Veränderungen in der Trainingsleistung bei Elite-Athleten zu testen. Leistungsverbesserungen bei diesen Athleten können klein sein; Daher sind sensible Werkzeuge für die Physiologie von grundlegender Bedeutung. Es gibt derzeit viele Übungs-Tests, die für die Prüfung der Ausübung Kapazität in körperlichen Athleten, mit Protokollen vor allem für Unter-Körper-oder Ganzkörper-Übung zu ermöglichen. Es gibt einen Trend, um Athleten in einer sportlichen Situation zu testen, die den Aktionen, die die Teilnehmer für die Durchführung verwenden, sehr ähnlich ist. Nur wenige Protokolle testen kurzfristige, hochintensive Trainingskapazitäten bei Teilnehmern mit einer Beeinträchtigung des Unterkörpers. Die meisten dieser Protokolle sind sehr sportlich-spezifisch und gelten nicht für eine breite Palette von Athleten. Ein bekanntes Testprotokoll ist der 30-s-Wingate-Test, der im Radsport und im Arm-Kurbel-Übungs-Test etabliert ist. Dieser Test analysiert hohe Intensität Übung Leistung über eine 30 s Zeit DuratioN. Um die Trainingsleistung über einen längeren Zeitraum zu überwachen, wurde eine andere Methode für die Anwendung auf den Oberkörper modifiziert. Der 3-minütige Allround-Arm-Kurbel-Ergometer-Test ermöglicht es, dass Athleten in einer Art von 1.500 m Rollstuhl-Rennen (in Bezug auf die Trainingsdauer) sowie auf Oberkörper-Übungen wie Rudern oder Hand-Radfahren getestet werden können. Um die Zuverlässigkeit mit identischen Prüfbedingungen zu erhöhen, ist es entscheidend, Einstellungen wie den Widerstand ( dh den Drehmomentfaktor) und die Position der Teilnehmer ( dh die Höhe der Kurbel, den Abstand zwischen der Kurbel und der Teilnehmer und die Fixierung des Teilnehmers). Ein weiteres wichtiges Thema ist der Beginn des Übungstests. Feste Umdrehungen pro Minute sind erforderlich, um die Testbedingungen für den Beginn des Übungstests zu standardisieren. Dieses Übungsprotokoll zeigt die Bedeutung von genauen Operationen, um identische Testbedingungen und Einstellungen wiederzugeben.

Die Test-Retest-Zuverlässigkeit wurde in 21 rekurrenzfähigen (aber nicht speziell Oberkörper ausgebildeten) Personen untersucht, nicht rauchende Personen (9 Männer, 12 Frauen, Alter: 34 ± 11 Jahre, Körpermasse: 69,6 ± 11,1 kg und Höhe: 175,5 ± 6,9 cm). Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse für die relativen und absoluten Test-Retest-Zuverlässigkeiten 12 . Die Spitzenleistung, die zwischen dem Test und dem Wiederholungsversuch verglichen wird, ist in Abbildung 12 dargestellt. Ein Bland-Altman-Plot für diesen Test-Retest ist in Abbildung 2 dargestellt. Danach wurde dieser 3-minütige Allround-Arm-Kurbel-Ergometer-Test in 17 kräftig (Alter: 38 ± 7 Jahre, Höhe: 183 ± 13 cm und Körpergewicht: 79 ± 6 kg), 10 Querschnittsgelähmte und 7 tetraplegische Teilnehmer ( Tabelle 2 ). Einzelne Daten, die einen fähigen und einen tetraplegischen Teilnehmer darstellen, werden dargestelltN Abbildung 3 Abkräftige Teilnehmer zeigten eine Spitzenleistung von 483 ± 94 W, während querschnittsgelähmte und tetraplegische Teilnehmer eine Spitzenleistung von 375 ± 101 W bzw. 98 ± 49 W hatten. Die mittlere Leistung betrug 172 ± 20 W, 157 ± 28 W und 40 ± 14 W für fähige, querschnittsgelähmte und tetraplegische Teilnehmer. Es wurden signifikante Unterschiede in der Mittel- und Spitzenleistung zwischen fähigen und tetraplegischen Teilnehmern (p &lt;0,001) sowie zwischen paraplegischen und tetraplegischen Teilnehmern (p &lt;0,001) gefunden. Die End-Laktat-Konzentration betrug 8,9 ± 2,4 mM bei fähigen Teilnehmern, 10,6 ± 2,9 mM bei paraplegischen Teilnehmern und 4,0 ± 0,8 mM bei tetraplegischen Teilnehmern. Die durchschnittliche Herzfrequenz während des 3-minütigen All-out-Tests betrug 155 ± 9,2 bpm in fähig, 163 ± 6,2 bpm in Querschnittsgelähmung und 113 ± 15,9 bpm bei tetraplegischen Teilnehmern. Wieder war die Herzfrequenz der tetraplegischen Teilnehmer signi<html> Im Vergleich zu Paraplegic (p &lt;0,001) sowie an kapitalgedeckten Teilnehmern (p &lt;0,001). Der Sauerstoffverbrauch, der während eines 3-minütigen All-out-Tests gemessen wurde, ist in Abbildung 4 dargestellt. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/55485/55485fig1.jpg" /> Abbildung 1: Mittlere Leistung verglichen zwischen den beiden 3-min-all-out-Übungsversuchen an einem Armkurbel-Ergometer 12 . Die durchgezogene Linie stellt die beste Passform dar und die gestrichelte Linie der Identitätslinie. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55485/55485fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55485/55485fig2.jpg" /> Abbildung 2: Bland-Altman-Plot für Spitzenleistung 12 . SD = Standardabweichung.Ve.com/files/ftp_upload/55485/55485fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/55485/55485fig3.jpg" /> Abbildung 3: Individuelle Daten des 3-min-All-out-Arm-Kurbel-Ergometer-Tests für einen fähigen und einen tetraplegischen Teilnehmer. Links = fähiger Teilnehmer; Rechts = tetraplegischer teilnehmer; Blaue Linie = Leistung; Grüne Linie = Kadenz. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55485/55485fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/55485/55485fig4.jpg" /> Abbildung 4: Sauerstoffverbrauch bei einem 3-minütigen Allround-Arm-Kurbel-Ergometer-Test in einem fähigen Teilnehmer. Der Zeitpunkt Null stellt den Beginn des 3-minütigen Tests dar. Das datA werden als die Rohdaten gemessen Atem-at-Atem dargestellt. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> ICC </td><td> 95% CI </td><td> SEM% </td><td> SRD% </td><td> Lebenslauf </td></tr><tr><td> Spitzenleistung [W] </td><td> 0,961 </td><td> [0,907; 0,984] </td><td> 2 </td><td> 5.6 </td><td> 6.66 </td></tr><tr><td> Mittlere Kraft [W] </td><td> 0,984 </td><td> [0,960; 0,993] </td><td> 0,6 </td><td> 1.6 </td><td> 3.13 </td></tr><tr><td> Minimale Leistung [W] </td><td> 0,964 </td><td> [0,914; 0,985] </td><td> 1.4 </td><td> 4 </td><td> 6.05 </td></tr><tr><td> Zeit zum Höhepunkt [s] </td><td> 0,379 </td><td> [-0.052; 0.691] </td><td> 22.5 </td><td> 62.4 </td><td> 11.37 </td></tr><tr><td> Ermüdungsindex </td><td> 0,940 </td><td> [0.858; 0,975] </td><td> 3.6 </td><td> 9.9 </td><td> 9.43 </td></tr><tr><td> Rel. Spitzenleistung [W /kg] </td><td> 0,922 </td><td> [0.818; 0,968] </td><td> 2.8 </td><td> 7.8 </td><td> 6.45 </td></tr><tr><td> Rel. Mittlere Leistung [W / kg] </td><td> 0,950 </td><td> [0,882; 0,979] </td><td> 1.1 </td><td> 3.2 </td><td> 3.46 </td></tr><tr><td> Gesamtarbeit [J] </td><td> 0,984 </td><td> [0,960; 0,993] </td><td> 0,6 </td><td> 1.6 </td><td> 3.13 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Test-Retest-Zuverlässigkeit für alle Parameter 12 . ICC = Intra-Class-Korrelationskoeffizient; CI = zuversichtliches Intervall; SEM = Standardfehler der Messung; SRD = kleinste reale Differenz; CV = Variationskoeffizient; Rel. = Relativ. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Paraplegiker-Teilnehmer </td><td colspan="2"> Läsionsniveau </td><td> AIS </tdAufrechtzuerhalten <td colspan="2"> Alter (y) </td><td> Körpermasse (kg) </td><td> Höhe (cm) </td></tr><tr><td> P01 </td><td colspan="2"> Th12 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 47 </td><td> 80 </td><td> 184 </td></tr><tr><td> P02 </td><td colspan="2"> Th10 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 43 </td><td> 73. </td><td> 183 </td></tr><tr><td> P03 </td><td colspan="2"> Th11 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 55 </td><td> 72 </td><td> 174 </td></tr><tr><td> P04 </td><td colspan="2"> L1 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 26 </td><td> 64 </td><td> 150 </td></tr><tr><td> P05 </td><td colspan="2"> Th12 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 22 </td><td> 63. </td><td> 185 </td></tr><tr><td> P06 </td><td colspan="2"> L1 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 32 </td><td> 76 </td><td> 175 </td></tr><tr><td> P07 </td><td colspan="2"> Th11 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 59 </td><td> 80 </td><td> 178 </td></tr><tr><td> P08 </td><td colspan="2"> L1 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 35 </td><td> 63. </td><td> 165 </td></tr><tr><td> P09 </td><td colspan="2"> L4 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 44 </td><td> 78. </td><td> 176 </td></tr><tr><td> P10 </td><td colspan="2"> L1 </td><td> EIN </td><td colspan="2"> 48 </td><td> 80 </td><td> 185 </td></tr><tr><td> Bedeuten </td><td colspan="2"></td><td></td><td colspan="2"> 41 </td><td> 73 </td><td> 176 </td></tr><tr><td> SD </td><td colspan="2"></td><td></td><td colspan="2"> 12.1 </td><td> 6.8 </td><td> 10.4 </td></tr><tr><td> Tetraplegischer Teilnehmer </td><td> Läsionsniveau </td><td colspan="2"> AIS </td><td> Alter (y) </td><td colspan="2"> Körpermasse(kg) </td><td> Höhe (cm) </td></tr><tr><td> T01 </td><td> C5 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 24 </td><td colspan="2"> 85 </td><td> 188 </td></tr><tr><td> T02 </td><td> C7 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 31 </td><td colspan="2"> 60 </td><td> 180 </td></tr><tr><td> T03 </td><td> C7 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 40 </td><td colspan="2"> 60 </td><td> 168 </td></tr><tr><td> T04 </td><td> C7 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 31 </td><td colspan="2"> 80 </td><td> 190 </td></tr><tr><td> T05 </td><td> C5 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 43 </td><td colspan="2"> 80 </td><td> 176 </td></tr><tr><td> T06 </td><td> C6 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 56 </td><td colspan="2"> 74 </td><td> 170 </td></tr><tr><td> T07 </td><td> C5 </td><td colspan="2"> EIN </td><td> 65 </td><td colspan="2"> 75 </td><td> 190 </td></tr><tr><td><strong&gt; Mittler </td><td></td><td colspan="2"></td><td> 41 </td><td colspan="2"> 73 </td><td> 180 </td></tr><tr><td> SD </td><td></td><td colspan="2"></td><td> 13.6 </td><td colspan="2"> 9.9 </td><td> 9.3 </td></tr></tbody></table> Tabelle 2: Anthropometrische Daten von Querschnittsgelähmten und Tetraplegischen Teilnehmern AIS = Amerikanische Wirbelsäulenverletzung Verletzungsmaßstab, Th = Thorax, L = Lendenwirbelsäule, C = Zervikal, SD = Standardabweichung.

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Experimental Protocol of a Three-minute, All-out Arm Crank Exercise Test in Spinal-cord Injured and Able-bodied Individuals

Wir stellen ein Protokoll vor, um die aerobe und anaerobe Kraft der Oberkörpermuskulatur über eine Dauer von 3 min in fähigen Körpern sowie in querschnittsgelähmten und tetraplegischen Individuen zu testen. Das Protokoll stellt spezifische Änderungen in seiner Anwendung für Oberkörper-Übung bei Personen mit oder ohne Behinderung vor.

Experimentelles Protokoll eines dreiminütigen, all-out Arm-Kurbel-Übungstests in der Wirbelsäule Verletzte und kräftige Einzelpersonen

Reliable exercise protocols are required to test changes in exercise performance in elite athletes. Performance improvements in these athletes may be ...

experimental-protocol-three-minute-all-out-arm-crank-exercise-test

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

9.6K Aufrufe.  Swiss Paraplegic Center Nottwil.  Wir stellen ein Protokoll vor, um die aerobe und anaerobe Kraft der Oberkörpermuskulatur über eine Dauer von 3 min in fähigen Körpern sowie in querschnittsgelähmten und tetraplegischen Individuen zu testen. Das Protokoll stellt spezifische Änderungen in seiner Anwendung für Oberkörper-Übung bei Personen mit oder ohne Behinderung vor. 

Serie: Experimental Protocol of a Three-minute, All-out Arm Crank Exercise Test in Spinal-cord Injured and Able-bodied Individuals

Methods to Quantify Pharmacologically Induced Alterations in Motor Function in Human Incomplete SCI

Spinal cord injury (SCI) is a debilitating disorder, which produces profound deficits in volitional motor control. Following medical stabilization, recovery from SCI typically involves long term rehabilitation. While recovery of walking ability is a primary goal in many patients early after injury, those with a motor incomplete SCI, indicating partial preservation of volitional control, may have the sufficient residual descending pathways necessary to attain this goal. However, despite physical interventions, motor impairments including weakness, and the manifestation of abnormal involuntary reflex activity, called spasticity or spasms, are thought to contribute to reduced walking recovery. Doctrinaire thought suggests that remediation of this abnormal motor reflexes associated with SCI will produce functional benefits to the patient. For example, physicians and therapists will provide specific pharmacological or physical interventions directed towards reducing spasticity or spasms, although there continues to be little empirical data suggesting that these strategies improve walking ability.
In the past few decades, accumulating data has suggested that specific neuromodulatory agents, including agents which mimic or facilitate the actions of the monoamines, including serotonin (5HT) and norepinephrine (NE), can initiate or augment walking behaviors in animal models of SCI. Interestingly, many of these agents, particularly 5HTergic agonists, can markedly increase spinal excitability, which in turn also increases reflex activity in these animals. Counterintuitive to traditional theories of recovery following human SCI, the empirical evidence from basic science experiments suggest that this reflex hyper excitability and generation of locomotor behaviors are driven in parallel by neuromodulatory inputs (5HT) and may be necessary for functional recovery following SCI. 
The application of this novel concept derived from basic scientific studies to promote recovery following human SCI would appear to be seamless, although the direct translation of the findings can be extremely challenging. Specifically, in the animal models, an implanted catheter facilitates delivery of very specific 5HT agonist compounds directly onto the spinal circuitry. The translation of this technique to humans is hindered by the lack of specific surgical techniques or available pharmacological agents directed towards 5HT receptor subtypes that are safe and effective for human clinical trials. However, oral administration of commonly available 5HTergic agents, such as selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), may be a viable option to increase central 5HT concentrations in order to facilitate walking recovery in humans. Systematic quantification of how these SSRIs modulate human motor behaviors following SCI, with a specific focus on strength, reflexes, and the recovery of walking ability, are missing.
This video demonstration is a progressive attempt to systematically and quantitatively assess the modulation of reflex activity, volitional strength and ambulation following the acute oral administration of an SSRI in human SCI. Agents are applied on single days to assess the immediate effects on motor function in this patient population, with long-term studies involving repeated drug administration combined with intensive physical interventions.

This video demonstrates modulation of reflex activity, volitional strength and ambulation through clinical and quantitative assessments in individuals with motor incomplete SCI as a result of acute oral administration of a serotonin reuptake inhibitor (SSRI).

Methoden zur pharmakologisch induzierten Veränderungen der motorischen Funktion in Human Unvollständige SCI Quantify

Spinal cord injury (SCI) is a debilitating disorder, which produces profound deficits in volitional motor control. Following medical stabilization, ...

Forschung

Medizin

Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority of the spinal cord injuries in humans occur at the cervical levels. Therefore, developing cervical injury models and developing relevant and sensitive behavioral tests is of great importance. Here we describe the use of a newly developed forelimb step-alternation test after cervical spinal cord injury in rats. In addition, we describe two behavioral tests that have not been used after spinal cord injury: a postural instability test (PIT), and a pasta-handling test. All three behavioral tests are highly sensitive to injury and are easy to use. Therefore, we feel that these behavioral tests can be instrumental in investigating therapeutic strategies after cSCI.

Three new behavioral tests (forelimb step-alternation, postural instability test, pasta handling test) for evaluating forelimb function after cervical spinal cord injury in rodents are described.

Bewertung der Vordergliedmaße Funktion nach Einseitige Cervical SCI mit Novel Aufgaben: Gliedmaßen Step-Wechsel, Haltungsinstabilität und Pasta Handhabung

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority ...

Verhalten

Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with numerous cardiometabolic health consequences. These changes are likely to increase the risk of developing chronic secondary conditions and impact the quality of life in persons with SCI. Surface neuromuscular electrical stimulation evoked resistance training (NMES-RT) was developed as a strategy to attenuate the process of skeletal muscle atrophy, decrease ectopic adiposity, improve insulin sensitivity and enhance mitochondrial capacity. However, NMES-RT is limited to only a single muscle group. Involving multiple muscle groups of the lower extremities may maximize the health benefits of training. Functional electrical stimulation-lower extremity cycling (FES-LEC) allows for the activation of 6 muscle groups, which is likely to evoke greater metabolic and cardiovascular adaptation. Appropriate knowledge of the stimulation parameters is key to maximizing the outcomes of electrical stimulation training in persons with SCI. Adopting strategies for long-term use of NMES-RT and FES-LEC during rehabilitation may maintain the integrity of the musculoskeletal system, a pre-requisite for clinical trials aiming to restore walking after injury. The current manuscript presents a combined protocol using NMES-RT prior to FES-LEC. We hypothesize that muscles conditioned for 12 weeks prior to cycling will be capable of generating greater power, cycle against higher resistance and result in greater adaptation in persons with SCI.

Spinal cord injury is a traumatic medical condition that may result in elevated risks of chronic secondary metabolic disorders. Here, we presented a protocol using surface neuromuscular electrical stimulation-resistance training in conjunction with functional electrical stimulation-lower extremities cycling as a strategy to ameliorate several of these medical problems.

Paradigmen der unteren Extremität Elektrostimulation Training nach Verletzungen des Rückenmarks

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

Training Persons with Spinal Cord Injury to Ambulate Using a Powered Exoskeleton

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper extremity function and are able to maintain upright balance using forearm crutches. To ambulate in an exoskeleton, the user must acquire the ability to maintain balance while standing, sitting and appropriate weight shifting with each step. This can be a challenging task for those with deficits in sensation and proprioception in their lower extremities. This manuscript describes screening criteria and a training program developed at the James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY to teach users the skills needed to utilize these devices in institutional, home or community environments. Before training can begin, potential users are screened for appropriate range of motion of the hip, knee and ankle joints. Persons with SCI are at an increased risk of sustaining lower extremity fractures, even with minimal strain or trauma, therefore a bone mineral density assessment is performed to reduce the risk of fracture. Also, as part of screening, a physical examination is performed in order to identify additional health-related contraindications. 
Once the person has successfully passed all screening requirements, they are cleared to begin the training program. The device is properly adjusted to fit the user. A series of static and dynamic balance tasks are taught and performed by the user before learning to walk. The person is taught to ambulate in various environments ranging from indoor level surfaces to outdoors over uneven or changing surfaces. Once skilled enough to be a candidate for home use with the exoskeleton, the user is then required to designate a companion-walker who will train alongside them. Together, the pair must demonstrate the ability to perform various advanced tasks in order to be permitted to use the exoskeleton in their home/community environment.

Training a person with paralysis to ambulate using a powered exoskeleton may present challenges. The goals are to present the candidate selection criteria and the training procedures for exoskeletal-assisted walking and other mobility skills that can be progressed as the participant's skill level improves.

Personen mit Rückenmarksverletzungen Ausbildung zum ambulate eines aktiven Exoskelett Verwendung

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper ...

Biotechnik

Standing Neurophysiological Assessment of Lower Extremity Muscles Post-Stroke

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired populations. TMS is used extensively to study motor control and the response to neurorehabilitation of the upper extremities. However, TMS has been less utilized in the study of lower extremity postural and walking-specific motor control. The limited use and the additional methodological challenges of lower extremity TMS assessments have contributed to the lack of consistency in lower extremity TMS procedures within the literature. Inspired by the decreased ability to record lower extremity TMS motor evoked potentials (MEP), this methodological report details steps to enable post-stroke TMS assessments in a standing posture. The standing posture allows for the activation of the neuromuscular system, reflecting a state more akin to the system's state during postural and walking tasks. Using dual-top force plates, we instructed participants to equally distribute their weight between their paretic and non-paretic legs. Visual feedback of the participants' weight distribution was provided. Using image guidance software, we delivered single TMS pulses via a double-cone coil to the participants' lesioned and non-lesioned hemispheres and measured the corticomotor response of the paretic and non-paretic tibialis anterior and soleus muscles. Performing assessments in the standing position increased the TMS response rate and allowed for the use of the lower stimulation intensities compared to the standard sitting/resting position. Utilization of this TMS protocol can provide a common approach to assess the lower extremity corticomotor response post-stroke when the neurorehabilitation of postural and gait impairments are of interest.

This protocol describes the process for performing a neurophysiological assessment of the lower extremity muscles, tibialis anterior and soleus, in a standing position using TMS in people post-stroke. This position provides a greater probability of eliciting a post-stroke TMS response and allows for the use of reduced stimulator power during neurophysiological assessments.

Stehende neurophysiologische Beurteilung der Muskulatur der unteren Extremitäten nach dem Schlaganfall

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a common tool used to measure the behavior of motor circuits in healthy and neurologically impaired ...

Quantifying Arms and Legs Contributions during Repetitive Electrically-Assisted Sit-To-Stand Exercise in Paraplegics: A Pilot Study

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of arm support, in particular, is a significant assistive factor while executing SitTS movement in SCI population. In addition, the application of functional electrical stimulation (FES) onto quadriceps and gluteus maximus muscles is one of the prescribed management for incomplete SCI to improve muscle action for simple lower limb movements. However, the relative contribution of upper and lower extremities during SitTS has not been thoroughly investigated. Two motor incomplete SCI paraplegics performed repetitive SitTS to fatigue exercise challenge. Their performance was investigated as a mixed-method case-control study comparing SitTS with and without the assistance of FES. Three sets of SitTS tests were completed with 5-min resting period allocated in between sets, with mechanomyography (MMG) sensors attached over the rectus femoris muscles bilaterally. The exercise was separated into 2 sessions; Day 1 for voluntary SitTS and Day 2 for FES-assisted SitTS. Questionnaires were conducted after every session to gather the participants&#39; input about their repetitive SitTS experience. The analysis confirmed that a SitTS cycle could be divided into three phases; Phase 1 (Preparation to stand), Phase 2 (Seat-off), and Phase 3 (Initiation of hip extension), which contributed to 23% &#177; 7%, 16% &#177; 4% and 61% &#177; 6% of the SitTS cycle, respectively. The contribution of arms and legs during SitTS movement varied in different participants based on their legs&#39; Medical Research Council (MRC) muscle grade. In particular, the applied arm forces start to increase clearly when the leg forces start to decline during standing. This finding is supported by the significantly reduced MMG signal indicating leg muscle fatigue and their reported feeling of tiredness.

Arms contribution in Sit-To-Stand (SitTS) is determined by the legs' muscle condition. Several compensating strategies were discovered in efforts to achieve complete SitTS cycles. These findings triangulate the spinal cord injury (SCI) persons' biomechanical measures with their subjective feeling of load borne by both their limbs throughout the SitTS approaches.

Quantifizierung der Beiträge von Armen und Beinen während wiederholter elektrisch unterstützter Sitzübungen bei Querschnittgelähmten: Eine Pilotstudie

Execution of Sit-to-Stand (SitTS) in incomplete spinal cord injury (SCI) patients involves motor function in both upper and lower extremities. The use of ...

Ingenieurwesen

Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery in humans. Herein we discuss the design of an eccentric exercise protocol to induce damage in the quadriceps muscles, marked by changes in strength, soreness, and plasma creatine kinase levels. This method is simple, ethical, and widely applicable since it is performed in human participants and eliminates the interspecies translation of the results. Subjects perform 300 maximal eccentric contractions of the knee extensor muscles at a speed of 120&#176;/sec on an isokinetic dynamometer. The extent of the damage is measurable using relatively non-invasive isokinetic and isometric measures of strength loss, soreness, and plasma creatine kinase levels over several days following the exercise. Therefore, its application can be directed to specific populations in an attempt to identify mechanisms for muscle adaptation and regeneration.

This article describes a safe and reliable method to induce and quantify exertional skeletal muscle damage in human subjects.

Induktion und Beurteilung der belastungsSkelettMuskelSchäden beim Menschen

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

Activity-based Training auf einem Laufband mit Rückenmark verletzt Wistar-Ratten

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

Neurowissenschaften

The Impact of Motor Task Conditions on Goal-Directed Arm Reaching Kinematics and Trunk Compensation in Chronic Stroke Survivors

Trunk compensation is the most common movement strategy to substitute for upper extremity (UE) motor deficits in chronic stroke survivors. There is a lack of evidence examining how task conditions impact trunk compensation and goal-directed arm reaching kinematics. This protocol aims to investigate the impact of task conditions, including task difficulty and complexity, on goal-directed arm reaching kinematics. Two non-disabled young adults and two chronic stroke survivors with mild UE motor impairment were recruited for testing the protocol. Each participant performed goal-directed arm reaches with four different task conditions (2 task difficulties [large vs. small targets] X 2 task complexities [pointing vs. picking up]). The task goal was to reach and point at a target or pick up an object located 20 cm in front of the home position as quickly as possible with a stylus or a pair of chopsticks, respectively, in response to an auditory cue. Participants performed ten reaches per task condition. A 3-dimensional motion capture camera system was used to record trunk and arm kinematics. Representative results showed that there was a significant increase in movement duration, movement jerkiness, and trunk compensation as a function of task complexity, but not task difficulty in all participants. Chronic stroke survivors showed significantly slower, jerkier, and more feedback-dependent arm reaches and significantly more compensatory trunk movements than non-disabled adults. Our representative results support that this protocol can be used to investigate the impact of task conditions on motor control strategies in chronic stroke survivors with mild UE motor impairment.

This protocol is intended to investigate the impact of task conditions on movement strategies in chronic stroke survivors. Further, this protocol can be used to examine if a restriction in elbow extension induced by neuromuscular electrical stimulation causes trunk compensation during goal-directed arm reaches in non-disabled adults.

Der Einfluss motorischer Aufgabenbedingungen auf die zielgerichtete Armreichungskinematik und Rumpfkompensation bei chronischen Schlaganfallüberlebenden

Trunk compensation is the most common movement strategy to substitute for upper extremity (UE) motor deficits in chronic stroke survivors. There is a lack ...

Development of a Novel Task-oriented Rehabilitation Program using a Bimanual Exoskeleton Robotic Hand

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor control. However, it is unclear how conventional occupational training strategies can be applied to the use of rehabilitation robots. Novel robotic technologies and occupational therapy concepts are used to develop a protocol that allows patients with impaired upper limb function to grasp objects using their affected hand through a variety of pinching and grasping functions. To conduct this appropriately, we used five types of objects: a peg, a rectangular cube, a cube, a ball, and a cylindrical bar. We also equipped the patients with a robotic hand, the Mirror Hand, an exoskeleton&#160;hand that is fitted to the subject&#8217;s affected hand and follows the movement of the sensor glove fitted to their unaffected hand (bimanual movement training (BMT)). This study had two stages. Three healthy subjects were first recruited to test the feasibility and acceptability of the training program. Three patients with hand dysfunction caused by stroke were then recruited to confirm the feasibility and acceptability of the training program, which was conducted on 3 consecutive days. On each day, the patient was monitored during 5 min of movement in a passive range of motion, 5 min of robot-assisted bimanual movement, and task-oriented training using the five objects. The results showed that both healthy subjects and subjects who had suffered a stroke in conjunction with the robotic hand could successfully grasp the objects. Both healthy subjects and those who had suffered a stroke performed well with the robot-assisted task-oriented training program in terms of feasibility and acceptability.

This study reports the development of a novel robot-assisted task-oriented program for hand rehabilitation. The developmental process consists of experiments using both healthy subjects and subjects who have had a stroke and suffered from subsequent motor control dysfunction.

Entwicklung eines neuartigen aufgabenorientierten Rehabilitationsprogramms mit einer bimanualen Exoskelett-Roboterhand

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor ...