Participants
seitsemäntoista osallistujaa (yksitoista miestä ja kuusi naista) ilmoittautui vapaaehtoiseksi tähän tutkimukseen. Osallistujat seulottiin ja suljettiin pois TMS: n vasta-aiheiden perusteella, mukaan lukien epilepsia, päävamma, metalli-implantit tai keskushermostoa muuttavat lääkkeet. Muita poissulkukriteerejä olivat aiempi sairaus molemmissa polvinivelissä, aiempi alaraaja-tai selkäydinleikkaus tai aiempi neurologinen sairaus. Edellisen polvivamman yhteydessä testeissä käytettiin kontralateraalista (vahingoittumatonta) polviniveltä. Osallistujia pyydettiin pidättäytymään kofeiinin, alkoholin tai lääkkeiden nauttimisesta 4 tuntia ennen testausta. Kaikki osallistujat antoivat kirjallisen tietoon perustuvan suostumuksen kokeellisiin menettelyihin. Eettisen hyväksynnän tutkimukselle on myöntänyt Pohjois-X: n alueellinen eettinen komitea Aucklandissa, Uudessa-Seelannissa Helsingin julistuksessa esitettyjen periaatteiden mukaisesti.
osallistujien paikannus
osallistujat sijoitettiin isokineettiseen dynamometriin (Biodex 3, Biodex Medical Systems, Shirley, NY, USA) kokeellisten toimenpiteiden ajaksi. Reisiluun lateraalinen epikondyle oli linjassa dynamometrin pyörimisakselin kanssa ja polvi kiinnitetty 60°: n taivutukseen. Vyöt kiinnitettiin lujasti sääriluun, vyötärön ja rintakehän alueelle, jotta ne rajoittaisivat ylimääräisiä liikkeitä testauksen aikana.
kokeellinen polvinivelinfuusio
polven lepätessä lievässä koukistuksessa 23 g: n kanyyli työnnettiin nivelen superomediaan tai kahteen otteeseen sen superolateraaliseen puoleen. Kaikki injektiot tehtiin ilman paikallispuudutusta, täysin steriileissä olosuhteissa. Paineanturi (Medex Inc., Dublin, OH, USA) ja ruisku kiinnitettiin kanyylin rinnalle kolmiosaisen hanan ja paineenkestävän letkun kautta. Dekstroosi-suolaliuos (4% dekstroosia ja 0, 19% NaCl) ruiskutettiin nivelväliin enintään 15 ml: n välein. Jokaisen osallistujan nivelen sisäistä painetta seurattiin ja infuusio lopetettiin, kun nivelen sisäinen paine saavutti 50 mmHg. Standardoitu paine 50 mmHg valittiin, koska tämän on aiemmin osoitettu johtavan merkittäviin quadriceps AMI ja on hyvin siedetty osallistujat,. Tärkeää on, että päätimme standardoida infuusion nivelensisäiseen paineeseen, koska infuusiotilavuus (esimerkiksi 60 ml) antaa suhteellisen huonon arvion kapselijännityksestä johtuen suurista yksilöllisistä eroista sekä nivelontelon koossa että kapselielastanssissa. Sekä nivelen afferenttisella purkauksella että kvadriceps AMI: lla on vahvempi korrelaatio nivelen sisäisen paineen kanssa verrattuna nivelen sisäiseen tilavuuteen. Nivelinfuusion aiheuttama kipuaistimus mitattiin kanyylin irrottamisen jälkeen ja juuri ennen infuusion jälkeisiä mittauksia. Osallistujia pyydettiin arvioimaan sanallisesti kaikki polvessa tuntemansa kipu asteikolla 0: sta (ei kipua) 100: aan (pahin kuviteltavissa oleva kipu).
Elektromyography
to collect quadriceps motor-evoked potentials (MEPs), bipolar Ag-AgCl disc electrodes (Norotrode 20, Myotronics Inc., Kent, WA, USA), joiden elektrodien välinen etäisyys oli 2,2 cm, asetettiin vastus lateralis-lihasvatsan päällä olevalle iholle surface electromyography for the non-invasiivinen assessment of muscles (seniam) – ohjeiden mukaisesti . Maaelektrodi (Red Dot, 3 M, St Paul, MN, USA) oli sijoitettu hieman sääriluun luisen pinnan keskikohdan alapuolelle. Ennen elektrodin sijoittamista iho ajeltiin, hiottiin ja puhdistettiin alkoholilla signaalimpedanssin vähentämiseksi. Kaikki EMG-signaalit monistettiin (x1 000), suodatettiin (10 Hz-1 000 Hz) (AMT-8, Bortec Biomedical, Alberta, Kanada) ja otettiin näytteitä 2 000 Hz: n taajuudella (Micro 1401, Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK) ennen kuin ne tallennettiin tietokoneeseen tarkempaa analysointia varten. Ennen ensimmäisiä lähtötilanteen mittauksia tehtiin kolme vapaaehtoista 5 sekunnin maksimiponnistuksen supistusta. Suurin amplitudin juuri keskiarvo neliö vastus lateralis EMG signaalin sisällä 1-s ikkuna otettiin MVC. Tätä käytettiin lihasaktivaation tason standardointiin (noin 10% MVC: stä) aktiivisen lihassupistuksen aikana suoritettujen TMS-mittausten aikana.
transkraniaalinen magneettistimulaatio
voimakkaiden vapaaehtoisten supistusten kortikomotoriseen kiihtyvyyteen kohdistuvan vaikutuksen minimoimiseksi annettiin 5 minuutin lepoaika MVCs: n suorituksen ja TMS-toimenpiteiden alkamisen välillä. Ärsykkeet toimitettiin päänahan päälle BiStim 2002: n ja double cone coil: n avulla (Magstim Company, Whitland, UK). Kela oli sijoitettu kontralateraalisen primaarimotorisen aivokuoren päälle niin, että indusoitu virtausvirta oli taka-anteriorisessa suunnassa. Ensinnäkin optimaalinen stimulaatiopaikka (hot spot) löydettiin antamalla sarja suprathreshold-ärsykkeitä, kun kelaa siirrettiin järjestelmällisesti päänahan yli, kunnes suurin quadriceps-parlamentin jäsen saatiin kiinni. Tämä oli tyypillisesti noin 1-2 cm sivusuunnassa ja ETU-kärki. Kuuma piste merkittiin päänahkaan huopakynällä ja kaikki lisätestit viimeisteltiin kelalla, joka pidettiin suoraan tämän kannan päällä. Kelan sijainti osallistujan päässä tarkastettiin toistuvasti sen varmistamiseksi, että stimulaation sijainti ja kulma pysyivät muuttumattomina. Lepomoottorin kynnysarvo (RMT) määritettiin portaikkomenetelmällä, ja se määriteltiin alhaisimmaksi stimulaation intensiteetiksi (% maksimistimulaattorin tehosta), joka herättää selvästi havaittavan mepin neljässä kahdeksasta peräkkäisestä ärsykkeestä. Aktiivimoottorin kynnysarvo (AMT) määritettiin samalla tavalla säilyttäen vapaaehtoinen kvadriceps-supistuminen noin 10 prosentissa MVC: stä. Tämän aktivointitason saavuttamiseksi osallistujille annettiin reaaliaikaista visuaalista palautetta EMG-signaalistaan.
riippuvat muuttujat
kvadricepsistä tarkasteltiin seuraavia riippuvia muuttujia: 1) MEP-Alue, 2) aivokuoren hiljainen jakso (CSP) kesto, 3) lyhyt intervallin intracortical inhibition (SICI) ja 4) intracortical fasilitation (ICF). Yhden pulssin TMS (vain testiärsykkeitä) käytettiin saamaan quadriceps MEPs ja CSP, kun taas paritettua pulssia TMS (conditioning and test stimulions) käytettiin mittaamaan SICI ja ICF. MEP-alue mittaa kortikomotorista ylivirittyneisyyttä, kun taas CSP: n kesto, SICI ja ICF antavat tietoa korteksisisäisten reittien (eli motorisen aivokuoren sisällä) ylivirittyneisyydestä. MEP area, SICI ja ICF kerättiin quadriceps – lihassupistuksella (lepotila) ja vapaaehtoisen toonisen lihassupistuksen aikana noin 10%: lla MVC: stä (aktiivinen tila). CSP: n kesto kerättiin vain aktiivitilassa. Lepotilassa testiärsykkeet annettiin stimulaatiointensiteetillä 120% RMT ja säätöärsykkeet 70% RMT: llä sici: lle ja 90%: lla ICF: lle. Aktiivisessa tilassa testiärsykkeeksi asetettiin 120% AMT ja hoitoärsykkeeksi 70% ja 90% AMT sici: lle ja ICF: lle. Sekä lepo-että aktiiviolosuhteissa käytettiin sici: lle 2 ms: n ja ICF: lle 15 ms: n interstimulus-intervallia.
protokolla
kaikki TMS-parametrit kerättiin lähtötilanteessa (B1) ja uudelleen 10 minuutin lepojakson jälkeen (B2) (Kuva 1). Kaikilla mittausväleillä annettiin 8 yksittäistä pulssia ja 16 paritettua pulssiärsykettä (8 SICI, 8 ICF) ensin levossa ja sitten quadriceps-supistuksen aikana. Ärsykkeiden järjestys satunnaistettiin ja käytettiin 6 sekunnin interstimulus-intervallia. Nivelinfuusion (P1) jälkeen annettiin kahdeksan yksittäistä pulssiärsykettä levossa käyttäen samaa ärsykkeen intensiteettiä kuin B1 ja B2. Tarvittaessa testiärsyke-intensiteettiä mukautettiin sici: n ja ICF: n myöhempien toimenpiteiden mukaisesti sen varmistamiseksi, että testiärsyke, jonka koko on sama (±10%) kuin B1-testiärsyke, saatiin esiin. Tämä prosessi toistettiin tulos toimenpiteitä aktiivisessa tilassa, lisäämällä vielä kahdeksan yhden pulssiärsykkeitä arvioida CSP. Ehdollistavan ärsykkeen voimakkuus pysyi ennallaan kaikissa mittauspisteissä.
Tutkimusprotokollaa kuvaava kaavio. Kvadricepsin vapaaehtoiset maksimisupistukset (Maximum effort voluntary supistukset, MVC) suoritettiin ennen riippuvien muuttujien ensimmäisiä mittauksia. 5 minuutin lepojakson jälkeen transkraniaalista magneettistimulaatiota käytettiin riippuvien muuttujien mittaamiseen lähtötilanteessa 1 (B1), 10 minuuttia myöhemmin lähtötilanteessa 2 (B2) ja sitten heti kokeellisen polvinivelinfuusion (P1) jälkeen. Kullakin mittausvälillä riippuvia muuttujia mitattiin kvadriceps levossa (lepotila) ja sitten kvadriceps supistumisen aikana 10% vapaaehtoisesta maksimisupistuksesta (aktiivinen tila).
tietojen käsittely ja analysointi
lepotilassa EMG-signaali korjattiin ja ärsyke-artefaktia edeltänyt 50 ms tarkastettiin silmämääräisesti vapaaehtoisen lihastoiminnan aiheuttaman kontaminaation varalta. Vasteet poistettiin jatkoanalyysistä, jos EMG-signaalissa ei ollut hiljaisuutta (<5% nauhoituksista hylättiin). Koska kirjatut mepit olivat tyypillisesti polyfaasisia (kuva 2), laskettiin keskimääräisen, korjatun mepin pinta-ala . Sekä lepo-että aktiiviolosuhteissa meppialueet B2-ja P1-mittauspisteissä normalisoitiin MEPPIALUEEKSI B1: ssä. SICI ja ICF määritettiin ilmaisemalla ehdollistetun vasteen MEP-alueen keskiarvo suhteessa vastaavan testivasteen (yksittäinen pulssi) MEP-alueen keskiarvoon kullakin mittausjaksolla . CSP: n kestoksi laskettiin aika ärsykkeen alkamisesta EMG: n ensimmäiseen paluuseen keskimääräiseen korjattuun prestimulus EMG: hen .
oikaistu Moottori herätti kvadricepsistä aktiivisen lihassupistuksen aikana kirjatun potentiaalin (MEP). Huomaa ärsyke artefakti (alkuperäinen suuri positiivinen taipuma), jota seuraa suurempi polyfaasinen Euroopan parlamentin jäsen ja sitten meneillään olevan Euroopan parlamentin jäsenen jälkeisen EMG: n hiljainen jakso (aivokuoren hiljainen jakso).
tilastollinen analyysi
riippuvaisten muuttujan jakaumien normaalius tarkastettiin Shapiro-Wilk-testillä. Yhden näytteen t-testillä arvioitiin, poikkesiko normalisoitu MEPPIALUE merkittävästi B1: stä B2-tai P1-aikapisteissä. Yhden näytteen toistuvien mittojen analyysiä (ANOVA) käytettiin SICI: n ja CSP: n keston erojen analysointiin ajan mittaan. Siinä tapauksessa, että havaittiin ajan merkittävä vaikutus, käytettiin suunniteltuja kontrasteja sen arvioimiseksi, poikkesivatko muuttujat merkittävästi B1: stä B2-vai P1-aikapisteissä. Koska ICF ei noudattanut normaalijakaumaa lepo-eikä aktiiviolosuhteissa, Friedmanin testiä käytettiin tämän muuttujan analysointiin ajan mittaan. Toistettavat toimenpiteet ANOVA-menetelmää käytettiin sen varmistamiseksi, että RMS: n taustaemg-taso 50 ms: n aikana ennen ärsyke-artefaktia ei eronnut aktiivitilassa. Kaikkien tilastollisten testien alfatasoksi asetettiin P <0, 05.