Rysk stimulering och Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Rysk stimulering och Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Rysk stimulering – historia
Sammanfattning

Översikt

Det råder viss förvirring när det gäller detta ingrepp, främst på grund av att det finns flera ”namn” eller beskrivningar av samma ingrepp.

I huvudsak använder denna typ av elektrisk stimulering vad som kallas för en mellanfrekvent växelström (i det låga kHz-området – tusentals cykler per sekund), som levereras i en pulsad (eller burst eller avbruten) effekt. Pulsen eller utbrottet har en ”låg” frekvens, vilket gör att nerverna reagerar. Den används främst som ett sätt att generera ett motoriskt svar, även om den, som vi kommer att se (nedan), också har undersökts som ett ingrepp av typen elektroanalgesi.

Russian Stimulation var troligen det tidigaste namnet på denna typ av stimulering. Flera multimodala stimuleringsapparater inkluderar den som ett av sina alternativ. Burst Mode Alternating Current (BMAC) är en mer generisk och mer nyligen använd term, som förmodligen är att föredra. Aussie Stimulation (se nedan) är en lek med den ursprungliga ryska stimuleringen och är inte särskilt insiktsfull som beskrivare. BMAC är förmodligen den term som skulle kunna användas och som bör bestå.

Rysk stimulering – historia

Krediten för det tidiga arbetet inom detta område tillskrivs Kotz, baserad i Ryssland. Det finns vissa svårigheter att få tillgång till artiklarna, och flera av de viktigaste forskningsresultaten fanns inte med i de publicerade arbetena. Ward och Shkuratova (2002) har gjort ett visst arbete med att översätta de tidiga ryskspråkiga publikationerna och sammanfatta de frågor som tagits upp. Denna sammanfattning är till stor del hämtad från deras arbete. Om du är intresserad av det ursprungliga arbetet uppmuntras du starkt att ta del av Ward och Shkuratovas (2002) dokument. Selkowitz (1989) har också gjort en mycket användbar genomgång av bakgrundsforskningen.

Både Ward och Shkuratovas (2002) och Selkowitz (1989) artiklar stöder grundkonceptet och är i stort sett överens om att denna intervention har stödjande bevis. I Selkowitz’ översikt föreslås att även om det finns belägg för att en ökad muskelkraft genereras med rysk stimulering (nedan kallad RStim), finns det få belägg för att den är effektivare än enbart träning och det finns inte heller belägg för att den är bättre än andra former av stimulering. Det betyder inte att den ansågs ineffektiv – bara att den vid tidpunkten för granskningen inte ”överglänste” andra interventioner.

Ward och Shkuratova inkluderar i sin granskning två tidiga artiklar (ryska) och flera artiklar som sedan dess har publicerats på engelska.

Det ryska experimentet från 1971 syftade till att fastställa den grundläggande principen för denna stimuleringsmetod. Tidpunkterna (stimulering/vila/repetitioner) för protokollen övervägdes liksom frågan om behandlingsfrekvens. Det som har blivit känt som 10/50/10-protokollet identifierades som effektivt (detta innebär i huvudsak att man stimulerar i 10 sekunder, lämnar en viloperiod på 50 sekunder och upprepar denna sekvens i 10 minuter (dvs. 10 stim/vila cykler) var faktiskt effektivt.

Stimuleringen visade sig ge upphov till trötthet om den gavs i mer än 10 sekunder (vid maximalt tolererbar intensitet). Olika vilofaser mellan impulserna testades, från 10 till 50 sekunder. Både 40 och 50 sekunders vila identifierades som effektiva, även om vissa försökspersoner tycktes börja visa trötthet med 40 sekunders vila, varför 50 sekunders period senare antogs.

Stimuleringsperioder (9 eller 19 dagar) och stimulering dagligen eller växelvis övervägdes också, med slutsatsen att daglig stimulering var effektivare. RStim visade sig vara effektivare än enbart frivillig kontraktion (dvs. utan stödjande stimulering).

Mekanismen för den stimulerade muskelns ökade kraftgenererande kapacitet tillskrevs både en kortsiktig anpassning av CNS och även en ökning av muskelvävnadsvolymen (detta skulle stämma överens med mycket av det NMES-arbete som utförts på senare tid).

I den andra av de två artiklarna (Andrianova et al, 1971) – Kots är medförfattare – undersöktes kilohertz sinusformad stimulering vid olika frekvenser, i kontinuerlig och burst-form över muskelmagen och som ett sätt att stimulera nervstammen.

Stimuleringen tillämpades vid en rad ”medelstora” frekvenser (100-500-1000-2500-3000-5000Hz) och det konstaterades att när stimuleringsfrekvensen ökade blev det bekvämare för mottagaren, och det konstaterades därför (förutsägbart) att en större ström kunde levereras till muskeln med ökade (högre) frekvenser.

Forskarna drog slutsatsen att 2500Hz (2,5kHz) var den mest effektiva frekvensen för att stimulera muskelvävnad (1000Hz eller 1kHz var effektivare för stimulering av nervstammarna), med stimulering under 10 sekunder. Om man använder en 2 500 Hz-stimulering vid 10 millisekunder innebär det att den effektiva muskelstimuleringen är vid 50 Hz.

Det kontinuerliga respektive burst-protokollet utvärderades (dvs. kontinuerlig 2 500 Hz eller 2 500 Hz-burst med 10 ms mellanrum). Det fanns ingen signifikant skillnad i den maximala kraft som genererades, men burstläget genererade samma resultat med mindre ström som tillämpats (50 % mindre). Rekommendationen är därför att stimuleringen bör ske med en 2500Hz bärande medelfrekvent sinusformad växelström, med en burst på 50 Hz (10ms ON : 10ms OFF) på en maximalt tolerabel nivå.

Det resulterande stimuleringsmönstret från detta arbete (och man antar att det finns en del tillfällig forskning som inte rapporterades i dessa 2 publikationer!) är :

Basfrekvens : 2500Hz (2.5kHz)

Burst @ 50Hz

10ms ON : 10 ms OFF (50 % arbetscykel)

Stimulering levereras således i 10 sekunder

Rastperiod på 50 sekunder

Upprepas 10 cykler

Dagligen

Maximalt tolererbar intensitet

Det har kommit många kritiska kommentarer om detta arbete. Det är uppenbart att många människor har haft svårt att få tillgång till de ursprungliga artiklarna, även om Ward och Shkuratovas (2002)granskning bör vara till hjälp. Det fanns ingen placeboinklusion i arbetet. Volontärerna var alla unga (15-17 år) mycket vältränade och friska idrottare (olympiska hoppare). Detta kan därför inte automatiskt överföras till den kliniska världen med någon garanti för att det kommer att vara lika effektivt på patienter. Ward fortsätter med en väl genomtänkt diskussion som bör vara nödvändig läsning för dem som har ett stort intresse för detta område.

Som en sista kommentar till det tidiga arbetet är det rimligt att dra slutsatsen att denna typ av elektrisk stimulering resulterar i en ökning av muskelkraften (vridmoment, styrka), särskilt när den kombineras med frivillig träning. Det hävdas att åtminstone en individ som genomför både stimulering och ett frivilligt träningsprogram kommer att delta i en större mängd arbete, varför resultaten rimligen kan förväntas bli bättre. Det föreslås också att medan RStim-komponenten förmodligen har en större effekt på typ II-fibrerna (snabba fibrer), kan den frivilliga träningskomponenten ha sin dominerande effekt på de långsammare fibrerna (typ I-fibrerna), vilket leder till ett bättre totalresultat.

från Ward (2009)

från Ward et al (2006)

Figurerna ovan och till vänster (krediterade Ward, 2009 och Ward et al, 2006) illustrerar den stimulering som tillämpas. I den klassiska ryska stimuleringen moduleras (eller burstas) 2500 Hz vid 50 Hz med hjälp av 10 ms ON- och 10 ms OFF-perioder (illustration C i den övre figuren).

I granskningen av Ward och Shkuratova (2002) nämns också flera andra rimligt tidiga artiklar (i.dvs. före 2002) som har utvärderat RStim.

Delitto et al (1989) rapporterar en fallstudie där en elitviktslyftare behandlades med denna stimulering och som gjorde betydande styrkeförbättringar utöver dem som uppnåddes genom enbart träning. I försöken från Delitto et al (1988); Snyder-Mackler et al (1994 och 1995) användes RStim efter ACL-kirurgi. RStim jämfördes med frivilliga träningsprogram, och betydligt högre kraftökningar uppnåddes med RStim-protokollet. I artikeln från 1994 jämfördes RStim med ett protokoll av NMES-typ (för hemmabruk). Det fanns betydande fördelar med det klinikbaserade RStim-programmet. Snyder-Mackler et al (1989) jämförde RStim med interferentialterapi (IFT) och ett NMES-protokoll (muskelstimulering). IFT resulterade i betydligt mindre muskelkraftsgenerering som svar på stimuleringen. De högsta genomsnittliga kraftresultaten erhölls med RStim, men dessa skilde sig inte nämnvärt från de resultat som erhölls vid NMES-stimulering. Slutligen i denna grupp jämförde studien från 1988 av Snyder-Mackler et al ett protokoll för elektrisk stimulering med ett frivilligt träningsprotokoll efter ACL-kirurgi. Stimuleringen skedde vid 2 500 Hz med 50 Hz (dvs. RStim). Quadriceps- och hamstring-kontraktioner genomfördes (övnings- och stimuleringsgrupperna) med 15 sekunders uppehåll/stimulering följt av 50 sekunders vila. De resultat (ökad styrka) som uppnåddes med RStim-gruppen var betydligt bättre än de som utförde träning.

Laufer et al (2001) jämförde tre stimuleringssätt: 50 Hz, modulerad från 2,5 kHz : 50 Hz monofasisk NMES : 50 Hz biphasisk NMES. Alla försökspersoner (friska frivilliga, inte patienter) behandlades slumpmässigt med alla stimuleringsformer. Båda NMES-stimuleringarna gav en fördel jämfört med 2,5 kHz-stimuleringen. Intressant nog gav den bifasiska NMES-stimuleringen det starkaste resultatet i detta fall. 2,5 kHz AC (effektivt RStim) genererade inte bara den svagaste muskelkraften utan gav också upphov till en snabbare utmattningsreaktion. Detta var ett noggrant kontrollerat experiment som gav upphov till utmanande resultat.

Selkowitz forskning omfattar en artikel från 1985 där man jämförde ett RStim-protokoll (endast) med frivillig träning (endast) för quads. Stim gavs 3 x per vecka i 4 veckor och resulterade i signifikanta ökningar av isometrisk styrka jämfört med gruppen med enbart träning. Den nyligen publicerade artikeln av Selkowitz et al (2009) som jämförde en stimulering med en bärfrekvens på 2500 och 5000 Hz visade att det fanns en klar och betydande fördel med användningen av 2500 Hz-stimulering.

Inom den betydande granskning och det experimentella arbete som Selkowitz har utfört (referenser i slutet av denna artikel) har Ward och hans team i Australien troligen utfört den mest omfattande publicerade serien av undersökningar på detta område. Det finns en förteckning över relevanta artiklar i referenserna i slutet av detta material. Det som ingår här är en mycket kort sammanfattning av ett omfattande forskningsprogram och litteraturöversiktsmaterial som läsaren starkt uppmuntras att få tillgång till och läsa originalen.

Ward et al har inte bara genomfört en användbar serie experimentella arbeten och översiktsarbeten, utan har också modifierat tillvägagångssättet, genom att använda den mer allmänna termen BMAC – Burst Mode Alternating Current för att beskriva denna stimulering och på senare tid myntat uttrycket ”Aussie Stimulation”. Dokumenten sträcker sig från 1998 till i dag, och för att vara rättvis mot bakgrund av den stora mängden arbete som utförts, lyfts endast de viktigaste frågorna fram här. Det finns en fullständig referenslista som läsaren rekommenderas att ta del av för att ta del av detaljerna i forskningen och för de insiktsfulla och omfattande diskussioner som ingår.

I en av de tidiga artiklarna (Ward och Robertson, 1998) utvärderades effekten av stimuleringens bärfrekvens i termer av sensoriska, motoriska och smärttrösklar. Huvudpoängen med arbetet var att fastställa den bärfrekvens (mellan 1 och 35 kHz) som kunde generera det mest effektiva motoriska svaret med minsta sensoriska obehag. Resultaten visar att alla tre tröskelvärdena minskar från 1 till 10 kHz, varefter de stiger igen. Den mest effektiva bärfrekvensen för motorisk stimulering med minst sensorisk stimulering och minst smärta låg på 10 kHz, vilket därför föreslogs vara att föredra om muskelaktivitet var prioriterat med minimalt obehag. All stimulering var ”burst” vid 50 Hz (som med RStim-baserad stimulering).

En utvidgning av detta arbete rapporteras (Ward och Robertson, 1998) där den bärfrekvens som genererade det största vridmomentet beaktades (intervall från 1 till 15 kHz, all burst vid 50 Hz). Även om det har fastställts att bärfrekvensen på 10 kHz genererade den muskelsammandragning som åtföljdes av minst obehag, visade detta arbete att användning av en bärfrekvens på 1 kHz resulterade i det största vridmomentet och att bärfrekvenser på 2-4 kHz förmodligen var den bästa kompromissen mellan högt vridmoment och obehag. Detta arbete förfinades ytterligare (Ward och Robertson, 2001) när olika stimuleringar jämfördes och bekräftade bland annat att bärfrekvenser över 10 kHz inte är användbara i klinisk rehabilitering.

I studien av Ward et al (2006) jämfördes vridmoment och obehag med fyra olika typer av stimulering – varav två var kHz-burst vid 50 Hz (RStim: 2500hz och Aussie Stim vid 1000 Hz). De två andra strömmarna var stimuleringar av NMES-typ (den ena med en pulsvaraktighet på 200 mikrosekunder och ett interpulsintervall på 20 ms och den andra med en puls på 500 mikrosekunder och ett interpulsintervall på 20 ms). Kort sagt genererade RStim ett lägre vridmoment än de tre andra stimuleringssätten. RStim och Aussie Stim genererade mindre obehag än NMES (monofasiska) pulsade lägen. Det föreslogs att Aussie Stim var mest effektivt när både vridmomentproduktion och obehag beaktades.

Nyare artiklar från detta stall har utökat dessa begrepp och bevis ytterligare. Ward och Oliver (2007) tar upp hypoalgesiska effekter (kall smärttröskel) och jämför en stimulering av NMES-typ vid 50 Hz och 1 kHz växelström vid 50 Hz (Aussie Stim – numera mer korrekt kallad BMAC). Båda visade sig vara effektiva när det gäller att höja den kalla smärttröskeln, även om det inte fanns någon signifikant skillnad mellan dem. Ward och Lucas (2007) utvärderade variationer av burstlängden med stimulering av typen BMAC på 1 och 4 kHz. De kortare bursts med kortare varaktighet (2-4 msek) verkade vara mer effektiva och författarna föreslår att dessa sannolikt är mer effektiva än antingen interferentialterapi eller rysk stimulering i klinisk praxis, även om detta behövde bekräftas med kliniska prövningar. Detta scenario utvärderas i en bra sammanfattning och översiktsartikel (Ward, 2009).

Sist jämförde Ward et al (2009) BMAC och TENS effektivitet för experimentella effekter av kall smärta. Båda genererade signifikanta förändringar, även om de inte var signifikant skilda från varandra. Författarna föreslår dock att eftersom BMAC-stimulering genererar mindre obehag än TENS kan det finnas en klinisk fördel med dess användning. I Ward och Chuen (2009) görs ytterligare en utvärdering av effekterna av burst duration med BMAC, och det bekräftas att kortvariga bursts (1-4 msek) verkar vara mest effektiva. Det påpekas återigen att detta är kortare än de burstlängder som används med antingen interferentialterapi eller RStim, och därför bör BMAC övervägas som ett kliniskt alternativ.

Sammanfattning

Varier olika former av elektrisk stimulering med medelhög frekvens (kHz-området) har förespråkats för effekter av motorisk stimulering och, på senare tid, för hypoalgesi. Rysk stimulering (vid 2500 Hz eller 2,5 kHz) har visat sig vara effektiv för att öka muskelstyrka och vridmomentgenerering. Modifiering för att använda olika bärfrekvenser har resulterat i en variant – BMAC som kan bli mer användbar i den kliniska miljön eftersom den verkar vara både effektivare och genererar mindre obehag.

Bakgrunds- och översiktsdokument

Ward, A. R. and N. Shkuratova (2002). ”Rysk elektrisk stimulering: de tidiga experimenten”. Physical Therapy 82(10): 1019-1030.

Ward, A. R. (2009). ”Elektrisk stimulering med kilohertzfrekvent växelström”. Phys Ther 89(2): 181-190.

Selkowitz, D. M. (1989). ”Högfrekvent elektrisk stimulering vid muskelförstärkning: en genomgång och diskussion … quadriceps femoris”. American Journal of Sports Medicine 17(1): 103-111.

Experimental Papers

Delitto, A. (2002). ””Rysk elektrisk stimulering”: att sätta detta perspektiv i perspektiv”. Phys Ther 82(10): 1017-1018.

Delitto, A., M. Brown, M. J. Strube, S. J. Rose och R. C. Lehman (1989). ”Elektrisk stimulering av quadriceps femoris hos en elitviktslyftare: ett experiment med en enda försöksperson”. Int J Sports Med 10(3): 187-191.

Delitto, A., S. J. Rose, J. M. McKowen, R. C. Lehman, J. A. Thomas och R. A. Shively (1988). ”Elektrisk stimulering kontra frivillig träning för att stärka lårmuskulaturen efter en operation av det främre korsbandet”. Phys Ther 68(5): 660-663.

Delitto, A., M. J. Strube, A. D. Shulman och S. D. Minor (1992). ”En studie av obehag vid elektrisk stimulering”. Phys Ther 72(6): 410-421.

Frei, T., R. Stauffer, et al. (1998). ”Rysk stimulering .” Krankengymnastik: Zeitschrift fur Physiotherapeuten 50(2): 272-88.

Gauthier, J. M., R. Theriault, et al. (1992). ”Elektrisk stimulering-inducerade förändringar i skelettmuskelenzymer hos män och kvinnor. Effekten av variation i burst- och bärfrekvenslägena för neuromuskulär elektrisk stimulering på smärtupplevelsen hos friska personer

Gultekin, Z., A. K. Isler, et al. (2006). ”Effekten av elektrisk stimulering med högspänningspulserad galvanisk ström och ryska strömmar på ackumulering av mjölksyra: en preliminär studie”. Fizyoterapi-Rehabil. 17(2): 89-94.

Holcomb, W. R., S. Golestani, et al. (2000). ”En jämförelse av produktion av vridmoment i knäextension med bifasisk kontra rysk ström”. J-Sport-Rehabil. 9(3): 229-39.

Laufer, Y., J. D. Ries, P. M. Leininger och G. Alon (2001). ”Quadriceps femoris muskelmoment och utmattning som genereras av neuromuskulär elektrisk stimulering med tre olika vågformer”. Physical Therapy 81(7): 1307-1316.

Linares, M., K. Escalante, et al. (2004). ”Bibliografisk genomgång av de strömmar och parametrar som är mest effektiva vid elektrostimulering av quadriceps”. Fisioterapia 26(4): 235-44. (Spanska)

St Pierre, D., A. W. Taylor, M. Lavoie, W. Sellers och Y. M. Kots (1986). ”Effekter av 2500 Hz sinusformad ström på fiberområde och styrka i quadriceps femoris”. J Sports Med Phys Fitness 26(1): 60-66.

Selkowitz, D. M. (1985). ”Förbättring av isometrisk styrka hos muskeln quadriceps femoris efter träning med elektrisk stimulering”. Phys-Ther. 65(2): 186-186.

Selkowitz, D. M., E. G. Rossman och S. Fitzpatrick (2009). ”Effekt av burstmodulerad växelströmsbärarfrekvens på den strömamplitud som krävs för att producera maximalt tolererat elektriskt stimulerat quadriceps femoris knäextensionsmoment”. Am J Phys Med Rehabil 88(12): 973-978.

Snyder Mackler, L., A. Delitto, S. W. Stralka och S. L. Bailey (1994). ”Användning av elektrisk stimulering för att förbättra återhämtningen av quadriceps femoris muskelkraftproduktion hos patienter efter främre korsbandsrekonstruktion”. Physical Therapy 74(10): 901-907.

Snyder-Mackler, L., A. Delitto, S. L. Bailey och S. W. Stralka (1995). ”Styrka hos muskeln quadriceps femoris och funktionell återhämtning efter rekonstruktion av det främre korsbandet. En prospektiv, randomiserad klinisk prövning av elektrisk stimulering”. J Bone Joint Surg Am 77(8): 1166-1173.

Snyder-Mackler, L., M. Garrett och M. Roberts (1989). ”En jämförelse mellan tre olika elektriska stimuleringsströmmars vridmomentgenererande förmåga”. J Orthop Sports Phys Ther 10(8): 297-301.

Stefanovska, A. och L. Vodovnik (1985). ”Förändring av muskelkraft efter elektrisk stimulering. Beroende på stimuleringens vågform och frekvens”. Scand J Rehabil Med 17(3): 141-146.

Stone, J. A. (1997). ”Förebyggande och rehabilitering. ”Rysk” elektrisk stimulering.” Athletic Therapy Today 2(3): 27.

Ward, A. R. and W. L. Chuen (2009). ”Sänkning av sensoriska, motoriska och smärttoleranta tröskelvärden med burst duration med hjälp av kilohertz-frekvent växelströmselektrisk stimulering: del II”. Arch Phys Med Rehabil 90(9): 1619-1627.

Ward, A. R., S. Lucas-Toumbourou och B. McCarthy (2009). ”En jämförelse av den analgetiska effekten av medelfrekvent växelström och TENS”. Physiotherapy 95(4): 280-288.

Ward, A. R. och W. G. Oliver (2007). ”Jämförelse av den hypoalgetiska effekten av lågfrekventa och burstmodulerade kilohertzfrekvensströmmar”. Phys Ther 87(8): 1056-1063.

Ward, A. R., W. G. Oliver och D. Buccella (2006). ”Wrist extensor torque production and discomfort associated with low-frequency and burst-modulated kilohertz-frequency currents”. Physical Therapy 86(10): 1360-1367.

Ward, A. R. and V. J. Robertson (1998). ”Sensoriska, motoriska och smärttrösklar för stimulering med medelfrekvent växelström”. Arch Phys Med Rehabil 79(3): 273-278.

Ward, A. R. and V. J. Robertson (1998). ”Variation i vridmomentproduktion med frekvensen med hjälp av medelfrekvent växelström”. Arch Phys Med Rehabil 79(11): 1399-1404.

Ward, A. R. and V. J. Robertson (2000). ”Variationen i utmattningshastighet med frekvensen med hjälp av kHz-frekvent växelström”. Med Eng Phys 22(9): 637-646.

Ward, A. R., V. J. Robertson och H. Ioannou (2004). ”Effekten av arbetscykel och frekvens på muskelmomentproduktion med hjälp av växelström i kilohertzfrekvensområdet”. Med Eng Phys 26(7): 569-579.

Ward, A. R., V. J. Robertson och R. J. Makowski (2002). ”Optimala frekvenser för elektrisk stimulering med medelfrekvent växelström”. Arch Phys Med Rehabil 83(7): 1024-1027.