Russisk stimulering og Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russisk stimulering og Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russisk stimulering – historie
Summary

Oversigt

Der er en vis grad af forvirring omkring dette indgreb, hovedsagelig fordi der findes flere “navne” eller beskrivelser for det samme indgreb.

Væsentligst anvender denne type elektrisk stimulering det, der betegnes som en mellemfrekvent vekselstrøm (i det lave kHz-område – tusindvis af cyklusser i sekundet), som leveres i et pulserende (eller burst- eller afbrudt) output. Pulseringen eller udbruddet er ved en “lav” frekvens, og som følge heraf vil nerverne reagere. Den anvendes primært som et middel til at generere et motorisk respons, selv om den, som det vil fremgå (nedenfor), også er blevet undersøgt som et elektroanalgetisk indgreb.

Russisk stimulering var sandsynligvis den tidligste betegnelse for denne stimuleringstype. Flere multimodale stimuleringsapparater omfatter den som en af deres muligheder. Burst Mode Alternating Current (BMAC) er en mere generisk og mere nyligt anvendt betegnelse, som sandsynligvis er at foretrække. Aussie Stimulation (se nedenfor) er et ordspil på den oprindelige russiske stimulering og er ikke særlig indsigtsfuld som betegnelse. BMAC er sandsynligvis den betegnelse, der kunne bruges og bør bestå.

Russisk Stimulation – Historie

Kredsen for det tidlige arbejde på dette område tilskrives Kotz, der er baseret i Rusland. Der er visse vanskeligheder med at få adgang til papirerne, og flere af de vigtigste forskningsresultater blev ikke medtaget i det offentliggjorte arbejde. Ward og Shkuratova (2002) har udført et stykke arbejde med at oversætte de tidlige russisksprogede publikationer og sammenfatte de spørgsmål, der blev rejst. Dette resumé er i vid udstrækning afledt af deres arbejde, og der gives kredit til dem. Hvis du er interesseret i det oprindelige arbejde, opfordres du kraftigt til at læse Ward og Shkuratovas (2002) dokument. Selkowitz (1989) har også givet en meget nyttig gennemgang af baggrundsforskningen.

Både Ward og Shkuratovas (2002) og Selkowitz’ (1989) artikler støtter det grundlæggende koncept og er stort set enige i, at denne intervention har understøttende evidens. Det antydes i Selkowitz’ gennemgang, at selv om der er evidens for, at der genereres en øget muskelkraft med russisk stimulering (herefter RStim), er der ikke meget evidens for, at det er mere effektivt end motion alene, og det er heller ikke påvist, at det var bedre end andre former for stimulering. Det betyder ikke, at den blev betragtet som ineffektiv – blot at den på tidspunktet for gennemgangen ikke “overgik” andre interventioner.

Ward og Shkuratova inkluderer i deres gennemgang to tidlige artikler (russiske) og flere artikler, som siden er blevet offentliggjort på engelsk.

Det russiske eksperiment fra 1971 havde til formål at fastslå det grundlæggende princip for denne stimuleringsmetode. Man overvejede protokollerne for timing (stimulering/hvile/gennemgang) samt spørgsmålet om behandlingsfrekvens. Det, der er blevet kendt som 10/50/10-protokollen, blev identificeret som værende effektivt (dette betyder i det væsentlige, at man stimulerer i 10 sekunder, efterlader en hvileperiode på 50 sekunder og gentager denne sekvens i 10 minutter (dvs. 10 stimulerings-/hvilecyklusser), var faktisk effektivt.

Stimuleringen viste sig at skabe træthed, hvis den blev givet i mere end 10 sekunder (ved maksimal tolerabel intensitet). Der blev afprøvet forskellige hvilefaser mellem impulserne, der varierede fra 10 til 50 sekunder. Både 40 og 50 sekunders hvile blev identificeret som effektive, selv om nogle forsøgspersoner tilsyneladende begyndte at vise træthed med 40 sekunders hvile, og derfor blev 50 sekunders perioden efterfølgende vedtaget.

Stimuleringsperioder (9 eller 19 dage) og stimulering dagligt eller på skift blev også overvejet, og det blev konkluderet, at daglig stimulering var mere effektiv. RStim viste sig at være mere effektiv end frivillig kontraktion alene (dvs. uden understøttende stimulering).

Mekanismen for den stimulerede muskels øgede kraftgenererende kapacitet blev tilskrevet både en kortvarig CNS-tilpasning og også en forøgelse af muskelvævets volumen (dette ville være i overensstemmelse med meget af det NMES-arbejde, der er udført på det seneste).

Den anden af de to artikler (Andrianova et al., 1971) – Kots er medforfatter – undersøgte kilohertz sinusformet stimulation ved forskellige frekvenser, i kontinuerlig og burst-tilstand over muskelmaven og som et middel til at stimulere nervestammen.

Stimuleringen blev anvendt ved en række “mellemstore” frekvenser (100-500-1000-2500-3000-5000Hz), og det blev konstateret, at efterhånden som stimuleringsfrekvensen steg, var der en større komfort for modtageren, og det blev derfor (forudsigeligt) konstateret, at der kunne leveres en større strøm til musklen med øgede (højere) frekvenser.

Forskerne konkluderede, at 2500Hz (2,5kHz) var den mest effektive frekvens til stimulering af muskelvæv (1000Hz eller 1kHz var mere effektivt til stimulering af nervestammen) ved stimulering af 10 sekunders varighed. Ved at bruge en 2500Hz-stimulering på 10 millisekunder betyder det, at den effektive muskelstimulering er på 50Hz.

Der blev evalueret kontinuerlige vs. burst-protokoller (dvs. kontinuerlig 2500Hz eller 2500Hz-burst med 10ms intervaller). Der var ingen signifikant forskel i den maksimale kraft, der blev genereret, men burst-tilstanden genererede det samme resultat med mindre strøm, der blev anvendt (50 % mindre). Anbefalingen er derfor, at stimulationen bør anvendes med en 2500Hz bærende mellemfrekvent sinusformet sinusformet vekselstrøm, burst ved 50 Hz (10 ms ON : 10 ms OFF) på et maksimalt tolerabelt niveau.

Det resulterende stimulationsmønster fra dette arbejde (og man antager nogle tilfældige undersøgelser, som ikke blev rapporteret i disse 2 publikationer!) er :

Basisfrekvens : 2500Hz (2.5kHz)

Burst @ 50Hz

10ms ON : 10 ms OFF (50 % duty cycle)

Stimulering leveres således i 10 sekunder

Restperiode på 50 sekunder

Gentaget 10 cyklusser

Dagligt

Maksimal tolerabel intensitet

Der er blevet fremsat mange kritiske kommentarer til dette arbejde. Det er klart, at mange mennesker har haft svært ved at få adgang til de originale artikler, selv om Ward og Shkuratova (2002)-gennemgangen burde være en hjælp. Der var ingen placeboinddragelse i arbejdet. De frivillige var alle unge (15-17 år) meget veltrænede og sunde atleter (OL-aspiranter). Dette kan derfor ikke automatisk overføres til den kliniske verden med nogen garanti for, at det vil være lige så effektivt på patienter. Ward fortsætter med en velovervejet diskussion, som bør være vigtig læsning for dem med en udvidet interesse for dette område.

Som en afsluttende kommentar til det tidlige arbejde er det rimeligt at konkludere, at denne type elektrisk stimulering resulterer i en stigning i muskelkraft (drejningsmoment, styrke), især når den kombineres med frivillig træning. Det hævdes, at en person, der både foretager stimulering og et frivilligt træningsprogram, i det mindste vil deltage i en større mængde arbejde, og at resultaterne derfor med rimelighed kan forventes at blive bedre. Det anføres også, at mens RStim-komponenten sandsynligvis har en større virkning på type II-fibrene (hurtige fibre), kan den frivillige træningskomponent have sin dominerende virkning på de langsommere fibre (type I) og dermed give et bedre samlet resultat.

fra Ward (2009)

fra Ward et al (2006)

Figurerne ovenfor og til venstre (krediteret Ward, 2009 og Ward et al, 2006) illustrerer den stimulering, der anvendes. I den klassiske russiske stimulering moduleres (eller burst) 2500 Hz med 50 Hz ved hjælp af 10 ms ON- og 10 ms OFF-perioder (illustration C i øverste figur).

I gennemgangen af Ward og Shkuratova (2002) nævner Ward og Shkuratova (2002) også flere andre forholdsvis tidlige artikler (i.dvs. før 2002), som har evalueret RStim.

Delitto et al (1989) rapporterer om et casestudie, hvor en elitevægtløfter blev behandlet med denne stimulering, og som opnåede betydelige styrkeforbedringer ud over dem, der blev opnået ved træning alene. I forsøgene fra Delitto et al (1988); Snyder-Mackler et al (1994 og 1995) blev RStim anvendt efter ACL-kirurgi. RStim blev sammenlignet med frivillige træningsprogrammer, og der blev opnået betydeligt større kraftforbedringer med RStim-protokollen. I artiklen fra 1994 blev RStim sammenlignet med en protokol af NMES-typen (til hjemmebrug). Der var betydelige fordele ved det klinikbaserede RStim-program. Snyder-Mackler et al (1989) sammenlignede RStim med interferentiel terapi (IFT) og en NMES-protokol (muskelstimulering). IFT resulterede i betydeligt mindre muskelkraftgenerering som reaktion på stimuleringen. De højeste gennemsnitlige kraftresultater blev opnået med RStim, men de var ikke signifikant forskellige fra dem, der blev opnået ved NMES-stimulation. Endelig blev der i denne gruppe i undersøgelsen fra 1988 af Snyder-Mackler et al. sammenlignet en protokol med elektrisk stimulering med en protokol med frivillig træning efter ACL-kirurgi. Stimulationen foregik ved 2500 Hz med 50 Hz burst (dvs. RStim). Quadriceps- og hamstring-kontraktioner blev udført (trænings- og stimuleringsgrupper) med 15 sekunders hold/stimulering efterfulgt af 50 sekunders hvile. De resultater (styrkeforøgelse), der blev opnået med RStim-gruppen, var signifikant bedre end dem, der foretog motion.

Laufer et al (2001) sammenlignede tre stimuleringsformer : 50Hz, moduleret fra 2,5kHz : 50Hz monofasisk NMES : 50Hz biphasisk NMES. Alle forsøgspersoner (raske frivillige, ikke patienter) blev tilfældigt behandlet med alle stimulationsformer. Begge NMES-stimuleringer gav en fordel i forhold til 2,5 kHz-stimulering. Det er interessant, at den bifasiske NMES gav det stærkeste resultat i dette tilfælde. 2,5 kHz AC (effektivt RStim) genererede ikke blot den svageste muskelkraftproduktion, men gav også anledning til et hurtigere træthedsrespons. Dette var et omhyggeligt kontrolleret eksperiment, der gav anledning til udfordrende resultater.

Selkowitz-forskningen omfatter artiklen fra 1985, der sammenligner en RStim-protokol (kun) med frivillig træning (kun) for quads. Stim blev leveret 3 x ugentligt i 4 uger og resulterede i signifikante stigninger i isometrisk styrke sammenlignet med den gruppe, der kun udøvede motion. Den nyere artikel af Selkowitz et al. (2009), der sammenlignede en 2500 og en 5000 Hz bærefællestimulering, viste en klar og betydelig fordel ved brug af 2500 Hz-stimulering.

Ud over den betydelige gennemgang og det eksperimentelle arbejde, som Selkowitz har udført (referencer i slutningen af denne artikel), har Ward og hans team i Australien sandsynligvis udført den mest omfattende offentliggjorte serie af undersøgelser på dette område. Der findes en liste over relevante artikler i referencerne i slutningen af dette materiale. Det, der er medtaget her, er et meget kort resumé af et omfattende forskningsprogram og litteraturgennemgangsmateriale, som læseren kraftigt opfordres til at få adgang til og læse originalerne.

Ward et al. har ikke blot gennemført en nyttig række eksperimentelle undersøgelser og gennemgange, men har også ændret fremgangsmåden, idet de har anvendt en mere generel betegnelse BMAC – Burst Mode Alternating Current til at beskrive denne stimulering, og for nylig har de opfundet udtrykket “Aussie Stimulation”. Dokumentet dækker årene 1998 til i dag, og af hensyn til omfanget af det arbejde, der er udført, er kun de vigtigste spørgsmål fremhævet her. Der findes en komplet referenceliste, som læseren opfordres kraftigt til at konsultere for at få nærmere oplysninger om forskningen og for de indsigtsfulde og omfattende diskussioner, der er medtaget.

I en af de tidlige artikler (Ward og Robertson, 1998) blev effekten af stimuleringsfrekvensen evalueret med hensyn til sensoriske, motoriske og smertetærskler. Hovedpointen i arbejdet var at fastslå den bærefrekvens (mellem 1 og 35 kHz), som var i stand til at generere det mest effektive motoriske respons med mindst sensorisk ubehag. Resultaterne viser, at alle tre tærskelværdier falder fra 1 til 10 kHz, hvorefter de stiger igen. Den mest effektive motoriske stimuleringsbærefrekvens med mindst sensorisk stimulering og mindst smerte lå ved 10 kHz, som derfor blev foreslået som værende at foretrække, hvis muskelaktivitet var prioriteret med minimalt ubehag. Al stimulering var “burst” ved 50 Hz (som med RStim-baseret stimulering).

Der er rapporteret om en udvidelse af dette arbejde (Ward og Robertson, 1998), hvor den bærefrekvens, der genererede det største drejningsmoment, blev taget i betragtning (fra 1 til 15 kHz, alle burst ved 50 Hz). Selv om det er blevet fastslået, at 10 kHz-bæreren genererede den muskelsammentrækning, der var ledsaget af mindst ubehag, viste dette arbejde, at brugen af en bærer på 1 kHz resulterede i det største drejningsmoment, og at bærere på 2-4 kHz sandsynligvis var det bedste kompromis mellem højt drejningsmoment og ubehag. Dette arbejde blev yderligere forfinet (Ward og Robertson, 2001), da forskellige stimulationer blev sammenlignet, og det blev bl.a. bekræftet, at bærefrekvenser over 10 kHz ikke er nyttige i klinisk rehabilitering.

Den Ward et al (2006) artikel sammenlignede drejningsmoment og ubehag med 4 forskellige typer stimulering – hvoraf 2 var kHz burst ved 50 Hz (RStim: 2500hz og Aussie Stim ved 1000 Hz). De to andre strømme var stimuleringer af NMES-typen (den ene med en 200 mikrosekunders pulsvarighed og 20 ms interpulsinterval, og den anden med en 500 mikrosekunders puls og 20 ms interpulsinterval). Kort sagt genererede RStim et lavere drejningsmoment end de tre andre stimuleringsformer. RStim og Aussie Stim genererede mindre ubehag end de NMES-impulserede (monofasiske) pulserende tilstande. Det blev antydet, at Aussie Stim var den mest effektive, når både momentproduktion og ubehag blev taget i betragtning.

Mere nyere artikler fra denne stald har udvidet disse koncepter og beviser yderligere. Ward og Oliver (2007) behandler hypoalgesiske virkninger (kold smertetærskel) ved at sammenligne en stimulering af NMES-typen ved 50 Hz og 1 kHz vekselstrøm ved 50 Hz (Aussie Stim – nu mere korrekt kaldet BMAC). Begge viste sig at være effektive til at hæve den kolde smertetærskel, selv om der ikke var nogen signifikant forskel mellem dem. Ward og Lucas (2007) evaluerede variationer af burstvarigheden med 1 og 4kHz BMAC-stimulation af typen BMAC. De bursts med kortere varighed (2-4 msec) syntes at være mere effektive, og forfatterne foreslår, at disse sandsynligvis vil være mere effektive end enten interferentiel terapi eller russisk stimulering i klinisk praksis, selv om dette skulle bekræftes med kliniske forsøg. Dette scenarie er evalueret i en stor sammenfatning og oversigtsartikel (Ward, 2009).

Sidst sammenlignede Ward et al (2009) BMAC og TENS effektivitet for eksperimentelle kolde smertevirkninger. Begge genererede signifikante ændringer, selv om de ikke var signifikant forskellige fra hinanden. Forfatterne foreslår dog, at da BMAC-stimulationen genererer mindre ubehag end TENS, kan der være en klinisk fordel ved dens anvendelse. Ward og Chuen (2009) foretager i deres artikel en yderligere evaluering af virkningerne af burstvarighed med BMAC og bekræfter, at de kortvarige bursts (1-4 msek.) synes at være mest effektive. Det påpeges endnu en gang, at dette er kortere end de burstvarigheder, der anvendes med enten interferentiel terapi eller RStim, og at BMAC derfor bør overvejes som en klinisk mulighed.

Resumé

Forskellige former for “mellemfrekvent” (kHz-området) elektrisk stimulering er blevet anbefalet med henblik på motoriske stimuleringseffekter og for nylig også med henblik på hypoalgesi. Russisk stimulering (ved 2500 Hz eller 2,5 kHz) har vist sig at være effektiv til at øge muskelstyrke og momentgenerering. Modifikation til brug af forskellige bærefrekvenser har resulteret i en variant – BMAC, som måske bliver mere anvendelig i det kliniske miljø, da den synes at være både mere effektiv og genererer mindre ubehag.

Background and Review Papers

Ward, A. R. og N. Shkuratova (2002). “Russisk elektrisk stimulering: de tidlige eksperimenter”. Physical Therapy 82(10): 1019-1030.

Ward, A. R. (2009). “Elektrisk stimulering ved hjælp af kilohertz-frekvent vekselstrøm.” Phys Ther 89(2): 181-190.

Selkowitz, D. M. (1989). “Højfrekvent elektrisk stimulering til muskelstyrkelse: en gennemgang og diskussion … quadriceps femoris.” American Journal of Sports Medicine 17(1): 103-111.

Experimental Papers

Delitto, A. (2002). “”Russisk elektrisk stimulering”: at sætte dette perspektiv i perspektiv.” Phys Ther 82(10): 1017-1018.

Delitto, A., M. Brown, M. J. Strube, S. J. Rose og R. C. Lehman (1989). “Elektrisk stimulering af quadriceps femoris hos en elitevægtløfter: et enkelt forsøg med en enkelt forsøgsperson”. Int J Sports Med 10(3): 187-191.

Delitto, A., S. J. Rose, J. M. McKowen, R. C. Lehman, J. A. Thomas og R. A. Shively (1988). “Elektrisk stimulering kontra frivillig træning til styrkelse af lårmuskulaturen efter forreste korsbåndskirurgi .” Phys Ther 68(5): 660-663.

Delitto, A., M. J. Strube, M. J. Strube, A. D. Shulman og S. D. Minor (1992). “En undersøgelse af ubehag ved elektrisk stimulering”. Phys Ther 72(6): 410-421.

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

Gauthier, J. M., R. Theriault, et al. (1992). “Elektrisk stimulation-inducerede ændringer i skeletmuskelenzymer hos mænd og kvinder. Effekten af variation i burst- og bærefrekvensmodes af neuromuskulær elektrisk stimulering på smerteopfattelse hos raske personer

Gultekin, Z., A. K. Isler, et al. (2006). “Effekt af elektrisk stimulering med højspændingsimpulseret galvanisk strøm og russiske strømme på mælkesyreakkumulering: en foreløbig undersøgelse.” Fizyoterapi-Rehabil. 17(2): 89-94.

Holcomb, W. R., S. Golestani, et al. (2000). “En sammenligning af knæudstrækningsmomentproduktion med bifasisk versus russisk strøm.” J-Sport-Rehabil. 9(3): 229-39.

Laufer, Y., J. D. Ries, P. M. Leininger og G. Alon (2001). “Quadriceps femoris-muskelmomenter og træthed genereret af neuromuskulær elektrisk stimulering med tre forskellige bølgeformer.” Physical Therapy 81(7): 1307-1316.

Linares, M., K. Escalante, et al. (2004). “Bibliografisk gennemgang af de strømme og parametre, der er mest effektive ved elektroestimulering af quadriceps.” Fisioterapia 26(4): 235-44. (spansk)

St Pierre, D., A. W. Taylor, M. Lavoie, W. Sellers og Y. M. Kots (1986). “Virkninger af 2500 Hz sinusformet strøm på fiberområde og styrke i quadriceps femoris”. J Sports Med Phys Fitness 26(1): 60-66.

Selkowitz, D. M. (1985). “Forbedring af den isometriske styrke af quadriceps femoris-musklen efter træning med elektrisk stimulering.” Phys-Ther. 65(2): 186-186.

Selkowitz, D. M., E. G. Rossman og S. Fitzpatrick (2009). “Effekt af burst-moduleret vekselstrømsbærerfrekvens på den strømamplitude, der kræves for at producere maksimalt tolereret elektrisk stimuleret quadriceps femoris knæudvidelsesmoment i knæet.” Am J Phys Med Rehabil 88(12): 973-978.

Snyder Mackler, L., A. Delitto, S. W. Stralka og S. L. Bailey (1994). “Anvendelse af elektrisk stimulering til at forbedre genoprettelsen af quadriceps femoris-musklens kraftproduktion hos patienter efter forreste korsbåndsrekonstruktion.” Physical Therapy 74(10): 901-907.

Snyder-Mackler, L., A. Delitto, S. L. Bailey og S. W. Stralka (1995). “Styrken af quadriceps femoris-musklen og funktionel genopretning efter rekonstruktion af det forreste korsbånd. Et prospektivt, randomiseret klinisk forsøg med elektrisk stimulering.” J Bone Joint Surg Am 77(8): 1166-1173.

Snyder-Mackler, L., M. Garrett og M. Roberts (1989). “En sammenligning af drejningsmomentgenereringsevnen af tre forskellige elektriske stimuleringsstrømme.” J Orthop Sports Phys Ther 10(8): 297-301.

Stefanovska, A. og L. Vodovnik (1985). “Ændring i muskelkraft efter elektrisk stimulering. Afhængighed af stimulationsbølgeform og frekvens.” Scand J Rehabil Med 17(3): 141-146.

Stone, J. A. (1997). “Forebyggelse og rehabilitering. “Russisk” elektrisk stimulering.” Athletic Therapy Today 2(3): 27.

Ward, A. R. og W. L. Chuen (2009). “Sænkning af sensoriske, motoriske og smertetolerancetærskler med burstvarighed ved hjælp af kilohertz-frekvens vekselstrøms elektrisk stimulering: del II.” Arch Phys Med Rehabil 90(9): 1619-1627.

Ward, A. R., S. Lucas-Toumbourou og B. McCarthy (2009). “En sammenligning af den analgetiske effekt af mellemfrekvent vekselstrøm og TENS.” Physiotherapy 95(4): 280-288.

Ward, A. R. og W. G. Oliver (2007). “Sammenligning af den hypoalgesiske effekt af lavfrekvente og burst-modulerede kilohertz-frekvensstrømme.” Phys Ther 87(8): 1056-1063.

Ward, A. R., W. G. Oliver og 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. og V. J. Robertson (1998). “Sensoriske, motoriske og smertetærskler for stimulering med mellemfrekvent vekselstrøm.” Arch Phys Med Rehabil 79(3): 273-278.

Ward, A. R. og V. J. Robertson (1998). “Variation i drejningsmomentproduktion med frekvens ved hjælp af mellemfrekvent vekselstrøm.” Arch Phys Med Rehabil 79(11): 1399-1404.

Ward, A. R. og V. J. Robertson (2000). “Variationen i udmattelseshastighed med frekvens ved hjælp af kHz-frekvent vekselstrøm.” Med Eng Phys 22(9): 637-646.

Ward, A. R., V. J. Robertson og H. Ioannou (2004). “Virkningen af arbejdscyklus og frekvens på muskelmomentproduktion ved hjælp af kilohertz-frekvensområde vekselstrøm.” Med Eng Phys 26(7): 569-579.

Ward, A. R., V. J. Robertson og R. J. Makowski (2002). “Optimale frekvenser for elektrisk stimulation ved hjælp af mellemfrekvent vekselstrøm.” Arch Phys Med Rehabil 83(7): 1024-1027.