Russische stimulatie en Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russische stimulatie en Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russische stimulatie – Geschiedenis
Samenvatting

Overzicht

Er bestaat een zekere mate van verwarring over deze ingreep, meestal veroorzaakt door het feit dat er verschillende “namen” of beschrijvingen voor dezelfde ingreep bestaan.

In essentie maakt dit type elektrische stimulatie gebruik van wat wordt genoemd een middenfrequente wisselstroom (in het lage kHz-bereik – duizenden cycli per seconde), die wordt afgegeven in een gepulseerde (of burst of onderbroken) output. Het pulseren of uitbarsten gebeurt met een “lage” frequentie, en als gevolg daarvan zullen de zenuwen reageren. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als middel om een motorische respons op te wekken, hoewel het, zoals hieronder zal blijken, ook is onderzocht als een interventie van het type elektro-analgesie.

Russische Stimulatie was waarschijnlijk de vroegste naam voor dit stimulatietype. Verscheidene multimodale stimulatie-apparaten omvatten het als een van hun opties. Burst Mode Alternating Current (BMAC) is een meer algemene en meer recent gebruikte term, die waarschijnlijk de voorkeur verdient. Aussie Stimulatie (zie hieronder) is een woordspeling op de oorspronkelijke Russische Stimulatie, en is niet bijzonder inzichtelijk als descriptor. BMAC is waarschijnlijk de term die zou kunnen worden gebruikt en zou moeten blijven bestaan.

Russische Stimulatie – Geschiedenis

De eer voor het vroege werk op dit gebied wordt toegeschreven aan Kotz, gevestigd in Rusland. Er is enige moeilijkheid om toegang te krijgen tot de documenten, en verschillende van de belangrijkste onderzoeksresultaten werden niet opgenomen in het gepubliceerde werk. Ward en Shkuratova (2002) hebben de eerste publicaties in het Russisch vertaald en een samenvatting gemaakt van de aan de orde gestelde vraagstukken. Deze samenvatting is grotendeels ontleend aan hun werk, aan wie de eer wordt gegeven. Als u geïnteresseerd bent in het oorspronkelijke werk, wordt u sterk aangemoedigd om het document van Ward en Shkuratova (2002) te raadplegen. Selkowitz (1989) heeft ook een zeer nuttig overzicht gegeven van het achtergrondonderzoek.

Zowel het artikel van Ward en Shkuratova (2002) als dat van Selkowitz (1989) ondersteunen het basisconcept en zijn het er in grote lijnen over eens dat deze interventie ondersteunend bewijs heeft. In het overzicht van Selkowitz wordt gesuggereerd dat, hoewel er bewijs is voor een verhoogde spierkracht die wordt gegenereerd met Russische Stimulatie (hierna RStim), er weinig bewijs is dat het effectiever is dan lichaamsbeweging alleen, noch werd aangetoond dat het beter was dan andere vormen van stimulatie. Dat wil niet zeggen dat het als ondoeltreffend werd beschouwd – alleen dat het ten tijde van het onderzoek andere interventies niet “oversteeg”.

Ward en Shkuratova nemen in hun onderzoek twee vroege artikelen op (Russisch) en verschillende artikelen die sindsdien in het Engels zijn gepubliceerd.

De Russische experimenten van 1971 hadden tot doel het fundamentele principe van deze stimulatiemethode vast te stellen. De timing (stimulatie/rust/herhalingen) protocollen werden overwogen evenals de kwestie van behandelingsfrequentie. Wat bekend is geworden als het 10/50/10-protocol werd effectief bevonden (dit betekent in wezen 10 seconden stimulatie, een rustperiode van 50 seconden en deze sequentie 10 minuten lang herhalen (d.w.z. 10 stimulatie/rust-cycli)).

De stimulatie bleek vermoeidheid op te wekken als zij langer dan 10 seconden werd toegediend (bij maximaal toelaatbare intensiteit). Verschillende interpulse rustfasen werden getest variërend van 10 tot 50 seconden. Zowel de 40 als de 50 seconden rust werden effectief bevonden, hoewel sommige proefpersonen vermoeidheid begonnen te vertonen bij de 40 seconden rust, vandaar dat vervolgens de 50 seconden periode werd aangenomen.

Stimulatieperiodes (9 of 19 dagen) en dagelijkse of wisselende stimulatie werden ook overwogen. de conclusie was dat dagelijkse stimulatie effectiever was. De RStim bleek effectiever te zijn dan vrijwillige contractie alleen (d.w.z. zonder ondersteunende stimulatie).

Het mechanisme van de verhoogde krachtopwekkende capaciteit van de gestimuleerde spier werd toegeschreven aan zowel een korte termijn CNS aanpassing als aan een toename van het spierweefsel volume (dit zou consistent zijn met veel van het NMES werk dat recenter is uitgevoerd).

In het tweede van de twee artikelen (Andrianova et al, 1971) – Kots is medeauteur – werd gekeken naar sinusoïdale stimulatie van kilohertz bij verschillende frequenties, in continue en burst-modus over de spierbuik en als middel om de zenuwstam te stimuleren.

De stimulatie werd toegepast bij een reeks van “gemiddelde” frequenties (100-500-1000-2500-3000-5000Hz) en er werd vastgesteld dat naarmate de stimulatiefrequentie toenam, er een groter comfort voor de ontvanger was, en er werd dan ook (voorspelbaar) vastgesteld dat een grotere stroom aan de spier kon worden geleverd met verhoogde (hogere) frequenties.

De onderzoekers concludeerden dat 2500Hz (2,5kHz) de meest effectieve frequentie was om spierweefsel te stimuleren (1000Hz of 1kHz was effectiever voor stimulatie van de zenuwstam), waarbij gedurende 10 seconden werd gestimuleerd. Het gebruik van een stimulatie van 2500Hz bij 10 milliseconden betekent dat de effectieve spierstimulatie bij 50Hz ligt.

De continue vs burst-protocollen werden geëvalueerd (d.w.z. continue 2500Hz of 2500Hz burst met 10ms intervallen). Er was geen significant verschil in de gegenereerde maximale kracht, maar de burst-modus genereerde hetzelfde resultaat met minder stroom die was toegepast (50% minder). De aanbeveling is daarom dat de stimulatie moet worden toegepast met een 2500Hz sinusvormige wisselstroom van gemiddelde frequentie, burst op 50 Hz (10ms ON : 10ms OFF) op een maximaal tolereerbaar niveau.

Het resulterende stimulatiepatroon uit dit werk (en men veronderstelt wat incidenteel onderzoek dat niet werd gerapporteerd in deze 2 publicaties!) is :

Basisfrequentie : 2500Hz (2.5kHz)

Burst @ 50Hz

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

Stimulatie gedurende 10 seconden

Rustperiode van 50 seconden

Herhaalde 10 cycli

Dagelijks

Maximale verdraagbare intensiteit

Er zijn heel wat kritische opmerkingen over dit werk gemaakt. Het is duidelijk dat veel mensen moeite hebben gehad om toegang te krijgen tot de oorspronkelijke papers, hoewel de review van Ward en Shkuratova (2002) daarbij zou moeten helpen. Er waren geen placebo’s bij het werk betrokken. De vrijwilligers waren allemaal jonge (15-17 jaar) zeer fitte en gezonde atleten (Olympische aspiranten). Dit kan daarom niet automatisch worden overgebracht naar de klinische wereld met enige garantie dat het even effectief zal zijn op patiënten. Ward gaat verder met een weloverwogen discussie die essentiële lectuur zou moeten zijn voor diegenen met een uitgebreide belangstelling voor dit gebied.

Als laatste commentaar op het vroege werk, is het redelijk om te concluderen dat dit type elektrische stimulatie resulteert in een toename van spierkracht (koppel, kracht), vooral wanneer het wordt gecombineerd met vrijwillige lichaamsbeweging. Gesteld wordt dat een individu dat zowel de stimulatie als een vrijwillig oefenprogramma ondergaat, op zijn minst een grotere hoeveelheid werk zal verrichten, zodat redelijkerwijs kan worden verwacht dat de resultaten beter zullen zijn. Er wordt ook gesuggereerd dat terwijl de RStim-component waarschijnlijk een groter effect heeft op de type II (snelle) vezels, de vrijwillige oefencomponent zijn dominante effect kan hebben op de langzamere (type I) vezels, waardoor een beter algemeen resultaat wordt bereikt.

van Ward (2009)

van Ward et al (2006)

De figuren boven en links (gecrediteerd aan Ward, 2009 en Ward et al, 2006) illustreren de stimulatie die wordt toegepast. In de klassieke Russische Stimulatie, wordt de 2500Hz gemoduleerd (of burst) op 50Hz met behulp van 10ms ON en 10ms OFF periodes (illustratie C in de bovenste figuur).

De Ward en Shkuratova (2002) review vermeldt ook een aantal andere redelijk vroege papers (dat wil zeggen.d. vóór 2002) die RStim hebben geëvalueerd.

Delitto et al. (1989) melden een casestudy waarin een elite gewichtheffer werd behandeld met deze stimulatie en die aanzienlijke krachtverbeteringen boekte boven die welke werden verkregen door alleen te trainen. De proeven van Delitto e.a. (1988); Snyder-Mackler e.a. (1994 en 1995) gebruikten RStim na een ACL operatie. De RStim werd vergeleken met vrijwillige oefenprogramma’s, en er werd een significant hogere krachttoename bereikt met het RStim protocol. In het artikel van 1994 werd het RStim vergeleken met een NMES type (thuisgebruik) protocol. Er waren aanzienlijke voordelen voor het kliniek gebaseerde RStim programma. Snyder-Mackler et al. (1989) vergeleken RStim met Interferentiële Therapie (IFT) en een NMES (spierstimulatie) protocol. De IFT resulteerde in aanzienlijk minder spierkrachtontwikkeling als reactie op de stimulatie. De hoogste gemiddelde krachtresultaten werden verkregen met RStim, maar deze waren niet significant verschillend van die verkregen met de NMES stimulatie. In deze groep tenslotte, vergeleek de studie van Snyder-Mackler et al. uit 1988 een elektrisch stimulatieprotocol met een vrijwillig inspanningsprotocol na een ACL operatie. De stimulatie was bij 2500Hz burst bij 50Hz (d.w.z. RStim). Quadriceps en hamstring co-contracties werden uitgevoerd (oefening en stimulatie groepen) met een 15 seconden hold/stim gevolgd door 50 seconden rust. De resultaten (krachttoename) van de RStim-groep waren significant beter dan die van de oefengroep.

Laufer et al. (2001) vergeleken drie stimulatiemodi : 50Hz, gemoduleerd van 2.5kHz : 50Hz monofasische NMES : 50Hz bifasische NMES. Alle proefpersonen (gezonde vrijwilligers, geen patiënten) werden willekeurig behandeld met alle stimulatie modi. Beide NMES type stimulaties genereerden een voordeel ten opzichte van de 2.5kHz stimulatie Interessant is dat de bifasische NMES in dit geval het sterkste resultaat gaf. De 2,5kHz AC (effectief RStim) genereerde niet alleen de zwakste spierkrachtoutput, maar gaf ook aanleiding tot een snellere vermoeidheidsreactie. Dit was een zorgvuldig gecontroleerd experiment dat aanleiding gaf tot uitdagende resultaten.

Het onderzoek van Selkowitz omvat het artikel uit 1985 waarin een RStim (alleen) protocol werd vergeleken met vrijwillige oefening (alleen) voor de quads. De stimul werd 3 x per week gedurende 4 weken toegediend en resulteerde in een significante toename van de isometrische kracht in vergelijking met de groep die alleen oefeningen deed. Het recente artikel van Selkowitz et al. (2009) waarin stimulatie met een draaggolffrequentie van 2500 en 5000 Hz werd vergeleken, toonde een duidelijk en significant voordeel aan voor het gebruik van stimulatie met een draaggolffrequentie van 2500 Hz.

Naast het belangrijke overzichts- en experimentele werk van Selkowitz (referenties aan het eind van dit artikel), hebben Ward en zijn team in Australië waarschijnlijk de meest gepubliceerde reeks onderzoeken op dit gebied ondernomen. Er is een lijst van relevante papers in de referenties aan het einde van dit materiaal. Wat hier is opgenomen is een zeer korte samenvatting van een uitgebreid onderzoeksprogramma en literatuuroverzicht materiaal dat de lezer sterk wordt aangemoedigd om toegang te krijgen en de originelen te lezen.

Ward et al hebben niet alleen een nuttige reeks van experimenteel en overzichtswerk uitgevoerd, maar hebben de aanpak gewijzigd, met behulp van een meer algemene term BMAC – Burst Mode Alternating Current om deze stimulatie te beschrijven, en meer recentelijk de uitdrukking “Aussie Stimulation” bedacht. Het document bestrijkt de jaren 1998 tot heden, en in alle eerlijkheid ten aanzien van de omvang van het verrichte werk, worden hier alleen de hoofdpunten belicht. Een volledige referentielijst is voorzien die de lezer ten zeerste wordt aangeraden te raadplegen voor de details van het onderzoek en voor de inzichtelijke en uitgebreide discussies die zijn opgenomen.

In een van de vroege papers (Ward and Robertson, 1998) werd het effect van de frequentie van de stimulatiedragers geëvalueerd in termen van sensorische, motorische en pijndrempels. Het belangrijkste punt van het werk was om de draaggolffrequentie (tussen 1 en 35kHz) vast te stellen die in staat was om de meest effectieve motorische respons met de minste sensorische ongemakken te genereren. Uit de resultaten blijkt dat alle drie de drempels dalen van 1 tot 10 kHz, waarboven zij weer stijgen. De meest effectieve motorische stimulatiedraaggolffrequentie met de minste zintuiglijke stimulatie en de minste pijn lag bij 10 kHz, die daarom de voorkeur kreeg als spieractiviteit de prioriteit was met minimaal ongemak. Alle stimulatie was ‘burst’ op 50Hz (zoals met de RStim gebaseerde stimulatie).

Een uitbreiding van dit werk wordt gerapporteerd (Ward and Robertson, 1998) waarin de draaggolffrequentie die de grootste torsie genereerde werd overwogen (bereik van 1 tot 15kHz, alle burst op 50Hz). Hoewel werd vastgesteld dat de draaggolf van 10 kHz de spiercontractie genereerde die gepaard ging met het minste ongemak, toonde dit werk aan dat het gebruik van een draaggolf van 1 kHz resulteerde in de grootste torsie en dat draaggolven van 2 – 4 kHz waarschijnlijk het beste compromis waren tussen een hoge torsie en ongemak. Dit werk werd verder verfijnd (Ward en Robertson, 2001) toen verschillende stimulaties werden vergeleken, en onder andere werd bevestigd dat draaggolffrequenties van meer dan 10 kHz niet nuttig zijn in de klinische revalidatie.

Het artikel van Ward et al. (2006) vergeleek koppel en ongemak met 4 verschillende soorten stimulatie – 2 daarvan waren kHz-burst bij 50 Hz (RStim: 2500hz en Aussie Stim bij 1000 Hz). De twee andere stromen waren NMES-type stimulaties (één met een pulsduur van 200 microseconden en een interpulsinterval van 20 ms, en de andere met een puls van 500 microseconden en een interpulsinterval van 20 ms). Kortom, de RStim genereerde een lagere torsie dan de andere drie stimulatiemodi. De RStim en de Aussie Stim genereerden minder ongemak dan de NMES (monofasische) gepulseerde modi. Er werd gesuggereerd dat de Aussie Stim het meest effectief was wanneer zowel de koppelproductie als het ongemak in aanmerking werden genomen.

Meer recente artikelen uit deze stal hebben deze concepten en bewijzen verder uitgebreid. Het artikel van Ward en Oliver (2007) beschouwt hypoalgesische effecten (koude pijngrens), waarbij een NMES type stimulatie bij 50Hz en de 1kHz AC bij 50Hz (Aussie Stim – nu beter BMAC genoemd) werden vergeleken. Beide bleken doeltreffend te zijn in het verhogen van de koude pijndrempel, hoewel er geen significant verschil tussen beide was. Ward en Lucas (2007) evalueerden variaties van de duur van de burst met 1 en 4kHz BMAC type stimulatie. De kortere duur van de bursts (2-4 msec) bleek effectiever te zijn en de auteurs suggereren dat deze waarschijnlijk effectiever zijn dan interferentiële therapie of Russische stimulatie in de klinische praktijk, hoewel dit moest worden bevestigd met klinische proeven. Dit scenario wordt geëvalueerd in een geweldige samenvatting en overzichtsartikel (Ward, 2009).

Ten slotte vergeleken Ward et al. (2009) de werkzaamheid van BMAC en TENS voor experimentele effecten van koude pijn. Beide genereerden significante veranderingen, hoewel ze niet significant van elkaar verschilden. De auteurs suggereren echter dat aangezien de BMAC stimulatie minder ongemak genereert dan de TENS, er een klinisch voordeel kan zijn bij het gebruik ervan. Het artikel van Ward en Chuen (2009) voert een verdere evaluatie uit van de burst duur effecten met BMAC, en bevestigt dat de korte duur bursts (1-4msec) het meest effectief lijken. Er wordt nogmaals op gewezen dat dit korter is dan de duur van de uitbarstingen die worden gebruikt bij interferentiële therapie of RStim, en dat BMAC dus moet worden beschouwd als een klinische optie.

Samenvatting

Verschillende vormen van ‘middenfrequente’ (kHz bereik) elektrische stimulatie zijn bepleit voor motorische stimulatie effecten, en meer recent, voor hypoalgesie. Van Russische stimulatie (met 2500 Hz of 2,5 kHz) is aangetoond dat zij doeltreffend is voor het verhogen van spierkracht en het opwekken van torsie. Modificatie om verschillende draaggolffrequenties te gebruiken heeft geresulteerd in een variant – BMAC die bruikbaarder kan worden in de klinische omgeving, aangezien deze zowel doeltreffender lijkt te zijn als minder ongemak veroorzaakt.

Achtergronden en overzichtsartikelen

Ward, A. R. en N. Shkuratova (2002). “Russische elektrische stimulatie: de eerste experimenten.” Physical Therapy 82(10): 1019-1030.

Ward, A. R. (2009). “Electrical stimulation using kilohertz-frequency alternating current.” Phys Ther 89(2): 181-190.

Selkowitz, D. M. (1989). “High frequency electrical stimulation in muscle strengthening: a review and discussion… the quadriceps femoris.” American Journal of Sports Medicine 17(1): 103-111.

Experimental Papers

Delitto, A. (2002). “”Russian electrical stimulation”: het in perspectief plaatsen van dit perspectief.” Phys Ther 82(10): 1017-1018.

Delitto, A., M. Brown, M. J. Strube, S. J. Rose and R. C. Lehman (1989). “Electrical stimulation of quadriceps femoris in an elite weight lifter: a single subject experiment. Int J Sports Med 10(3): 187-191.

Delitto, A., S. J. Rose, J. M. McKowen, R. C. Lehman, J. A. Thomas and R. A. Shively (1988). “Electrical stimulation versus voluntary exercise in strengthening thigh musculature after anterior cruciate ligament surgery.” Phys Ther 68(5): 660-663.

Delitto, A., M. J. Strube, A. D. Shulman and S. D. Minor (1992). “A study of discomfort with electrical stimulation.” Phys Ther 72(6): 410-421.

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

Gauthier, J. M., R. Theriault, et al. (1992). “Elektrische stimulatie-geïnduceerde veranderingen in skeletspierenzymen van mannen en vrouwen. Effect of variation in the burst and carrier frequency modes of neuromuscular electrical stimulation on pain perception of healthy subjects

Gultekin, Z., A. K. Isler, et al. (2006). “Effect van elektrische stimulatie met hoogspanning gepulseerde galvanische stroom en Russische stromen op melkzuurophoping: een voorstudie.” Fizyoterapi-Rehabil. 17(2): 89-94.

Holcomb, W. R., S. Golestani, et al. (2000). “A comparison of knee-extension torque production with biphasic versus Russian current. J-Sport-Rehabil. 9(3): 229-39.

Laufer, Y., J. D. Ries, P. M. Leininger and G. Alon (2001). “Quadriceps femoris spierkoppels en vermoeidheid opgewekt door neuromusculaire elektrische stimulatie met drie verschillende golfvormen.” Physical Therapy 81(7): 1307-1316.

Linares, M., K. Escalante, et al. (2004). “Bibliografisch overzicht van de stromen en parameters die het meest effectief zijn bij de elektroestimulatie van de quadriceps. Fisioterapia 26(4): 235-44. (Spaans)

St Pierre, D., A. W. Taylor, M. Lavoie, W. Sellers and Y. M. Kots (1986). “Effecten van 2500 Hz sinusvormige stroom op vezeloppervlak en kracht van de quadriceps femoris.” J Sports Med Phys Fitness 26(1): 60-66.

Selkowitz, D. M. (1985). “Verbetering van de isometrische kracht van de quadriceps femoris spier na training met elektrische stimulatie.” Phys-Ther. 65(2): 186-186.

Selkowitz, D. M., E. G. Rossman and S. Fitzpatrick (2009). “Effect van burst-gemoduleerde wisselstroom draaggolffrequentie op stroomamplitude die nodig is om maximaal getolereerd elektrisch gestimuleerd quadriceps femoris knie-extensiemoment te produceren.” Am J Phys Med Rehabil 88(12): 973-978.

Snyder Mackler, L., A. Delitto, S. W. Stralka and S. L. Bailey (1994). “Use of electrical stimulation to enhance recovery of quadriceps femoris muscle force production in patients following anterior cruciate ligament reconstruction.” Fysiotherapie 74(10): 901-907.

Snyder-Mackler, L., A. Delitto, S. L. Bailey en S. W. Stralka (1995). “Strength of the quadriceps femoris muscle and functional recovery after reconstruction of the anterior cruciate ligament. Een prospectieve, gerandomiseerde klinische studie van elektrische stimulatie.” J Bone Joint Surg Am 77(8): 1166-1173.

Snyder-Mackler, L., M. Garrett en M. Roberts (1989). “A comparison of torque generating capabilities of three different electrical stimulating currents.” J Orthop Sports Phys Ther 10(8): 297-301.

Stefanovska, A. and L. Vodovnik (1985). “Verandering in spierkracht na elektrische stimulatie. Afhankelijkheid van stimulatie golfvorm en frequentie.” Scand J Rehabil Med 17(3): 141-146.

Stone, J. A. (1997). “Preventie en revalidatie. “Russische” elektrische stimulatie.” Athletic Therapy Today 2(3): 27.

Ward, A. R. and W. L. Chuen (2009). “Verlaging van sensorische, motorische en pijntolerantiedrempels met burst duration door middel van kilohertz-frequentie wisselstroom elektrische stimulatie: deel II.” Arch Phys Med Rehabil 90(9): 1619-1627.

Ward, A. R., S. Lucas-Toumbourou en B. McCarthy (2009). “Een vergelijking van de analgetische werkzaamheid van middenfrequente wisselstroom en TENS.” Fysiotherapie 95(4): 280-288.

Ward, A. R. en W. G. Oliver (2007). “Comparison of the hypoalgesic efficacy of low-frequency and burst-modulated kilohertz frequency currents.” Phys Ther 87(8): 1056-1063.

Ward, A. R., W. G. Oliver and 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). “Sensory, motor, and pain thresholds for stimulation with medium frequency alternating current. Arch Phys Med Rehabil 79(3): 273-278.

Ward, A. R. and V. J. Robertson (1998). “Variation in torque production with frequency using medium frequency alternating current.” Arch Phys Med Rehabil 79(11): 1399-1404.

Ward, A. R. and V. J. Robertson (2000). “The variation in fatigue rate with frequency using kHz frequency alternating current.” Med Eng Phys 22(9): 637-646.

Ward, A. R., V. J. Robertson and H. Ioannou (2004). “The effect of duty cycle and frequency on muscle torque production using kilohertz frequency range alternating current. Med Eng Phys 26(7): 569-579.

Ward, A. R., V. J. Robertson and R. J. Makowski (2002). “Optimale frequenties voor elektrische stimulatie met middenfrequente wisselstroom. Arch Phys Med Rehabil 83(7): 1024-1027.