Funktionelle Elektrostimulation
Rückenmarksverletzungen
Verletzungen des Rückenmarks stören die elektrischen Signale zwischen dem Gehirn und den Muskeln, was zu Lähmungen unterhalb der Verletzungsebene führt. Die Wiederherstellung der Funktion von Gliedmaßen sowie die Regulierung von Organfunktionen sind die Hauptanwendung von FES, obwohl FES auch zur Behandlung von Schmerzen, Druck, Wundvorbeugung usw. eingesetzt wird. Einige Beispiele für FES-Anwendungen sind der Einsatz von Neuroprothesen, die Menschen mit Querschnittslähmung das Gehen und Stehen ermöglichen, die Wiederherstellung der Handgriffsfunktion bei Menschen mit Tetraplegie oder die Wiederherstellung der Darm- und Blasenfunktion. Hochintensive FES der Quadrizeps-Muskeln ermöglicht es Patienten mit kompletter Läsion des unteren Motoneurons, ihre Muskelmasse und den Muskelfaserdurchmesser zu erhöhen, die ultrastrukturelle Organisation des kontraktilen Materials zu verbessern, die Kraftabgabe während der elektrischen Stimulation zu erhöhen und FES-unterstützte Stehübungen durchzuführen.
Gehen bei Rückenmarksverletzungen
Kralj und seine Kollegen beschrieben eine Technik für das Gehen von Querschnittsgelähmten mit Oberflächenstimulation, die auch heute noch die am häufigsten verwendete Methode ist. Elektroden werden beidseitig über den Quadrizepsmuskeln und den Peroneusnerven platziert. Der Anwender steuert die Neuroprothese mit zwei Drucktasten, die an den linken und rechten Griffen eines Gehgestells angebracht sind, oder mit Stöcken oder Krücken. Wenn die Neuroprothese eingeschaltet wird, werden beide Quadrizepsmuskeln stimuliert, um eine stehende Haltung zu ermöglichen. Die Elektroden werden beidseitig über den Quadrizepsmuskeln und den Peroneusnerven platziert. Der Benutzer steuert die Neuroprothese mit zwei Drucktasten, die an den linken und rechten Griffen eines Gehgestells angebracht sind, oder mit Stöcken oder Krücken. Wenn die Neuroprothese eingeschaltet wird, werden beide Quadrizepsmuskeln stimuliert, um eine stehende Haltung zu ermöglichen.
Kraljs Ansatz wurde von Graupe et al. in ein digitales FES-System, das die Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung nutzt. Das Ergebnis ist das Parastep FES-System, das auf den US-Patenten 5,014,705 (1991), 5,016,636 (1991), 5,070,873 (1991), 5,081,989 (1992), 5,092,329 (1992) und verwandten ausländischen Patenten basiert. Das Parastep-System wurde als erstes FES-System für das Stehen und Gehen von der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde (FDA, PMA P900038, 1994) zugelassen und kommerziell verfügbar.
Das digitale Design des Parastep ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Ermüdung des Patienten durch eine drastische Reduzierung der Stimulationsimpulsbreite (100-140 Mikrosekunden) und der Impulsrate (12-24 pro Sek.).), was zu Gehzeiten von 20-60 Minuten und durchschnittlichen Gehstrecken von 450 Metern pro Gang führt, für adäquat trainierte, komplett querschnittsgelähmte Patienten, die ein Training absolvieren, das tägliche Laufbandsitzungen beinhaltet, wobei einige Patienten eine Meile pro Gang überschreiten. Außerdem wurde berichtet, dass das Parestep-basierte Gehen zu mehreren medizinischen und psychologischen Vorteilen führt, einschließlich der Wiederherstellung eines nahezu normalen Blutflusses in den unteren Extremitäten und dem Aufhalten des Knochendichteabfalls.
Die Gehleistung mit dem Parastep-System hängt in hohem Maße von einem rigorosen Konditionierungstraining des Oberkörpers und von der Absolvierung eines 3 bis 5 Monate dauernden täglichen zweistündigen Trainingsprogramms ab, das 30 oder mehr Minuten Laufbandtraining beinhaltet.
Eine Alternative zu den oben genannten Techniken ist das FES-System für das Gehen, das unter Verwendung der Compex Motion Neuroprothese von Popovic et al. entwickelt wurde. Die Compex Motion Neuroprothese für das Gehen ist ein acht- bis sechzehnkanaliges Oberflächen-FES-System, das zur Wiederherstellung des willentlichen Gehens bei Personen mit Schlaganfall und Rückenmarksverletzungen eingesetzt wird. Bei diesem System wird nicht der Peroneusnerv stimuliert, um die Fortbewegung zu ermöglichen. Stattdessen aktiviert es alle relevanten Muskeln der unteren Gliedmaßen in einer Abfolge, die derjenigen ähnelt, die das Gehirn zur Ermöglichung der Fortbewegung verwendet. Die Hybrid-Assistenzsysteme (HAS) und die RGO-Geh-Neuroprothesen sind Geräte, die ebenfalls aktive bzw. passive Klammern anwenden. Die Verstrebungen wurden eingeführt, um zusätzliche Stabilität beim Stehen und Gehen zu gewährleisten. Eine wesentliche Einschränkung von Neuroprothesen für das Gehen, die auf Oberflächenstimulation beruhen, ist, dass die Hüftbeuger nicht direkt stimuliert werden können. Daher muss die Hüftbeugung beim Gehen durch willentliche Anstrengung, die bei Querschnittslähmung oft fehlt, oder durch den Beugerückzugsreflex erfolgen. Implantierte Systeme haben den Vorteil, dass sie in der Lage sind, die Hüftbeuger zu stimulieren, und daher eine bessere Muskelselektivität und potenziell bessere Gangmuster bieten. Es wurden auch hybride Systeme mit Exoskelett vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen. Diese Technologien haben sich als erfolgreich und vielversprechend erwiesen, aber derzeit werden diese FES-Systeme meist zu Übungszwecken und selten als Alternative zur Rollstuhlmobilität eingesetzt.
Schlaganfall und Erholung der oberen Gliedmaßen
In der akuten Phase der Schlaganfall-Erholung hat sich gezeigt, dass die Verwendung von zyklischer elektrischer Stimulation die isometrische Kraft der Handgelenkstrecker erhöht. Um die Kraft der Handgelenkstrecker zu erhöhen, muss ein gewisses Maß an motorischer Funktion am Handgelenk nach dem Schlaganfall erhalten bleiben und eine signifikante Hemiplegie vorliegen. Patienten, die von der zyklischen elektrischen Stimulation der Handgelenkstrecker profitieren, müssen hoch motiviert sein, die Behandlung durchzuziehen. Nach 8 Wochen elektrischer Stimulation kann eine Zunahme der Griffkraft erkennbar sein. Viele Skalen, die den Grad der Behinderung der oberen Extremitäten nach einem Schlaganfall bewerten, verwenden die Griffkraft als ein gemeinsames Item. Daher wird eine Steigerung der Kraft der Handgelenkstrecker den Grad der Behinderung der oberen Extremitäten verringern.
Patienten mit Halbseitenlähmung nach einem Schlaganfall leiden häufig unter Schulterschmerzen und Subluxation; beides wird den Rehabilitationsprozess beeinträchtigen. Die funktionelle Elektrostimulation (FES) hat sich als wirksam bei der Behandlung von Schmerzen und der Reduzierung der Schultersubluxation erwiesen und beschleunigt zudem den Grad und die Geschwindigkeit der motorischen Erholung. Darüber hinaus bleiben die Vorteile der FES über einen längeren Zeitraum erhalten; Untersuchungen haben gezeigt, dass die Vorteile für mindestens 24 Monate erhalten bleiben.
Drop footEdit
Drop foot ist ein häufiges Symptom bei Hemiplegie, das durch einen Mangel an Dorsalflexion während der Schwungphase des Gangs gekennzeichnet ist, was zu kurzen, schlurfenden Schritten führt. Es hat sich gezeigt, dass mit FES der Senkfuß während der Schwungphase des Gangs effektiv kompensiert werden kann. In dem Moment, kurz bevor die Fersenabsetzphase des Gangs eintritt, gibt der Stimulator einen Reiz an den Nervus peroneus communis ab, der zu einer Kontraktion der für die Dorsalflexion verantwortlichen Muskeln führt. Derzeit gibt es eine Reihe von Senkfußstimulatoren, die Oberflächen- und implantierte FES-Technologien verwenden. Drop-Foot-Stimulatoren wurden erfolgreich bei verschiedenen Patientengruppen eingesetzt, wie z. B. bei Schlaganfall, Rückenmarksverletzungen und Multipler Sklerose.
Der Begriff „orthotischer Effekt“ kann verwendet werden, um die unmittelbare Verbesserung der Funktion zu beschreiben, die beobachtet wird, wenn die Person ihr FES-Gerät einschaltet, im Vergleich zum ununterstützten Gehen. Diese Verbesserung verschwindet wieder, sobald die Person ihr FES-Gerät ausschaltet. Im Gegensatz dazu wird ein „Trainingseffekt“ oder „therapeutischer Effekt“ verwendet, um eine langfristige Verbesserung oder Wiederherstellung der Funktion nach einer gewissen Zeit der Nutzung des Geräts zu beschreiben, die auch dann noch vorhanden ist, wenn das Gerät ausgeschaltet wird. Eine weitere Komplikation bei der Messung eines Orthesen-Effekts und jeglicher langfristiger Trainings- oder Therapieeffekte ist das Vorhandensein eines sogenannten „temporären Carry-Over-Effekts“. Liberson et al. (1961) waren die ersten, die beobachteten, dass einige Schlaganfallpatienten von einer vorübergehenden Funktionsverbesserung zu profitieren schienen und in der Lage waren, ihren Fuß bis zu einer Stunde nach Abschalten der elektrischen Stimulation zu dorsalflexieren. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass diese temporäre Funktionsverbesserung mit einem langfristigen Trainings- oder Therapieeffekt verbunden sein könnte.
SchlaganfallBearbeiten
Hemiparetische Schlaganfallpatienten, die von der Denervation, Muskelatrophie und Spastik betroffen sind, zeigen typischerweise ein abnormales Gangbild aufgrund von Muskelschwäche und der Unfähigkeit, bestimmte Knöchel- und Hüftmuskeln in der entsprechenden Gehphase willentlich anzuspannen. Liberson et al. (1961) waren die ersten, die FES bei Schlaganfallpatienten einsetzten. In jüngerer Zeit gab es eine Reihe von Studien, die in diesem Bereich durchgeführt wurden. Ein systematischer Review aus dem Jahr 2012 zum Einsatz von FES bei chronischem Schlaganfall umfasste sieben randomisierte kontrollierte Studien mit insgesamt 231 Teilnehmern. Der Review fand einen kleinen Behandlungseffekt für den Einsatz von FES für den 6-Minuten-Gehtest.
Multiple SkleroseEdit
FES hat sich auch als nützlich für die Behandlung von Fußsenkungen bei Menschen mit Multipler Sklerose erwiesen. Die erste Anwendung wurde 1977 von Carnstam et al. berichtet, die herausfanden, dass es möglich war, Kraftsteigerungen durch die Verwendung der peronealen Stimulation zu erzeugen. Eine neuere Studie untersuchte den Einsatz von FES im Vergleich zu einer Übungsgruppe und stellte fest, dass es zwar einen orthopädischen Effekt für die FES-Gruppe gab, aber kein Trainingseffekt in der Gehgeschwindigkeit gefunden wurde. Eine weitere qualitative Analyse, die alle Teilnehmer der gleichen Studie einschloss, fand Verbesserungen bei den Aktivitäten des täglichen Lebens und eine geringere Anzahl von Stürzen bei denjenigen, die FES im Vergleich zu einer Übungsgruppe einsetzten. Eine weitere kleine (n=32) longitudinale Beobachtungsstudie fand Hinweise auf einen signifikanten Trainingseffekt durch den Einsatz von FES.
Eine weitere große Beobachtungsstudie (n=187) unterstützte die bisherigen Ergebnisse und fand eine signifikante Verbesserung des Orthesen-Effekts für die Gehgeschwindigkeit.
Zerebralparese
FES hat sich als nützlich für die Behandlung der Symptome einer Zerebralparese erwiesen. Eine kürzlich durchgeführte randomisierte kontrollierte Studie (n=32) fand signifikante Orthesen- und Trainingseffekte bei Kindern mit unilateraler spastischer Zerebralparese. Es wurden Verbesserungen bei der Spastik des Gastrocnemius, der Mobilität in der Gemeinschaft und den Gleichgewichtsfähigkeiten festgestellt. Ein kürzlich durchgeführter umfassender Literaturüberblick über den Bereich der Anwendung von elektrischer Stimulation und FES zur Behandlung von Kindern mit Behinderungen umfasste hauptsächlich Studien über Kinder mit Zerebralparese. Die Reviewer fassten die Evidenz dahingehend zusammen, dass die Behandlung das Potenzial hat, eine Reihe von verschiedenen Bereichen zu verbessern, einschließlich Muskelmasse und -kraft, Spastizität, passiver Bewegungsumfang, Funktion der oberen Extremitäten, Gehgeschwindigkeit, Positionierung des Fußes und Knöchelkinematik. Die Übersichtsarbeit kommt außerdem zu dem Schluss, dass unerwünschte Ereignisse selten waren und die Technologie sicher und gut verträglich für diese Population ist. Die Anwendungen von FES für Kinder mit Zerebralparese sind ähnlich wie die für Erwachsene. Einige häufige Anwendungen von FES-Geräten umfassen die Stimulation der Muskeln während der Mobilisation, um die Muskelaktivität zu stärken, die Muskelspastik zu reduzieren, die Einleitung der Muskelaktivität zu erleichtern oder ein Bewegungsgedächtnis zu schaffen.
Leitlinien des National Institute for Health and Care Excellence (NICE) (UK)
NICE hat vollständige Leitlinien zur Behandlung des Senkfußes zentralen neurologischen Ursprungs herausgegeben (IPG278). NICE stellt fest, dass „die derzeitige Evidenz für die Sicherheit und Wirksamkeit (in Bezug auf die Verbesserung des Gangbildes) der funktionellen Elektrostimulation (FES) bei Senkfüßen zentralen neurologischen Ursprungs ausreichend erscheint, um die Anwendung dieses Verfahrens zu unterstützen, vorausgesetzt, dass die üblichen Vorkehrungen für die klinische Steuerung, die Einwilligung und die Prüfung getroffen werden.“