Λειτουργικός Ηλεκτρικός Ερεθισμός στην υποβοήθηση στατικής & ελεύθερης ποδηλασίας (FES Cycling)FES Cycling

10 Φεβ Λειτουργικός Ηλεκτρικός Ερεθισμός στην υποβοήθηση στατικής & ελεύθερης ποδηλασίας (FES Cycling)FES Cycling

Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται οι νέες εφαρμογές του Λειτουργικού Ηλεκτρικού Ερεθισμού (Functional Electrical Stimulation – FES) ως μέσου υποβοήθησης της ποδηλασίας (FES cycling) και αναφέρονται τα αντίστοιχα συστήματα RehaMove και RehaBike. Το RehaMove αφορά την υποβοήθηση στατικής ποδηλασίας στα πλαίσια της κινησιοθεραπείας, ενώ το RehaBike αναφέρεται στην ελεύθερη ποδηλασία σε μία ενδιαφέρουσα εφαρμογή όπου η άσκηση συνδυάζεται με την ψυχαγωγία.

Τι είναι

Τα ηλεκτρικά ποδήλατα κινησιοθεραπείας αποτελούν ένα δημοφιλές και αποτελεσματικό μέσο άσκησης και χρησιμοποιούνται συχνά στα προγράμματα αντιμετώπισης της παράλυσης άνω και κάτω άκρων. Στόχος είναι η διατήρηση ή βελτίωση του εύρος κίνησης, η ενεργοποίηση του σκελετικού συστήματος, καθώς και η πρόληψη πολλών από τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία του ασθενούς λόγω της έλλειψης κίνησης.

Το σύστημα RehaMove έρχεται να συμπληρώσει τα παραδοσιακά προγράμματα κινησιοθεραπείας μέσω της ενσωμάτωσης του Λειτουργικού Ηλεκτρικού Ερεθισμού (FES) στο στατικό ποδήλατο. Mε το RehaMove επιτυγχάνεται η συντονισμένη ηλεκτρική διέγερση πολλαπλών μυών κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας ώστε οι μύες να συσπώνται κατά τρόπο λειτουργικό χωρίς να προϋποτίθεται η εκούσια κίνηση των μελών του σώματος. Τα οφέλη της άσκησης είναι πολλαπλά τόσο σε τοπικό όσο και συστηματικό επίπεδο και αναλύονται στη συνέχεια του άρθρου.

Δείτε το βίντεο εδώ:
http://www.youtube.com/watch?v=w_afP17qgu8

Μία άλλη εκδοχή της υποβοήθησης ποδηλασίας μέσω της μεθόδου FES αφορά την ελεύθερη ποδηλασία. Το RehaBike ενσωματώνει το FES σε τρίκυκλο ανακεκλιμένο (recumbent) ποδήλατο ώστε να επιτρέπει σε άτομα με παράλυση κάτω άκρων να κάνουν ποδήλατο με χρήση των ποδιών τους σε ανοικτό περιβάλλον.

Το σύστημα RehaBike όπου η μέθοδος FES συνδυάζεται με τρίκυκλο ανεκεκλιμένο ποδήλατο για ελεύθερη ποδηλασία.

Δείτε το βίντεο εδώ:
http://www.youtube.com/watch?v=4LNvyTcEWhI

Αρχές Λειτουργίας

H μέθοδος FES αφορά την εφαρμογή ασθενών διαδερμικών ρευμάτων με σκοπό την πρόκληση μυϊκής σύσπασης και την ενεργοποίηση του σκελετικού συστήματος για την εκτέλεση λειτουργικής κίνησης. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ενεργητική άσκηση χωρίς να προϋποτίθεται η εκούσια κίνηση των μελών του σώματος. To FES έχει παραδοσιακά πολλαπλές εφαρμογές στη βάδιση και σύλληψη αντικειμένων, ενώ νεότερες εφαρμογές αποτελούν η υποβοήθηση της ποδηλασίας και κωπηλασίας οι οποίες αναπτύχθηκαν στη Μεγάλη Βρετανία και Γερμανία και είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς. Μάλιστα τα τελευταία χρόνια έχουν οργανωθεί εκδηλώσεις και συνέδρια όπου προωθούνται τα αντίστοιχα αθλήματα (FES sports).

Το FES διαφέρει από τη μέθοδο Διαδερμικής Ηλεκτρικής Θεραπευτικής Διέγερσης (TENS) τόσο ως προς τη συχνότητα και ένταση της διέγερσης όσο και ως προς το σκοπό, ο οποίος στη μέθοδο TENS είναι η ανακούφιση του πόνου.

Η τεχνολογική πρόκληση της ενσωμάτωσης FES σε ποδήλατο είναι ο συγχρονισμός της διέγερσης σε σχέση με την κίνηση που εκτελείται. Πιο συγκεκριμένα, ο διεγέρτης πρέπει να ενσωματώνει κατάλληλους αλγορίθμους ελέγχου σε ένα σύστημα κλειστού βρόγχου (closed-loop control) οι οποίοι να λαμβάνουν την απαιτούμενη πληροφορία κίνησης από το ποδήλατο έτσι ώστε να διεγείρονται κάθε στιγμή μόνο οι συμμετέχοντες στην κίνηση μύες.

Συστήματα RehaMove και RehaBike 

Στα συστήματα RehaMove και RehaBike, ο έλεγχος κλειστού βρόγχου επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα προηγμένο διεγέρτη (RehaStim) ο οποίος συνδέεται με το ποδήλατο καταγράφοντας συνεχώς την ταχύτητα κίνησης και τη γωνία των πεντάλ και, βάσει ενσωματωμένων αλγορίθμων, ελέγχει τη διέγερση μέχρι και 8 μυών παράλληλα. Αυτός ο μηχανισμός ελέγχου κλειστού βρόχου γίνεται ιδιαίτερα πιο απαιτητικός στην περίπτωση της ελεύθερης ποδηλασίας όπου οι συνθήκες μεταβάλλονται απότομα.

Μηχανισμός ελέγχου διέγερσης FES σε κλειστό βρόγχο. (α) Σχηματικό διάγραμμα χρονισμού διέγερσης των μυών (QR = τετρακέφαλος δεξιά, QL = τετρακέφαλος αριστερά, HR= οπίσθιος μηριαίος δεξιά, HL = οπίσθιος μηριαίος αριστερά, GR= γλουτός δεξιά, GL = γλουτός αριστερά). (β) Διάταξη καταγραφής κίνησης ποδηλάτου, εισόδου σε αλγόριθμους ελέγχου και δημιουργίας χρονοσειράς διέγερσης.

Το RehaMove είναι συμβατό μόνο με το ποδήλατο κινησιοθεραπείας MOTOmed Viva2. Για το RehaBike, το ενδεικνυόμενο τρίκυκλο ποδήλατο είναι το Lepus της εταιρείας Hase, ωστόσο μπορούν να γίνουν τροποποιήσεις και σε άλλα τρίκυκλα ανεκεκλιμένα ποδήλατα.

Τόσο το RehaMove όσο και το RehaBike έχουν λάβει το βραβείο καινοτομίας της διεθνούς έκθεσης RehaCare.

Οφέλη

Μέσω της άσκησης που επιτυγχάνεται από την ποδηλασία με χρήση FES, οι μύες συμμετέχουν ενεργητικά στην κίνηση και τα οφέλη που προκύπτουν είναι πολλαπλά τόσο σε τοπικό όσο και συστηματικό επίπεδο:

• Αύξηση μυϊκής μάζας και δύναμης (Baldi et. al. 1998, Demchak et. al. 2005, Duffell et. al. 2008, Ferrante et. al. 2008, Janssen et. al. 1998, Mohr et. al. 1997, Newham & Donaldson 2007, Sloan, et. al. 1994)
• Διατήρηση ή βελτίωση εύρους κίνησης
• Αύξηση οστικής πυκνότητας (Newham & Donaldson 2007)
• Ενεργοποίηση μεταβολισμού (Griffin et. al. 2009, Janssen et. al. 1998)
• Βελτίωση καρδιοαναπνευστικής και καρδιοαγγειακής λειτουργίας (Berry et. al. 2008, , Gerrits et. al. 2001, Hettinga & Andrews 2008, Newham & Donaldson 2007)
• Λειτουργία εντέρου και ουροδόχου κύστης
• Μείωση σπαστικότητας των μυών (Krause et. al. 2008, Ratchford et. al. 2010, Van der Salm et. al. 2006)
• Αύξηση αιματικής ροής τοπικά
• Βελτίωση ποιότητας δέρματος και μείωση κινδύνου πιεστικών ελκών
• Βελτίωση στην απόκριση ινσουλίνης

Επιπρόσθετα οφέλη σε παθήσεις του κεντρικού νευρικού συστήματος και σε ατελείς βλάβες αποτελούν:

• Βελτίωση νευρομυϊκού συντονισμού
• Επανεκπαίδευση σύνθετων προτύπων κίνησης (Donaldson et. al. 2000, Ferrante et. al. 2008, Gualdi et. al. 2009)

Ιδιαίτερα στην περίπτωση του RehaBike, πέρα από τα κλινικά οφέλη, εξίσου σημαντική είναι η αίσθηση ανεξαρτησίας και ενσωμάτωσης που αποκτά ο χρήστης από την ποδηλασία σε εξωτερικό χώρο.

Σε σχέση με την παραδοσιακή κινησιοθεραπεία, τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η ενσωμάτωση FES είναι η ενεργοποίηση προτύπων που βρίσκονται πιο κοντά στη φυσιολογία της κίνησης, οφέλη στο καρδιοαναπνευστικό σύστημα μέσω ενεργοποίησης κύριων μυϊκών ομάδων, αυξημένη φλεβική επιστροφή, κ.α.

Ενδείξεις

Τα RehaMove και RehaBike ενδείκνυνται σε: α) πλήρεις και ατελείς κακώσεις νωτιαίου μυελού, β) αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια, γ) εγκεφαλικές κακώσεις, δ) σκλήρυνση κατά πλάκας και άλλες κινητικές διαταραχές. Το RehaBike έχει πρόσφατα δοκιμασθεί και σε παιδιά με εγκεφαλική παράλυση για την εκπαίδευση και συντονισμό της κίνησης (Gualdi et. al. 2009, McRaea et. al 2009).

Προϋπόθεση για χρήση είτε του RehaMove ή του RehaBike είναι ότι οι χρήστες δεν έχουν βλάβες του κατώτερου κινητικού νευρώνα και αποκρίνονται επιτυχώς στην ηλεκτρική διέγερση.

Για το RehaBike απαιτείται επιπρόσθετα λειτουργικότητα των άνω άκρων για το χειρισμού του τιμονιού του ποδηλάτου. Επίσης, στην αρχή οι μύες είναι αδύναμοι και δεν μπορούν να μεταφέρουν το βάρος του σώματος και του ποδηλάτου. Η εμπειρία έχει δείξει ότι αρχικά απαιτείται εξάσκηση σε κλειστό χώρο ή άσκηση με το RehaMove ώστε να εξασφαλιστεί η απαιτούμενη μυϊκή ενδυνάμωση και αντοχή, πριν γίνει χρήση του RehaBike.

Σαφείς αντενδείξεις χρήσης FES αποτελούν ασθενείς με καρδιακό βηματοδότη, έγκυες, επιληψία και μη πωρωμένα κατάγματα. Ωστόσο, υπάρχουν και σχετικές αντενδείξεις που πρέπει να εκτιμώνται κατά περίσταση όπως σοβαρή σπαστικότητα, περιορισμένο εύρος κίνησης, σοβαρή οστεοπόρωση, καρδιολογικά προβλήματα, κ.α.

Τα συστήματα RehaMove και RehaBike είναι γερμανικής κατασκευής και εισάγονται στην Ελλάδα κατά αποκλειστικότητα από την εταιρεία Ostracon (www.ostraconmed.com, τηλ. 2410-285477).  

Αναφορές 

1. Alon G, et. al. (2010) Intensive training of subjects with chronic hemiparesis on a motorized cycle combined with functional electrical stimulation (FES): a feasibility and safety study. Physiother Res Int. doi: 10.1002/pri.475.
2. Baldi JC, et.al. (1998) Muscle atrophy is prevented in patients with acute spinal cord injury using functional electrical stimulation. Spinal Cord, 36(7):463-9.
3. Berry HR, et.al. (2008) Cardio-respiratory and power adaptations to stimulated cycle training in paraplegia.Medicine & Science in Sports & Exercise, 40(0), 1573-1580.
4. Demchak TJ, et.al. (2005) Effects of functional electric stimulation cycle ergometry training on lower limb musculature in acute SCI individuals. J Sports Science Med, 4, 263-271.
5. Donaldson N, et. al. (2000) FES cycling may promote recovery of leg function after incomplete spinal cord injury, Spinal Cord 38, 680-82.
6. Duffell LD et.al. (2008) Long-term intensive electrically stimulated cycling by spinal cord-injured people: effect on muscle properties and their relation to power output. Muscle Nerve, 38(4):1304-11.
7. Ferrante S, et. al. (2008) Cycling induced by functional electrical stimulation improves the muscular strength and the motor control of individuals with post-acute stroke. Europa Medicophysica-SIMFER 2007 Award Winner. Eur J Phys Rehabil Med, 44(2):159-67.
8. Gerrits HL, et.al. (2001) Peripheral vascular changes after electrically stimulated cycle training in people with spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil, 82(6):832-9.
9. Griffin L, et.al. (2009). Functional electrical stimulation cycling improves body composition, metabolic and neural factors in persons with spinal cord injury. J Electromyogr Kinesiol. 19(4):614-22.
10. Gualdi S., et. al. (2009) Cycling induced by functional electrical stimulation (FES cycling) in children affected by cerebral palsy: A pilot study. Gait & Posture, 30S, 26–S74.
11. Hettinga DM, Andrews BJ (2008). Oxygen consumption during functional electrical stimulation-assisted exercise in persons with spinal cord injury: implications for fitness and health. Sports Med, 38(10), 825-38.
12. Janssen TWJ et.al. (1998) Clinical efficacy of electrical stimulation exercise training: effects on health, fitness and function. Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation, 3, 33-49.
13. Janssen TWJ et.al. (1998) Clinical efficacy of electrical stimulation exercise training: effects on health, fitness and function. Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation, 3, 33-49.
14. Krause P, et.al. (2008) Changes in spastic muscle tone increase in patients with spinal cord injury using functional electrical stimulation and passive leg movements. Clinical Rehali, 22(7), 627-34.
15. Krause P, et.al. (2008), Van der Salm A, et.al. (2006), Ratchford JN, et. al. 2010
16. Krause, P, et. al. (2007) FES cycling reduces spastic muscle tone in a patient with multiple sclerosis. Neurorehabilitation, 22(4), 335-337.
17. McRaea C.G.A., et. al. (2009) Cycling for children with neuromuscular impairments using electrical stimulation—Development of tricycle-based systems. Medical Engineering & Physics 31, 650–659.
18. Mohr T et.al. (1997) Long term adaption to electrically induced cycle training in severe spinal cord injured individuals. Spinal Cord, 35(1):1-16.
19. Newham D. J., Donaldson N. de N. (2007) FES cycling Acta Neurochir Suppl, 97(1), 395–402.
20. Ratchford JN, et. al. (2010). A pilot study of functional electrical stimulation cycling in progressive multiple sclerosis. NeuroRehabilitation, 1;27(2),121-8.
21. Sloan KE, et.al. (1994) Musculoskeletal effects on an electrical stimulation induced cycling programme in the spinal injured. Paraplegia, 32(6):407-15.
22. Van der Salm A, et.al. (2006) Comparison of electric stimulation methods for reduction of triceps suraespasticity in spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil, 87(2):222-8.