Dosimetry to evoke paralyzed muscles and physical effort in FES-assisted cycling for people with spinal cord injury in a quasi-experimental study through a series of cases

Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação, 2022. Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP/DF); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Introdução: O ciclismo assistido por eletroestimulação (do inglês, FES-assisted cycling) constitui facilitador ambiental para a atividade e participação de pessoas com lesão medular, coordenando o controle de músculos paralisados na zona de perda e preservação parcial (abaixo do nível da lesão) com músculos nas zonas de preservação. Enquanto dispositivo para assistência de longa permanência, agrega efeitos ao metabolismo, desde que devidamente dosado, incluindo medidas de segurança para compensar a deficiência na percepção ao esforço. Objetivo: Reconhecer e descobrir potenciais efeitos decorrentes do esforço físico gerado na pedalagem assistida por eletroestimulação, acompanhando a dose-resposta da intervenção por meio de contração evocada por correntes elétricas para se alcançar um padrão cinemático de pedalagem que permita modelar protocolos de ensaios clínicos e opções para mobilidade urbana, esporte e lazer. Métodos: Delineamos estudo quase-experimental por meio de ensaio clínico não-aleatorizado e não-controlado, em série de cinco casos – em protocolo composto por duas etapas: pré-pedalagem (10 a 13 sessões, 2 vezes por semana) e pedalagem assistida por eletroestimulação (10 a 11 sessões, 2 vezes por semana). Cada sessão sequenciava até oito procedimentos, conforme tolerância do participante. As variáveis de interesse caracterizaram a base informacional para pensar requisitos para prática, dosagem e controle de esforço. Processamento descritivo e inferencial não-paramétrico contou com estimativa para identificar a Mudança Mínima Detectada (MMD) entre sessões, com poder estatístico estimado igual ou superior a 60% (α = 0,05, em método bicaudal e considerando um intervalo de confiança de 95%). Resultados: Dos recrutados, cinco formaram amostra predominando adultos homens, obesos, osteopênicos, fisicamente ativos e com comportamento elétrico neuromuscular compatível com o de eletrodiagnóstico para inervação periférica parcialmente lesada. Na pré-pedalagem, a MMD na dosagem (largura de pulso e intensidade) resultou em fortalecimento muscular de quadríceps, com progressão mais difícil para isquiotibiais. Adaptação neuromuscular e fortalecimento parecem não demandar esforço capaz de modificar de forma minimamente detectável a frequência de batimentos cardíacos – uma medida de acompanhamento de esforço aparentemente segura a ser reproduzida em protocolos. Da mesma forma, na pedalagem propriamente dita, a variação dos parâmetros de dosagem não inferiu em MMD dos parâmetros de esforço quando comparando o final com o início do protocolo. Entretanto, MMD da pressão arterial apontou esforço alterado entre o início e final de cada sessão, mostrando-se uma medida apropriada para acompanhar desempenho em tempo real. Conclusão: A pré-pedalagem mostrou-se efetiva em adaptar o recrutamento neuromuscular, eletricamente acionado com menor energia para contrações evocadas cada vez mais eficientes – sugestivas de adaptação benéfica na dose-resposta controlada por eletrodiagnóstico. Cerca de uma dezena de sessões foram necessárias para se transitar para a pedalagem propriamente dita, cujo esforço aferido por frequência cardíaca e pressão arterial se mostrou adequado – conforme comumente empregado em testes ergométricos. Introduction: FES–assisted cycling is an environmental facilitator for the activity and participation of people with spinal injuries, coordinating the control of paralyzed muscles in the zones of loss and partial preservation (below the injury level) with muscles in the preservation zone. As a device for long-term assistance, it adds effects to the metabolism, if properly dosed, including safety measures to compensate for the deficiency in the perception of the effort. Objective: Recognize and discover potential effects resulting from the physical effort generated in the FESassisted cycling, following the dose-response of the intervention through contractions evoked by electric currents to achieve a kinematic pattern in pedaling, which would allow for modeling clinical trial protocols and options for urban mobility, sports, and leisure. Methods: We designed a quasi-experimental study through a non-randomized and uncontrolled clinical trial, in a series of five cases – following a two-step protocol: pre-cycling (10 to 13 sessions, twice a week) and FES-assisted cycling (10 to 11 sessions, twice a week). Each session holds up to eight procedures, according to the participant's tolerance. The variables of interest describe the informational base to understand the requirements for practice, dosage, and effort control. Descriptive and non-parametric inferential processing included an estimate to identify the Minimal Detectable Change (MDC) between sessions, with estimated statistical power equal to or greater than 60% (α = 0.05, using the two-tailed method and considering a confidence interval of 95 %). Results: Amongst the recruited, five formed sample, prevailing adult, obese, osteopenic and physically active males, with neuromuscular electric behavior compatible with the electrodiagnosis for partially injured peripheral intervention. During the pre-cycling phase, the MDC in the dosage (pulse width and intensity) resulted in quadriceps' muscular strengthening, with harder progression towards the hamstrings. Neuromuscular adaptation and reinforcement appear not to demand effort capable of changing the heart rate in a remotely detectable way – an effort monitoring measure apparently safe for reproduction on protocols. Equally, during the actual cycling, the variation of the dosage parameters did not infer in the effort parameters' MDC, when comparing the ending to the beginning of the protocol. However, the arterial pression MDC pointed to altered effort between the start and ending of each session, revealing itself as appropriate measure to follow performance in real time. Conclusion: Pre-pedaling proved to be effective in adapting neuromuscular recruitment, electrically powered with less energy, for increasingly efficient evoked contractions – suggestive of beneficial adaptation in the dose-response controlled by electrodiagnosis. Around a dozen sessions were needed to transition to the cycling phase, where effort measured by heart rate and blood pressure proved to be adequate – as commonly used in exercise tests.