DE69729452T2

DE69729452T2 - Muskelreizung

Info

Publication number: DE69729452T2
Application number: DE69729452T
Authority: DE
Inventors: Ann Jacqueline OLDHAM
Original assignee: Victoria University of Manchester; University of Manchester
Current assignee: Manchester Manchester Gb, University of
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: US6236890B1; EP0910434A1; DK0910434T3; AU3180897A; CA2257926A1; PT910434E; ES2222515T3; EP0910434B1; CA2257926C; WO1997047357A1; DE69729452D1; JP2000511807A; ATE268625T1; JP4113585B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elektrische Stimulation von Muskeln, die auf ein bestimmtes Muster einer elektrischen Stimulation gestützt ist.
Es ist altbekannt, dass eine Muskelkontraktion durch eine neurale Stimulation verursacht wird. Eine Kontraktion tritt auf, wenn ein Aktionspotential entlang eines Nervs zu einem neuromuskulären Übergang geführt wird, das Signal dann an Muskelzellen kommuniziert wird und dieses zu der Stimulation der Freigabe von Kalziumionen in das Zytoplasma der Muskelzellen führt, was dadurch Wechselwirkungen zwischen kontraktilen Proteinen modifiziert, was zu einer muskulären Kontraktion führt.
Es ist seit langem festgestellt worden, dass die Anwendung bzw. Anlegung eines elektrischen Felds an Muskeln zu einer künstlich hervorgerufenen Kontraktion der Muskeln führt. Ferner kann eine elektrische Stimulation bei einer bestimmten Frequenz, genauso wie das direkte Verursachen einer muskulären Kontraktion, auch den Phenotyp eines Muskels modifizieren. Zum Beispiel fährt eine anhaltende Stimulation eines schnellzuckenden Muskels mit einer gleichförmigen Frequenz von 10 Hz dazu, dass der schnellzuckende Muskel langsamzuckende Charakteristiken entwickelt, nämlich eine erhöhte Aushaltdauer, aber mit weniger Kraft, als dies für einen schnellzuckenden Muskel normal sein würde. Im Gegensatz dazu führt eine anhaltende Stimulation eines langsam zuckenden Muskels mit einer intermittierenden Frequenz von 30–50 Hz dazu, dass der langsam zuckende Muskel schnellzuckende Charakteristiken entwickelt, nämlich eine erhöhte Kraft, aber mit einem geringerer Ausdauer, als dies für einen langsam zuckenden Muskel normal sein würde.
Es ist vorgeschlagen worden, dass eine elektrische Stimulation von Muskeln eine nützliche Vorgehensweise zum Verbessern der Stärke und/oder der Aushaltdauer eines lahmgelegten Muskels (als Folge einer Verletzung, einer zu geringen Verwendung oder einer anderen pathologischen Bedingung) sein kann. Seit einigen Jahren sind Muskel durch eine Faradec'sche Stimulation stimuliert worden, die gleichförmige Frequenzen (von ungefähr 30–50 Hz) liefert, und zwar mit dem Ziel den Muskel in einer vorteilhaften Weise zu beeinflussen. Jedoch sind diese Behandlungen bestenfalls ineffektiv und schlechtestenfalls bei einer Langzeitbetrachtung schädlich für den Muskel gewesen.
Das UK Patent GP 2156682 untersuchte die elektrische Entladung von Nerven, die Muskeln anregen, und zwar mit dem Ziel eine Vorgehensweise zu entwickeln, um einen Muskel in einer vorteilhaften Weise zu stimulieren. Es offenbart ein Verfahren zum Aufzeichnen von elektrischen Entladungen von Nerven, die Muskeln anregen. Ein Signal, welches auf Grundlage der Aufzeichnungen erzeugt wird, wird dann verwendet, um den Muskel „elektrotrophisch" zu stimulieren. Eine elektrotrophische Stimulation wird definiert als „die elektrische Stimulation einer Muskelfaser unter Verwendung eines Stimulationssignals, das eine Information enthält, die effektiv ist, um eine strukturelle und/oder funktionale Änderung einer Muskelfaser hervorzurufen, ohne zu fordern, dass die Muskelfaser mechanisch auf die Stimulation anspricht". Jedoch ist das Stimulationssignal der GB 2156682 komplex und es ist schwierig dieses zu erzeugen.
Das Dokument US-A-5097833 offenbart einen elektrischen Muskelstimulator, umfassend eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stimulationssignals, das eine Impulsfolge umfasst, die eine primäre Impulsrate, die durch die Zeit zwischen positiven Exkursionen von sukzessiven Impulsen mit einer gewählten Impulsbreite eingerichtet wird, eine zweite Impulsrate, die durch die Zeit zwischen der führenden Flanke des ersten Impulses in einem Impulspaar zu der führenden Flanke des ersten Impulses in dem anderen Impulspaar eingerichtet wird, und eine dritte Impulsrate, die durch die Zeit zwischen der führenden Flanke des ersten Impulses von einem Impulspaar mit einer gegebenen Breite zu der führenden Flanke des ersten Impulses im nächsten Impulspaar mit der kleinsten Impulsbreite eingerichtet wird, einschließt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum elektrischen Stimulieren eines Muskels bereitzustellen, um eine Stärke und eine Aushaltdauer des Muskels zu verbessern.
In Übereinstimmung mit der vorliegen Erfindung ist ein elektrischer Muskelstimulator vorgesehen, wie es im Anspruch 1 definiert*.
Es wird bevorzugt, dass die erste Impulswiederholungsfrequenz zwischen 1 und 15 Hz, zum Beispiel zwischen 1 und 6 Hz oder zwischen 5 und 15 Hz ist. Es wird auch bevorzugt, dass die zweite Impulswiederholungsfrequenz zwischen 30 und 60 Hz, zum Beispiel zwischen 40 und 60 Hz ist, und die dritte Impulswiederholungsfrequenz zwischen 120 und 300 Hz, zum Beispiel zwischen 120 und 200 Hz ist.
Der Erfinder glaubt, dass eine Stimulation eines Muskels mit dem elektrischen Signal der Erfindung bei der Rehabilitation oder Regenerierung oder Verhinderung einer Atrophie von Skelettmuskeln von großem Nutzen ist. Eine Anregung für die Erfindung hat sich aus der Untersuchung einer elektrischen Entladung aus Nerven, die Muskeln anregen, ergeben. Es ist festgestellt worden, dass bestimmte Signale eine muskuläre Kontraktion verursachen und auch unerwartete nützliche Effekte auf die muskuläre Stärke und das Aushaltevermögen haben.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun, beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Die beigefügte Zeichnung illustriert ein Impulsmuster, das in einem elektrischen Muskelstimulator in Übereinstimmung mit der Erfindung erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass Impulse bei regelmäßigen Intervallen von 0,1 Sekunden erzeugt werden, sodass das Impulsmuster eine kontinuierliche 10 Hz erste Komponente beinhaltet. In periodischen Intervallen wird diese kontinuierliche Komponente mit relativ niedriger Sequenz mit kurzen Bursts einer zweiten Komponente mit höherer Frequenz, in dem dargestellten Fall einer Reihe von vier Impulsen von 0,02 Sekunden Intervallen, so dass die Impulswiederholungsrate der zweiten Komponente 50 Hz entspricht, kombiniert. Zusätzlich wird eine dritte Komponente in der Form einer „Verdopplung" von Impulsen mit der zweiten Komponente gekoppelt, wobei in dem dargestellten Fall der Abstand zwischen den zwei Impulsen der Verdopplung 0,0066 Sekunden ist, was eine Impulswiederholungsrate von 150 Hz darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass in dem dargestellten Fall die dritte Komponente unmittelbar vor der zweiten Komponente kommt, obwohl die Position relativ zu der zweiten Komponente sich von derjenigen, die in diesem Beispiel gezeigt ist, unterscheiden kann.
Sämtliche Impulse, die in der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind, weisen eine ideale Struktur auf, wobei jeder Impuls positiv und negativ gehende Komponenten einschließt. Impulsformen, die bei herkömmlichen Muskelstimulationsgeräten verwendet werden, können verwendet werden, wobei sich die Vorteile der Erfindung aus dem Muster von derartigen Impulsen und nicht aus der Form von einzelnen Impulsen ergibt.
Gute Ergebnisse sind unter Verwendung des Musters von Impulsen erreicht worden, das in der Zeichnung dargestellt wird. Es wird jedoch angenommen, dass eine weitere Verbesserung durch Verringern der Frequenz der Niederfrequenzkomponente von 10 Hz, wie gezeigt, auf 6 Hz oder darunter erzielt werden kann.
Es wird angenommen, dass ein Behandlungsverlauf, der sich auf das vorgeschriebene Impulsmuster stützt, über eine bis drei Stunden pro Tag jeden Tag über eine Periode von sechs bis acht Wochen sein könnte. Die Impulse könnten an irgendeinen Muskel überall an dem Körper durch einzelne selbstklebende Elektroden angelegt werden. Die Impulse könnten für „Ein" Zeiten von zehn bis fünfzig Sekunden angewendet werden, mit Perioden einer fehlenden Aktivität, d. h. „Aus" Zeiten, von ungefähr der gleichen Dauer. Gute Ergebnisse sind mit „Ein" Zeiten von zehn Sekunden in Kombination mit „Aus" Zeiten von fünfzig Sekunden erhalten worden.

Claims

Elektrischer Muskelreizer, umfassend eine Einrichtung zum Erzeugen eines Reizsignals, umfassend eine Reihe von regelmäßig beabstandeten Bursts von Impulsen, wobei jeder Burst eine erste Komponente in der Form einer ersten Folge von regelmäßig beabstandeten Impulsen, eine zweite Komponente in der Form einer Reihe von regelmäßig beabstandeten zweiten Folgen von regelmäßig beabstandeten Impulsen, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen von jedem der zweiten Impulsfolgen kleiner als der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der ersten Folge ist, und eine dritte Komponente in der Form einer Reihe von dritten Folgen von Impulsen, wobei jede Folge aus nur zwei Impulsen besteht, wobei der Abstand zwischen den Impulsen von jeder der dritten Impulsfolge kleiner als der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen von jeder der zweiten Folgen ist, und jede dritte Impulsfolge mit einer jeweiligen zweiten Impulsfolge gekoppelt ist, einschließt und jeder der Impulse positiv- und negativ-gehende Komponenten einschließt.
Elektrischer Muskelreizer nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der ersten Folge zwischen 66,7 ms und 1 s ist.
Elektrischer Muskelreizer nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der ersten Folge zwischen 0,167 s und 1 s ist.
Elektrischer Muskelreizer nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der ersten Folge zwischen 66,7 ms und 0,2 s ist.
Elektrischer Muskelreizer nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der zweiten Folge zwischen 16,7 ms und 33,3 ms ist.
Elektrischer Muskelreizer nach Anspruch 5, wobei der Abstand zwischen sukzessiven Impulsen der zweiten Folge zwischen 3,33 ms und 25 ms ist.
Elektrischer Muskelreizer nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Abstand zwischen den Impulsen der dritten Folge zwischen 3,33 ms und 8,33 ms ist.
Elektrischer Muskelreizer nach Anspruch 7, wobei der Abstand zwischen den Impulsen der dritten Folge zwischen 5 ms und 8,33 ms ist.