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摘要
簡介膝骨關節炎(KOA)是致殘的主要原因，其特點是退行性變化導致疼痛和功能喪失。神經肌肉電刺激(NMES)已被證明影響健康受試者的肌肉大小和力量。一種新型的自我管理的NMES設備已經開發，以幫助管理KOA的症狀。本研究旨在探討小腿肌和股四頭肌聯合NMES對KOA患者的影響。
和分析方法193名KOA患者將被招募到英國萊斯特呼吸生物醫學研究中心進行單中心、雙盲、隨機、假對照試驗。參與者將被隨機分組(1:1)，使用NMES設備或偽設備進行為期8周的基於家庭的幹預。NMES裝置由踏板電極和兩個股四頭肌電極組成。每日完成足板刺激30分鍾，股四頭肌刺激20分鍾，每周五次(依從性記錄在受試者自我報告的日記中)。主要結果是在隨訪8周時獲得的西安大略和麥克馬斯特大學關節炎指數疼痛域。次要結果將探討股四頭肌的肌肉力量、腫脹、與健康相關的生活質量、運動能力、焦慮和抑鬱、睡眠、身體活動和自我報告的依從性。主要結果將完成對有源器件符合性的動力亞組分析。參與者焦點小組將在招募到一半參與者並招募到所有參與者後完成。
道德和傳播已獲得西北普雷斯頓倫理委員會的倫理批準(17/NW/0081)。參與者在審閱參與者信息表並與研究團隊的一名成員討論研究程序後，必須提供知情同意。研究結果將通過報告、會議和同行評審期刊向適當的利益攸關方傳播。研究結果將在萊斯特格倫菲爾德醫院呼吸生物醫學研究中心完成後提交給參與者。
試驗注冊號碼ISRCTN注冊表,ISRCTN12112819(2019年5月1日注冊)。IRAS注冊號219693。萊斯特大學醫院注冊中心99017。協議版本8。
- 膝蓋
- 康複醫學
- 肌肉骨骼疾病
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來自Altmetric.com的統計
本研究的優勢和局限性
本研究方案描述了一項雙盲、隨機、假對照試驗，研究膝骨關節炎患者的神經肌肉電刺激(NMES)。
該協議包括一個功率(90%)亞組分析，以符合有源設備。
該方案包括焦點小組，以了解參與者使用NMES治療膝關節骨關節炎的經驗。
這項研究的一個局限性是，依從性是通過自我報告日記來衡量的，而不是設備的嵌入式功能。
簡介
骨關節炎(OA)是最常見的關節炎，也是全球致殘的主要原因之一。1在英國，據估計，23%的45歲或以上的人患有骨性關節炎，其中膝蓋是最常見的關節。2膝骨關節炎(KOA)與增加的共病和較高的死亡率相關。3 4OA還與醫療保健利用的增加有關，導致了重大的經濟負擔。5
KOA是由生物力學和促炎因子共同驅動的，導致關節和關節周肌肉的變化。6肌無力與KOA的結構退化和症狀發展相關。7 8鍛煉對改善KOA的疼痛和身體功能是有效的，在國家指南中推薦。9日10重要的是，建議加強膝關節周圍肌肉以穩定關節，改善休克衰減和影響KOA相關的潛在炎症通路。盡管建議進行鍛煉，但疼痛、自我效能感和總體健康狀況受損等障礙會影響堅持。11日12其他因素如社會孤立和抑鬱在OA人群中也很常見，導致在參與規定的鍛煉計劃方麵麵臨進一步的挑戰。13日14此外，運動幹預的止痛效果會隨著時間的推移而減弱。9因此，尋找一種既針對疼痛又針對KOA中所見的肌肉缺陷的可行方法是可取的。
神經肌肉電刺激(NMES)為肌肉提供了表麵的刺激，與自主收縮相比產生了交替的激活模式。15NMES利用低振幅電脈衝刺激運動神經元，誘發肌肉收縮。這可能是重要的病理，如KOA，關節源性肌肉抑製已被提出。16NMES已被證明可以通過神經和肌肉適應來改善膝關節伸肌的力量。17 18一項係統綜述發現，NMES對提高KOA等距強度有效，是鍛煉計劃之外的一種適當治療方法。19NMES對KOA患者的依從性持續保持在81%到91%之間，被認為是一種低風險的幹預措施。20 - 22在肌肉強化參數範圍內使用NMES時，治療後的疼痛緩解可能有助於高依從率。20日22
由於目前的證據質量，孤立的四頭肌NMES對症狀性KOA的臨床有效性尚不清楚。23之前的試驗探索了NMES對KOA的影響，使用了廣泛的刺激參數和訓練頻率。19此外，以往的研究經常將NMES與鍛煉或其他模式結合起來;因此，很難從多方麵的幹預中確定新經濟體的獨特影響。這導致了關於股四頭肌增強和相關疼痛緩解的結果的顯著差異。NMES處方的挑戰包括個性化刺激強度以適應個體的耐受，同時旨在實現足夠的刺激以產生生理適應。在NMES計劃中，隨著個體對這種感覺的習慣，NMES強度的進展是很重要的。隨著強度的增加，在距離電極點更遠的地方增加了額外的肌肉纖維，增加了肌肉適應的潛在麵積。24
NMES的研究經常包括針對KOA治療的孤立肌群。20 - 25與KOA的周圍肌肉群相比，膝伸肌的肌肉缺陷最常被報道，盡管力量缺陷見於整個下肢。26與健康對照相比，患有KOA的個體表現出植物屈肌的無力和激活模式的改變。-膝關節伸肌和蹠屈肌都是在步態周期中參與推進的重要肌肉群。行走速度是老年人功能和死亡率的預測指標，較慢的行走速度與KOA相關。30.NMES已被證明是在健康人群中增加植物屈肌強度的有效幹預措施。31據作者所知，此前沒有對KOA種群中小腿和足部NMES的調查。尚不清楚刺激膝蓋周圍的幾個肌肉群是否會為KOA患者提供更好的疼痛緩解和功能表現。
一種NMES裝置(恢複性關節炎膝關節)已經被開發來改善KOA患者的下肢力量、功能、腫脹和疼痛。與以前的NMES設備不同的是，該設備提供對膝關節近端和遠端肌肉組織的刺激。該裝置由刺激股四頭肌的電極和刺激小腿和足部的腳板電極組成。此前，人們曾研究過這種踏板對外周動脈疾病和慢性靜脈疾病的影響，並發現它能顯著改善循環和步行距離。32 33這些研究不包括對股四頭肌的刺激，也沒有關於該裝置對KOA的影響的研究。
試驗的目的是:(1)確定NMES設備對症狀性KOA患者的疼痛、力量、腫脹、與健康相關的生活質量、睡眠、焦慮、抑鬱、運動能力和身體活動的影響，與假設備相比;(2)根據依從性、在COVID-19研究地點就診限製之前和之後能夠前往研究地點的參與者和招募來源(例如，骨科診所、物理治療診所、全科醫生登記冊)進行亞組分析(按方案);(3)開展焦點小組，探討參與者使用新環境係統設備管理化學品汙染的經驗。試驗假設是，積極裝置組之間在8周時的主要結果(西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數(WOMAC)疼痛)預期有20%的差異。
和分析方法
試驗設計和注冊
這是一項單中心、雙盲、偽對照、隨機的NMES在KOA中的優越性試驗。主要結果是WOMAC疼痛域。34該試驗已在ISRCTN網站(ISRCTN12112819)。所有試驗程序將在英國萊斯特LE3 9QP格倫菲爾德醫院，格洛比路格倫菲爾德醫院的運動和康複科學中心萊斯特生物醫學研究中心完成。參與者訪問和結果衡量的順序描述在圖1．
研究程序流程圖。WOMAC，安大略西部和麥克馬斯特大學關節炎指數。
參與者
計算樣本量，以檢測組間20%的差異(SD=19)， WOMAC疼痛域的顯著性水平為0.05，冪值為90%。這需要62名參與者完成協議(每組n=31)。預計退出率為30%，總共需要80名參與者。此外，前瞻性地計算了活動臂順應性受試者為WOMAC疼痛域提供統計能力所需的招募量。依從性的定義是在這8周中，每周完成三次20分鍾的股四頭肌刺激。在完成了前50個參與者之後，執行了預先計劃的遵從性數據分析。無盲審稿人(SB-P)隻觀察活躍組的依從性數據。積極組的依從性水平為63%。因此，在每個分支中總共需要招募128名參與者，以便對活動分支中的合規組進行動力子組分析。
由於COVID-19的限製，33名參與者無法前往研究地點並完成訪問三次運動測試和身體評估。因此，將額外招募33名參與者，以解釋這些參與者參與研究的改變。為了考慮到COVID-19大流行期間預期的研究參與，樣本量增加了20%。總共將招募193名參與者參加試驗。
參與者將從門診物理治療診所、骨科門診、運動和運動醫學門診和初級保健(全科;GP)寄存器。符合下列條件的參加者可獲確認為符合資格:
根據國家健康和優質護理研究所(NICE)的指南診斷的KOA35
NICE診斷標準:45歲以上，有活動相關關節疼痛，無清晨關節相關僵硬或清晨僵硬持續時間不超過30分鍾;鼻骨性骨關節炎的臨床診斷不需要影像學檢查。
45 - 85歲。
如果符合以下條件，則不允許參加試驗:
裝有電子植入物，如起搏器或除顫器
懷孕了
深靜脈血栓形成(DVT)已有或正在接受治療的。
認知能力明顯受損
有炎症性關節炎
有影響腳或腿的皮膚病嗎
你的腳或腿有神經障礙嗎
髖部、踝部或足部的骨性關節炎對活動能力的影響大於膝蓋。
最近3個月內接受過膝蓋手術或受傷。
是否做過全膝關節置換術、部分膝關節置換術或高脛骨截骨術
過去六個月內注射過皮質類固醇或透明質酸。
BMI大於或等於40
完成相應的物理治療計劃。
目前使用經皮神經電刺激。
目前或以前使用過神經肌肉刺激裝置
無法調動
無法提供知情同意
隨機
在來訪1期間，參與者將在研究現場完成一份同意書，參與者必須同意被隨機分配到研究的任何一個部分。研究同意書載於在線補充材料．參與者將在第2次訪問時使用在線隨機化工具(www.sealedenvelope.com)。參與者被隨機分配(1:1)到一個活動設備或假設備上。小組分配將對參與者和盲的評估者都隱藏。有源設備和偽設備裝在相同的盒子裏，在設計上緊密匹配。在醫療緊急情況下，可以取盲。所有發生在研究隨機分組後到最終郵政隨訪前的不良事件將被記錄並報告給研究主辦方。
患者和公眾的參與
在製定試驗方案時，召開了患者和公眾參與(PPI)會議，討論幹預和試驗訪問的可行性。PPI成員的建議為解釋參與者隨機化、設備管理和參與者日記的格式提供了指導。試驗完成後，參與者將有機會參加研究指導委員會會議。他們將有機會對試驗提供反饋並指導試驗管理。在數據分析之後，參與者將受邀參加在萊斯特格倫菲爾德醫院呼吸生物醫學研究中心舉行的傳播活動。
幹預
NMES裝置踏板(圖2)提供了一個30分鍾的脈衝電流程序與15種不同的預編程雙相波形模式。每個模式持續大約1分鍾，15分鍾的循環在30分鍾的會話中完成兩次。調製輸出的頻率、脈衝持續時間、占空比(開/關持續時間)和電壓和電流的中/峰值描述在在線補充材料．腳板電極需要與皮膚直接接觸，並對小腿和足提供雙側刺激。該踏板包含一個IsoRocker在底座上，允許設備以15°的角度旋轉，允許在刺激期間踝關節的蹠屈。參與者被指導每周7天使用30分鍾的踏板刺激計劃。
神經肌肉電刺激裝置踏板。
四頭肌刺激由兩個10×12.5厘米的自粘電極組成，用於單側刺激(圖3)。股四頭肌電極位於股直肌運動點的近端，遠端覆蓋股內側肌運動點。36股四頭肌電極提供兩種刺激模式，允許使用者在進入第二階段強化方案之前熟悉感覺。四頭肌刺激計劃持續20分鍾，詳情見在線補充材料．參與者被要求每周使用五次20分鍾的股四頭肌刺激計劃。
神經肌肉電刺激四頭肌電極。
腳板和股四頭肌的刺激都是在坐姿中進行的。對踏板或股四頭肌電極進行隔離刺激。建議學員在完成兩項訓練計劃後的每周五天內，依次使用腳板及股四頭肌刺激計劃。強度顯示在踏板上，範圍從0到99。強度可通過踏板顯示器或遙控器進行調節。該設備包含一個刺激計時器，一旦程序啟動，它就會下降。為了達到最佳的刺激強度，參與者將在研究人員的指導下在訪問2期間實現強烈的肌肉收縮。醫生指示他們每天在耐受範圍內提高運動強度。在訪問2期間提供的參與者報告日記中記錄了每一階段設備的使用情況和峰值刺激強度。
假裝置踏板和刺激墊似乎與有源裝置難以區分。偽設備在操作上是相同的，包括遠程激活和控製。假裝置電壓和電流是有限的，以確保沒有肌肉收縮。在演示假裝置時，未失明的研究人員將告知參與者，沒有感覺是正常的。參與者將沒有使用NMES的經驗，因此將無法區分主動和偽設備。如果參與者被研究外部的信息所蒙蔽，這將被記錄下來，他們將被要求繼續完成幹預後8周的評估。
進入幹預階段4周後，參與者將接到研究團隊中一名未失明成員的電話。這將提供一個機會回答任何參與者的疑問，鼓勵堅持幹預，並加快刺激強度的進展。
在整個試驗過程中，參與者和來訪3評估員將對幹預組保持不透明。在完成訪問3後，接受假手術裝置的參與者將由非盲人員為其提供主動手術裝置。在訪問3之後，參與者是否繼續使用該設備是可選的，他們沒有被要求遵循特定的NMES計劃。
結果測量
所有結果將在實施幹預前完成，並在8周後由盲法評估員重複。WOMAC問卷也將在訪問3後8周通過郵政隨訪重複。除了郵寄跟進外，填寫問卷時還會有一名評估人在場，根據需要提供支持。下麵描述了所有的措施。
主要結局:WOMAC(疼痛域)
WOMAC是一份針對疾病的問卷，由24個問題組成，涉及三個領域:疼痛、僵硬和功能。34每個域由0-4李克特量表組成，得分越低表示症狀或殘疾越輕。WOMAC在KOA患者中具有良好的信度和效度。37
主要結果是在幹預之前和8周幹預階段之後實施的WOMAC疼痛域。WOMAC問卷在隨機化16周後通過郵政隨訪發送給參與者。主要終點為隨機分組後8周。
自我報告膝蓋疼痛、功能和僵硬
參與者將完成WOMAC和牛津膝關節評分。38牛津膝關節評分由12個同等權重的問題組成，以李克特量表(Likert scale)衡量患者的感知疼痛和功能能力，評分範圍從0到4，參考範圍為最近4周。總分從0到48分，分為以下閾值:0 - 19分嚴重，20-29分中度到重度，30-39分輕度到中度，40-48分令人滿意的疼痛。
運動能力
運動能力將使用增量穿梭行走測試(ISWT)來衡量43耐力穿梭行走測試(ESWT)。44每個參與者將在來訪2時完成一項熟悉的ISWT，然後在30分鍾後重複該ISWT，使心率和血壓恢複到運動前的水平。ESWT行走速度根據ISWT最大評分的80%-85%計算。ISWT和ESWT將在訪問2和訪問3時完成。
伸膝力量
膝關節伸肌強度測試采用等速測功機(Cybex NORM II, CSMi, Stoughton, USA)進行，髖和膝關節彎曲90°。膝關節伸肌的強度將通過5×10的最大自主等距收縮和重複之間60秒的休息時間來測量。強度測試中獲得的最高分將用於分析。在最大力量測試之前，參與者將完成3×5的次最大等距收縮，在重複之間有60秒的休息時間作為熱身。
腫脹
在第0周和第8周，用彈性皮尺測量膝蓋和腳踝的關節線周長，評估膝蓋和腳踝的腫脹情況。將進行三次測量並計算平均值。測量將在隨機分組之前進行，並在來訪3時由盲法評估員重複進行。膝蓋的周長測量已經被證明可以達到高水平的相互關係的可靠性。45
體育活動
在隨訪1(第0周)和隨訪2(第1周)之間的7天內，參與者將在醒著時佩戴ActiGraph GT3X活動監測器(ActiGraph，彭薩科拉，美國佛羅裏達州)。在隨訪3之前的7天內，參與者也將在醒著時佩戴該設備。ActiGraph GT3X活動監測器不能在水上活動中佩戴。身體活動數據將使用ActiLife軟件(Actigraph)進行分析。
合規
兩組患者的依從性定義為在8周內每周完成3次20分鍾的股四頭肌刺激。兩組對幹預的依從性將記錄在來訪2時提供的參與者自我報告日記中。日記將記錄使用日期、使用時間、刺激位置(“大腿墊”或“腳板”)、使用時間和達到的峰值強度水平。還將提供一個部分供參與者記錄止痛藥、活動水平、健康狀況或其他保健幹預措施的任何變化。
定性的焦點小組
在招募一半試驗參與者(n=80)和招募所有參與者(n=160)後，將完成焦點小組。為了縮短在中點之前招募的參與者的回憶期，我們選擇了一個中期招募焦點小組。焦點小組的目的是了解使用新環境係統管理國家環境評價的經驗。這包括在試驗期間和試驗後影響依從性的因素。每個焦點小組將包括大約8名參與者。所有來自虛假組和活躍組的參與者，隻要他們同意被聯係，就會被邀請參加焦點小組。假手術組在完成試驗後提供有源設備後將有使用NMES的經驗。焦點小組將在醫院現場進行，或由研究團隊的一名成員在虛擬環境中進行。為了反思和支持數據分析和主題開發，將保留研究人員日記。
數據分析計劃
收集的數據將輸入一個安全的在線數據庫“研究電子數據采集”(REDCap)。46個47由研究團隊的授權成員完成。在分析之前，研究數據檢查將由第二名研究人員完成。將描述基線特征，並使用獨立t檢驗或非參數檢驗分析組間比較。意向治療分析將完成。將描述幹預前和幹預後所有結果的變化，並使用配對t檢驗或非參數等效項進行分析，主要結果為8周時的WOMAC疼痛域。采用重複測量方差分析(ANOVA)比較時間點和組間差異。基線分數將作為協變量包括在方差分析中，以解釋任何顯著差異。WOMAC問卷也將在16周時間點進行組間比較。在收集數據後，將對所有結果進行“響應者”和“非響應者”的分析。應答者被定義為在8周的幹預階段中主要結果改善20%的參與者。
預定義的亞組分析將針對:(1)依從性與非依從性(在上述依從性部分定義了依從性)，按方案分析，(2)在COVID-19研究地點就診限製之前和之後能夠前往研究地點的參與者，以及(3)招募來源(例如，骨科診所、物理治療診所、全科醫生登記冊)。將對體育活動措施進行進一步的探索性分析。
定性焦點小組將逐字轉錄並通過NVivo V.12 (QSR International)使用專題分析進行分析。48由分析產生的主要主題將與焦點小組的參與者進行討論，以確保討論得到準確的表述。
道德和傳播
2017年2月22日，西北普雷斯頓研究倫理委員會提供了倫理批準(17/NW/0081)。參與者在審閱參與者信息表並與研究團隊的一名成員討論研究程序後，提供知情同意。試驗結果將表明這種NMES裝置的臨床有效性。試驗於2019年5月13日開始，數據收集將於2022年完成。這些發現將根據運動和康複科學中心的傳播策略進行傳播，並將提交在同行評審期刊上發表。
將向試驗參與者和更廣泛的衛生保健專業人員、患者、公眾成員和學術界完成傳播。研究結果將在區域和國家肌肉骨骼會議上發表。
由於COVID-19大流行，為了參與者的安全，協議程序可能會根據需要進行更改。任何改編將在該研究的出版物和通過ISRCTN進行討論。
組成、角色和職責
試驗過程和數據在萊斯特大學醫院內部進行管理和審計。研究主辦方(Actegy Ltd)在完成所有數據收集後將有權訪問匿名試驗數據。試驗分析將由萊斯特大學醫院的研究團隊或獨立的統計學家完成。
協議的修改
試驗注冊、研究倫理委員會、研究主辦方和參與者將由來自萊斯特大學醫院的研究團隊成員通知任何方案修改。
主要試驗讚助商
Actegy有限公司(Bracknell, UK)。
倫理語句
病人同意發表
致謝
D Targett回顧了樣本量的計算。
參考文獻
補充材料
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補充數據
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腳注
推特@SBP_Physio, @EnyaDaynesPT
貢獻者SJS是該研究試驗的首席研究員。SJS、sdb - p、LH-W、ED、LL和CE參與了幹預方案的製定和試驗的設計。SJS, sdb - p, LH-W, ED, LL, CE, CG和GEM都參與了起草工作，或者對重要的知識內容進行了批判性的修改，並最終批準了出版的版本。
資金本研究得到Actegy有限公司(Bracknell, UK)(219693)教育補助金的支持。
相互競爭的利益S Singh報告了Actegy有限公司在進行研究期間的資助。
患者和公眾的參與患者和/或公眾參與了本研究的設計、實施、報告或傳播計劃。有關更多細節，請參閱方法部分。
來源和同行評審不是委托;外部同行評議。
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