Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse... 1 Afgrænsning... 3 Problemformulering... 3 Hypoteser... 4 Teori... 5 Anatomi underarmen og hånden... 5 Knogler... 5 Nerver... 5 Muskler... 6 Palmaris longus og Palmar aponeurosis... 7 Muskelkontraktion... 7 Kontraktion på molekylært plan... 7 Opbygning... 8 Muskelkontraktion... 8 Aktionspotentialet... 9 Muskelkontraktion som følge af elektrisk impuls... 10 Elektrisk stimulation... 11 Metode... 13 Forsøgsprotokol... 14 Apparaturliste... 14 Forsøgsopstilling... 14 Indstilling af Mr. Kick... 15 Fordeling af administratoropgaver... 15 Fremgangsmåde... 15 Fejlkilder... 18 Metodekritik... 19 Databehandling... 20 Udregning af AR (b)... 20 Udregning af kraft middelværdier (c)... 20 Side 1 af 33
Statistik... 21 Observationsskema... 26 Forsøgsperson S1... 26 Smerteskala... 27 Artikeloversigt... 28 Artikel 1... 28 Artikel 2... 28 Artikel 3... 28 Artikel 4... 29 Artikel 5... 29 Artikel 6... 29 Artikel 7... 30 Artikel 8... 30 Artikel 9... 30 Artikel 10... 30 Litteraturliste... 32 Side 2 af 33
Afgrænsning I dag vurderes forsikringssager via en lægelig test og samtale hos en speciallæge. Konkret for skader i håndog armregion bruges et dynamometer til at måle muskelstyrken i hånden. Efter en lægelig rapportering, omhandlende evnen til at klemme maksimalt, vurderes méngraden af en lægekonsulent, som er ansat ved forsikringsselskabet. [CD Poul Verner] [CD Tryg Forsikring] Tryg forsikring har erfaret overdrivelse eller decideret snyd vedrørende forsikringssager og skriver således: Det er lidt forskelligt, hvordan vi opdager dette, men det kan være, når vi modtager lægelige oplysninger og kan se, at der er uoverensstemmelser mellem bevægeindskrænkninger og manglende atrofi eller, at der er forskellige oplysninger om f.eks. bevægeindskrænkning afhængigt af, hvor de lægelige oplysninger kommer fra. Desuden vurderer vi altid egnetheden ved selve uheldet, altså om selve uheldet er egnet (har nok kraft) til at kunne forårsage de nævnte skader og de dertil hørende gener. Hvis der er et misforhold i forhold til egnethed og gener, undersøger vi sagen nærmere. [CD Tryg Forsikring] Af ovenstående fremgår det, at man ikke direkte, ved hjælp af nuværende metoder og udstyr, kan måle om der er tegn på forsikringssnyd. I projektforslaget fra vejleder foreslår fysiologer at sammenligne frivillig muskulær kraft med muskulær kraft, som aktiveres af elektrisk stimulation (Gandevia, 2001). Derfor finder vi det interessant at undersøge, om der, ved hjælp af elektrisk stimulation, kan udarbejdes en metode til at måle forskellen på maksimale og submaksimale klem. Shechtman et al. (2007) har testet om en gribetest ved brug af et klinisk redskab, kan give et udtryk for den kraft, en person kan udvise. De har således testet, om man kan måle forskel på maksimal og submaksimal kraft. Metoden indikerede at dette er muligt, dog var resultaterne for uspecifikke til at kunne konkludere på. Det er derfor interessant at finde ud af, om en anden metode således kan registrere og konkludere på forskellen mellem maksimalt og submaksimalt arbejde. På baggrund af tidligere undersøgelser udarbejdes følgende problemformulering og hypoteser: Problemformulering Hvordan kan elektrisk stimulation være med til at påvise oprigtighed ved test af håndens maximal voluntary contraction (MVC)? Side 3 af 33
Hypoteser Null-hypotese: Der ses ingen forskel mellem gruppen, der udfører submaksimal MVC (sub-mvc) + elektrisk stimulation (ES) og gruppen, der udfører MVC + ES Alternativ hypotese: Der ses en forskel mellem gruppen, der udfører sub-mvc + ES og gruppen, der udfører MVC + ES. Side 4 af 33
Teori Anatomi underarmen og hånden I forsøget placeres elektroderne på underarmen, hvorved musklerne, der bevæger fingrene, stimuleres, således at der sker en kontraktion. Dette afsnit omhandler en beskrivelse af knogler, nerver og muskler i underarmen og hånden, samt hvilke der involveres under den elektriske stimulation. Knogler Hånden består af 27 knogler. Disse opdeles i Carpals (håndroden), Metacarpals (mellemhånden) og Phalanges (fingrene). Phalanges inddeles videre i Proximal phalanges, Intermediate phalanges og Distal phalanges, se Figur 1. (Sand, 2006) Underarmen består af to knogler, Ulna og Radius. Ulna er den største af underarmens knogler og er placeret på den mediale side af underarmen. Radius er en smule kortere og smallere og er placeret på den laterale side af underarmen. I forsøget placeres anoden over midten af Ulna. (Martini, 2009) Figur 1: Knoglerne i hånden (Villarreal) Nerver Musklerne i underarmen innerveres af tre overordnede nerver; Radialnerven, Ulnarnerven og Mediannerven. Disse tre nerver stammer fra The brachial plexus, som er en sammenfletning af nerver med udspring i spinalnerverne C 5-8 og T 1 (de fire nederste cervikale spinalnerver og den øverste thorakale spinalnerve), se Figur 2. Radialnerven styrer strækkemusklerne i underamen, bl.a. Extensor carpi radialis og Extensor carpi ulnaris. Ulnarnerven styrer bøjemusklerne i underarmen, bl.a. Flexor carpi ulnaris, Flexor digitorium profondus og adductor Figur 2: Nerverne i armen (Martini, 2009) Side 5 af 33
pollicis longus. Medianerven styrer ligeledes bøjemuskler i underarmen, bl.a. Flexor digitorium superficialis, Flexor carpi radialis, Flexor pollicis longus og Palmaris longus. Det er derfor Ulnarnerven og Mediannerven, der i dette forsøg forsøges stimuleret. Muskler Flexor carpi ulnaris, Flexor carpi radialis og Palmaris longus samarbejder om at flekse håndleddet. Disse ligger i det yderste lag af underarmens muskler, se Figur 3, og er forbundet til sener, der strækker sig over Carpals og ud i fingrene. De resterende muskler, der bidrager til fleksion i fingrene, ligger i det midterste Figur 3: Det yderste lag muskler i underarmen eller inderste lag af underarmens muskler, se Figur 5 og Figur 4. Flexor digitorium superficialis ligger i det midterste lag muskler og bidrager til fleksion i Metacarpals og Proximal phalanges. Flexor digitorium profondus ligger i det dybeste lag muskler og bidrager til fleksion i Distal phalanges og Proximal phalanges. Flexor pollicis longus ligger i det midterste lag muskler og bidrager til fleksion i tommelfingeren. (Martini, 2009) Figur 5: Det midterste lag muskler (venstre) og det inderste lag muskler (højre) i underarmen (Martini, 2009) Figur 4: Muskler og sener i hånden set fra den ventrale side (Martini, 2009) Side 6 af 33
Palmaris longus og Palmar aponeurosis Under forsøget placeres elektroderne ovenpå huden. Denne placering medfører, at det hovedsageligt er det yderste lag muskler, der stimuleres, og i mindre grad det midterste og inderste lag muskler. (Mortimer, 2004) Katoden placeres på underarmens mediale side, centralt på Palmaris longus, da det har været denne placering, som har bevirket en aktivering af flest fingre samtidig under forsøgsforberedelserne. Palmaris longus hæfter på senen Palmar aponeurosis, se Figur 6, og bidrager derfor, udover håndledsfleksion, også til fleksion i fingrene. Palmar aponeurosis kan inddeles i en central-, en medial- og en lateral del. Den centrale del er placeret i midten af håndfladen, hvorudfra der strækker sig fire grene - en til hver finger pånær tommelfingeren. Under denne del løber Mediannerven og Ulnarnerven samt senerne fra Flexor digitorium superficialis og Flexor digitorium profondus fra underarmen og ud til fingrene. (Get11) Figur 6: Palmaris longus hæfter på Flexor aponeurosis (Palmar aponeurosis) (Get11) Muskelkontraktion Følgende afsnit giver en gennemgang af de fysiologiske aspekter vedrørende muskelkontraktion. Når der påføres elektrisk stimulation bevirker det en kontraktion af musklen/musklerne. Dette afsnit giver derfor en beskrivelse af musklens opbygning og kontraktion på molekylært plan. Kontraktion på molekylært plan For at forstå muskelkontraktion på molekylært plan, er det vigtigt at have kendskab til musklens struktur. Der findes tre former for muskulatur. Den tværstribede muskulatur, den glatte muskulatur, og hjertemuskulaturen (Sand, 2006). De to sidstnævnte har ikke relevans for dette projekt, og vil derfor ikke blive beskrevet yderligere. I følgende afsnit beskrives den tværstribede muskulaturs, også kaldet skeletmuskulaturens, opbygning, samt hvad der sker, når en muskel udfører dynamisk arbejde. Figur 7: Opbygningen af en muskelfiber (Bear, 2006) Side 7 af 33
Opbygning En muskel består af muskelceller, bindevæv, blodkar og nerver (Sand, 2006). Alle kroppens muskler er sammensat af cylinderformede celler der kaldes fibre. Disse fibre er lange og tynde, og de er placeret parallelt med hinanden for at generere kraft på langs af længdeaksen (McArdle, 2010). Hver enkelt muskelfiber er opbygget som vist på Figur 7. Inde i muskelfiberen og mellem hver enkelt myofibril ligger sarkoplasmaet. Denne væske indeholder bl.a. enzymer, fedt, glykogen, cellekerner med genmateriale samt mitochondrier. Endvidere er hver enkel myofibril omgivet af et gitternetværk kaldet det sarkoplasmatiske retikulum. Sidstnævnte system har til opgave at give struktur i musklen, samt at sprede depolariseringen fra muskelfiberens overflade til det indre, via de transverse tubule kanaler, også kaldet T-rør. Det sarkoplasmatiske retikulum indeholder pumper, der kan optage Ca 2+ fra sarkoplasmaet, hvilket medfører en koncentrationsforskel inde i selve muskelfiberen. (McArdle, 2010) Figur 8: Opbygningen af en myofibril (Bear, 2006) Den mindste, og sidste del i opbygningen af en muskelfiber, findes inde i en enkelt myofibril. Myofibrillen består af små enheder, der kaldes myofilamenter. Disse filamenter består primært af proteinerne aktin og myosin. Myofibrillerne er delt i z-bånd, der klæber sig til sarkolemmaet, går på tværs af fibrillen, og har til opgave at styrke strukturen af musklen. Stykket mellem hvert z-bånd benævnes en sarkomere, og består af to aktinfilamenter, og ét myosinfilament. Myosinfilamentet omtales også som det tykke filament, og aktinfilamentet som det tynde, se Figur 8. (McArdle, 2010) Muskelkontraktion Når en muskel kontraherer glider filamenterne ind over hinanden, og der skabes bindinger mellem aktin og myosin. Disse bindinger kaldes krydsbroer, og jo større overlap af aktin og myosin, des flere broer samt kraftigere kontraktion. (McArdle, 2010) Ved muskelkontraktion dannes, splittes og gendannes krydsbroerne så længe der er en tilstedeværelse af Ca 2+. Ca 2+ inhiberer effekten af proteinet troponin, som forhindrer myosinfilamenterne i at danne krydsbroer med aktinet. Når koncentrationen af Ca 2+ stiger, blotlægges de områder på aktinet, hvor Side 8 af 33
myosinhovederne binder (Sand, 2006). Myosinet kan derefter danne krydsbroer med aktinet, og starte en kontraktion af musklen, som vist på Figur 9. Figur 9: Den molekylære basis i en muskelkontraktion (Bear, 2006) Idet myosin får kontakt med aktin, trækker det filamenterne ind mod midten af sarkomeren, og slipper først når ATP bindes til hovedet på myosinfilamenterne. ATP får myosinet til at slippe aktinet. ATP spaltes herefter til ADP og fosfat, og myosinhovedet rettes op og binder et nyt sted på aktinet. Myosinhovedet trækkes på ny ind mod midten af sarkomeren og spaltningsprodukterne ADP og fosfat frigøres fra myosinhovedet, og processen kan gentages. (Sand, 2006) Hver gang en myosinbro slipper aktinet, finder den et nyt sted at hæfte så længe kontraktionen fastholdes, og der er Ca 2+ tilstede. Denne proces foregår langs hele filamentet, og er ikke synkroniseret, hvilket betyder at en kontraktion kan foregå kontrolleret og glidende. (McArdle, 2010) Som beskrevet kræver muskelkontraktion tilstedeværelse af Ca 2+. Ca 2+ bliver frigjort fra det sarcoplasmatiske reticulum, hver gang musklen modtager et elektrisk signal fra en nervefiber eller fra en ekstern elektrisk stimulus. Det er derfor nødvendigt at se nærmere på, hvad der sker med musklen, når den modtager en elektrisk impuls. Aktionspotentialet Når en neuron er i hvile er cellens indre negativ i forhold til ydersiden, hvilket kaldes hvilemembranpotentialet. Hvilemembranpotentialet er omkring -65/-70 mv. Når der sker en stimulering åbnes der kortvarigt for natriumkanaler i cellemembranen. Dette betyder, at der strømmer Na + ind i cellen og gør cellens indre positiv i forhold til ydersiden. Hvis denne påvirkning er af tilstrækkelig karakter, opstår Side 9 af 33
der et aktionspotentiale. De negative forhold på ydersiden af cellemembranen vil tiltrække positive ioner fra naboområdet, hvilket betyder at de positive ioner på indersiden forskydes til ydersiden. Hermed sker en kortvarig åbning af natriumkanaler i det omkringliggende område og indstrømning af Na + i cellen. Dette betyder at der opstår et nyt aktionspotentiale i impulsens udbredelsesretning. Der hvor impulsen kommer fra lukker natriumkanalerne og i få millisekunder lader de sig ikke åbne igen. Dette sikrer at impulsen ikke kan føres tilbage hvor den kom fra. Når depolariseringen når sit maksimum, åbnes kaliumkanalerne og permeabiliteten øges kortvarigt for K +, som strømmer ud af cellen. Dette medfører at hvilepotentialet genetableres idet cellen bliver hyperpolariseret. (Nielsen, 2009) Natrium/kalium-pumpen har derfor den vigtige funktion at pumpe natrium og kalium ind og ud af cellerne for at opretholde hvilemembranpotentialet. Over tid vil natrium/kalium-pumpen vende tilbage til normale ion-koncentrationer, både inde i cellen og udenfor cellen. Antallet af involverede ioner i et enkelt aktionspotentiale er meget lavt, set i forhold til det totale antal af ioner udenfor og inde i cellen. Titusinder af aktionspotentialer kan opstå før intracellulære ionkoncentrationer ændrer sig nok til at forstyrre hele mekanismen. (Martini, 2009) Muskelkontraktion som følge af elektrisk impuls I projektets forsøg tilføres den elektriske stimulus eksternt. Under normale omstændigheder kommer disse elektriske impulser, der styrer den tværstribede muskulatur, fra nerveimpulser via aksoner der ligger tæt op ad musklerne. Når et elektrisk signal når enden på aksonet, frigives der acetylkolin, hvilket diffunderer over synapsespalterne og starter et aktionspotentiale. (McArdle, 2010) Kontraktionen kan deles op i trin som angivet herunder: 1. En elektrisk impuls fra en nerve når synapseenden 2. Acetylkolin frigøres fra synapsen, og binder sig til receptorer på muskelcellemembranen 3. Der udløses et aktionspotentiale der vandrer langs musklen 4. Aktionspotentialet ledes via t-rørene fra overfladen og ind i musklen. Dette resulterer i, at Ca 2+ frigøres fra det sarcoplasmatiske reticulum. 5. Den inhiberende effekt fra troponin, hvilket blokerer muligheden for aktin og myosinbroer, mindskes, når Ca 2+ koncentrationen stiger. (McArdle, 2010) 6. Myosinfilamenterne danner krydsbroer med aktinfilamenterne 7. Myosinfilamenterne drejer og får aktinfilamenterne til at forskyde sig i sammentrækningsretningen 8. ATP binder sig til krydsbroerne og bryder bindingerne mellem aktin og myosin Side 10 af 33
9. ATP'en spaltes, og den frigjorte energi overføres til myosinfilamenterne igen, hvorved der på ny skabes krydsbroer mellem filamenterne 10. Så længe en kontraktion opretholdes, bevares koncentrationen af Ca 2+ i musklen, og trin 6-9 gentages 11. Når den elektriske impuls ophører, pumpes Ca 2+ -ionerne tilbage i det sarcoplasmatiske reticulum 12. Musklen vender tilbage til sit hvilestadie. (Sand, 2006) Elektrisk stimulation I forsøget påføres elektrisk stimulation på underarmen for at fremprovokere en kontraktion. Dette afsnit omhandler derfor grundlæggende viden omkring elektrisk stimulation. Elektrisk stimulation kan betegnes som anvendelsen af elektricitet i form af pulsladninger, som aktiverer muskler i kroppen. Ved hjælp af elektrisk stimulation kan musklerne aktiveres uden hjælp fra centralnervesystemet. Elektriske impulser stimulerer nerverne, som fremkalder en strøm af ioner gennem den neurale cellemembran, hvilket medfører et aktionspotentiale. Nervemembranen depolariserer, og musklen kontraherer. (Baker, 1993) Den elektriske strøm sendes gennem to elektroder, som er placeret på huden omkring den muskel eller nerve, som ønskes stimuleret. Ved den positive elektrode bliver positive ioner i det underliggende væv frastødt, imens negativt ladede ioner bliver tiltrukket. Denne elektrode benævnes anoden, og det er her strømmen løber ind. Da negative ioner bliver tiltrukket, fører det til, at der sker en hyperpolarisering i den underliggende muskel. Den anden elektrode, som er den negative, tiltrækker i stedet positivt ladede ioner og frastøder negative ioner. Denne elektrode benævnes katoden, og det er her strømmen løber ud. Endvidere bliver positive ioner tiltrukket, hvilket medfører depolarisering og et eventuelt aktionspotientiale. (Baker, 1993) Den elektriske strøm søger altid den korteste vej med mindst mulig modstand. Hvis elektroder placeres tæt på hinanden, og på samme side af armen, passerer det meste af strømmen gennem overfladen af vævet, hvilket sker på grund af den korte distance mellem elektroderne. Hvis elektroderne derimod placeres med større afstand, som tilfældet er i dette forsøg, vil stimulationen i det dybere væv blive øget, idet strømmen får en længere vej. (Baker, 1993) Ved brug af små elektroder vil der opstå en større strømtæthed i det stimulerede område. Dette kan virke ubehageligt for personen, der modtager de elektriske impulser, idet vævet bliver udsat for større mængder Side 11 af 33
af ampere. Dog kan det undgås at stimulere uønskede områder ved brug af mindre elektroder. (Baker, 1993) (Mortimer, 2004) Menneskekroppens masse består af væv, muskler, fedt og knogler, som har varierende impedans. Stratum Corneum, som er det yderste lag af menneskets hud, er en god isolator, idet det har en af de højeste impedanser i hele menneskekroppen. Impedansen i kroppens andre væv er cirka lig med deres indhold af vand, dvs. at jo højere indhold af vand, des mindre impedans. Fordelingen af vand i kroppens væv: muskel 75%, fedt 15 %, epidermis og knogler 5-16 %. Væv, som indeholder meget vand, har derfor en god evne til at lede strømmen. Den elektriske spænding, som går gennem kroppens væv, forbigår helst nervefibre, og strømmer i stedet igennem extracellulære væsker, da de har en lavere impedans. Kun en lille brøkdel af den totale strøm krydser en nervefiber eller muskel. (Baker, 1993) Der er forskel på hvor stor frekvensen er i den elektriske strøm, idet strømmen periodisk veksler i styrke. Frekvensen kan beskrives som antal svingninger pr. sekund (måles i hertz), hvilket vil sige, at jo højere antal hertz der måles, desto flere svingninger pr. sekund. Stimulering ved lav frekvens har vist positiv effekt på den finmotoriske kontrol (Kraft, 1992). Andre studier har vist, at stimulering med lav frekvens med en lang impuls giver mindst træthed i musklerne (Kesar, 2006). Keeton(2006) og Griffin(2008) foreslår endvidere en elektrisk stimulerings frekvens mellem 20Hz og 40Hz. På baggrund af disse undersøgelser benyttes stimulering ved 20Hz i dette forsøg. Side 12 af 33
Metode Forsøget er et kontrolleret interventionsstudie, hvor interventionen består i, at halvdelen af forsøgspersonerne skal klemme sub-mvc. Gruppen, der skal klemme MVC, er således kontrolgruppe, hvilket gør forsøget kontrolleret. Da det kun er i den ene gruppe, der forekommer intervention, er forsøget udført med parallelle grupper. Forsøgspersonerne i de to grupper er så vidt muligt matchet i par udfra køn, alder og BMI, med formålet at styrke sammenligningsgrundlaget, idet der er forskel på, hvordan strøm ledes gennem fedt, vand og muskler, se Elektrisk stimulation s. 11. Hvert par er randomiseret fordelt i de to grupper, sincere effort subjects (S) og feigned effort subjects (F), ved hjælp af flip a coin, hvor krone repræsenterer S og plat repræsenterer F. (Machin, 2005). Nedenstående er en tabel over, hvorledes grupperne er opdelt. Personerne er matchet numerisk. Gruppe S Persondata\nummer S1 S2 S3 S4 S5 S6 Alder 23 23 22 24 24 17 Køn Mand Kvinde Kvinde Mand Kvinde Mand Højde (cm) 181 162 174 178 172 180 Vægt (kg) 77 59 68,9 72,9 61 83,1 BMI 23,5 22,5 22,5 22,7 20,6 25,0 Sportsgren Håndbold Fitness Spinning/løb Fodbold Fodbold Fodbold Dominerende hånd Højre Højre Højre Højre Højre Højre Gruppe F Persondata\nummer F1 F2 F3 F4 F5 F6 Alder 26 23 22 24 24 17 Køn Mand Kvinde Kvinde Mand Kvinde Mand Højde (cm) 181,5 165 169 178 170 176 Vægt (kg) 78 60 75 73,7 63 70,7 BMI 23,8 22,0 26,3 23,0 21,8 22,6 Sportsgren Gymnastik Fodbold Fitness Ingen specifik Gymnastik Vægttræning Dominerende hånd Højre Højre Højre Højre Højre Højre Side 13 af 33
Forsøgsprotokol Følgende afsnit omhandler en gennemgang af forsøgets udformning. Således forelægger en apparaturliste, en forsøgsopstilling samt forsøgets fremgangsmåde. Apparaturliste Percutaneous electrical stimulation (10 ms bredde, Isolator-11, Axon Instruments, Foster City CA, USA) Hjemmelavet håndholdt elektrode-pen til at lokalisere placeringen af elektroder Mr. Kick (software på computeren, lavet af Knud Larsen, AAU) LoggerPro (Vernier Software and Technology) Hånd dynamometer (Vernier Software and Technology) Elektroder: o Pals platinum neurostimulation electrodes, model: 895240, størrelse: 5*9cm o Pals platinum neurostimulation electrodes, model:879100, størrelse: 3,2cm i diameter Engangsskraber Tusch til markering af elektrode-placering Badevægt Målebånd Pude til stabilisering af underarmen og hånden A/D Card: (NiDaq 6024 E, National Instrument, Austin, Texas, USA) Forsøgsopstilling Katode Mr. Kick Forstærker strømkilde Arm Dynamometer Logger Pro Anode Figur 10: Forsøgsopstilling Forsøget er opstillet som vist på Figur 10. Mr. Kick styrer, hvornår de elektriske impulser sendes afsted, og er forbundet med en forstærker. Forstærkeren er igen forbundet med strømkilden, hvorpå katoden og anoden er hæftet. Disse sender impulser gennem underarmen og hånden, hvor dynamometeret er placeret. Impulserne medfører kontraktion i fingrene, som måles i newton. Dynamometeret er koblet til Logger Pro, hvor kraften (N) registreres. Side 14 af 33
Figur 11: Billede af forsøgsopstilling Indstilling af Mr. Kick Stimulation frequency: 20 Hz Stimulation burst duration: 1 sek. 1 burst pr. stimulus Fordeling af administratoropgaver Instruktør Observatør Stimulerings-ekspert Administrator af Mr. Kick Administrator af Logger Pro Fremgangsmåde Inden forsøgets start udregnes det påkrævede antal forsøgspersoner til målingerne gennem G*Power 3.1.3, se Figur 12: G*Power 3.1.3. Side 15 af 33
Figur 12: G*Power 3.1.3, sample størrelses estimation. Hver forsøgsperson får forklaret forsøgets formål, fremgangsmåde samt bliver præsenteret for smerteskalaen, se side 27 Forsøgspersonen måles og vejes Forsøgspersonen placeres siddende ved et bord. For at skabe stabilitet ligges underarmen på en pude med den ventrale side opad Forsøgspersonens arm skrabes, der hvor elektroderne skal sidde o Der bliver testet på forsøgspersonens dominante arm Afspritning af underarmen Ved hjælp af målebånd måles længden af Ulna Anoden påsættes omkring midten af Ulna Ved hjælp af den hjemmelavede, håndholdte elektrode findes frem til katodens placering o Den håndholdte elektrode placeres over Palmaris Longus og der gives en elektrisk impuls, hvilket medfører fleksion i fingrene. Dette gentages indtil der er fundet frem til det sted, hvor den elektriske impuls medfører den kraftigste reaktion i form af fleksion i fingrene. Her placeres katoden. Katoden påsættes Side 16 af 33
Forsøgspersonen får dynamometeret i hånden og laver 2-3 submaximale klem (dette bruges som tilvænning) Under hele forsøget kan forsøgspersonen følge med på skærmen med Logger Pro for feedback Hver person laver 3 isometriske MVC (eller 3 sub-mvc) á 5 sek. varighed 1 min. pause mellem hver o For hvert forsøg tages gennemsnittet af det sekund med størst antal newton o Ud af de 3 forsøg benyttes forsøget med højest opnået MVC til videre analyse Intensiteten af elektrisk stimuli udregnes: 40 % af MVC o Der gives én impuls ved henholdsvis 5, 6 og 7 ma for at vise forsøgspersonen hvordan det føles. o Derefter gives 10 ma og herefter øges med 2 ma pr. impuls indtil de 40% af MVC er opnået. Der gives 1 min. pause ved hver 5. forøgelse. Forsøgspersonen udfører igen isometrisk MVC (eller sub-mvc) samtidig med at der tilføres ES á 1 sek. varighed o Der gives under denne del af forsøget en referencelinie med forsøgspersonernes højest opnåede MVC (eller sub-mvc), som de skal forsøge at holde sig indenfor o Først gives ét prøveforsøg med 50% af det antal ma der skal til for at opnå 40% af MVC Efter prøveforsøget holdes 1 min. pause o Herefter udføres MVC (eller sub-mvc) + ES 3 gange med 1 min. pause mellem hvert forsøg impulsen tilføres på randomiserede tidspunkter fra gang til gang. Dette grundet, at forsøgspersonen således ikke kan forudsige, hvornår impulsen kommer, og derved påvirke data. Activation Ratio (AR) udregnes for hver forsøgsperson: AR = [(MVC + ES)/MVC] MVC + ES: the force achieved when electrical stimulation was superimposed onto MVC AR of 1,00 indicates complete voluntary activation of the muscle (Coso, 2011) Under hele forsøget bliver forsøgspersonen hvert andet minut spurgt om, hvor vedkommende ligger på smerteskalaen, se side 27. Dette bruges udelukkende som indikator for, om forsøget skal stoppes. Side 17 af 33
Fejlkilder Under forsøget er observeret en række fejlkilder, som vil blive præsenteret i nedenstående. I forbindelse med forsøget er der udarbejdet en instruktionsmanual, se appendix 1 - instructionmanual. Dette har sikret, at alle forsøgspersoner har fået samme instruktion, dog kan der være nuancer i formidlingen. Placeringen af anoden findes ud fra mål af Ulna. Katoden findes ved hjælp af en hjemmelavet, håndholdt elektrode, som kan medføre, at katoden placeres ukorrekt i forhold til fleksion i fingrene. Der observeres, at placeringen, ved nogle af forsøgspersonerne, bevirker fleksion i håndleddet mere tydeligt end i fingrene. I et tilfælde er det derudover observeret, at pegefingeren ved stimuli strækkes istedet for at flekse [CD Observationsskemaer]. Dette kan skyldes, at der stimuleres eksternt. Ved elektrisk stimulation er det nemmere at aktivere en nerve end en muskel, idet en nerves tærskelværdi er 20 gange lavere end en muskels. Derfor kan det forklare, at andre fleksorer eller ekstensorer påvirkes af den elektriske stimulus, der tilføjes på huden (Boisgontier, 2010). Endvidere er fingrene styret af en kompleks sammensætning af flere muskler i underarmen. Dette resulterer i, at gribebevægelsen, der anvendes i dette projekt, er svær at genskabe kunstigt ved elektrisk stimulering, idet det kræver en detaljeret rekruttering af de enkelte muskelfibre i underarmen, for at styre en kontrolleret og kraftig kontraktion af hånden. (Boisgontier, 2010) Dynamometeret er håndholdt, hvilket betyder, at det er umuligt at placere det ens ved alle forsøgspersoner. Der er givet instruktion om at holde det, så det føles naturligt i hånden. Dog observeres det, at forsøgspersonerne gennem forsøget ændrer på placeringen [CD Observationsskema]. Ved sådanne observationer korrigeres placeringen, men det kan ikke med sikkerhed vides, at dynamometeret rettes til udgangspositionen. Det observeres i Logger Pro at de forsøgspersoner, som klemmer MVC, gennem forsøget bliver trætte, hvilket afspejles i færre newton. Endvidere udtaler flere af forsøgspersonerne selv, at de bliver trætte i hånden [CD Observationsskema]. Dette har betydning for de sidste tre klem (MVC +ES), da forsøgspersonerne her ikke kan nå deres referencelinie, hvorved de modtager mere ES end 40 % af MVC. I disse tilfælde skulle pausen mellem forsøgene have været forlænget, således at forsøgspersonen ved hvert forsøg var i stand til at nå referencelinien. Når de 40 % af MVC skal findes, stoppes der ved det antal ma, som medfører 40 % af MVC eller derover. Derved er den tilførte stimuli ikke i alle tilfælde nøjagtig 40 %. Side 18 af 33
Da Mr. Kick, som giver impulsen, og Logger Pro, som registrerer impulsen, ikke er synkroniseret, er der en fejlmargin i forhold til, hvornår impulsen er givet. Testadministratoren giver impulser i bestemte intervaller i randomiseret rækkefølge. Den manglende synkronisering medfører, at der er en forsinkelse i forhold til, hvornår impulsen afgives, hvilket betyder, at t 0 ikke er 100 % nøjagtig. Metodekritik Dette afsnit er et bud på, hvad der kunne være gjort anderledes i forsøget. Disse forslag kan være med til at styrke forsøget i en eventuel gentaget undersøgelse. Blinding kunne være brugt til at blinde de, der analyserede data. Dette ville mindske en ellers forudtaget antagelse af, hvad data ville vise for den enkelte forsøgsperson, idet forsøgspersonen tilhørte en bestemt gruppe, hvilket i dette tilfælde var S eller F. Blinding ville således kunne være med til at skabe en mere objektiv analyse af data. I forbindelse med antallet af forsøgspersoner, kan det kritiseres, at der anvendes en teststyrke ( på 90 %. Der kunne med fordel have været anvendt en højere styrke, for således at mindske risikoen for Type II Error. Dette ville dog kræve en større gruppe forsøgspersoner hvilket ikke har været muligt i dette forsøg grundet manglende ressourcer. I forlængelse af ovenstående kan det kritiseres, at forsøgspersonerne i par ikke er 100 % identiske. Denne problemstilling kunne løses ved at omdanne studiedesignet til et cross over-study, således samme forsøgsperson gennemgår både en test, hvor vedkommende er S og en test, hvor vedkommende er F. Et spørgeskema eller interview kunne anvendes til at styrke validiteten ved at få forsøgspersonerne til at udtrykke sig kvalitativt. Fx ved at spørge til, om forsøgspersonen havde en følelse af, at de klemte på en anden måde, når de modtog elektrisk stimulus. I Boisgontier et al. (2010) fikseres arm og håndled på forsøgspersonerne. Dette medfører, at det ved de deltagende kun er fingrene, som kan bevæge sig. Projektgruppen kunne have øget pålideligheden af forsøget ved at have brugt samme fremgangsmåde, da bevægelsesmæssige unøjagtigheder i forsøget dermed ville mindskes. Side 19 af 33
Databehandling Følgende afsnit giver en kort gennemgang af behandlingen af data. I artiklen er givet en statistisk analyse af disse udregninger. Data bestående af kraftkurver (N) som funktion af tiden i sekunder (s) udtrækkes fra LoggerPro og overføres i Excel-ark(a). Udregning af AR (b) AR udregnes for alle tre trials for hver forsøgsperson ved følgende formel: Tidsintervallerne er sat til 0,5 s og, Udregning af kraft middelværdier (c) Kraft middelværdierne udregnes ved gennemsnittet af alle tre trials i tre generaliserede faser: før stimulus (prees), under stimulus (ES) og efter stimulus (postes). De tre faser er givet ved:,, Side 20 af 33
b a c Figur 13. Visning af data for kraftkurverne for de tre målinger (a), udregning af Activation Ratio (AR)(b), samt udregning af den normaliserede kraftudvikling (c). Statistik Efter data har gennemgået behandling i Excel påbegyndes den statisktiske analyse. Analysen af data er udregnet ved brug af SPSS 18 (PASW Statistics 18). Side 21 af 33
Figur 14. Et givent datasæt for målingerne for Activation Ratio(AR). På dette tidspunkt vides ikke om de data der arbejdes med er normalfordelte, hvilket er en af forudsætningerne for at der kan arbejdes med ANOVA-design. Derfor gennemføres Shapiro-Wilks normalitetstest på datasættet. Herunder ses eksempel på udregningerne. Trial_1 Trial_2 Trial_3 Group Tests of Normality Shapiro-Wilk Statistic df Sig. F,927 6,554 S,946 6,707 F,957 6,795 S,925 6,542 F,807 6,068 S,840 6,130 Tabel 1. Shapiro-Wilks test for normalitet. Side 22 af 33