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Mar 16, 2023

Protokoll und Referenzwerte für minimal erkennbare Veränderungen von MyotonPRO und Ultraschall-Bildgebungsmessungen von Muskeln und Unterhautgewebe

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 13654 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Die Beurteilung der Muskelgesundheit ist von größter Bedeutung, da der Verlust von Muskelmasse und Kraft die Leistung beeinträchtigen kann. Zwei nicht-invasive Instrumente, die sich dabei als nützlich erwiesen haben, sind MyotonPRO und die rehabilitative Ultraschallbildgebung. Beide haben sich in früheren Studien, von denen viele vom Forschungsteam durchgeführt wurden, als zuverlässig erwiesen. Diese Studie zielt darauf ab, die Zuverlässigkeit bisher nicht bewerteter lokaler Körperstrukturen zu bestimmen und ihre minimal nachweisbaren Veränderungen (MDC) zu bestimmen, um sowohl Forscher als auch Kliniker zu unterstützen. Zwanzig gesunde Teilnehmer wurden rekrutiert, um die Zuverlässigkeit von sieben Hautpositionen aus einem zuvor festgelegten Protokoll zu bestimmen. Die Zuverlässigkeit wurde zwischen drei unabhängigen Bewertern bestimmt, und die tägliche Zuverlässigkeit wurde mit einem Bewerter im Abstand von einer Woche beurteilt. Die klasseninternen Korrelationskoeffizienten (ICC) zwischen Beurteilern und zwischen Tagen für Gewebesteifheit, -tonus und -elastizität reichen von mäßig bis ausgezeichnet (ICC 0,52–0,97), wobei die meisten gut oder ausgezeichnet sind. Die ICCs für die subkutane Dicke zwischen den Tagen waren gut oder ausgezeichnet (ICC 0,86–0,91) und zwischen den Bewertern mäßig bis ausgezeichnet (ICC 0,72–0,96), bei den Muskeln waren sie zwischen den Bewertern und den Tagen mäßig bis ausgezeichnet (ICC 0,71–0,95). Das Protokoll in dieser Studie ist mit insgesamt guter Zuverlässigkeit wiederholbar und liefert außerdem etablierte MDC-Werte für mehrere Messpunkte.

Die Beurteilung der Muskelgesundheit ist von größter Bedeutung, da der Verlust von Muskelmasse und -kraft Auswirkungen auf die körperliche Funktion1, die Lebensqualität2 und sogar auf die Sterblichkeit3 haben kann. Die Beurteilung ist für eine Vielzahl von Situationen und Umgebungen relevant, viele davon im Außeneinsatz, wo einfache Zugänglichkeit, Handhabung und Kosten entscheidende Faktoren sind. Zu diesen Situationen gehört die Beurteilung von Muskelveränderungen im Laufe der Zeit bei Menschen, die aufgrund des Alterns gebrechlich sind4; nach Verletzung5; nach der Operation6; während einer Zeit der Inaktivität (z. B. auf der Intensivstation7; neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson-Krankheit, Schlaganfall8 usw.; oder während/nach der Exposition gegenüber Schwerelosigkeit9). Eine genaue und zuverlässige Bewertung erfordert robuste Protokolle mit gültigen und zuverlässigen Tools. Die Beurteilung der Anomalie eines Individuums kann durch Vergleich mit normativen Werten in der Literatur oder zwischen Personengruppen erfolgen10. Wenn Personen über einen längeren Zeitraum hinweg beurteilt werden, muss die Fehlergenauigkeit der Messungen bekannt sein, damit echte Veränderungen identifiziert werden können. Daher ist die minimal nachweisbare Veränderung (MDC) für eine Messung erforderlich10,11,12. Das vorliegende Papier beschreibt ein Protokoll für eine Studie an Astronauten (Myotones-Projekt; Europäische Weltraumorganisation) auf 6-monatigen Missionen auf der Internationalen Raumstation (ISS), um zu untersuchen, ob es irgendwelche Auswirkungen der Mikrogravitation auf Muskeln/Sehnen/fasziale biomechanische Systeme gibt viskoelastische Gewebeeigenschaften. Die in der vorliegenden Zuverlässigkeitsstudie untersuchten Strukturen wurden nach anatomischen Kriterien hinsichtlich ihrer oberflächlichen Lage, der einfachen Erkennbarkeit anatomischer Orientierungspunkte am Körper zur Lokalisierung von Messpunkten (MPs) und der einfachen Referenzierung für Bediener ohne medizinischen Hintergrund ausgewählt. Die Studie konzentriert sich auf Standorte, die zuvor noch nicht auf ihre Zuverlässigkeit untersucht wurden, und liefert MDC-Werte für jeden Standort, um eine Beurteilung und Überwachung einzelner Personen im Laufe der Zeit zu ermöglichen.

Zwei tragbare Technologien, die sich als valide und zuverlässig erwiesen haben und im Myotones-Projekt verwendet werden, sind die rehabilitative Ultraschallbildgebung (RUSI) zur Messung der Muskeldicke13,14 und die nicht-invasive Myoton-Technologie zur Beurteilung biomechanischer und viskoelastischer Eigenschaften15,16. Es gibt Hinweise auf eine gute Zuverlässigkeit sowohl für RUSI17,18,19 als auch für das MyotonPRO-Gerät8,11 für bestimmte Muskeln und Sehnen, aber für neue Standorte, die im Myotones-Projekt verwendet werden, muss ihre Zuverlässigkeit (sowohl Intrater als auch Intrarater) nachgewiesen werden.

Die RUSI-Technik bietet eine sichere, tragbare und relativ kostengünstige Möglichkeit, den Gesundheitszustand der Muskeln zu bewerten und Veränderungen in klinischen und Forschungsumgebungen zu beobachten13,14. Die Muskelkraft korreliert mit der Querschnittsfläche (CSA)20 und die CSA korreliert stark mit der Muskeldicke21,22. Die Muskeldicke stellt daher ein indirektes Maß für die Muskelkraft dar, ohne dass komplexe Geräte erforderlich sind und bei Menschen, die ansonsten nicht in der Lage sind, Krafttests durchzuführen, z. B. aufgrund von Schmerzen oder kognitiven Beeinträchtigungen.

Das MyotonPRO-Gerät erfordert kein so hohes Maß an Fachwissen wie RUSI und kann auch von Anfängern effektiv genutzt werden16, sofern die richtigen Messpositionen gefunden werden können. Der MyotonPRO erfasst die gedämpften Eigenschwingungen des oberflächlichen Gewebes in Form eines Beschleunigungssignals und ermöglicht so die Messung des Ruhetonus (Hz), der dynamischen Steifigkeit (N/m) und der Elastizität (logarithmisches Dekrement; log)16.

Die vorliegende Studie untersuchte die Zuverlässigkeit der MyotonPRO- und RUSI-Messungen an bestimmten Stellen für verschiedene Strukturen (Muskel, Sehne, Faszie) der unteren und oberen Gliedmaßen sowie des Rumpfes, wie zuvor grundsätzlich aus einer aktuellen Studie an 24 gesunden männlichen Bettruheteilnehmern berichtet23. um MDC-Werte zur Überwachung von Veränderungen im Laufe der Zeit bei Einzelpersonen zu erstellen. Diese Standorte basieren auf den Strukturen, die im Rahmen des Myotones-Projekts auf der ISS bewertet werden. Ziel dieses Projekts ist es, ein Mittel zur schnellen, effizienten und genauen Überwachung des Gesundheitszustands der Muskeln und der damit verbundenen Weichteile eines Astronauten während des Flugs zu evaluieren24. Die zuverlässige Beurteilung dieser Strukturen soll auch für Kliniker und Forscher von Nutzen sein.

Beschreibung des Protokolls zur Untersuchung mehrerer möglicherweise von längerer Inaktivität betroffener Muskeln unter Verwendung von zwei Technologien (MyotonPRO und Ultraschallbildgebung) und Feststellung der Zuverlässigkeit der Messungen und Erstellung von MDC-Werten.

Definieren Sie die Methodik und das Protokoll zur Messung der mechanischen Eigenschaften oberflächlicher Strukturen mithilfe des MyotonPRO und der Muskel- und Unterhautgewebedicke mithilfe der Ultraschallbildgebung.

Untersuchung der Interrater-Zuverlässigkeit von Myoton- und Ultraschallmessungen zwischen drei unabhängigen Forschern an sieben Messstandorten am selben Tag.

Untersuchung der Intrarater-Zuverlässigkeit von Messungen, die an verschiedenen Tagen im Abstand von einer Woche durchgeführt wurden.

Zur Ermittlung von MDC-Werten für Messungen der verschiedenen Strukturen, die an verschiedenen Tagen wiederholt werden, um Referenzwerte für die Bewertung der Veränderungen bei Einzelpersonen im Laufe der Zeit bereitzustellen.

Die veröffentlichten Empfehlungen zu den Anforderungen an die Stichprobengröße für Zuverlässigkeitsstudien variieren, aber 15–20 Teilnehmer wurden als ausreichend angesehen25, und in früheren Studien mit Myoton wurden 20 oder weniger Teilnehmer eingesetzt26,27,28. Zwanzig gesunde Teilnehmer (n = 10 Männer, n = 10 Frauen) aus Mitarbeitern und Studenten der University of Southampton (Alter 28,95 ± 2,77 BMI 24,28 ± 1,47) nahmen an der Studie teil. Die Ethikgenehmigung wurde von der Ethikkommission der Fakultät für Umwelt- und Biowissenschaften (Nr. 40307) der University of Southampton eingeholt. Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. An der gesamten Fakultät wurden Plakate verteilt, auf denen für die Studie geworben wurde. Vor dem Test wurde von allen Probanden eine Einverständniserklärung eingeholt. Die Teilnehmer wurden gebeten, an zwei Sitzungen teilzunehmen, wobei die erste etwa zwei Stunden dauerte und die zweite eine Woche später eine Stunde dauerte und nachmittags stattfand29. Der Raum war auf eine Umgebungstemperatur von 22–24 °C eingestellt und während der Messungen wurde warme Kleidung getragen, um temperaturbedingte Tonusveränderungen zu vermeiden.

Über 18 bis 40 Jahre; in der Lage, Englisch zu verstehen.

Muskel-Skelett-Verletzung oder Operation in den letzten fünf Jahren, die zu einer Immobilität von mehr als einer Woche führte; unkontrollierter Diabetes oder Blutdruck; eine bekannte neurologische Störung; Arthritis, die die Fähigkeit zur Ausübung alltäglicher Aktivitäten einschränkt; eine Krebsbehandlung erhalten; Einnahme von Medikamenten, die die Muskelfunktion beeinträchtigen. Keine Narben an MP-Stellen, keine offensichtliche Entzündung/Rötung der Haut, keine Grunderkrankung, die zu Krämpfen/Lähmungen führt (Parkinson-Krankheit, Huntington-Krankheit, Schlaganfall, Nervenschädigung usw.), 12 Stunden zuvor wurden keine tonusreduzierenden oder -steigernden Mittel eingenommen Zur Messung (Muskelrelaxantien, mehr als eine Tasse Kaffee, Alkohol, Drogen usw.) wurden die Teilnehmer gebeten, innerhalb von 12 Stunden vor der Datenerfassungssitzung keine anstrengenden Übungen durchzuführen, einschließlich der Art ihres Transports zur Sitzung (z. B (z. B. öffentliche Verkehrsmittel nutzen oder Auto fahren, statt zu Fuß oder mit dem Fahrrad zu fahren).

Die MP für diese Studie basierten auf denen des Myotones-Projekts, das derzeit auf der ISS24 läuft, wo beide Technologien an 11 Standorten getestet werden (von denen sieben in dieser Studie bewertet werden). Alle Abgeordneten (alle auf der rechten Seite) sind unten zu sehen (Abb. 1).

Die dorsalen (links) und ventralen (rechts) Messpunkte (nur rechte Seite) werden im Körperdiagramm angezeigt.

Da einige der unten aufgeführten MPs, die in die Myotones-Studie einbezogen wurden, bereits über eine gut nachgewiesene Zuverlässigkeit verfügen, wurden in der vorliegenden Studie nur sieben Messpunkte untersucht: MP1, MP2, MP3, MP6, MP7, MP9 und MP10.

Plantarfaszie (MP1) – Abtasten Sie die Faszie (festes Band) vom Mittelgewölbe des Fußes bis zur Ferse, bis das Band nicht mehr spürbar ist. MP1 befindet sich 1 cm unterhalb der Fersenbasis (bestätigt durch Ultraschall) – Ultraschallbild in Längsrichtung aufgenommen.

Achillessehne (MP2) – dünnster Teil der Sehne (tastbar mit Daumen und Zeigefinger als „Zange“ oder „Pinzettengriff“) – Ultraschallbild in Längsrichtung aufgenommen.

Soleus (MP3) – Messen Sie den Abstand zwischen MP2 und der Mitte der Kniekehlenfalte in der Kniekehle. MP3 befindet sich 33 % oberhalb der Wadenrückseite von MP2, dann 3 cm medial – Ultraschallbild in Längsrichtung aufgenommen.

Gastrocnemius (MP4) – von MP2, 66 % auf der Rückseite der Wade messen, dann 3 cm medial – Ultraschallbild in Längsrichtung aufgenommen.

Multifidus lumbal L4 (MP5) – Zeichnen Sie die Linie (Maßband) zwischen der Oberseite der Hüften (Beckenkämme des Beckens), um die Höhe auf der Wirbelsäule zu ermitteln. Von der Mitte der Wirbelsäule aus x = 1 cm nach rechts messen – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Transversus abdominis (TrA; 5.1) – Finden Sie den Umbilicus (Bauchnabel) und bewegen Sie ihn seitlich, bis die drei seitlichen Bauchmuskeln (äußerer schräger Bauchmuskel, innerer schräger Bauchmuskel, TrA) als parallel zu sehen sind (nur Ultraschall). – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Splenius capitis (MP6) – Maßband zwischen der Basis des äußeren Hinterhauptsvorsprungs (Beule an der Rückseite der Schädelbasis) und dem Acromion (Beule an der Oberseite der Schulter) und markieren Sie die Mitte der Linie. Maßband zwischen C7 und dem Kieferwinkel (Unterkiefer) direkt unter dem Ohr und markieren Sie, wo sich die Linien kreuzen. Bewegen Sie sich von diesem Schnittpunkt aus 3 cm von diesem Kreuz nach vorne (bestätigt mit Ultraschall). – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Vorderer Deltamuskel (MP7): Legen Sie ein Maßband vom Akromion bis zur Falte an der Vorderseite des Ellenbogens an. Legen Sie Ihren Finger auf Höhe der Achselfalte auf das Klebeband und bewegen Sie Ihren Finger 2 cm nach oben. Um dies zu bestätigen, bitten Sie den Teilnehmer, seinen Arm zu heben. Der Muskel sollte sich dann unter Ihrem Finger zusammenziehen – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Rectus femoris (MP8) – Maßband in einer Linie zwischen dem oberen Rand der Patella und der Beckenwirbelsäule (Beule an der Vorderseite der rechten Beckenseite). Messen Sie von der Patella aus 33 % der Gesamtstrecke zwischen den beiden oben genannten Punkten – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Infrapatellarsehne (MP9) – Lokalisieren Sie den unteren Rand der Patella in der Mitte und die Tuberositas tibiae (Beule an der Oberseite des Schienbeins oder des Schienbeins). Messen Sie 50 % des Abstands zwischen den beiden Punkten – Ultraschallbild aufgenommen in Längsrichtung.

Anterior tibialis (MP10) – Messen Sie den Abstand vom unteren Rand der Patella bis zur Mitte des Sprunggelenks zwischen den medialen und lateralen Malleolen. Messen Sie 50 % des Abstands zwischen diesen beiden Punkten. Anschließend 2 cm zur Beinaußenseite über den Muskelbauch (Tibialis anterior) bewegen – Ultraschallbild quer aufgenommen.

Zur Beurteilung der biomechanischen Eigenschaften von Muskeln wurde ein nicht-invasives digitales Palpationsgerät (MyotonPRO) in Smartphone-Größe verwendet (Myoton AS, Estland). Das MyotonPRO-Gerät überträgt mechanische Impulse auf die Haut (Dauer 15 ms, Kraft 0,4 N) unter einer Vorkompressionskraft von (0,18 N) auf die interessierende Gewebeschicht, um Signalverzerrungen durch das über Muskeln und Sehnen liegende Weichgewebe zu minimieren. Das Gerät wird senkrecht zur Haut ± 5° gehalten (überprüft durch das MyotonPRO-Gerät). Die Impulse verursachen gedämpfte Schwingungen des darunter liegenden Gewebes, die als Parameter für Tonus (dargestellt durch Frequenz, Hz), Steifheit (N/m) und Elastizität (logarithmisches Dekrement) aufgezeichnet werden. Auf der Sonde befindet sich eine kleine Markierung, die anzeigt, wie weit auf die Haut gedrückt werden muss. Sobald die Vorkompressionslast erreicht ist, wechselt eine Anzeigelampe von Orange auf Grün und die voreingestellten Impulse werden automatisch angewendet. Das MyotonPRO-Gerät erfasst den Variationskoeffizienten (CV) zwischen den Sätzen von mindestens fünf verschiedenen mechanischen Impulsen pro Messung und zeigt diesen als Prozentsatz neben jedem Parameter an. In der vorliegenden Studie wurde ein Schwellenwert von 3 % VK festgelegt. Wenn irgendwelche Parameter über diesem Schwellenwert lagen, wurde die Messung wiederholt.

Die Bilder wurden mit einem Echtzeit-B-Mode-Ultraschallscanner (ORCHEO lite, SONOSCANNER, Paris, Frankreich; entwickelt von CNES, CSA und ESA, bezeichnet als ECHO-Gerät) mit einem linearen Wandler von 3,5–16,7 MHz aufgenommen. Der Schallkopf wurde je nach abzubildendem MP quer oder längs auf der Haut platziert (siehe spezifische Stellen oben), mit minimalem Druck, um eine Kompression des darunter liegenden Gewebes zu vermeiden. Ultraschallbilder wurden gemäß den oben genannten Anweisungen aufgenommen, wobei an jedem Punkt ein Bild aufgenommen wurde.

Alle Bilder wurden später offline von einem Untersucher (PM) unter Verwendung eines Matlab-Algorithmus (geschrieben von MW) gemessen. Die Ultraschallbildgebung von Weichteilen des Bewegungsapparates ist bekanntermaßen zuverlässig30,31 und im Vergleich zum Goldstandard der Magnetresonanztomographie (MRT) valide32,33. Wie bei der Myoton-Technik ist die Standardisierung der Faktoren, die die Aufnahme von Bildern beeinflussen, wichtig14.

Die Anzahl der Erfahrungsjahre für die drei Forscher, die Daten sammelten, betrug: Forscher 1: Ultraschallbildgebung 5 Jahre, Myoton-Technologie 5 Jahre; Forscher 2: Ultraschall 13 Jahre, Myoton-Technologie 9 Jahre; Forscher 3: Ultraschall über 30 Jahre, Myoton-Technologie 9 Jahre.

Während der ersten Sitzung lokalisierte ein Bediener zunächst die anatomischen Messpunkte (MPs) und markierte sie auf dem Teilnehmer, der völlig entspannt auf einer Trage lag. Die Messungen wurden vor der nächsten Sitzung für jeden Teilnehmer in einem Logbuch aufgezeichnet. Drei unabhängige Bediener, die für die anderen Aufnahmen blind waren, führten dann die MyotonPRO- und Ultraschallmessungen durch. Die Bewerter mussten die Teilnehmer innerhalb derselben Sitzungen nicht erneut bewerten, daher wurde die Zuverlässigkeit der Datenerfassung und nicht des gesamten Myoton- oder Ultraschallverfahrens bewertet.

Für die MyotonPRO-Aufzeichnungen wurden zwei Sätze mit jeweils fünf Impulsen wie oben beschrieben angewendet. Die Variationskoeffizientenmessungen für jede Variable auf dem Gerät wurden überprüft, und wenn sie höher als 3 % waren, wurde die Messung wiederholt. Alle Punkte wurden zweimal aufgezeichnet und ein Mittelwert der 10 Impulse wurde gebildet und in der Analyse verwendet. Ultraschallbilder wurden gemäß den oben genannten Anweisungen aufgenommen, wobei an jedem Punkt ein Bild aufgenommen wurde.

Um die Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen zu überprüfen, wurden die Teilnehmer mindestens eine Woche später zur zweiten Sitzung (nachmittags) eingeladen, wo nur ein Bediener die Ultraschall- und MyotonPRO-Messungen wiederholte, nachdem er dieselben MPs wie in der vorherigen Sitzung umgesiedelt hatte .

Die Interrater-Zuverlässigkeit wurde anhand eines zweifach gemischten Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) (3,1) mit einem Score bewertet34.

Die Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen wurde anhand eines zweifach gemischten Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) mit einem Score (3,1)34 bewertet.

Die Intrarater-Zuverlässigkeit innerhalb der Sitzungen wurde anhand eines zweifach gemischten Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) (3,2) mit durchschnittlicher Punktzahl bewertet, um die beiden Sätze von fünf Impulsen zu vergleichen.

Alle statistischen Tests wurden mit SPSS (Version 26, Armonk, NY: IBM Corp) durchgeführt, wobei der Alpha-Wert auf 0,05 eingestellt war.

Die Richtlinien für die Interpretation der ICC-Ergebnisse wurden von Koo und Li30 übernommen, wobei unter 0,5 = schlecht, zwischen 0,5 und 0,75: mäßig, zwischen 0,75 und 0,90 = gut und über 0,90 ausgezeichnet ist.

Ultraschallscans wurden mit einer benutzerdefinierten grafischen Benutzeroberfläche (GUI) gemessen, die in Matlab (Mathworks, USA) unter Verwendung maßgeschneiderter Funktionen (MW) erstellt wurde. Die GUI ermöglichte es dem Forscher, die vom Ultraschallscanner erhaltenen Bitmap-Bilder zu importieren. Die GUI kalibrierte die Bilder, indem sie einen Skalierungsfaktor zwischen der Anzahl der Pixel und einem Abstand von 1 cm ermittelte, der aus der auf der Seite des Ultraschallbilds angezeigten Skala ermittelt wurde. Über die grafische Benutzeroberfläche konnte der Prüfer dann Messungen am Ultraschallbild vornehmen, indem er verschiedene Orientierungspunkte identifizierte und darauf klickte. Spezifische Orientierungspunkte und Messungen werden unten für jeden Muskel und jede Sehne detailliert beschrieben. Die Entfernungen wurden dann als euklidischer Abstand zwischen Orientierungspunkten berechnet, dann mithilfe des Skalierungsfaktors in Zentimeter umgerechnet und dann in eine Excel-Datei exportiert.

Die Scans wurden anhand der Skala an der Seite des Ultraschallscans kalibriert und mit einem Cursor ein Maß von 1 cm markiert.

Die passive Muskeldicke wurde auf Querschnittsebenen von Ultraschallaufnahmen zwischen den Muskelgrenzen von der Unterseite ihrer oberen Faszie bis zur Oberseite der unteren Faszie gemessen.

Die Sehnen-/Fasziendicke wurde gemessen, indem ein 1 cm breiter Kasten erstellt und dann eine Linie oben auf der Struktur und eine Linie unten erstellt wurden. Der Abstand zwischen den beiden Linien wurde dann automatisch 100 Mal gemessen und die mittlere Dicke gemessen.

Die Dicke des subkutanen Gewebes wurde von der Oberseite der Haut bis zum oberen Rand der Muskelfaszie gemessen (das ist die reguläre periphere Körperfaszienstruktur mit Kompartimentfaszie und epimysialen Schichten, die als eine Strukturschicht (d. h. Muskelfaszie) mit regionaler Varianz betrachtet werden, jedoch alle diese). Strukturschichten liegen jedoch unter der USI-Bildauflösung). Eine zweite Messung erfolgte vom oberen Rand der Muskelfaszie bis zum unteren Rand. Die Dicke der Faszie wurde zusammen mit der Fettdicke in die Messung des Unterhautgewebes einbezogen (Abb. 2). Die Tieffußstrecker (MP10-Tieffußstrecker) – nur mit Ultraschall gemessen, wobei die gleiche subkutane Gewebedicke wie bei MP10 verwendet wird, wobei die Muskeln jedoch bis zum Schienbein als ein Komplex gemessen werden.

Beispiel für Ultraschall und Messpunkte zur Datenanalyse. (a) Plantarfaszie, (b) Achillessehne, (c) Soleus, (d) Splenius capitis, (e) vorderer Deltamuskel, (f) Patellasehne, (g) vorderer Tibialis.

Der MDC liefert eine aussagekräftige und praktische Bewertung des Messfehlers, indem er für jede Variable einen einzelnen Wert in der relevanten Maßeinheit35 bereitstellt. Dies ist die kleinste Änderung der Punktzahl, die aufgrund von Fehlern auftritt und wahrscheinlich nicht mit zufälligen Abweichungen bei der Messung zusammenhängt36. Der auf dem SEM basierende MDC wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet, die in Haley und Fragala-Pinkham36 beschrieben ist: MDC = 1,96 (z-Score-Konfidenzniveau) × √2 × SEM). Die Formel zur Berechnung des SEM war SEM = SD × (√(1 − ICC)), wie in Wilken, Rodriguez35 beschrieben.

Zur Ergänzung der ICC-Zuverlässigkeitsdaten wurde der Bland- und Altman-Test mit Übereinstimmungsgrenzen verwendet und grafisch dargestellt (Ergänzungstabelle 1)36. Dieser Test wurde zwischen jedem Forscher (R1–R2, R2–R3, R1–R3) und für die Tests zwischen den Tagen durchgeführt.

Die Ergebnisse von MyotonPRO und Ultraschall sind unten aufgeführt. Sie reichen von mäßig bis ausgezeichnet, wobei die überwiegende Mehrheit gut oder ausgezeichnet ist.

Die Intrarater-Zuverlässigkeit am selben Tag innerhalb der MyotonPRO-Sitzung beim Vergleich der beiden Sätze von fünf Impulsen war für alle Parameter an allen getesteten Standorten ausgezeichnet (im Bereich von 0,96–0,99, Ergänzungstabelle 2) und wird im Folgenden nicht näher dargestellt.

Die Interrater-Zuverlässigkeit innerhalb der Sitzung war an allen Messpunkten ausgezeichnet oder gut, mit Ausnahme von Splenius capitis (MP6 = 0,733), der moderat ist (Tabelle 1). Auch die Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen ist für alle bis auf zwei Messpunkte, Splenius capitis (MP6) und Soleus (MP3), die mäßig sind, ausgezeichnet oder gut.

Die meisten Messpunkte zeigten eine gute bis ausgezeichnete Interrater-Zuverlässigkeit, mit Ausnahme der Achillessehne (MP2) und des Splenius capitis (MP6), die beide eine mäßige Zuverlässigkeit aufwiesen (Tabelle 2). Die Zuverlässigkeit zwischen den Tagen ist ausgezeichnet für die Plantarfaszie (MP1), den Soleus (MP3), den Tibialis anterior (MP10), gut für den vorderen Deltamuskel (MP7) und die Patellasehne (MP9) und mäßig für die Achillessehne (MP2) und den Splenius capitis ( MP6). Der MDC für jeden Messpunkt wurde ebenfalls berechnet.

Die Interrater-Zuverlässigkeit war an allen Messpunkten ausgezeichnet oder gut, mit Ausnahme der Lösungen (MP3; 0,65), die eine mäßige Zuverlässigkeit aufwiesen (Tabelle 3). Die Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen war ausgezeichnet für den Splenius capitis (MP6), den vorderen Deltamuskel (MP7) und den vorderen Tibialis (MP10) und mäßig für die Plantarfaszie (MP1), die Achillessehne (MP2), den Soleus (MP3) und die Patellasehne ( MP9).

Die Interrater-Zuverlässigkeit für die subkutane Dicke reicht von ausgezeichneter Soleus- (MP3), Patellarsehne (MP9) und vorderem Schienbeinmuskel (MP10) bis zu mäßiger Plantarfaszie (MP1), wobei die Mehrheit eine gute Zuverlässigkeit aufweist (Tabelle 4). Die Intrarater-Zuverlässigkeit war gut oder ausgezeichnet.

Die Intrarater-Zuverlässigkeit für die Muskel-/Sehnen-/Plantarfasziendicke reichte von ausgezeichneter Plantarfaszie (MP1), Patellasehne (MP9) und tiefer Muskelgruppe des vorderen Tibialis (MP10) bis hin zu mäßiger Achillessehne (MP2). Die Interrater-Zuverlässigkeit reichte von ausgezeichneter Splenius capitis (MP6), vorderem Deltamuskel (MP7), Patellasehne (MP9) und tiefer Muskelgruppe des vorderen Tibialis (MP10) bis hin zu mäßiger Achillessehne (MP2), wobei die Mehrheit eine gute Zuverlässigkeit aufwies (Tabelle 5). .

Die Ziele dieser Studie wurden erreicht: Beschreibung des Protokolls zur Untersuchung mehrerer von Inaktivität betroffener Muskeln mithilfe von zwei Technologien (MyotonPRO und Ultraschallbildgebung); Feststellung der Interrater- und Intrarater-Zuverlässigkeit der Messtechniken; und Bereitstellung von Referenzwerten für MDC zur Verwendung in Studien zur Überwachung zeitlicher Veränderungen bei Menschen, die unter den Auswirkungen von Inaktivität leiden oder sich davon erholen. Beispiele hierfür sind Astronauten während und nach der Schwerelosigkeit; Menschen auf der Intensivstation oder inaktive Menschen mit einer Krankheit oder Verletzung und während der Rehabilitation; oder Menschen, die mit langfristigen Erkrankungen leben, die die Muskelmasse beeinträchtigen. Die Zuverlässigkeit für einige der Messpunkte im Protokoll von 11 Standorten wurde in der Literatur bereits bei gesunden Kohorten nachgewiesen, daher konzentrierte sich die vorliegende Studie auf Standorte, die Zuverlässigkeitsdaten, einschließlich MDC, und zur Vervollständigung im Kontext des gesamten Protokolls Ergebnisse benötigen von allen Websites sind in der Diskussion unten enthalten. Insgesamt wiesen die meisten Messpunkte sowohl mit dem MyotonPRO als auch mit dem Ultraschallgerät eine gute oder ausgezeichnete Zuverlässigkeit auf, wobei einige als mäßig und keiner als schlecht eingestuft wurden. Bei der Interpretation der Interrater-Zuverlässigkeitsergebnisse ist zu beachten, dass die Bewerter die Messpunkte nicht erneut markierten, sodass nur die Zuverlässigkeit der Datenerfassung bewertet wurde.

Die Intrarater-Reliabilität in derselben Sitzung war an allen Punkten und für alle Myoton-Parameter ausgezeichnet (ICC 0,96–0,99), was in der Literatur gut belegt ist8,15,20,37. Dieses hohe Maß an Zuverlässigkeit wird ermöglicht, wenn, wie in der vorliegenden Studie, ein CV-Schwellenwert von 3 % verwendet wird und alle Messungen mit höheren Werten verworfen und die Aufzeichnungen erneut durchgeführt werden. Sogar bei Dellalana et al.11, wo der CV-Wert für die Messungen des Gastrocnemius medialis 5,5 % für die Steifigkeit betrug, betrug der ICC 0,96, was die Robustheit des Geräts und die Bedeutung der Mittelwertbildung der Messungen zeigt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in der obigen Studie11, die sich auf die Hautsteifheit konzentrierte, eine andere Sonde verwendet wurde, während sich die vorliegende Studie auf die Muskelsteifheit konzentrierte.

Die Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen wurde von Bewerter 1 untersucht und war für alle drei Myoton-Parameter an den meisten Messpunkten ausgezeichnet bis gut, wobei einige mäßig zuverlässig waren. Keiner der Messpunkte war mittelmäßig oder schlecht, was mit der Literatur zu anderen Messpunkten übereinstimmt16,30,36,38,39. Die MDCs zwischen den Sitzungen sind ebenfalls niedrig (Tabellen 1, 2, 3).

Die zwischen Tagen beobachtete geringere Zuverlässigkeit im Vergleich zu Messungen während derselben Sitzung war zu erwarten und konnte durch mehrere Faktoren erklärt werden, wie z. B. die Fähigkeit des Bedieners, die gleiche Teststelle an einem anderen Tag zu finden, was für innerhalb der gleichen Sitzung wiederholte Aufzeichnungen nicht erforderlich war gleiche Sitzung; subtile Veränderungen der Muskellänge und -spannung aufgrund einer leicht unterschiedlichen Positionierung; unterschiedliche Aktivität vor dem Test oder Temperaturänderung usw.40. Es ist unwahrscheinlich, dass Unterschiede in den Aufzeichnungen auf das verwendete Gerät zurückzuführen sind. Die Kalibrierung des Geräts durch den Hersteller bleibt auch bei Tests an Phantommaterialien konstant. Die Zuverlässigkeit zwischen den Tagen ist erforderlich, um die Überwachung von Veränderungen im Laufe der Zeit zu ermöglichen, um die Auswirkungen von Nichtgebrauch/Krankheit/Verletzung und als Reaktion auf einen Eingriff zu untersuchen. Die Zuverlässigkeit zwischen den Tagen scheint bei größeren Strukturen, die leichter zu verlagern sind, wie etwa Soleus (MP3), Gastrocnemius medialis (MP4), Multifidus (MP5) und Rectus femoris (MP8), höher zu sein.

Subkutanes Gewebe, das über dem interessierenden Gewebe (Muskel/Sehne/Faszie) liegt, kann in Struktur und Zusammensetzung (Dermis-Kollagen vs. Fettgewebe), aber auch im Wasser-/Flüssigkeitsgehalt zwischen den Teilnehmern und zwischen verschiedenen Körperstellen (Gliedmaßen und Rumpf) variieren. Aufgrund der Voreinstellungen und des Algorithmus des MyotonPRO-Geräts führt jedoch eine kurze moderate Vorkompression der Sonde (gezielt auf die Kompression des Weichgewebes), gefolgt von mehreren stärkeren Kompressionsimpulsen (gezielt auf dichteres Muskelgewebe mit Oszillationssignalrückflüssen), nicht vollständig zu einer vollständigen Linderung minimiert aber die Oszillationssignalverzerrung durch die Zusammensetzung des darüber liegenden subkutanen Gewebes41.

Die Interrater-Zuverlässigkeit war sowohl in der vorliegenden als auch in früheren Studien für alle Messpunkte ausgezeichnet oder gut (Ergänzungstabelle 3). Dies zeigt, dass die Myoton-Technik robust ist und Sicherheit in Situationen gibt, in denen es nicht immer möglich ist, für jede Sitzung denselben Bediener zu haben. Wie zum Beispiel in der Studie von Schoenrock und Zander23, bei der aus terminlichen Gründen der Einsatz zweier unabhängiger Operatoren erforderlich war. An den meisten Studien nahmen erfahrene Bediener teil, die Zuverlässigkeit wurde jedoch auch bei unerfahrenen Bedienern untersucht und als gut befunden16,37. Der Nachweis der Zuverlässigkeit bei Neulingen war wichtig für die Verwendung des vorliegenden Protokolls im Myotones-Projekt, bei dem Astronauten (als relative Neulinge) während ihres sechsmonatigen Flugs auf der Internationalen Raumstation 24 gegenseitig Myoton-Aufzeichnungen durchführen.

Nicht alle Zuverlässigkeitsstudien haben MDCs für alle drei in der vorliegenden Arbeit genannten Parameter angegeben, wie in der Ergänzungstabelle 3 angegeben.

Die vorliegende Studie zeigte für alle MP eine ausgezeichnete oder gute Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen (Tabelle 4), mit Ausnahme der Dicke der Achillessehne, die immer noch moderat war (ICC 0,71). Diese Ergebnisse ähnelten denen früherer Studien, in denen ebenfalls eine ausgezeichnete oder gute Intrarater-Zuverlässigkeit festgestellt wurde (Ergänzungstabelle 4). Die einzige andere Studie, die die Intrarater-Zuverlässigkeit der Dicke des subkutanen Gewebes beurteilte, kam zu hervorragenden Ergebnissen30, was die vorliegenden Ergebnisse weiter stützt.

Die Interrater-Zuverlässigkeit war ebenfalls ausgezeichnet bis gut, mit Ausnahme von zwei Punkten (subkutane Dicke der Plantarfaszie und Dicke der Achillesferse), die immer noch moderat waren (ICC 0,72 bzw. 0,71), möglicherweise aufgrund der kleinen Messungen. Dies ähnelt den Ergebnissen von Frühere Studien zur Bewertung der Ultraschall-Interrater-Zuverlässigkeit (Ergänzungstabelle 3)17,42,43,44,45.

Bei Ultraschalluntersuchungen ist es üblich, mehr als einen Scan durchzuführen und den Mittelwert in der Analyse zu verwenden (ähnlich wie bei MyotonPRO)46,47. Hervorragende Intrarater-Ergebnisse innerhalb derselben Sitzung aus früheren Studien48 haben gezeigt, dass es nicht immer notwendig ist, an jedem Messpunkt mehr als einen Scan durchzuführen. Diese Tatsache ist sehr hilfreich für Situationen, in denen Zeitbeschränkungen nur eine Messung ermöglichen, wie zum Beispiel Astronautenprotokolle in der Raumfahrt und Forschungsprojekte mit Spitzensportlern.

Es wird vermutet, dass während der Entlastung des menschlichen Körpers im Raumflug die Muskelsteifheit insbesondere in den Muskeln abnimmt, die für die Haltungsunterstützung und Bewegung (Laufen, Gehen) am Boden am wichtigsten sind (z. B. Soleus, Multifidus, Vastus lateralis, paraspinale Nacken- und Rückenmuskulatur). ), während andere phasische Muskeln (wie Gastrocnemius, Rectus abdominis oder Schulter- und Armmuskeln), die während der durch die Schwerelosigkeit verursachten Entladung im Raumflug nur wenig oder gar nicht aktiv sind, relativ unbeeinflusst bleiben und somit als interne Kontrolle dienen.

Eine Einschränkung dieser Studie besteht darin, dass die Zuverlässigkeit des Auffindens der interessierenden Messpunkte bei unerfahrenen Benutzern oder solchen, die mit anatomischen Positionen nicht vertraut sind, nicht nachgewiesen wurde. Auch die Zuverlässigkeit zwischen den Tagen wurde nur von einem Forscher beurteilt, so dass es zu anderen Schwankungen gekommen sein könnte, wenn alle Forscher erneut Messungen durchführen müssten. Alle Ultraschallscans wurden von einem einzigen Prüfer gemessen, sodass Interreliability die Ultraschallerfassungstechnik der Bewerter untersuchte, jedoch nicht die gesamte Technik der Aufnahme und Messung der Scans. Da bei Messungen am selben Tag keine erneute Markierung der Messpunkte zwischen den Bewertern erforderlich war, wird die Datenerfassung anhand der Interrater-Zuverlässigkeit und nicht anhand des vollständigen Protokolls bewertet. Dieses Studiendesign ermöglichte jedoch die Untersuchung der Zuverlässigkeit der tatsächlichen Bildgebungstechnik, deren Bestimmung wertvoll ist. Obwohl versucht wurde, die Tageszeit konstant zu halten, war dies nicht immer möglich. Dies könnte einen Teil der Veränderung im Muskeltonus erklärt haben, da Basti, Yalçin29 feststellt, dass sich der Muskeltonus im Ruhezustand im Laufe der Tageszeit auf natürliche Weise ändern kann.

Es wurde ein Protokoll zum Testen biomechanischer Muskeleigenschaften wie Tonus, Steifheit und Elastizität (mit dem MyotonPRO-Gerät) sowie der subkutanen und Muskeldicke (mit Ultraschallbildgebung) beschrieben, um mehrere für die Beurteilung relevante Stellen des gesunden Körpers (weiblich und männlich) zu messen Auswirkungen von Inaktivität und Erholung bei relativ jungen und gesunden Studienteilnehmern. Die Zuverlässigkeit beider Technologien war hoch. Die Intrarater-Zuverlässigkeit (gleiche Sitzung) für den MyotonPRO war an allen Messpunkten und für jeden der drei Parameter durchweg ausgezeichnet (alle ICCs > 0,96), was darauf hinweist, dass pro Messung nur ein Satz von fünf mechanischen Impulsen (5 × 0,4 N Kraft) erforderlich ist Punkt.

Insgesamt war die Interrater-Zuverlässigkeit der MyotonPRO-Messungen ausgezeichnet bis gut, wobei einige wenige Werte mäßig waren. Dies weist darauf hin, dass alle Myoton-Bediener im Rahmen zukünftiger Protokolle in vielen Forschungslabors und klinischen Einrichtungen in der Lage sein werden, zuverlässige Daten zu sammeln.

Die hervorragenden bis mäßigen Ergebnisse zur Intra-Bewerter-Zuverlässigkeit (zwischen Tagen) deuten darauf hin, dass die Myoton-Ergebnisse für den untersuchten Bediener (Bewerter 1) wiederholbar waren.

Die Ultraschalluntersuchungen aus dieser Studie erwiesen sich als gut bis ausgezeichnet, mit Ausnahme von drei Punkten, die moderat blieben: Intrarater-Zuverlässigkeit zwischen den Tagen der Dicke der Achillessehne (ICC 0,71), Interrater-Zuverlässigkeit der subkutanen Dicke der Plantarfaszie und Dicke der Achillessehne (ICC 0,72). bzw. 0,71).

Für Messpunkte an bestimmten Muskeln, Sehnen und der Plantarfaszie wurden sowohl für Myoton- als auch für Ultraschallmessungen Werte der minimalen nachweisbaren Veränderung (MDC) dokumentiert, die eine Referenzquelle für Studien zur Überwachung von Veränderungen im Zeitverlauf darstellen. Werte für MDC, die in der Literatur von Messpunkten im Myotones-Protokoll verfügbar sind, aber nicht in die vorliegende Studie einbezogen wurden, werden ebenfalls in der vorliegenden Arbeit angegeben, um eine vollständigere Referenz für das Protokoll bereitzustellen.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Finanzierung erfolgte durch die UK Space Agency und den Science and Technology Facilities Council (Grant No. ST/R005680/1).

School of Health Sciences, University of Southampton, Southampton, Großbritannien

Paul E. Muckelt, Martin B. Warner, Tom Cheliotis-James und Maria Stokes

Zentrum für Sport-, Bewegungs- und Arthroseforschung im Vergleich zu Arthritis, Southampton, Großbritannien

Paul E. Muckelt, Martin B. Warner und Maria Stokes

University Centre Sparsholt, Winchester, Großbritannien

Rachel Muckelt

Corporate Member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Experimental and Clinical Research Center (ECRC) & NeuroCure Clinical Research Center (NCRC), Clinical Neuroimmunology, Charité–Universitätsmedizin Berlin, Lindenbergerweg 80, 13125, Berlin, Germany

Maria Hastermann

NeuroMuscular Group, Zentrum für Weltraummedizin und extreme Umgebungen an der Charité, Berlin, Deutschland

Britt Schoenrock & Dieter Blottner

KBR, Houston, TX, USA

David Martin

Airbus DS Space Systems, Inc, Houston, TX, USA

Robert MacGregor

Southampton NIHR Biomedical Research Centre, Southampton, Großbritannien

Maria Stokes

Charité–Universitätsmedizin Berlin, Corporate Member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin Institute of Health, Institute of Integrative Neuroanatomy, Berlin, Germany

Dieter Blottner

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Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt und erfüllten die vier primären ICMJE-Kriterien für die Autorenschaft. Darüber hinaus waren alle Autoren in unterschiedlicher Funktion aktiv an der Studie beteiligt: ​​PEM hat das Papier mit Beiträgen und Zustimmung aller Autoren verfasst. PEM, MBW, MS, MH, DM, RM, BS und DB waren an der Konzeption und Gestaltung der Studie beteiligt. PEM, T.CJ, MBW, MS und RM waren an der Erfassung und Analyse der Daten beteiligt.

Korrespondenz mit Paul E. Muckelt.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Muckelt, PE, Warner, MB, Cheliotis-James, T. et al. Protokoll und Referenzwerte für minimal erkennbare Veränderungen von MyotonPRO und Ultraschall-Bildgebungsmessungen von Muskeln und Unterhautgewebe. Sci Rep 12, 13654 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17507-2

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Eingegangen: 27. Februar 2022

Angenommen: 26. Juli 2022

Veröffentlicht: 11. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17507-2

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