Is alternated current really more efficient than pulsed current in terms of neuromuscular parameters, current intensity and discomfort level?

Abstract

A Estimulação Elétrica Neuromuscular (EENM) é amplamente utilizada na reabilitação clínica, especialmente para melhorar a força muscular e prevenir quadros de atrofia. Dois tipos de correntes elétricas são bastante utilizados na prática clínica, a corrente pulsada (CP) e a corrente alternada (CA). A CA foi inicialmente introduzida sob a ideia de que seria capaz de aumentar a capacidade de produção de força em 40%, e, por esse motivo, utilizada na prática clínica sob a ideia de ser mais efetiva do que a CP para o fortalecimento muscular. Contudo, a literatura sobre essa temática é inconclusiva ou contraditória, e os estudos apresentam baixa qualidade metodológica. Em função disso, não é possível determinar qual das duas correntes é mais eficiente. Com a finalidade de responder essa pergunta e de aprofundar o conhecimento sobre esse tema, o objetivo da presente dissertação foi o de avaliar os efeitos agudos da CA comparados aos da CP em parâmetros clínicos (intensidade de corrente e nível de desconforto) e neuromusculares (torque evocado, eficiência neuromuscular, fatigabilidade e trabalho total) em jovens saudáveis. Para atingir esse objetivo realizamos 3 estudos: o primeiro, uma revisão sistemática com metanálise (Capítulo 1), seguido de dois ensaios clínicos randomizados, (Capítulos 2 e 3) que compõem essa dissertação. No Capítulo 1, revisamos sistematicamente a literatura por meio de uma metanálise de ensaios clínicos randomizados com o objetivo de avaliar os efeitos da CA e da CP (a) no torque extensor de joelho evocado pela EENM; (b) no nível de desconforto e (c) no nível de fatigabilidade em jovens saudáveis. CP demonstrou maior torque evocado comparado a CA-2.5 KHz e CA-4.0/4.05 KHz, e similar torque evocado comparado a CA-1.0 KHz. CP demonstrou similar desconforto à CA-1.0 KHz e CA-2.5 KHz. CP apresentou maior redução da contração voluntária máxima isométrica (CVMI) após protocolo com EENM (maior fadiga) comparada CA-2.5 KHz. Contudo, os estudos incluídos demonstraram baixa qualidade metodológica, e a análise de evidências para cada desfecho demonstrou evidências muito baixas a moderadas. Portanto, nos Capítulos 2 e 3 procuramos realizar dois estudos de alta qualidade metodológica com objetivo de preencher as lacunas da literatura. Para ambos os estudos, recrutamos 30 indivíduos saudáveis e fisicamente ativos, os quais foram submetidos a 6 dias de testes: 4 dias de teste para verificar os efeitos da CA e CP em parâmetros neuromusculares, intensidade de corrente e desconforto (Capítulo 2), e 2 dias de teste para avaliar os efeitos da CA e CP na fatigabilidade dos extensores do joelho (Capítulo 3). Portanto, no Capítulo 2 investigamos os efeitos da CP e CA (a) na intensidade de corrente (mA) necessária para evocar torque submáximo e máximo; (b) no torque extensor de joelho evocado pela EENM; (c) na eficiência neuromuscular; e (d) no nível de desconforto. Para esse estudo, primeiramente utilizamos parâmetros semelhantes de duração de pulso (CP = 2 ms) e de burst (CA = 2 ms), bem como uma configuração de pulso comumente estudada e utilizada na prática clínica com as duas correntes (duração de pulso de 0.4 ms para CP e CA, com duração de burst de 5 ms para CA). Observamos que a CP gerou maior torque que CA. Adicionalmente, a CP com maior duração de pulso (2 ms) necessitou de menor intensidade de corrente e foi mais eficiente em dois níveis de força submáxima evocada quando comparada às demais configurações, sem diferenças no nível de desconforto entre CA e CP. Além disso, a duração de burst de 2.0 ms ou 5.0 ms da CA-2.5 KHz não teve qualquer influência nos parâmetros avaliados. Em relação à fatigabilidade, no Capítulo 1 verificamos que a CP foi mais fatigável que CA-2.5 KHz. Entretanto, somente o índice de queda da força em relação a CVMI pré e pós protocolo de fadiga foi avaliado, e a evidência para esse desfecho foi muito baixa. Além disso, os parâmetros de declínio da CVMI pós protocolo de fadiga, índice de fatigabilidade do torque evocado durante protocolo de fadiga, e análise da integral da curva torque-tempo (i.e., trabalho), não foram avaliados em um único estudo, o que poderia fornecer uma avaliação mais ampla e completa sobre o nível de fatigabilidade entre as correntes. Portanto, o Capítulo 3 teve como propósito comparar os efeitos da CP e da CA-2.5KHz sobre a fatigabilidade e desconforto, através da aplicação de um protocolo submáximo de fadiga isométrica. Os indivíduos foram avaliados em dois momentos: antes e após uma sessão de 20 minutos com CP ou com CA. Os resultados demonstraram que a CA é menos resistente à fatigabilidade que a CP, uma vez que demonstrou rápida queda no torque evocado, menor trabalho total e maior índice de queda da CVMI, mas similar nível de desconforto. Em conclusão, CP é mais eficiente do que a CA devido à menor intensidade de corrente, torque evocado mais elevado, maior eficiência neuromuscular, e menor fatigabilidade com maior trabalho total.

Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) is widely used in clinical rehabilitation, especially to improve muscle strength and prevent atrophy. Two NMES types are widely used in clinical practice, pulsed current (PC) and alternating current (AC). AC was initially introduced under the idea that it would have the ability to increase force production capacity by 40%, and was therefore introduced into clinical practice under the idea of being more effective than PC for muscle strengthening. However, the literature involving this theme is inconclusive or contradictory, added to the low methodological quality of previous studies. Thus, it is not possible to determine which of the two currents is more efficient. In order to answer this question and to deepen the knowledge on this theme, the purpose of the present dissertation was to evaluate the acute effects of AC compared to PC on clinical (current intensity and discomfort) and neuromuscular (evoked force, neuromuscular efficiency, fatigability, and total work) parameters in healthy individuals. To achieve these purposes, we conducted 3 studies: the first, a systematic review with meta-analysis (Chapter 1), followed by two randomized clinical trials (Chapters 2 and 3) that encompass this dissertation. In Chapter 1, we systematically reviewed the literature and performed a meta-analysis of randomized controlled trials to assess the effects of AC and PC (a) on the knee extensor evoked torque; (b) on the discomfort level, and (c) on the fatigue level in healthy individuals. PC evoked higher torque compared to AC-2.5 KHz and AC-4.0/4.05 KHz, but similar evoked torque compared to AC-1.0 KHz. PC showed similar discomfort to AC-1.0 KHz and AC-2.5 KHz. PC produced greater maximal voluntary isometric contraction (MVIC) decrease after the NMES protocol (i.e., greater fatigue) compared AC-2.5 KHz. However, the included studies showed low methodological quality, and evidence analysis for each outcome showed very low to moderate evidence. Therefore, in Chapters 2 and 3 we conducted two high quality methodological studies aiming to fill the literature gaps. For both studies, we recruited 30 healthy and physically active individuals who underwent 6 testing days: 4 testing days to verify the AC and PC effects on neuromuscular parameters, current intensity and discomfort (Chapter 2), and 2 testing days to assess the effects of AC and PC on fatigability (Chapter 3). Therefore, on Chapter 2 we investigated the PC and AC effects (a) on the current intensity (mA) required to evoke submaximal and maximum torque; (b) on the knee extensor evoked torque; (c) on the neuromuscular efficiency, and (d) on the discomfort level. For this study, first we used similar pulse duration (PC = 2 ms) and burst (AC = 2 ms) parameters, followed by a pulse configuration commonly studied and used in clinical practice with both currents (PC and AC with 0.4 ms of pulse duration, with AC’s burst duration of 5 ms). PC generated higher torque than AC. Additionally, the PC with longer pulse duration (2 ms) required less current intensity and was more efficient at two levels of submaximal evoked force when compared to the other configurations. We also found no differences between PC and AC for the discomfort level. In addition, the AC-2.5 KHz burst durations of 2.0 ms or 5.0 ms had no influence on the evaluated parameters. Regarding fatigability, in Chapter 1 we found that PC was more fatigable than AC-2.5 KHz. However, we evaluated only the force drop index in relation to the MVIC before and after the fatigue protocol, and the evidence for this outcome was very low. In addition, the AC-2.5 KHz burst durations of 2.0 ms or 5.0 ms had no influence on the evaluated parameters. Regarding fatigability, in Chapter 1 we found that PC was more fatigable than AC-2.5 KHz. However, we evaluated only the force drop index in relation to the MVIC before and after the fatigue protocol, and the evidence for this outcome was very low. In addition, the MVIC decline after the fatigue protocol, the evoked torque fatigue index during the fatigue protocol, and the torque-time curve integral (i.e. work) analysis were not assessed in a single study, which could provide a wider and more detailed evaluation about the between-currents fatigability level. Therefore, Chapter 3 aimed to compare the effects of PC and AC-2.5 KHz on fatigability and discomfort by applying a submaximal isometric fatigue protocol. Participants were evaluated at two times: before and after a 20-minute session with PC or AC. The results showed that the AC was less fatigue resistant than the PC, since it demonstrated a rapid drop in the evoked torque, smaller total work and a higher MVIC drop rate, with similar discomfort level. We conclude that PC is more efficient than AC due to smaller current intensity, better evoked torque, better neuromuscular efficiency and smaller fatigability with higher total work.