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Safety of a combined strength and endurance training using neuromuscular electrical stimulation of thighs muscles in patients with heart failure and bipolar sensing cardiac pacemakers

Sicherheit eines kombinierten Kraft- und Ausdauertrainings durch neuromuskuläre Elektrostimulation der Oberschenkelmuskulatur bei Patienten mit Herzinsuffizienz und bipolaren Herzschrittmachern

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Zusammenfassung

Für Patienten mit schwerer chronischer Herzinsuffizienz ist Ausdauer- und Krafttraining durch neuromuskuläre Elektrostimulation (NMES) eine effektive und nicht belastende Alternative zum aktiven Training. Wegen möglicher elektromagnetischer Interferenz werden Herzschrittmacherpatienten häufig von einer NMES-Behandlung ausgeschlossen. Ziel dieser Pilotstudie war die Untersuchung der Sicherheit eines kombinierten NMES-Ausdauer- und Krafttrainingsprotokolles für Patienten mit Herzschrittmachern.

In die Studie wurden sieben Patienten mit schwerer chronischer Herzinsuffizienz und implantierten Herzschrittmachern mit bipolar wahrnehmenden Elektroden eingeschlossen und ein ärztlich supervidiertes kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining mittels NMES unter Pulsmonitoring durchgeführt. Das NMES-Protokoll bestand aus biphasischen, symmetrischen Rechteckimpulsen mit unterschiedlichen Frequenzen von 8 Hz bis 50 Hz, Impulsdauern bis 60 s (8 Hz), 4s (15 Hz), 4 s (30 Hz) und 6 s (50 Hz), sowie Amplituden bis ±100 mA (alle Frequenzen). Die Stromapplikation erfolgte über Oberflächenelektroden (8×13 cm) im Bereich der Streck- und Beugemuskulatur beider Oberschenkel.

Eine akute elektromagnetische Interferenz trat im Verlauf eines Sicherheitschecks (Telemetriemonitoring) vor Beginn der NMES-Therapie bei keinem der Patienten auf. Den 7 Patienten wurden während jeweils 20 NMES-Therapie-Einheiten komplikationslos bei insgesamt 23.380 Einschaltphasen 2.194,08×103 Stimuli appliziert. Es wurden keine Änderungen der simultan registrierten Herzfrequenz detektiert und keine Fehlfunktion des Schrittmachers festgestellt.

Die Durchführung eines kombinierten NMES-Ausdauer-und Krafttrainingsprogrammes der Oberschenkelmuskulatur erscheint bei Patienten mit Herzinsuffizienz und implantierten bipolaren Herzschrittmachern unter Berücksichtigung der beschriebenen Elektrodenlagen und Parametergrenzen sicher.

Summary

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is an effective and non-strenuous therapy to enhance the strength and endurance capacity of the skeletal muscles in patients with severe chronic heart failure. NMES in patients with pacemakers is controversial because potential electromagnetic interference may result in pacemaker malfunction. Therefore, such patients are in general excluded from NMES. The aim of this pilot study was to evaluate the safety of a combined NMES protocol to increase strength and endurance capacity of the skeletal muscles in patients with heart failure and implanted pacemakers.

Seven patients with chronic heart failure and implanted cardiac pacemakers with bipolar sensing leads received NMES treatment of thigh muscles, using a combined protocol comprising biphasic, symmetric, rectangular constant current impulses at different frequencies (8–50 Hz), pulse width up to 60 s (8 Hz), 4 s (15 Hz), 4 s (30 Hz), and 5 s (50 Hz), and amplitudes up to ±100 mA (all frequencies) applied to both knee extensor and flexor muscles via surface electrodes (8×13 cm each).

Acute electromagnetic interference during a safety procedure (telemetric monitoring) before therapeutic NMES application was not observed in any of the patients. The 7 patients received during 20 therapeutic NMES sessions a total of 23,380 on-phases, comprising 2194.08×103 biphasic electrical pulses, without adverse events. Heart rate monitoring during stimulation and pacemaker interrogation revealed no abnormalities.

NMES treatment of thigh muscles using a combined NMES protocol to enhance strength and endurance capacity appears to be safe in patients with heart failure and implanted pacemakers with bipolar sensing, as far as the described electrode configuration and parameter range is applied.

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Authors and Affiliations

  1. Universitätsklinik für Physikalische Medizin und Rehabilitation, AKH Wien, Währinger Gürtel 18-20, A-1090, Vienna, Austria

    Richard Crevenna, Mohammad Keilani, Martin Nuhr, Michael Quittan & Veronika Fialka-Moser

  2. Institut für Biomedizinische Technik und Physik, Universität Wien, Vienna, Austria

    Winfried Mayr

  3. Universitätsklinik für Klinische Pharmakologie, Universität Wien, Vienna, Austria

    Johannes Pleiner & Michael Wolzt

  4. Universitätsklinik für Innere Medizin II/Kardiologie, Universität Wien, Vienna, Austria

    Richard Pacher & Michael Wolzt

  5. Ludwig Boltzmann Institut für Herzkreislauf-Forschung, Universität Wien, Vienna, Austria

    Richard Pacher

Authors
  1. Richard Crevenna
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  2. Winfried Mayr
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  3. Mohammad Keilani
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  4. Johannes Pleiner
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  5. Martin Nuhr
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  6. Michael Quittan
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  7. Richard Pacher
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  8. Veronika Fialka-Moser
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  9. Michael Wolzt
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Crevenna, R., Mayr, W., Keilani, M. et al. Safety of a combined strength and endurance training using neuromuscular electrical stimulation of thighs muscles in patients with heart failure and bipolar sensing cardiac pacemakers. Wien Klin Wochenschr 115, 710–714 (2003). https://doi.org/10.1007/BF03040887

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