Biomechanische und neuronale Mechanismen des Gangtrainings nach einem Schlaganfall

Schlaganfall ist die häufigste Ursache für Behinderungen bei Erwachsenen in den Vereinigten Staaten, wobei die Schlaganfallprävalenz in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich um 20 % ansteigen wird. Ein Schlaganfall löst eine Kaskade neurophysiologischer Veränderungen in kortikalen und spinalen Schaltkreisen aus, die zu biomechanischen Beeinträchtigungen (verringerter paretischer Antrieb, Fußabfall) und Gangstörungen (verringerte Geschwindigkeit und Ausdauer) führen. Diese Studie bewertet neurobiologische und biomechanische Mechanismen von zwei Rehabilitationsbehandlungen für den Gang (Gehen). Bei über zwei Dritteln der Schlaganfallüberlebenden bleiben Gangstörungen auch nach der Entlassung aus der Rehabilitation bestehen, was die Teilhabe am Gemeinwesen und die Lebensqualität beeinträchtigt.

Schlaganfall-Gangdefizite sind komplex und multifaktoriell und stellen ein Problem dar, das gut zur Präzisionsmedizin-Initiative des NIH passt. Gangstörungen nach einem Schlaganfall beeinträchtigen die Kinematik und Kinetik aller paretischen Gelenke der unteren Extremitäten, stören die Stand- und Schwungphasen und sind durch eine Asymmetrie zwischen den Gliedmaßen gekennzeichnet. Eine Intervention kann nicht alle Gangdefizite nach einem Schlaganfall behandeln. Mehrere Faktoren, darunter Biomechanik, Energiekosten sowie Funktion und Integrität der kortikomotorischen Nervenbahnen, können die Schlaganfall-Gangfunktion und trainingsbedingte Gangverbesserungen beeinflussen.

Schnelles Gehen auf dem Laufband (Fast) ist eine evidenzbasierte, klinisch eingesetzte Intervention, die hochintensive, wiederholte bilaterale Schrittübungen umfasst. Auf der Konferenz der American Physical Therapy Association (APTA) 2018 wurde in den klinischen Praxisrichtlinien für das Training des Bewegungsapparates ein hochintensives Laufbandtraining empfohlen. Fast ermöglicht das Üben von Tausenden von Schritten und Aerobic-Übungen, die eine bilaterale Neuroplastizität hervorrufen können. Ohne zusätzliches Feedback oder Hinweise (verbal, Biofeedback, Stimulation) ist Fast jedoch nicht auf bestimmte Gangdefizite oder das paretische Bein ausgerichtet. Wichtig ist, dass die neuronalen Korrelationen, die Fast zugrunde liegen, unklar sind. Eine einzelne Sitzung hochintensiver Intervallläufe auf dem Laufband verschlimmerte die bereits unterdrückte kortikospinale Erregbarkeit der Knöchelmuskulatur im paretischen Bein nach einem Schlaganfall. Vierwöchiges Laufbandtraining bei chronischem Schlaganfall verbesserte die Ganggeschwindigkeit im Vergleich zur Kontrollbehandlung, erhöhte jedoch die kortikale Erregbarkeit in der nicht verletzten Hemisphäre. Obwohl Fast- und Laufband-basierte Interventionen in der Klinik immer beliebter werden, sind wichtige Fragen zu den neuronalen Mechanismen von Fast unbekannt.

Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass die Kombination von Fast mit funktioneller Elektrostimulation (FastFES) nicht nur zu einer Verbesserung der Ganggeschwindigkeit führt, sondern auch die Energiekosten (EC) des Schlaggangs senkt. FastFES ist eine Intervention, die schnelles Laufbandtraining und funktionelle Elektrostimulation (FES) der Knöchel-Plantar- und Dorsalflexor-Muskeln während der paretischen Endstand- bzw. Schwungphase kombiniert. Als Paradigma für die Untersuchung von Gangtrainingsmechanismen bietet FastFES mehrere Vorteile, darunter die Verwendung eines hypothesenbasierten biomechanischen Ansatzes zur Verbesserung der Gangfunktion durch gezielte Beeinträchtigungen des paretischen Vortriebs, und wird nur auf das paretische Bein angewendet.

Ziel der Studie ist es, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie, warum und für wen schnelles Gehen auf dem Laufband (Fast) und schnelles Gehen mit funktioneller Elektrostimulation (FastFES) klinische Vorteile mit sich bringen und die zukünftige Entwicklung hochmoderner, individuell zugeschnittener Gangbehandlungen ermöglichen, die beides verbessern Gangqualität und Gangfunktion.

Diese mechanismusorientierte, randomisierte klinische Untersuchung vergleicht die Auswirkungen von 12 Fast- und FastFES-Sitzungen bei Personen mit Hemiparese nach Schlaganfall. Gangbiomechanik, EC, kortikospinale Erregbarkeit und Gangfunktion werden bei zwei Basisbesuchen, nach 3 Gangtrainingssitzungen, nach 12 Gangtrainingssitzungen und bei zwei Nachuntersuchungen (3 und 6 Wochen nach dem Training) bewertet.