Die Wirkung von Exoskelett-gestütztem Gehen kombiniert mit transkutaner Rückenmarkstimulation auf die Knochenfestigkeit.

Hintergrund: Immobilisierung führt zu Knochenverlust, der zu Osteoporose und Frakturen prädisponiert, die durch Nicht-Union, Infektionen und tiefe Venenthrombosen kompliziert werden können. Die reduzierte Muskelkontraktion nach einer Rückenmarksverletzung (SCI) und die erhöhte Freisetzung von Cortisol tragen zu einem katabolen Zustand bei, der zu einem Verlust an magerer Gewebemasse (LTM) unterhalb der Läsionsebene führt. Sechs Monate nach einer motorisch-kompletten SCI nimmt die durchschnittliche Muskelquerschnittsfläche (CSA) signifikant an Quadrizeps, Hamstrings und Hüftadduktoren (14-16 %) und am Soleus bzw. Gastrocnemius um 12 % bzw. 24 % ab. Nach einer SCI erzeugen die Quadrizepsmuskeln bei Auslösung durch Oberflächenelektroden-Stimulation weniger Gesamtkraft und Kraft pro Flächeneinheit. Dieser Verlust an Muskel-CSA und Kraft in den unteren Extremitäten schränkt die Fähigkeit zum Stehen, Gehen und Erhalt des Knochens ein – selbst wenn in Zukunft neuronale Regenerationsstrategien umgesetzt werden könnten. Zusätzlich zur ausgeprägten Skelettmuskelatrophie erleben Personen mit nicht-ambulanter motorisch-kompletter SCI auch einen starken Verlust an Knochenmineralgehalt (BMC) und Knochenmineraldichte (BMD) von bis zu 1 % pro Woche unterhalb der Läsionsebene. Bei Personen mit motorisch-inkompletten Läsionen, die ihr Gehpotenzial nicht erreicht haben, kommt es aufgrund der Immobilisierung immer noch zu erheblichem Knochenverlust, der Jahre nach der Verletzung die Frakturschwelle erreichen kann. Dieser schnelle Knochenverlust in den ersten zwei Jahren nach einer SCI führt dazu, dass die volumetrische BMD (vBMD) an DF und PT im trabekulären bzw. kortikalen Kompartiment um ~ 50 % bzw. 26 % abnimmt. Während der chronischen Phase der SCI schreitet der Knochenverlust langsam über die gesamte Lebenszeit der Person fort. Dieser Verlust an Muskel- und Knochenmasse setzt Personen mit SCI einem hohen Risiko für Fragilitätsfrakturen aus. Mehr als 50 % der Personen mit SCI erleiden im Laufe ihres Lebens eine Fragilitätsfraktur.

Ziele: Ziel 1: Vergleich der Auswirkungen von 108 Sitzungen EAW + Sham-tSCS gegenüber EAW + aktiver tSCS auf die Muskel-Knochen-Einheit bei rollstuhlabhängigen chronischen SCI-Teilnehmern.

Ziel 2 (explorativ): Bestimmung der akuten Zeitverlaufsreaktionen für Serum-/Plasma-Biomarker der Knochenresorption und -bildung, der Muskelkontraktionsaktivität und der mRNA-Profile zirkulierender Exosomen, die vor (Zeitpunkt 0) sowie 30, 60, 120, 180 Minuten und 24 und 48 Stunden nach einer akuten Sitzung sowohl der EAW + aktiver tSCS- als auch der EAW + Sham-tSCS-Trainingsinterventionen gesammelt werden.

Setting: Die Teilnehmerrekrutierung, die klinische Studienintervention (EAW + Sham-tSCS gegenüber EAW + aktiver tSCS), die EMG-Datenerfassung, die Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DXA), die periphere quantitative Computertomographie (pQCT), die Magnetresonanztomographie (MRI) zur Messung der Querschnittsfläche des Oberschenkelmittelteils und die Zeitverlaufsreaktionen für Serum-/Plasma-Biomarker der Knochenresorption und -bildung sowie der Muskelkontraktionsaktivität werden bei der Kessler Foundation und dem James J. Peters VA Medical Center durchgeführt.

Design: Nach Erfüllung der Eignungskriterien werden Rollstuhlnutzer mit chronischer SCI blockweise randomisiert in die EAW + aktive tSCS-Gruppe oder die EAW + Sham-tSCS-Gruppe (n=12 pro Gruppe). Beide Gruppen erhalten pro Sitzung 60 Minuten EAW-Bodentraining für insgesamt 108 Sitzungen (3 x pro Woche über 36 Wochen). Zusätzlich zum EAW-Training erhält die EAW + aktive tSCS-Gruppe simultan lumbosakrale tSCS, die darauf abzielt, das lokomotorische zentrale Mustergenerator zu aktivieren.

Teilnehmer: Über einen Zeitraum von 4 Jahren werden 24 Teilnehmer (12 Teilnehmer/Gruppe) mit SCI rekrutiert und zufällig einer EAW + Sham-tSCS- oder EAW + aktiver tSCS-Gruppe zugewiesen. Am Ende des ersten Jahres werden etwa 3 Teilnehmer das Protokoll abgeschlossen haben.

Ergebnisparameter: Zu Studienbeginn führen die Untersucher bildgebende Verfahren zur Messung der Knochendichte und -festigkeit, Oberflächen-EMG zur Bewertung der Muskelkontraktilität und eine Zeitverlaufsreaktion für Serum-Muskel- und Knochenbiomarker nach einer akuten EAW-Einheit durch. Die Untersucher erfassen dieselben Daten erneut nach ~54 Trainingseinheiten (Mittelpunkt) und nach 108 Trainingseinheiten (Zeitpunkt Monat 9). Zusätzlich wird eine MRT beider Beine zur Muskel-CSA-Messung zu Studienbeginn und zum Zeitpunkt Monat 9 durchgeführt.