Exoskelettgestütztes Gehen kombiniert mit transkutaner Rückenmarkstimulation: Auswirkung auf bildgebende Verfahren und Serum-Biomarker von Skelettmuskelmasse und Knochenfestigkeit.

Hintergrund: Immobilisierung führt zu Knochenverlust, der Osteoporose und Frakturen begünstigt, was durch Nicht-Union, Infektionen und tiefe Venenthrombosen kompliziert werden kann. Reduzierte Muskelkontraktion nach Rückenmarksverletzung (SCI) und die erhöhte Freisetzung von Cortisol tragen zu einem katabolen Zustand bei, was zu einem Verlust von fettfreier Körpermasse (LTM) unterhalb der Läsionsebene führt. Sechs Monate nach motorisch vollständiger SCI nimmt die durchschnittliche Muskelquerschnittsfläche (CSA) signifikant an Quadrizeps, Hamstrings und Hüftadduktoren ab (14-16%) und um 12% bzw. 24% an Soleus und Gastrocnemius. Nach SCI erzeugen die Quadrizepsmuskeln weniger Gesamtkraft und Kraft pro Flächeneinheit, wenn sie durch Oberflächenelektrostimulation evoziert werden. Dieser Verlust an Muskel-CSA und Kraft in den unteren Extremitäten schränkt die Fähigkeit zu stehen, zu gehen und Knochen zu erhalten ein – selbst wenn neurale Regenerationsstrategien in Zukunft implementiert werden könnten. Zusätzlich zur ausgeprägten Skelettmuskelatrophie erleben Personen mit nicht-ambulanter motorisch vollständiger SCI auch einen steilen Verlust an Knochenmineralgehalt (BMC) und Knochenmineraldichte (BMD) von bis zu 1% pro Woche unterhalb der Läsionsebene. Bei Personen mit motorisch unvollständigen Läsionen, die ihr ambulatorisches Potenzial nicht erreicht haben, gibt es aufgrund von Immobilisierung immer noch erheblichen Knochenverlust, der Jahre nach der Verletzung die Frakturschwelle erreichen kann. Dieser schnelle Knochenverlust während der ersten zwei Jahre nach SCI führt dazu, dass die volumetrische BMD (vBMD) an DF und PT um ~50% bzw. 26% in den trabekulären und kortikalen Kompartimenten abnimmt. Während der chronischen Phase von SCI schreitet der Knochenverlust langsamer während der gesamten Lebenszeit des Individuums 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 versus EAW + aktiver tSCS auf die Muskel-Knochen-Einheit bei rollstuhlabhängigen chronischen SCI-Teilnehmern. Ziel 2 (explorativ): Bestimmung der akuten Zeitverlaufsantworten für Serum/Plasma-Biomarker der Knochenresorption und -bildung, Muskelkontraktionsaktivität und die mRNA-Profile zirkulierender Exosomen, die vor (Zeit 0) und erneut 30, 60, 120, 180 Minuten sowie 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 versus EAW + aktiver tSCS), EMG-Datenerfassung, Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DXA), periphere quantitative Computertomographie (pQCT), Magnetresonanztomographie (MRI) zur Messung der Querschnittsfläche der Oberschenkelmitte und die Zeitverlaufsantworten für Serum/Plasma-Biomarker der Knochenresorption und -bildung sowie Muskelkontraktionsaktivität werden bei der Kessler Foundation und dem James J. Peters VA Medical Center durchgeführt. Design: Nach Erfüllung der Einschlusskriterien werden Rollstuhlnutzer mit chronischer SCI blockrandomisiert in die EAW + aktiver tSCS-Gruppe oder die EAW + Sham-tSCS-Gruppe (n=12 pro Gruppe). Beide Gruppen erhalten pro Sitzung 60 Minuten EAW-Training über Grund für insgesamt 108 Sitzungen (3 x pro Woche für 36 Wochen). Zusätzlich zum EAW-Training erhält die EAW + aktiver tSCS-Gruppe simultane lumbosakrale tSCS, die darauf abzielt, das lokomotorische zentrale Mustergenerator zu aktivieren. Teilnehmer: Vierundzwanzig Teilnehmer (12 Teilnehmer/Gruppe) mit SCI werden über einen Zeitraum von 4 Jahren 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 werden die Untersucher Bildgebung zur Messung der Knochendichte und -stärke, Oberflächen-EMG zur Beurteilung der Muskelkontraktilität und eine Zeitverlaufsantwort für Serum-Muskel- und Knochenbiomarker nach einer akuten Einheit EAW durchführen. Die Untersucher werden diese gleichen Daten erneut nach ~54 Trainingssitzungen (Halbzeit) und nach 108 Trainingssitzungen (Monat 9-Zeitpunkt) erfassen. Zusätzlich wird eine MRI beider Beine für Muskel-CSA zum Studienbeginn und zum Monat-9-Zeitpunkt durchgeführt.