Neuraalinen sopeutuminen jänteen siirron ja tetraplegian harjoittelun jälkeen

Yläraajojen toiminnan palauttaminen on yksi tärkeimmistä prioriteeteista henkilöille, joilla on tetraplegia. Käden aktiivisen otteen ja puristusvoiman palauttaminen voidaan saavuttaa jänteensiirtotoimenpiteillä, joissa vahvan proksimaalisen lihaksen jänne kiinnitetään kirurgisesti uudelleen halvaantuneen lihaksen jänteeseen. Yleinen toimenpide sivuttaisen (näppäin) puristuksen palauttamiseksi on siirtää yhden kolmesta kyynärpään koukistajalihaksesta, brachioradialis (Br) distaalinen jänne halvaantuneen peukalon koukistajan jänteeseen, flexor pollicis longukseen (FPL). Toiminnallisen puristuksen palautuminen riippuu siitä, kuinka hyvin potilas oppii aktivoimaan Br:n taipumaan peukaloon sen uuden distaalisen kiinnityksen kautta ja myös hallitsemaan taivutusta kyynärpäässä sen proksimaalisen kiinnityksen kautta. Tutkijoiden aikaisempi työ osoittaa, että Br FPL:n saajille ei aktivoi siirrettyä Br:ää täysin eivätkä välttämättä saavuta optimaalista toimintatilaa yksinään tai perinteisillä hoidoilla. Tutkijat ehdottavat, että osallistuminen postoperatiiviseen tehtäväpohjaiseen koulutusohjelmaan ajaa aivokuoren muutoksia, jotka vaikuttavat toiminnalliseen (puristus) kykyyn.

Viimeaikaiset tutkimukset henkilöillä, joilla on kohdunkaulan SCI, osoittavat, että vaurion jälkeen voi tapahtua merkittävää aivokuoren uudelleenorganisaatiota, mutta motorisen oppimisen hermosubstraatteja jänteen siirron jälkeen ei ole tutkittu. Näillä potilailla tiedetään hyvin vähän siitä, mitkä toiminnalliset aivomuutokset liittyvät parantuneeseen suorituskykyyn vastauksena lisätoimenpiteisiin. Br:n ja FPL:n välinen siirto muuttaa keskuspalautetta periferialta ja voi mahdollistaa uusia tai mukautuvia hermopolkuja, jotka voivat saavuttaa jännesiirron toiminnallisen käytön. Neurokuvantamistekniikoista, kuten toiminnallisesta magneettikuvauksesta (fMRI), on tullut tärkeitä työkaluja hermo-lihasjärjestelmän plastisuuden ymmärtämisessä ja onnistuneiden uusien interventioiden hermoperustan arvioinnissa. Ehdotetun tutkimuksen tavoitteena on tunnistaa neuraalinen kuvio, joka liittyy parhaisiin toiminnallisiin tuloksiin (suurin puristusvoima) Br:n ja FPL:n siirron jälkeen. Tutkijat käyttävät fMRI:tä ja toiminnallisia suorituskykymittauksia löytääkseen hermostoa ennustavia tekijöitä ja lihasten uudelleenkoulutuksen korrelaatteja. Toisin sanoen tutkijat odottavat, että onnistunut postoperatiivinen lihasten uudelleenkasvatus riippuu lisääntyneestä aivokuoren halusta siirtyä Br:lle yhdessä uusien synergistien kanssa, ja tämä heijastuu hermokuvauksen tuloksiin.

Tutkimuksen tarkoituksena on arvioida hermotoimintaa Br:ltä FPL-siirteen saajille tavanomaisen hoidon jälkeen ja vastauksena lisätehtäväpohjaiseen harjoituskotiohjelmaan, jonka tavoitteena on parantaa siirretyn Br:n vapaaehtoista aktivoitumista toiminnallisissa puristustehtävissä. 10 viikon koulutusohjelma on arvioitavana RRD Pilot (B0583P) -tutkimuksessa ja sisältää puristusvoiman tuottamista eri yläraajan asennoissa, biofeedbackia puristusdynamometristä ja valittujen puristustehtävien harjoittelua. Tutkijat odottavat, että fMRI-veren happitasosta riippuvaisten (BOLD) vasteiden amplitudin ja jakautumisen lisääntyminen sensorimotorisissa aivokuorissa on taustalla parantuneelle motoriselle hallitukselle leikkauksen jälkeen ja onnistuneen toimenpiteen jälkeen motorisen uudelleenoppimisen edistämiseksi.

Erityiset tavoitteet

1. Määrittele harjoitusta edeltävän puristustoiminnon aivokuoren esitys SCI-potilailla. Tutkijat määrittävät vapaaehtoiseen puristumiseen liittyvän aivokuoren aktivaation kuvion (sijainti, tilavuus ja intensiteetti) henkilöillä, jotka ovat yhden vuoden kuluttua Br:stä FPL-jänteen siirtoleikkaukseen ja tavanomaiseen hoito-ohjelmaan. Tutkijat olettavat (H1), että aivojen aktivaation suurempi tilavuus ja intensiteetti korreloi parempaan puristustoimintoon mitattuna puristusvoimakkuudella ja Br:n aktivaation suuruudella puristuksessa. Toissijaiset analyysit määrittävät, vaihteleeko aivojen aktivaation sijainti puristusfunktion (voiman) ja spesifisyyden mukaan suhteessa vapaaehtoiseen kyynärpään taipumiseen.
2. Arvioi aivokuoren vaste tehtäväpohjaiseen kotihoitoohjelmaan. Tehtäväpohjaisen sopeutumisen korrelaatiot ennen harjoittelua ja sen jälkeen arvioidaan fMRI:llä. H2: Suurempi aktivaatio (intensiteetti ja tilavuus) primaarisessa motorisessa aivokuoressa (M1) ja sensorisessa aivokuoressa johtaa siirretyn Br:n lisääntyneeseen vapaaehtoiseen aktivaatioon puristuksella verrattuna kyynärpään taivutukseen. Tehtäväpohjaisiin harjoittelun tulosmittauksiin kuuluvat isometrinen puristusvoiman suuruus, Br:n aktivaation EMG-kvantifiointi puristus- ja kyynärpään taivutuksessa.
3. Selvitä kirurgisten ja harjoittelun aiheuttamien motoristen parannusten hermostomerkit. H3: Suunnatun tehtäväpohjaisen harjoittelun jälkeen aivojen aktiivisuus vapaaehtoisen puristamisen aikana ulottuu viereisille alueille (suurempi edustus, suurempi aktiivisuus), sensomotorisille aivoalueille, mikä helpottaa kykyä vapaaehtoisesti lisätä siirrettyä Br:n aktivaatiota puristuksessa. Toissijaiset analyysit vertaavat aivomuutosten kokoa ja aktivaatiotasoa puristusaktivaatioon potilailla, jotka saavat koulutusta, verrattuna ei-vammaisiin ja ei-kirurgisiin osallistujiin.

Jänteensiirtotoimenpiteiden jälkeiset postoperatiiviset hoitokäytännöt eivät ole tarkasti määriteltyjä, niitä sovelletaan epäjohdonmukaisesti, eikä niiden tehokkuudesta ole näyttöä. Tässä ehdotetussa tutkimuksessa tutkitaan aivokuoren muutoksia tulosriippuvaisen plastisuuden arvioimiseksi. Siten voi olla mahdollista ennustaa, miksi jotkut henkilöt eivät harjoita siirrettyä lihasta uudelleen yhtä hyvin kuin toiset. Tämän suhteen luominen voi johtaa onnistuneiden interventioiden mekanismien ymmärtämiseen ja voi tunnistaa aivoihin perustuvan dynamiikan, josta voi tulla tulevien hoitojen (esim. biofeedback, aivojen stimulaatio jne.).