Neuromodulatie van spinale locomotorische circuits om stappen uit te lokken na pediatrisch ruggenmergletsel

Net als bij volwassenen lijden kinderen met een dwarslaesie (SCI) bij kinderen aan neuromusculaire verlamming, wat resulteert in het onvermogen om te zitten, staan ​​en lopen. Huidige therapeutische interventies, b.v. beenbeugels, rolstoelen, zijn grotendeels bedoeld om verlamming te compenseren op basis van de veronderstelling dat schade aan het centrale zenuwstelsel permanent en onomkeerbaar is. De ontdekking van het "intelligente" ruggenmerg, bekend als de centrale patroongenerator (CPG), heeft aangetoond dat complexe neuronale netwerken zijn in staat ritmische en gecoördineerde motorische patronen te genereren en hebben geleid tot een grote paradigmaverschuiving in de verwachting van de onderzoekers van de mogelijkheid van herstel, zelfs met ernstige dwarslaesie. Studies hebben ten eerste aangetoond dat na een dwarslaesie de CPG kan worden "toegankelijk", opnieuw geactiveerd en opnieuw getraind via sensorische feedback die voortkomt uit de spieren en gewrichten tijdens op activiteiten gebaseerde locomotorische training (AB-LT). Ten tweede kan toepassing van epidurale en transcutane stimulatie (TcStim) op het ruggenmerg onder het laesieniveau het neuromusculaire vermogen voor vrijwillige beweging, staan ​​en stappen bij volwassenen met chronische motorische complete dwarslaesie vergroten. Hoewel neurale mechanismen voor stepping-regulatie zijn aangetoond bij volwassenen die stimulatie op één of meerdere locaties testen, moet dit inherente vermogen worden onderzocht bij kinderen met dwarslaesie. Evenzo heeft de toevoeging van stimulatie tijdens AB-LT bij volwassenen met motorische complete dwarslaesie geresulteerd in een opmerkelijk herstel van lopen over de grond. De onmiddellijke en langetermijnrespons van een dergelijke gecombineerde therapeutische blootstelling en daaropvolgende training moet bij kinderen nog worden onderzocht. Kinderen met dwarslaesie kunnen niet alleen baat hebben bij deze nieuwe therapeutische benaderingen, maar kunnen ook grotere verbeteringen in het neuromusculaire herstel laten zien als gevolg van de inherente plasticiteit. Het voorbereidende werk van de onderzoekers heeft de veiligheid en haalbaarheid van TcStim bij kinderen met dwarslaesie aangetoond. Daarom zijn de specifieke doelstellingen van dit voorstel om 1) de spinale mechanismen te onderzoeken voor regulatie van locomotorische circuits bij kinderen met SCI met behulp van TcStim, 2) te beoordelen of de combinatie van taakspecifieke AB-LT en TcStim de spieractiviteit van de onderste ledematen acuut kan versterken tijdens gefaciliteerd stappen, en 3) trainingseffecten beoordelen van TcStim gecombineerd met AB-LT om het stapvermogen te bevorderen bij niet-ambulante kinderen met dwarslaesie.

Voor deze pilootstudie zullen 8 deelnemers in de leeftijd van 4-12 jaar met chronische, verworven dwarslaesie, T10 en hoger en niet-ambulant worden geworven.

Voor doel 1, n=8, zal TcStim worden gebruikt om spinale niveaus op één of meerdere plaatsen te stimuleren om stap-/locomotorische activiteit in de onderste ledematen te produceren. Knie-, heup-, enkelkinematica en elektromyografie (EMG) van de spieren van de onderste ledematen als reactie op stimulatie zullen tijdens de experimenten worden geregistreerd. De onderzoekers zullen de stimulatieparameters bepalen die ritmische bewegingen produceren met de grootste toename in gewrichtsuitwijkingen van de onderste ledematen en EMG-amplitude.

Voor doel 2, n=8, wordt TcStim afgegeven terwijl deelnemers proberen een stap over de grond te zetten en terwijl ze op een computergestuurde loopband stappen met een systeem voor gedeeltelijke ondersteuning van het lichaamsgewicht (BWS). De deelnemers worden getrapt op leeftijdsgeschikte snelheden en BWS optimaliseert de stapkinematica. De snelheid en de hoeveelheid ondersteuning van het lichaamsgewicht die tijdens de beoordeling wordt geboden, evenals de kinematica van het hele lichaam en EMG-signalen van de spieren van de romp en de onderste ledematen worden geregistreerd tijdens gefaciliteerd stappen met en zonder TcStim.

Voor doel 3, n=6, krijgen deelnemers 60 sessies AB-LT+Tcstim. De mogelijkheid om een ​​stap over de grond te initiëren en te voltooien met en zonder stimulatie, samen met kinematica van het hele lichaam en elektromyografische (EMG) signalen van romp- en onderste ledematenspieren zullen worden geregistreerd bij baseline, 20, 40 en 60 sessies van de gecombineerde therapie van AB-LT plus TcStim.