Nevromodulering av spinal lokomotorisk kretsløp for å fremkalle stepping etter pediatrisk ryggmargsskade

Som hos voksne lider barn med ryggmargsskade (SCI) hos barn av nevromuskulær lammelse som resulterer i manglende evne til å sitte, stå og gå. Aktuelle terapeutiske intervensjoner, f.eks. benstøtter, rullestoler, har i stor grad som mål å kompensere for lammelser basert på antakelsen om at skade på sentralnervesystemet er permanent og irreversibel. Oppdagelsen av den "intelligente" ryggmargen, kjent som den sentrale mønstergeneratoren (CPG), har vist at komplekse nevronale nettverk er i stand til å generere rytmiske og koordinerte motoriske mønstre og har satt frem et stort paradigmeskifte i etterforskernes forventning om muligheten for restitusjon selv med alvorlig SCI. Studier har for det første vist at etter SCI, kan CPG "tilganges", reaktiveres og omskoleres via sensorisk tilbakemelding som oppstår fra muskler og ledd under aktivitetsbasert lokomotorisk trening (AB-LT). For det andre kan bruk av epidural og transkutan stimulering (TcStim) på ryggmargen under lesjonsnivået øke den nevromuskulære kapasiteten for frivillig bevegelse, stående og tråkk hos voksne med kronisk motorisk fullstendig SCI. Mens nevrale mekanismer for stepping-regulering har blitt demonstrert hos voksne som tester single versus multi-site stimulering, må denne iboende kapasiteten undersøkes hos barn med SCI. Tilsvarende har tillegg av stimulering under AB-LT hos voksne med motorisk fullstendig SCI resultert i bemerkelsesverdig gjenoppretting av gange over bakken. Den umiddelbare og langsiktige responsen av slik kombinert terapeutisk eksponering og påfølgende trening har ennå ikke blitt undersøkt hos barn. Barn med SCI kan ikke bare ha nytte av disse nye terapeutiske tilnærmingene, men viser også større forbedringer i nevromuskulær utvinning på grunn av iboende plastisitet. Etterforskernes foreløpige arbeid har vist sikkerheten og gjennomførbarheten av TcStim hos barn med SCI. Derfor er de spesifikke målene med dette forslaget å 1) undersøke spinalmekanismene for regulering av bevegelseskretser hos barn med SCI ved bruk av TcStim, 2) vurdere om kombinasjonen av oppgavespesifikk AB-LT og TcStim kan akutt potensere muskelaktivitet i nedre ekstremiteter. under tilrettelagt stepping, og 3) vurdere treningseffekter av TcStim kombinert med AB-LT for å fremme steppingskapasitet hos ikke-ambulerende barn med SCI.

Til denne pilotstudien vil 8 deltakere i alderen 4-12 år med kronisk, ervervet SCI, T10 og oppover og ikke-ambulerende rekrutteres.

For mål 1, n=8, vil TcStim bli brukt til å stimulere spinalnivåer på ett eller flere steder for å produsere stepping/bevegelsesaktivitet i underekstremitetene. Kne-, hofte-, ankelkinematikk og elektromyografi (EMG) av musklene i underekstremitetene som respons på stimulering vil bli registrert under forsøkene. Etterforskerne vil bestemme stimuleringsparametrene som produserer rytmiske bevegelser med størst økning i leddekskursjoner i nedre ekstremiteter samt EMG-amplitude.

For mål 2, n=8, vil TcStim bli levert mens deltakerne prøver å ta et skritt over bakken og mens de tråkker på en datastyrt tredemølle med et overhead delvis kroppsvektstøttesystem (BWS). Deltakerne vil bli tråkket med alderstilpassede hastigheter og BWS optimaliserer trinnkinematikken. Hastigheten og mengden kroppsvektstøtte som gis under vurderingen, samt kinematikk for hele kroppen og EMG-signaler fra kropps- og underekstremitetsmuskler vil bli registrert under forenklet stepping med og uten TcStim.

For mål 3, n=6, vil deltakerne motta 60 økter med AB-LT+Tcstim. Evne til å starte og fullføre et skritt over bakken med og uten stimulering sammen med kinematikk i hele kroppen og elektromyografiske (EMG) signaler fra kropps- og underekstremitetsmuskler vil bli registrert ved baseline, 20, 40 og 60 økter av den kombinerte behandlingen med AB-LT pluss TcStim.