Biomekaniske og nevrale mekanismer for gangtrening etter slag

Hjerneslag er den ledende årsaken til uførhet hos voksne i USA, med slagprevalens som forventes å øke med 20 % i løpet av de neste 20 årene. Hjerneslag induserer en kaskade av nevrofysiologiske endringer i kortikale og spinale kretsløp som resulterer i biomekaniske svekkelser (redusert paretisk fremdrift, fotfall) og gangdysfunksjon (redusert hastighet og utholdenhet). Denne studien evaluerer nevrobiologiske og biomekaniske mekanismer for to gangrehabiliteringsbehandlinger (gå). Gangvansker vedvarer ved utskrivning fra rehabilitering hos over to tredjedeler av slagoverlevere, noe som reduserer samfunnsdeltakelse og livskvalitet.

Underskudd på slaggang er komplekse og multifaktorielle, og utgjør et problem som passer godt til NIHs presisjonsmedisininitiativ. Slaggangforstyrrelser påvirker kinematikk og kinetikk negativt i alle paretiske underekstremitetsledd, forstyrrer stillings- og svingfaser, og er preget av asymmetri mellom lemmer. Én intervensjon kan ikke målrette mot alle gangfeil etter slag. Flere faktorer, inkludert biomekanikk, energikostnader og funksjon og integritet til kortikomotoriske nevrale baner kan påvirke slaggangfunksjon og treningsinduserte gangforbedringer.

Rask gå på tredemølle (Fast) er en evidensbasert, klinisk brukt intervensjon, som omfatter høy intensitet, høy repetisjon, bilateral stepping. Tredemølletrening med høy intensitet ble anbefalt av kliniske retningslinjer for bevegelsestrening på konferansen American Physical Therapy Association (APTA) i 2018. Fast gir øvelse av tusenvis av skritt og aerob trening, som kan indusere bilateral nevroplastisitet. Uten supplerende tilbakemeldinger eller signaler (verbal, biofeedback, stimulering), er Fast ikke rettet mot spesifikke gangdefekter eller det paretiske beinet. Viktigere er at nevrale korrelater som ligger til grunn for Fast er uklare. En enkelt økt med høyintensiv intervallgang på tredemølle forverret allerede undertrykt ankelmuskelkortikospinal eksitabilitet i det paretiske beinet etter et slag. Fire uker med tredemølletrening i kronisk slag forbedret ganghastigheten sammenlignet med kontrollbehandlingen, men økte kortikal eksitabilitet i den ikke-skadde halvkulen. Til tross for at raske og tredemøllebaserte intervensjoner har vunnet klinisk popularitet, er viktige spørsmål knyttet til nevrale mekanismer til Fast ukjent.

Nyere arbeid har vist at kombinasjon av Fast med funksjonell elektrisk stimulering (FastFES) ikke bare fører til forbedringer i ganghastighet, men også reduserer energikostnadene (EC) ved slaggang. FastFES er en intervensjon som kombinerer rask tredemølletrening og funksjonell elektrisk stimulering (FES) til ankelplantar- og dorsi-fleksormuskulaturen under henholdsvis paretisk terminal stilling og svingfaser. Som et paradigme for å studere gangtreningsmekanismer, tilbyr FastFES flere fordeler, inkludert bruk av hypotesebasert biomekanisk tilnærming for å forbedre gangfunksjonen ved å målrette svekkelser i paretisk fremdrift, og leveres kun til det paretiske beinet.

Studien søker å utvikle en forståelse av hvordan, hvorfor og for hvem rask tredemøllegang (rask) og rask med funksjonell elektrisk stimulering (FastFES) induserer kliniske fordeler, noe som muliggjør fremtidig utvikling av banebrytende, individuelt tilpassede gangbehandlinger som forbedrer både gangkvalitet og gangfunksjon.

Denne mekanismefokuserte randomiserte kliniske undersøkelsen vil sammenligne effekten av 12 økter med Fast og FastFES hos personer med post-slag hemiparese. Gangbiomekanikk, EC, kortikospinal eksitabilitet og gangfunksjon vil bli evaluert ved to baseline-besøk, etter 3 gangtreningsøkter, etter 12 gangtreningsøkter og ved to oppfølginger (3 og 6 uker etter trening).