Exoskelett-assistert gange kombinert med transkutan ryggmargstimulering: Effekt på bilde- og serum-biomarkører for skjelettmuskelmasse og benstyrke.

Bakgrunn: Immobilisering fører til tap av beinmassen som predisponerer for osteoporose og brudd, noe som kan kompliseres av ikke-sammenvoksing, infeksjon og dyp venetrombose. Redusert muskulær kontraksjon etter ryggmargsskade (SCI) og den økte utslippet av kortisol bidrar til en katabol tilstand, noe som resulterer i et tap av mager vevsmassen (LTM) under lesjonsnivået. Seks måneder etter motorisk fullstendig SCI, reduseres det gjennomsnittlige muskel-tverrsnittsarealet (CSA) betydelig ved quadriceps, hamstrings og hofteadduktorer (14-16%), og 12% og 24% ved soleus og gastrocnemius, henholdsvis. Etter SCI genererer quadriceps-musklene mindre total kraft og kraft per arealenhet når de aktiveres ved overflateelektrode-elektrisk stimulering. Dette tapet av muskel-CSA og styrke i nedre ekstremiteter begrenser evnen til å stå, gå og bevare beinmassen – selv om nevrale regenererende strategier kunne implementeres i fremtiden. I tillegg til den merkede skjelettmuskelatrofien, opplever personer med ikke-ambulatorisk motorisk fullstendig SCI også et brått tap av beinmineralinnhold (BMC) og beinmineraltetthet (BMD) med så mye som 1% per uke under lesjonsnivået. Hos individer med motorisk ufullstendige lesjoner som ikke har nådd sitt ambulatoriske potensial, er det fortsatt betydelig beintap på grunn av immobilisering som kan nå bruddterskelen år etter skaden. Dette raske beintapet i løpet av de to første årene etter SCI resulterer i at volumetrisk BMD (vBMD) ved DF og PT reduseres med ~ 50% og 26% ved trabekulære og kortikale avdelinger, henholdsvis. I den kroniske fasen av SCI fortsetter beintapet saktere gjennom individets levetid. Dette tapet i muskel og bein plasserer individer med SCI i høy risiko for skjørhetsbrudd. Mer enn 50% av individer med SCI opplever et skjørhetsbrudd i løpet av livet. Mål: Mål 1: Å sammenligne effektene av 108 økter med EAW + sham tSCS versus EAW + aktiv tSCS på muskel-bein-enheten hos rullestolavhengige kroniske SCI-deltakere. Mål 2 (utforskende): Å bestemme de akutte tidsforløpsresponsene for serum/plasma-biomarkører for beinresorpsjon og -dannelse, muskelkontraktil aktivitet, og mRNA-profilene til sirkulerende eksosomer samlet før (tid 0), og igjen 30, 60, 120, 180 minutter og 24, og 48 timer etter en akutt økt med både EAW + aktiv tSCS og EAW + sham tSCS treningsintervensjoner. Område: Deltakerrekruttering, den kliniske prøveintervensjonen (EAW + sham tSCS versus EAW + aktiv tSCS), EMG-datainnsamling, dual energy X-ray absorptiometry (DXA), perifer kvantitativ datatomografi (pQCT), magnetisk resonansavbildning (MRI) for å måle tverrsnittsarealet av midt-låret, og tidsforløpsresponsene for serum/plasma-biomarkører for beinresorpsjon og -dannelse og muskelkontraktil aktivitet vil bli utført ved Kessler Foundation og James J. Peters VA Medical Center. Design: Etter å ha oppfylt kvalifikasjonskriteriene, vil rullestolbrukere med kronisk SCI bli blokkrandomisert i EAW + aktiv tSCS-gruppen eller EAW + sham tSCS-gruppen (n=12 i hver gruppe). Begge grupper vil motta 60 minutter med EAW over bakke trening per økt for totalt 108 økter (3 ganger per uke i 36 uker). I tillegg til EAW-treningen, vil EAW + aktiv tSCS-gruppen motta samtidig lumbosakral tSCS rettet mot å aktivere det lokomotoriske sentrale mønstergeneratoren. Deltakere: Tjuefire deltakere (12 deltakere/gruppe) med SCI vil bli rekruttert over en 4-årsperiode og tilfeldig tildelt en EAW + sham tSCS eller EAW + aktiv tSCS-gruppe. Ved slutten av det første året vil omtrent 3 deltakere ha fullført protokollen. Utfallsmål: Ved utgangspunktet vil forskerne utføre avbildning for å måle bentetthet og styrke, overflate-EMG for å vurdere muskelkontraktilitet, og en tidsforløpsrespons for serum muskeln og bein-biomarkører etter en akutt runde med EAW. Forskerne vil fange disse samme dataene igjen etter ~54 treningsøkter (midtpunkt), og etter 108 treningsøkter (måned 9 tidspunkt). I tillegg vil MRI av begge bein for muskel-CSA bli utført ved utgangspunktet og måned 9 tidspunktet.