Neuromodulacja obwodów rdzenia kręgowego w celu wywołania kroku po urazie rdzenia kręgowego u dzieci

Podobnie jak u dorosłych, dzieci z urazem rdzenia kręgowego (SCI) u dzieci cierpią na porażenie nerwowo-mięśniowe, które powoduje niemożność siedzenia, stania i chodzenia. Aktualne interwencje terapeutyczne, m.in. ortezy nóg, wózki inwalidzkie, w dużej mierze mają na celu kompensację paraliżu w oparciu o założenie, że uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego jest trwałe i nieodwracalne. Odkrycie „inteligentnego” rdzenia kręgowego, znanego jako centralny generator wzorców (CPG), wykazało, że złożone sieci neuronowe są zdolne do generowania rytmicznych i skoordynowanych wzorców motorycznych i wprowadziły istotną zmianę paradygmatu w oczekiwaniach badaczy co do możliwości wyzdrowienia nawet w przypadku ciężkiego SCI. Badania wykazały, po pierwsze, że po SCI, CPG można „uzyskać”, reaktywować i ponownie trenować poprzez sensoryczne sprzężenie zwrotne pochodzące z mięśni i stawów podczas treningu lokomotorycznego opartego na aktywności (AB-LT). Po drugie, zastosowanie stymulacji zewnątrzoponowej i przezskórnej (TcStim) do rdzenia kręgowego poniżej poziomu uszkodzenia może zwiększyć zdolność nerwowo-mięśniową do dobrowolnych ruchów, stania i stąpania u dorosłych z przewlekłym całkowitym urazem rdzenia kręgowego. Chociaż neuronowe mechanizmy regulacji krokowej zostały wykazane u dorosłych testujących stymulację jedno- i wielomiejscową, ta wrodzona zdolność musi zostać zbadana u dzieci z SCI. Podobnie dodanie stymulacji podczas AB-LT u dorosłych z całkowitym SCI motorycznym spowodowało niezwykłe przywrócenie chodzenia po ziemi. Natychmiastowa i długoterminowa odpowiedź na taką łączną ekspozycję terapeutyczną i następujący po niej trening nie została jeszcze zbadana u dzieci. Dzieci z SCI mogą nie tylko odnieść korzyści z tych nowatorskich podejść terapeutycznych, ale także wykazać większą poprawę regeneracji nerwowo-mięśniowej dzięki wrodzonej plastyczności. Wstępna praca badaczy wykazała bezpieczeństwo i wykonalność TcStim u dzieci z SCI. Dlatego też szczegółowymi celami tej propozycji są: 1) zbadanie mechanizmów rdzeniowych regulujących obwody ruchowe u dzieci po SCI przy użyciu TcStim, 2) ocena, czy połączenie specyficznych dla zadania AB-LT i TcStim może gwałtownie nasilić aktywność mięśni kończyn dolnych podczas ułatwionego chodzenia i 3) ocenić efekty treningu TcStim w połączeniu z AB-LT w celu promowania zdolności chodzenia u niechodzących dzieci z SCI.

Do tego badania pilotażowego zostanie zatrudnionych 8 uczestników w wieku 4-12 lat z przewlekłym, nabytym SCI, T10 i wyższym oraz niechodzących.

Dla Celu 1, n=8, TcStim zostanie użyty do stymulacji jednego lub wielu poziomów kręgosłupa w celu wytworzenia aktywności krokowej/lokomotorycznej w kończynach dolnych. Podczas eksperymentów rejestrowana będzie kinematyka kolan, bioder, kostek oraz elektromiografia (EMG) mięśni kończyn dolnych w odpowiedzi na stymulację. Badacze określą parametry stymulacji, które powodują rytmiczne ruchy z największym wzrostem wychylenia stawów kończyn dolnych oraz amplitudy EMG.

Dla Celu 2, n=8, TcStim zostanie dostarczone, gdy uczestnicy będą próbować zrobić krok nad ziemią i podczas wchodzenia na skomputeryzowaną bieżnię z systemem podparcia częściowego ciężaru ciała (BWS) nad głową. Uczestnicy będą stąpać z prędkością odpowiednią do wieku i BWS optymalizującą kinematykę kroku. Prędkość i wielkość podparcia ciężarem ciała zapewnione podczas oceny, jak również kinematyka całego ciała i sygnały EMG z mięśni tułowia i kończyn dolnych zostaną zarejestrowane podczas chodzenia z ułatwieniem z TcStim i bez niego.

Dla Celu 3, n=6, uczestnicy otrzymają 60 sesji AB-LT+Tcstim. Możliwość zainicjowania i ukończenia kroku nad ziemią ze stymulacją i bez stymulacji wraz z kinematyką całego ciała i sygnałami elektromiograficznymi (EMG) z mięśni tułowia i kończyn dolnych zostanie zarejestrowana na początku, 20, 40 i 60 sesjach terapii skojarzonej AB-LT plus TcStim.