Skelettmuskelegenskaper och metaboliska kostnader för att gå efter stroke

En ledstjärna för den föreslagna forskningen är att skelettmuskulaturen är byggstenen i all rörelse och som sådan kan muskeldysfunktion i slutändan begränsa de möjliga vinsterna av rehabiliteringsinsatser. Därför kommer maximala vinster att uppnås endast när anpassningar av centrala nervsystemet får tillgång till perifer muskel som är fullt kapabel att stödja den ökade aktiviteten.

Den primära hypotesen är att hos personer med hemipares efter stroke bidrar förändringar i perifera skelettmusklers metaboliska egenskaper, i kombination med större mekaniskt arbete, till de ökade metaboliska kostnaderna för att gå. En sekundär hypotes är att rörelseträning inducerar anpassningar i skelettmuskulaturen i de nedre extremiteterna, vilket resulterar i förbättrad mekanisk och metabolisk effektivitet. För att testa dessa hypoteser kommer följande tre specifika mål att tas upp:

Syfte 1: Bestämma in vivo metaboliska egenskaper hos fotledsplantarflexormusklerna hos personer med kronisk post-stroke hemipares och neurologiskt friska individer. In vivo muskelmetaboliska egenskaper kommer att bedömas via fosformagnetisk resonansspektroskopi (31P-MRS). Specifikt kommer vi att mäta vilofosforyleringspotentialen såväl som den in vivo oxidativa kapaciteten hos fotledsplantarflexormusklerna. Vi antar att individer med kronisk hemipares kommer att uppvisa minskningar i oxidativ kapacitet såväl som en ökad vilofosforyleringspotential i förhållande till ålders-, köns-, längd- och viktmatchade kontrollämnen. Vi föreslår att dessa anpassningar, som är karakteristiska för en mindre energieffektiv muskel, bidrar till en ökad metabolisk kostnad utöver den som är ett resultat av potentiella ökningar av mekaniskt arbete som utförs av rörelsemuskler.

Mål 2: Kvantifiera metabola kostnader såväl som muskelmekanisk energiförbrukning vid promenader hos personer med kronisk post-stroke hemipares och neurologiskt friska individer. Post-stroke hemipares är associerad med en mängd olika motoriska kontrollproblem som inkluderar onormal synergistisk organisation av rörelsen samt förändrad temporal sekvensering av muskelaktivitet 5,10,11. Eftersom muskelexcitation under normal gång tros vara mycket effektiv 8,9,33 är det troligt att förändrad muskelkoordination efter stroke, vilket återspeglas i ökat mekaniskt arbete, är en faktor som bidrar till de ökade metaboliska kostnaderna för att gå. Vi antar att den metaboliska kostnaden för att gå efter stroke kommer att vara förhöjd i förhållande till kontroller vid matchade hastigheter. Dessutom kommer ett mått på mekaniskt arbete, muskelmekanisk energiförbrukning (MMEE), att vara förhöjd efter stroke, vilket reflekterar mekaniskt ineffektiva rörelsestrategier och orsakar en del av de ökade metaboliska kostnaderna för att gå.

Mål 3: Bestäm effekten av 12 veckors rörelseträning på in vivo muskelmetaboliska egenskaper, den metaboliska kostnaden för att gå samt MMEE hos personer med kronisk hemipares efter stroke. Det finns nya bevis för att kroniska neurologiska underskott på grund av stroke kan förbättras genom intensiv, repetitiv uppgiftsorienterad motorisk träning (t. rörelseträning). Grunden för förbättringar av rörelseträning (LT) tros involvera mekanismer för central neuroplasticitet som är lyhörda för grundläggande principer för motorisk inlärning 37,38,39. Dessutom visar våra pilotdata att LT också kan resultera i perifera anpassningar i plantarflexormusklerna. Det verkar alltså finnas potential att framkalla både centrala och perifera anpassningar med denna interventionsstrategi. Vi förväntar oss att LT kommer att dämpa befintliga underskott, vilket resulterar i en ökad oxidativ kapacitet och en minskad vilofosforyleringspotential i fotleds plantarflexormuskler. Dessutom kommer LT att resultera i en minskad MMEE och en minskad metabolisk kostnad för att gå, vilket återspeglar förbättrad mekanisk och metabolisk effektivitet. Vi tror att det kommer att visa sig viktigt att beskriva anpassningar inom gångmekanik såväl som inom perifera muskler som uppstår efter LT och relatera dem till den metaboliska kostnaden för att gå. Dessutom kommer fortsatta underskott att spegla ett behov av ytterligare eller kompletterande interventionsstrategier, vilket ger information om hur man kan modifiera eller utöka framtida rehabiliteringsinsatser för att förbättra individuella resultat.