Neuromodulering av spinal rörelsekretslopp för att framkalla steg efter pediatrisk ryggmärgsskada

Liksom hos vuxna lider barn med ryggmärgsskada (SCI) hos barn av neuromuskulär förlamning som resulterar i oförmåga att sitta, stå och gå. Aktuella terapeutiska insatser, t.ex. benstöd, rullstolar, syftar till stor del till att kompensera för förlamning baserat på antagandet att skador på det centrala nervsystemet är permanenta och irreversibla. Upptäckten av den "intelligenta" ryggmärgen, känd som den centrala mönstergeneratorn (CPG), har visat att komplexa neuronala nätverk kan generera rytmiska och koordinerade motoriska mönster och har skapat ett stort paradigmskifte i utredarnas förväntningar på möjligheten till återhämtning även med svår SCI. Studier har för det första visat att efter SCI kan CPG "tillträdas", återaktiveras och omtränas via sensorisk feedback som uppstår från muskler och leder under aktivitetsbaserad rörelseträning (AB-LT). För det andra kan applicering av epidural och transkutan stimulering (TcStim) på ryggmärgen under lesionsnivån öka den neuromuskulära kapaciteten för frivillig rörelse, stående och steg hos vuxna med kronisk motorisk fullständig SCI. Medan neurala mekanismer för stegreglering har visats hos vuxna som testar singel- vs. multi-site-stimulering, måste denna inneboende kapacitet undersökas hos barn med SCI. På liknande sätt har tillägget av stimulering under AB-LT hos vuxna med motorisk fullständig SCI resulterat i en anmärkningsvärd återhämtning av gång på marken. Den omedelbara och långsiktiga responsen av sådan kombinerad terapeutisk exponering och efterföljande träning har ännu inte undersökts hos barn. Barn med SCI kan inte bara dra nytta av dessa nya terapeutiska metoder utan också visa större förbättringar i neuromuskulär återhämtning på grund av inneboende plasticitet. Utredarnas preliminära arbete har visat säkerheten och genomförbarheten av TcStim hos barn med SCI. Därför är de specifika syftena med detta förslag att 1) ​​undersöka ryggradsmekanismerna för reglering av rörelsekretsar hos barn med SCI med TcStim, 2) bedöma om kombinationen av uppgiftsspecifik AB-LT och TcStim kan akut potentiera muskelaktivitet i nedre extremiteter under underlättad stegning, och 3) bedöma träningseffekter av TcStim kombinerat med AB-LT för att främja stegkapacitet hos icke-ambulerande barn med SCI.

För denna pilotstudie kommer 8 deltagare i åldrarna 4-12 år med kronisk, förvärvad SCI, T10 och uppåt och icke-ambulerande att rekryteras.

För mål 1, n=8, kommer TcStim att användas för att stimulera ryggradsnivåer på en eller flera ställen för att producera stegande/rörelseaktivitet i nedre extremiteter. Knä-, höft-, ankelkinematik och elektromyografi (EMG) av musklerna i de nedre extremiteterna som svar på stimulering kommer att registreras under experimenten. Utredarna kommer att bestämma de stimuleringsparametrar som producerar rytmiska rörelser med den största ökningen av ledexkursioner i nedre extremiteter samt EMG-amplitud.

För mål 2, n=8, kommer TcStim att levereras medan deltagarna försöker ta ett steg över marken och när de trampar på ett datoriserat löpband med ett överliggande partiell kroppsviktsstödssystem (BWS). Deltagarna kommer att trappas med åldersanpassade hastigheter och BWS optimerar stegkinematiken. Hastigheten och mängden kroppsviktsstöd som ges under bedömningen samt hela kroppskinematik och EMG-signaler från bål och underbensmuskler kommer att registreras under förenklat steg med och utan TcStim.

För mål 3, n=6, kommer deltagarna att få 60 sessioner AB-LT+Tcstim. Förmåga att initiera och slutföra ett steg över marken med och utan stimulering tillsammans med helkroppskinematik och elektromyografiska (EMG) signaler från bål och underbensmuskler kommer att registreras vid baslinjen, 20, 40 och 60 sessioner av den kombinerade behandlingen av AB-LT plus TcStim.