أساليب لتحديد التعديلات المستحثة الفارماكولوجية في وظيفة الحركة في اصابات النخاع الشوكي الإنسان غير مكتمل

يهدف هذا البروتوكول إلى وصف التغيرات في السلوكيات الحركية لدى الأفراد المصابين بإصابة غير كاملة في النخاع الشوكي بعد إعطاء أدوية سيروتونينية. ولتحقيق ذلك، تُجرى تقييمات معيارية لتقييم المقاييس السريرية لخط الأساس، وقوة الطرف السفلي، والسلوكيات الانعكاسية للحصول على مقاييس أكثر دقة؛ كما يتم تحديد تقييمات استاتيكية كمية لقوة ووظيفة الانعكاس لمجموعات عضلية مختارة مع فحص محدد لعزوم الدوران الإرادية القصوى، وقابلية استثارة المنعكس الشدي. بعد ذلك، تُجرى تقييمات ديناميكية كمية إضافية لقياس أنماط كينماتيكا الطرف السفلي، والنشاط العضلي وتوقيته، والكفاءة الأيضية أثناء المشي على جهاز المشي.

أخيراً، يتم إعطاء الأدوية السيروتونينية وفق تصميم تبادلي تعمى فيه الجهات، ثم تُكرر التقييمات. يقوم نهج الطب الانتقالي هذا بتقييم تأثيرات الأدوية السيروتونينية بشكل منهجي على منعكسات القوة الإرادية والقدرة على المشي لدى الأفراد المصابين بإصابة غير مكتملة في النخاع الشوكي. وتعد إصابة النخاع الشوكي عملية مرضية منهكة تؤدي إلى عجز شديد في التحكم الحركي في الفترة المبكرة التي تلي الإصابة.

يتمثل الهدف الأساسي لمعظم المرضى في استعادة القدرة على المشي لدى الأفراد الذين يعانون من إصابة غير مكتملة، مما يعني أنهم لا يزالون يحتفظون ببعض التحكم الحركي المتبقي في المناطق التي تلي موقع الإصابة. قد يكون هذا الهدف قابلاً للتحقيق. وقد أظهرت النماذج الحيوانية أن العوامل الدوائية يمكن أن تساعد في تسريع وتعزيز استعادة التحكم الحركي والقدرة على المشي.

ومع ذلك، فإن تعميم هذه النتائج على البشر لا يزال محدوداً. لذا، يسعى مختبرنا إلى تطبيق هذه النتائج المستخلصة من الحيوانات على البشر الذين يعانون من إصابات غير مكتملة في النخاع الشوكي. ونأمل من خلال ذلك الإجابة على السؤال التالي: هل يمكن للعوامل الدوائية أن تساعد في تعزيز استعادة التحكم الحركي والقدرة على المشي لدى الأفراد الذين يعانون من آفات غير مكتملة في النخاع الشوكي؟

أولاً، يتم قياس تشنج مجموعات عضلات رباعية الرؤوس وعضلات المأبض باستخدام مقياس أشورث المعدل لتقييم تشنج العضلة رباعية الرؤوس. يقوم الفاحص بإجراء حركات ثني سلبية بطيئة وسريعة حول مفصل الركبة. وبالمثل، لتقييم تشنج عضلات المأبض، يقوم الفاحص بإجراء حركات بسط سلبية بطيئة وسريعة حول مفصل الركبة.

يتم تقييم المنعكسات التشنجية على مقياس من صفر إلى أربعة بناءً على معايير محددة. ويتم الحصول على درجة مركبة عن طريق تحويل هذه الدرجات الأولية إلى مقياس ترتيبي وجمع مقدار أو مدة تشنجات العضلات القابضة من الجانبين. أما تشنجات العضلات الباسطة والرعاش العضلي (colonus)، فيتم قياسهما كمياً باستخدام أداة تقييم النخاع الشوكي.

بالنسبة للمنعكسات التشنجية، يتم تصنيف استجابة المريض بناءً على معايير مدرجة. ويتم الحصول على درجة إجمالية عن طريق جمع الدرجات ضمن الساق الواحدة وبين الساقين. كما يتم تقييم قدرة الفرد على قبض العضلات إراديًا باستخدام درجة الحركة للطرف السفلي استنادًا إلى إرشادات الجمعية الأمريكية لإصابات العمود الفقري.

تُستخدم معايير محددة لتقييم التقلص حول المفصل على مقياس من صفر إلى خمسة. ويتم الحصول على درجة مركبة من خلال تقييم القطاعات العضلية L2 وL3 وL4 وL5 وS1 في كلا الجانبين وجمع الدرجات. وبالرغم من هذه العجز الواضح في التقييمات السريرية لنشاط المنعكسات والقوة، فإن هذا المريض قادر على اتخاذ خطوات على جهاز المشي مع دعم وزن الجسم.

علاوة على ذلك، يستطيع المريض القيام بخطوات على الأرض بمساعدة مشاية متحركة. ومن أجل زيادة التحديد الكمي للمنعكس التمددي المعتمد على السرعة، يتم استخدام نظام يجمع بين قياس القوة الحركية متساوية السرعة وتخطيط كهربائية العضلات لقياس النشاط العضلي.

يتم وضع أقطاب تسجيل سطحية على العضلة الظنبوبية الأمامية والعضلة gastrocnemius الإنسية. وتُثبّت ساق المريض في لوحة قدم متصلة بخلية تحميل ذات ست درجات من الحرية، مع محاذاة محور مفصل الكاحل مع مركز خلية التحميل. ويتم الحصول على عزووم الدوران السلبية أو الجاذبية من خلال اضطرابات التمدد البطيء.

يُفترض أن استجابة عزم الدوران هذه لا تحتوي على مكون انعكاسي، وسيتم طرحها من التمددات السريعة. ولحساب الاستجابة الانعكاسية الصافية لتقييم استثارة المنعكس التمددي، يتم تطبيق تمددات فردية أو متعددة في اتجاه العطف الظهري (dorsiflexion) أو العطف الأخمصي (plantar flexion) للمريض وهو في حالة استرخاء، وذلك لتقييم التغيرات في الاستثارة مع السرعة. ويتم قياس سرعات دورانية مختلفة تشمل 30 و60 و120 درجة في الثانية.

يتم قياس استجابة عزم الدوران باستخدام إشارة عزم الدوران، والتي تم تمريرها عبر مرشح تمرير منخفض عند 200 hertz، وأخذت عينات منها بتردد 1000 hertz، وتمت مزامنتها مع بيانات EMG. وقبل التحليل، يتم طرح عزم الدوران الناتج عن المساهمات السلبية والجاذبية. كما يتم قياس استجابة العضلة باستخدام إشارة EMG، والتي تم تمريرها عبر مرشح تمرير نطاقي من 20 إلى 450 hertz، وأخذت عينات منها بتردد 1000 hertz، وتمت مزامنتها مع بيانات عزم الدوران قبل التحليل.

يتم تقويم الإشارة وتنعيمها عند تردد 10 hertz باستخدام مرشح Butterworth من الدرجة الرابعة. كما يتم تحليل استجابات منعكس التمدد من خلال إشارات عزم الدوران وإشارات EMG. وتشمل مقاييس المخرجات الأساسية لهذا التحليل كلاً من ذروة عزم الدوران والنشاط العضلي المطول الذي يلي التمدد النهائي.

يُستخدم مقياس القوة الحركي متساوي السرعة (isokinetic dynamometer) أيضاً للحصول على قياس كمي دقيق للقوة الإرادية. يتم تثبيت أجهزة تخطيط كهربائية العضلات (EMGs) السطحية على أربع عضلات في الفخذ، تشمل العضلة المستقيمة الفخذية، والعضلة المتسعة الوحشية، والعضلة المتسعة الإنسية، والعضلة المأبضية الإنسية. يتم تثبيت ساق المريض بذراع مقياس القوة المتصل بخلية تحميل ذات ست درجات من الحرية.

يتم محاذاة محور مفصل الركبة مع مركز خلية تحميل القوة. ومع استرخاء المريض، يُطلب منه توليد أقصى قوة ممكنة حول المفصل. ولضمان إنتاج أقصى قوة إرادية، يتم تقديم تشجيع لفظي مكثف للمريض أثناء عملية الانقباض.

عندما يبدأ عزم الدوران في الانخفاض أثناء الانقباض، يتم إرسال تحفيز فائق الحد الأقصى إلى العضلة رباعية الرؤوس من خلال أقطاب تحفيز عبارة عن ألواح هلامية ذاتية الالتصاق بمقاس ثلاثة في خمسة بوصات. يتم جمع إشارات عزم الدوران وتخطيط كهربائية العضلات (EMG) وتهيئتها كما هو الحال في تقييمات منعكس التمدد المعتمد على السرعة. ويتم تقييم عزم الدوران الأقصى واستجابات EMG المرتبطة به لاحقاً (offline) باستخدام إشارات عزم الدوران وEMG المهيأة.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تقييم القصور في التنشيط الإرادي باستخدام نسبة التنشيط المركزي أو car. ويُستخدم اختبار جهاز المشي المتدرج لتقييم القدرة على المشي. يتم تثبيت الخاضع للاختبار على جهاز المشي باستخدام حزام أمان ومعدات اختبار، تشمل علامات عاكسة، وتخطيط كهربائية العضلات السطحية (surface EMGs)، وجهاز مراقبة معدل ضربات القلب، ونظام استقلابي محمول لإجراء اختبار جهاز المشي المتدرج.

يتم ضبط السرعة الأولية لجهاز المشي عند 0.1 meters per second وتزداد بمقدار 0.1 meters per second كل دقيقتين حتى الوصول إلى السرعة القصوى للمريض. تُعرف ذروة سرعة جهاز المشي بأنها أعلى سرعة تمكن المريض من السير بها لمدة دقيقة واحدة على الأقل قبل حدوث عدم استقرار في المشية. وعند الوصول إلى القيود القلبية الوعائية أو الإنهاء الطوعي للاختبار أثناء المشي على جهاز المشي، يتم تقييم مقاييس متعددة باستخدام نظام التقاط الحركة ونظام EMG والنظام الأيضي المحمول في وضع عدم الاتصال.

يتم تتبع بيانات التقاط الحركة يدويًا لضمان الدقة، ويتم اختيار حقبة زمنية تتكون من 10 دورات خطو على الأقل للتحليل. يتم تطبيع دورة المشي إلى نسبة مئوية من ضربة الكعب إلى ضربة الكعب، وتُجرى عملية الاستيفاء باستخدام شريحة تكعيبية لكل من زاويتي الورك والركبة. كما يتم تحديد ذروة زوايا المفاصل والانحرافات الزاوية خلال دورة المشي لكل شخص خاضع للدراسة.

بالإضافة إلى قياس التنسيق داخل الطرف الواحد، ينصب التركيز الأساسي على تنسيق كينماتيكا الورك والركبة في المستوى السهمي، والتي يمكن تقييمها من خلال النظر في اتساق مخططات زاوية الورك والركبة. ويُستخدم متوسط معامل التوافق لحساب اتساق التنسيق بين الطرفين. كما يُستخدم مخطط زاوية الورك والركبة لتحديد جيب التمام (co-sign) وإشارة اتجاه المتجه.

باعتبار التغير في زاويتي الورك والركبة مُطبعًا وفقًا لطول المتجه لكل فاصل زمني بين إطار وآخر. يتم حساب متوسط قيم الجيب وجيب التمام هذه عبر جميع دورات الخطوات لكل فاصل إطاري مقابل. وباستخدام هذه القيم المتوسطة، يتم حساب متوسط طول المتجه لكل فاصل زمني بين إطار وآخر.

سيكون المتوسط الحسابي لطول متجه المتوسط عبر جميع الفواصل الزمنية بين الإطارات قيمة تتراوح من صفر إلى واحد، وسيمثل التشتت العام لأزواج الورك والركبة عبر دورة المشي. ولتقييم النشاط العضلي أثناء السير، يتم مزامنة أنماط النشاط العضلي من إشارات EMG مع بيانات التقاط الحركة في وضع عدم الاتصال (offline)، وتتم معايرة إشارة EMG الملساء بالنسبة للنسبة المئوية لدورة المشي وحساب متوسطها على ما لا يقل عن 10 خطوات. يتم تحديد وقت التشغيل والإيقاف المعياري لعضلات الطرف السفلي أثناء السير باستخدام قاعدة بيانات لمجموعات ضابطة سليمة، ولكل عضلة، يتم دمج أوقات التشغيل والإيقاف المعيارية لتلك العضلة المحددة فوق إشارات EMG التي تم جمعها من الشخص الخاضع للفحص.

يتم تكامل إشارة EMG بين أوقات التشغيل والإيقاف المعيارية. ويُحدد مؤشر التشنج من خلال قسمة قيمة الإيقاف على قيمة التشغيل. كما يتم تحديد ذروة استهلاك الأكسجين أثناء اختبار جهاز المشي المتدرج بعد تحميل البيانات الأيضية المحمولة إلى جهاز كمبيوتر لتحليلها.

بمجرد اكتمال اختبار جهاز المشي، يتم تحديد متوسط بيانات VO₂ للدقيقة الأخيرة من كل حقبة سرعة مدتها دقيقتان على وجه التحديد، ثم تُرسم النتائج لكل سرعة. تبدأ الحركات الإرادية عادةً من إشارات عصبية في القشرة الحركية الأولية. وتنتقل هذه الإشارات عبر المسار القشري الشوكي إلى العصبونات البينية الشوكية، بما في ذلك مولد النمط المركزي، وتلتقي عند مستوى العصبون الحركي الشوكي.

تقوم العصبونات الحركية بتعصيب العضلات بشكل مباشر وتسبب انقباضها. وقد تؤدي الحركات الإرادية أيضاً إلى تنشيط مسارات موازية في جذع الدماغ والنخاع الشوكي أو مسارات بصلية شوكية. وتتمثل إحدى وظائف هذه المسارات البصلية الشوكية في تنظيم استثارة العصبونات الشوكية من خلال إفراز المُعدِّلات العصبية، وخاصة السيروتونين، وتؤدي الآفات غير الكاملة في النخاع الشوكي إلى فقدان السيطرة الإرادية الكاملة نتيجة انقطاع المسارات القشرية الشوكية.

بالإضافة إلى ذلك، تصبح الدوائر الشوكية والعصبون الحركي نفسه أقل استثارة نتيجة للفقدان الجزئي للمعدلات العصبية من المسارات البصلية الشوكية. وتساهم هذه التغييرات المجتمعة في العجز في الوظائف الحركية الملحوظ في الأجزاء الثلاثة الأولى من هذا الفيديو. وفي النماذج الحيوانية، يمكن أن يؤدي تطبيق المعدلات العصبية مثل serotonin أو نظائرها مباشرة على النخاع الشوكي إلى إعادة تنشيط هذه الدوائر الشوكية، مما يؤدي إلى زيادة المخرجات الحركية، وتعزيز النشاط الانعكاسي، وتحسين القدرة على الحركة.

سيوضح الجزء الأخير من هذا الفيديو كيف نحاول نقل إطار العلوم الأساسية هذا إلى البشر. في تصميم دراسة تقاطعية، عشوائية، مزدوجة التعمية، ومحكومة بغفل، يتم تقييم آثار الإعطاء الفموي الحاد لمثبطات استرداد السيروتونين الانتقائية على النشاط الحركي لدى الأفراد المصابين بإصابة غير مكتملة حركياً في النخاع الشوكي. وتشير المقاييس السريرية، بما في ذلك مقياس آشورث المعدل، وأداة تقييم النخاع الشوكي للمنعكسات التشنجية، ودرجة النشاط الحركي للأطراف السفلية، إلى زيادة في كل من نشاط المنعكسات اللاإرادية وتوليد القوة الإرادية بعد الإعطاء الفموي لـ SSRI لدى فرد مصاب بإصابة غير مكتملة حركياً في النخاع الشوكي (SCI). علاوة على ذلك، تظهر المقاييس الساكنة الكمية للنشاط الحركي زيادة وإطالة في عزم ثني الكاحل الأخمصي وتخطيط كهربائية العضلات (EMG) استجابةً لعمليات التمدد المتكررة للعضلات الثنية الأخمصية، وزيادة في العزم المتساوي القياس وعجزاً أقل في التنشيط يشير إليه ارتفاع نسبة التنشيط المركزي.

تكشف المقاييس الديناميكية الكمية للنشاط الحركي لكينماتيكا الورك والركبة أثناء المشي باستخدام CC عن زيادة في الاتساق بعد تناول أدوية SSRI. ومن المثير للاهتمام أن نشاط EMG للأطراف السفلية أثناء المشي يظهر زيادة في التوقيت غير المناسب لنشاط العضلات بعد تناول أدوية SSRI. وأخيراً، تكشف المعايير الأيضية أثناء المشي عن زيادة طفيفة في استهلاك الأكسجين أثناء اختبار جهاز المشي المتدرج بعد إعطاء SSRI.

بينما لوحظت هذه التغييرات لدى الأفراد الذين يعانون من إصابة مزمنة غير مكتملة في النخاع الشوكي (SCI)، تشير البيانات الأولية إلى أن التغييرات في حالات الإصابة غير المكتملة في النخاع الشوكي في المرحلة تحت الحادة قد تكون أكثر بروزاً. على سبيل المثال، يكون الفرد بعد أربعة أشهر من الإصابة بالنخاع الشوكي غير قادر على اتخاذ خطوات دون مساعدة بدنية قبل تناول الدواء. وبعد استخدام دواء SSRI، يصبح الشخص نفسه قادراً على اتخاذ خطوات من خلال هذه التقييمات السريرية والكمية.

لقد رأينا أن الإعطاء الحاد لمثبطات استرداد السيروتونين الانتقائية يمكن أن يحسن الوظيفة الحركية والقدرة على المشي لدى الأفراد الذين يعانون من إصابة غير كاملة في النخاع الشوكي. ومع ذلك، فإن التدريب طويل الأمد ضروري لجعل هذه التغييرات دائمة. ويتمثل الهدف الحالي لمختبرنا في دمج هذه التدخلات الدوائية مع تدخلات بدنية مكثفة لجعل هذه التحسينات في الوظيفة الحركية والقدرة على المشي دائمة.