W niniejszym filmie przedstawiono modulację aktywności odruchowej, siły wolicjonalnej oraz zdolności do poruszania się, ocenianych za pomocą pomiarów klinicznych i ilościowych u osób z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) w obrębie funkcji motorycznych, po ostrym podaniu doustnym inhibitora wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI).
Artykuł metodologiczny
Metody ilościowego pomiaru farmakologicznie indukowanych zmian w funkcji motorycznej u ludzi z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Uszkodzenie rdzenia kręgowego (SCI) jest wyniszczającym zaburzeniem, które prowadzi do głębokich deficytów w zakresie dobrowolnej kontroli motorycznej. Po stabilizacji stanu medycznego rekonwalescencja po SCI zazwyczaj obejmuje długoterminową rehabilitację. Choć przywrócenie zdolności do chodzenia jest głównym celem u wielu pacjentów w okresie wczesnym po urazie, osoby z niepełnym uszkodzeniem motorycznym SCI, wskazującym na częściowe zachowanie kontroli dobrowolnej, mogą posiadać wystarczającą liczbę pozostałych dróg zstępujących niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Jednakże, mimo interwencji fizycznych, uważa się, że upośledzenia motoryczne, w tym osłabienie oraz występowanie nieprawidłowej, mimowolnej aktywności odruchowej, zwanej spastycznością lub skurczami, przyczyniają się do ograniczenia powrotu zdolności chodzenia. Według teorii zakłada się, że niwelowanie tych nieprawidłowych odruchów motorycznych związanych z SCI przyniesie pacjentowi korzyści funkcjonalne. Na przykład lekarze i terapeuci stosują specyficzne interwencje farmakologiczne lub fizyczne nakierowane na redukcję spastyczności lub skurczów, choć wciąż brakuje wystarczających danych empirycznych sugerujących, że strategie te poprawiają zdolność chodzenia.
W ciągu ostatnich kilku dekad narastające dane sugerują, że specyficzne czynniki neuromodulacyjne, w tym substancje naśladujące lub ułatwiające działanie monoamin, takich jak serotonina (5HT) i norepinefryna (NE), mogą inicjować lub nasilać zachowania chodu w modelach zwierzęcych SCI. Co ciekawe, wiele z tych czynników, a w szczególności agoniści 5HT-ergiczni, może wyraźnie zwiększać pobudliwość rdzeniową, co z kolei zwiększa również aktywność odruchową u tych zwierząt. Wbrew tradycyjnym teoriom dotyczącym regeneracji po SCI u ludzi, dowody empiryczne z eksperymentów w naukach podstawowych sugerują, że ta nadpobudliwość odruchowa oraz generowanie zachowań lokomocyjnych są napędzane równolegle przez bodźce neuromodulacyjne (5HT) i mogą być niezbędne do funkcjonalnego powrotu do sprawności po SCI.
Zastosowanie tej nowej koncepcji, wywodzącej się z podstawowych badań naukowych, w celu wspomagania rekonwalescencji po urazie rdzenia kręgowego (SCI) u ludzi wydaje się być naturalne, choć bezpośrednia translacja tych wyników może być niezwykle trudna. Konkretnie, w modelach zwierzęcych wszczepiony cewnik umożliwia dostarczanie bardzo specyficznych związków agonistycznych 5HT bezpośrednio do obwodów rdzeniowych. Translacja tej techniki na ludzi jest utrudniona przez brak specyficznych technik chirurgicznych lub dostępnych środków farmakologicznych skierowanych przeciwko podtypom receptorów 5HT, które byłyby bezpieczne i skuteczne w badaniach klinicznych u ludzi. Jednak doustne podawanie powszechnie dostępnych czynników serotonergicznych, takich jak selektywne inhibitory zwrotnego wychwytu serotoniny (SSRIs), może być wykonalną opcją zwiększenia stężeń 5HT w ośrodkowym układzie nerwowym w celu ułatwienia powrotu do zdolności chodzenia u ludzi. Brakuje systematycznej ilościowej oceny tego, w jaki sposób te leki z grupy SSRIs modulują motorykę ludzi po SCI, ze szczególnym uwzględnieniem siły mięśniowej, odruchów i powrotu zdolności chodzenia.
Niniejsza demonstracja wideo przedstawia progresywną próbę systematycznej i ilościowej oceny modulacji aktywności odruchowej, siły wolicjonalnej oraz zdolności poruszania się po doustnej podaży SSRI w ostrym stadium urazu rdzenia kręgowego (SCI) u ludzi. Preparaty są podawane w pojedyncze dni w celu oceny natychmiastowych efektów w funkcji motorycznej w tej populacji pacjentów, natomiast badania długoterminowe obejmują powtarzane podawanie leku w połączeniu z intensywnymi interwencjami fizycznymi.
Protokół
Aby ocenić wpływ jednorazowego podania doustnego SSRI (10 mg szczawianu escitalopramu, Lexapro, Forest Pharmaceuticals, Inc.) na aktywność motoryczną u osób z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) w zakresie funkcji ruchowych, zastosowano podwójnie ślepą, randomizowaną, kontrolowaną placebo próbę krzyżową. W ramach kryteriów włączenia uczestnicy zostaną zobowiązani do przejścia 14-dniowego okresu wypłukiwania wszystkich leków przeciwdepresyjnych, przeciwspastycznych oraz innych leków o znanych interakcjach z SSRI.
Każdy z protokołów eksperymentalnych, składający się z ocen klinicznych, ilościowych statycznych i ilościowych dynamicznych, wymaga dwóch godzin. Po podaniu leku zachowano 4,5-godzinną przerwę (czas do osiągnięcia maksymalnego stężenia w osoczu)7. Podmioty są ponownie badane po podaniu leku, stosując identyczny zestaw eksperymentalny i paradygmat, jakie wykorzystano podczas testów przed podaniem leku. Pomiędzy testami przed i po podaniu pierwszego leku (SSRI lub placebo) a drugimi warunkami testowymi zachowano odstęp co najmniej 7 dni (okres półtrwania czynników wynosi około 27 h).
Część 1: Oceny kliniczne
Zmodyfikowana skala Ashwortha
Spastyczność grup mięśni czworogłowych uda oraz mięśni kulszowo-goleniowych jest ilościowo określana przy użyciu zmodyfikowanej skali Ashwortha (mAsh).
- Osobę umieszcza się w pozycji łóżkowej na wyściełanej macie.
- Odruchy spastyczne oceniane są w skali od 0 do 4, składającej się z liczb całkowitych oraz stopnia „1+”. Kryteria oceny opierają się na poniższej tabeli (Tabela 1).
- Aby ocenić spastyczność mięśnia czworogłowego uda, unosi się nogę pacjenta nad matą i całkowicie prostuje, podtrzymując udo oraz kostkę, podczas gdy noga przeciwstawna pozostaje wyprostowana. Rozciągnięcie mięśnia czworogłowego uzyskuje się poprzez szybkie bierne zgięcie w stawie kolanowym. Odpowiedź na rozciąganie jest ilościowana zgodnie z poniższą skalą.
- Aby ocenić spastyczność mięśni dwugłowych uda, unosi się nogę pacjenta nad matą i całkowicie zgina, podtrzymując udo oraz kostkę, podczas gdy noga przeciwstawna pozostaje wyprostowana. Rozciągnięcie mięśni dwugłowych uzyskuje się poprzez szybkie bierne wyprostowanie w stawie kolanowym. Odpowiedź na rozciąganie jest ilościowana zgodnie z poniższą skalą.
- Surowe wyniki konwertuje się na skalę porządkową i sumuje obustronnie, aby uzyskać wynik zbiorczy.
Narzędzie do oceny rdzenia kręgowego pod kątem odruchów spastycznych
Wielkość lub czas trwania skurczów zginaczy, skurczów prostowników oraz klonusa są ilościowo określane przy użyciu narzędzia Spinal Cord Assessment Tool for Spastic Reflexes (SCATS)
- Osobę badaną układa się w pozycji leżącej na plecach na wyściełanej macie.
- Odruchy spastyczne ocenia się w skali od 0 do 3, używając liczb całkowitych. Kryteria oceny opierają się na poniższej tabeli (Tabela 2).
- Aby ocenić skurcze zginaczy, obie nogi zostają w pełni wyprostowane po zdjęciu butów i skarpet pacjenta. Przez 1 sekundę wykonuje się nakłucie szpilką w obrębie łuku przyśrodkowego stopy badanego. Amplitudę ruchu palucha, kolana i biodra określa się zgodnie z poniższą skalą.
- Aby ocenić skurcze prostowników, nogę podtrzymuje się w zgięciu w stawie biodrowym pod kątem 90° i w zgięciu w stawie kolanowym pod kątem 110°, przy wyprostowanej nodze przeciwległej. Z tej pozycji nogę gwałtownie prostuje się i opuszcza na matę. Czas trwania widocznej aktywności mięśnia czworogłowego, objawiającej się przemieszczeniem rzepki ku górze, określa się zgodnie z poniższą skalą.
- Aby ocenić klonus, podudzie lekko unosi się nad matą, a staw skokowy ustawia się w pozycji neutralnej lub lekkim zgięciu podeszwowym, przy wyprostowanej nodze przeciwległej. Rozciągnięcie mięśni zginaczy podeszwowych wywołuje się poprzez gwałtowne pasywne zgięcie grzbietowe stawu skokowego. Czas trwania serii skurczów klonicznych określa się zgodnie z poniższą skalą.
- Wyniki sumuje się dla każdej nogi oraz łącznie dla obu kończyn, aby uzyskać wynik zbiorczy.
Wynik funkcji motorycznych kończyn dolnych
Zdolność jednostki do świadomego kurczenia mięśni zgodnie z miotomami jest oceniana za pomocą skali ASIA Lower Extremity Motor Score (LEMS).
- Osobę badaną kładzie się w pozycji leżącej na plecach na wyściełanym macie.
- Siłę mięśniową ocenia się w skali 0-5, używając liczb całkowitych. Kryteria oceny opierają się na poniższej tabeli (Tabela 3).
- Zginacze biodra (dermatom L2) ocenia się, prosząc pacjenta o próbę zgięcia biodra w pozycji leżącej na plecach, stosując w razie potrzeby opór manualny. Jeśli pacjent nie jest w stanie wykonać pełnego ruchu przeciwko grawitacji, biodro rotuje się zewnętrznie, aby zmniejszyć wpływ grawitacji, a następnie ponownie próbuje się zgięcia biodra.
- Prostowniki kolana (dermatom L3) ocenia się, prosząc pacjenta o próbę wyprostu kolana z pozycji zgiętej, z punktem obrotu na przedramieniu badającego, stosując w razie potrzeby opór manualny. Jeśli pacjent nie jest w stanie wykonać pełnego ruchu przeciwko grawitacji, biodro rotuje się zewnętrznie, aby zmniejszyć wpływ grawitacji, a następnie ponownie próbuje się wyprostu kolana.
- Zginacze grzbietowe stawu skokowego (dermatom L4) ocenia się, prosząc pacjenta o próbę zgięcia grzbietowego stawu skokowego przy wyprostowanej nodze, stosując w razie potrzeby opór manualny. Jeśli pacjent nie jest w stanie wykonać pełnego ruchu stawu skokowego przeciwko grawitacji, biodro rotuje się zewnętrznie, aby zmniejszyć wpływ grawitacji, a następnie ponownie próbuje się zgięcia grzbietowego stawu skokowego.
- Prostowniki palucha (dermatom L5) ocenia się, prosząc pacjenta o próbę wyprostu palucha przy wyprostowanej nodze i zgięciu podeszwowym stawu skokowego, stosując w razie potrzeby opór manualny. Jeśli pacjent nie jest w stanie wykonać pełnego ruchu palca przeciwko grawitacji, biodro rotuje się zewnętrznie, aby zmniejszyć wpływ grawitacji, a następnie ponownie próbuje się wyprostu palucha.
- Zginacze podeszwowe stawu skokowego (dermatom S1) ocenia się, prosząc pacjenta o próbę zgięcia podeszwowego przy wyprostowanej nodze, stosując w razie potrzeby opór manualny. Jeśli pacjent nie jest w stanie wykonać pełnego zakresu ruchu stawu skokowego z oporem, biodro i kolano zostają zgięte, aby oprzeć powierzchnię podeszwową stopy o matę, a pacjent zostaje poproszony o wspięcie się na palce. Jeśli pacjent nie jest w stanie w pełni wspiąć się na palce, biodro rotuje się zewnętrznie, aby zmniejszyć wpływ grawitacji, a następnie ponownie próbuje się zgięcia podeszwowego stawu skokowego.
- Wynik motorowy kończyn dolnych oblicza się poprzez zsumowanie wyników dla każdej grupy mięśniowej obustronnie.
Część 2: Ilościowe oceny statyczne
Odruch rozciągania zależny od prędkości
Dzięki zastosowaniu dynamometrów izokinetycznych obok elektromiografii (EMG), możliwe jest zastosowanie precyzyjnego rozciągnięcia oraz ocena ilościowej odpowiedzi.
- Osoba badana zostaje wygodnie posadzona w aparaturze testowej (Biodex System 3, Shirley, New York)
- Powierzchniowe elektrody EMG są mocowane do mięśnia soleus oraz przyśrodkowej głowy mięśnia gastrocnemius.
- Noga zostaje przymocowana do platformy dla stopy połączonej z tensometrem o 6 stopniach swobody (ATX Industrial Automation, Apex, NC), a oś stawu skokowego zostaje wyrównana ze środkiem tensometru.
- Przy rozluźnionym pacjencie stosuje się pojedyncze lub wielokrotne rozciąganie w zgięciu grzbietowym (DF) lub zgięciu podeszwowym (PF) przy różnych prędkościach obrotowych, w tym 5, 30, 60 i 120 deg/sec
- W celu ilościowego określenia odpowiedzi momentu obrotowego, sygnały momentu są filtrowane przy 200Hz, próbkowane z częstotliwością 1000 Hz i synchronizowane z danymi EMG. Momenty pasywne i grawitacyjne są pozyskiwane z powolnych zaburzeń rozciągania (5 deg/sec) i odejmowane od szybkich rozciągnięć w celu obliczenia odpowiedzi odruchowej. Rozciągnięcia są segmentowane dla każdego ruchu DF i PF, identyfikuje się momenty minimalne i maksymalne, a szczytowy moment obrotowy definiuje się jako różnicę tych wartości.
- W celu ilościowego określenia odpowiedzi EMG, sygnały EMG są filtrowane w zakresie 20-450Hz, próbkowane z częstotliwością 1000 Hz i synchronizowane z danymi momentu obrotowego. Sygnał jest prostowany i wygładzany filtrem dolnoprzepustowym 10 Hz za pomocą rekurencyjnego filtru Butterwortha 4tego rzędu, a następnie obliczana jest powierzchnia wygładzonego sygnału dla mięśnia agoniściego i antagonistycznego dla wszystkich ruchów. W przypadku zaburzeń, sygnał EMG często występuje po ustaniu ruchu podczas końcowej pozycji utrzymania. Obliczana jest zintegrowana powierzchnia EMG, zaczynając od początku końcowego obrotu stawu i obejmując fazę utrzymania przez maksymalnie 3 sekundy.
Siła izometryczna
Precyzyjną kwantyfikację siły wolicjonalnej można uzyskać przy użyciu dynamometru izokinetycznego.
- Osoba badana zostaje wygodnie posadzona w aparacie pomiarowym.
- Powierzchniowe elektrody EMG zostają przytwierdzone do 6 głównych grup mięśniowych każdej nogi, w tym do mięśnia prostego uda, przywodzącego uda, szerokiego bocznego, piszczelowego przedniego, płaszczowatego oraz brzuchatego łydki (Delsys 2.1, Boston, MA). Noga zostaje przymocowana do stopki połączonej z przetwornikiem siły o 6 stopniach swobody, a oś stawu kolanowego zostaje wyrównana ze środkiem przetwornika siły.
- Gdy pacjent jest zrelaksowany, otrzymuje instrukcję wygenerowania maksymalnej siły. Aby zapewnić maksymalną produkcję siły dobrowolnej, eksperymentatorzy stosują intensywną zachętę werbalną. W momencie rozpoczęcia spadku momentu obrotowego, do mięśnia agonisty podawany jest bodziec nadmaksymalny (10 impulsów, czas trwania 600 μs, 100 Hz, 135 V; S48 Grass, West Warwick, RI) za pomocą samoprzylepnych elektrod stymulujących z płytką żelową o wymiarach 3" x 5" (ConMed Corp, Utica, NY). Moment obrotowy i sygnał EMG są zbierane i przetwarzane w taki sam sposób, jak w przypadku rozciągania zależnego od prędkości (krok 2).
- Analiza offline
- W celu określenia maksymalnej odpowiedzi momentu obrotowego wyznacza się szczytowy moment obrotowy z wygładzonego sygnału. Maksymalny moment obrotowy definiuje się jako średni moment obrotowy wytworzony w przedziale ±50ms od momentu szczytowego.
- W celu określenia odpowiedzi EMG, maksymalny sygnał EMG oblicza się jako średni sygnał występujący od 0 do 100ms przed wystąpieniem szczytowego momentu obrotowego.
- Aby określić deficyty aktywacji dobrowolnej, oblicza się współczynnik aktywacji centralnej za pomocą równania 1. W tym równaniu Tvoluntary odnosi się do dobrowolnego momentu obrotowego wytworzonego 100 ms przed stymulacją elektryczną, a Telectrical odnosi się do szczytowego momentu obrotowego wywołanego elektrycznie.8
Równanie nr 1
Część 3: Ilościowe oceny dynamiczne
Maksymalna prędkość bieżni
Funkcjonalną zdolność chodzenia ocenia się za pomocą stopniowanego testu na bieżni w celu określenia prędkości bieżni.
- Badany zostaje zabezpieczony na bieżni (Bertec, Columbus, OH) za pomocą nad głową zamocowanej uprzęży bezpieczeństwa, która nie ogranicza ruchów i nie zapewnia podparcia ciężaru ciała. Mocowany jest monitor tętna. Zestaw markerów odblaskowych zostaje naniesiony zgodnie z zmodyfikowanym szablonem Cleveland Clinic (32 markery odblaskowe). Powierzchniowe elektrody EMG zostają przymocowane do 6 głównych grup mięśniowych każdej nogi, w tym do mięśnia prostego uda, mięśnia półścięgnistego, mięśnia obszernobocznego, mięśnia piszczelowego przedniego, mięśnia płaszczowatego oraz mięśnia brzuchatego łydki (Noraxon, Scottsdale, Arizona)
- Badany zaczyna iść na bieżni z prędkością 0,1 m/s. Prędkość jest zwiększana co 2 minuty o 0,1 m/s.
- Test zostaje przerwany w trzech przypadkach:
- zmęczenie wolicjonalne
- niestabilność chodu
- zgodnie z wytycznymi American College of Sports Medicine (ACSM) 9
- skala odczuwanego wysiłku = 20
- tętno w granicach 10 uderzeń od przewidywanego maksimum
- iloraz wymiany oddechowej = 1,15
- Maksymalna prędkość utrzymana przez co najmniej 1 min zostaje zapisana jako szczytowa prędkość na bieżni.
Kinematyka chodu
Podczas chodzenia na bieżni za pomocą systemu analizy ruchu (Motion Analysis, Santa Rosa, CA) ocenia się wiele parametrów kinematycznych, w tym maksymalny zakres ruchu, maksymalną prędkość oraz zmienność. Spójność koordynacji wewnątrzkończynowej między stawami biodrowym a kolanowym jest określana poprzez obliczenie średniego współczynnika zgodności (ACC; 10). ACC wykorzystuje technikę kodowania wektorowego do analizy kątów stawu biodrowego i kolanowego w płaszczyźnie strzałkowej na wykresie kąt-kąt.
- Kamery do przechwytywania ruchu są kalibrowane zgodnie z zaleceniami producenta przed każdym użyciem. Podczas zbierania danych, próbkowanie odbywa się z częstotliwością 100 Hz z 6 kamer.
- W trybie offline dane z przechwytywania ruchu są ręcznie śledzone w celu zapewnienia dokładności, a do analizy izolowana jest epoka obejmująca co najmniej 10 cykli kroków przy najwyższej prędkości uzyskanej przed lub po podaniu SSRI.
- Cykl chodu jest normalizowany do wartości procentowej od uderzenia pięty do uderzenia pięty i interpolowany przy użyciu funkcji sklejanej sześciennej dla kątów w stawie biodrowym i kolanowym.
- Konstruowany jest wykres zależności kąta w stawie biodrowym od kąta w stawie kolanowym (Rycina 3a).
- Oblicza się średni cosinus i sinus kąta w stawie biodrowym (x) i kolanowym (y), odpowiednio znormalizowane do długości wektora (l) dla każdego odstępu między klatkami, uśredniając wyniki dla wszystkich kroków wyizolowanych do analizy (Równanie 1-2).
Równanie #2
Równanie #3
- Wektor średni dla każdego przedziału między klatkami oblicza się, wykorzystując średnie wartości sinusa i cosinusa między klatkami dla wszystkich kroków wyodrębnionych do analizy (Równanie 3).
Równanie nr 4
- Wektor średni (a) reprezentuje ciągłą zmienność zmian w odstępach między klatkami lub spójność koordynacji wewnątrzkończynowej między stawami biodrowymi a kolanowymi w wielu cyklach kroku (Równanie 4). Gdy a=1, cykl jest w pełni spójny, a wartości mniejsze od 1 wskazują na stopniowo zmniejszającą się spójność wewnątrzkończynową między krokami (Rycina 3b).
Równanie nr 5
Aktywność mięśni podczas chodzenia
Aktywność mięśni podczas chodu jest ilościowo określana za pomocą sygnałów EMG.
- W celu rejestracji odpowiedzi EMG, sygnały EMG są filtrowane sprzętowo w zakresie 20-450 Hz i próbkowane z częstotliwością 1000 Hz przy jednoczesnej synchronizacji z danymi z systemu przechwytywania ruchu.
- W analizie offline sygnały są poddawane filtracji pasmowysokiej przy 30 Hz w celu usunięcia artefaktów ruchowych, następnie poddawane pełnowymiarnej prostowaniu oraz filtracji pasmowoniskiej przy 20 Hz za pomocą rekurencyjnego filtru Butterwortha 4go rzędu w celu utworzenia obwiedni liniowej. Wygładzone sygnały EMG są normalizowane do procentowego cyklu chodu i uśredniane z co najmniej 10 kroków wykonanych z największą prędkością uzyskaną przed lub po podaniu SSRI.
- Wartości normatywne aktywności mięśniowej są ustalane na podstawie bazy danych zdrowej grupy kontrolnej w celu określenia normatywnych czasów włączenia (on times) i wyłączenia (off times). Poniższa tabela przedstawia normatywną aktywność 6 mięśni w całym cyklu chodu.
- Normatywne czasy włączenia i wyłączenia dla każdego mięśnia są naniesione na sygnały EMG zarejestrowane u badanego. Oblicza się całkę obszaru czasu włączenia oraz czasu wyłączenia. Wskaźnik spastyczności (SI) jest obliczany zgodnie z równaniem 5 11. Reprezentatywne wyniki przedstawiono na rysunku 3c.
Równanie nr 6
Pomiary metaboliczne podczas poruszania się
Wydolność krążeniowo-oddechową/metaboliczną ocenia się za pomocą pomiarów szczytowego poboru tlenu (VO2peak; mL/kg/min) podczas stopniowanego testu na bieżni z wykorzystaniem przenośnego systemu metabolicznego K4b2 (Cosmed USA Inc., Chicago IL).
- System metaboliczny jest kalibrowany zgodnie z zaleceniami producenta i mocowany do pacjenta.
- Pomiary bazowe VO2 są wykonywane w pozycji siedzącej przez minimum 2 min, a następnie ponownie w pozycji stojącej przez minimum 2 min. Do synchronizacji zdarzeń wykorzystuje się wewnętrzny znacznik sterowany przez użytkownika w systemie metabolicznym.
- Podczas marszu na bieżni zbierane są dane VO2, przy czym eksperymentator nanosi ręczne znaczniki przy każdym zwiększeniu prędkości (co 2 min).
- Po zakończeniu testu na bieżni dane są pobierane na komputer osobisty w celu dalszej analizy.
- Dane VO2 są analizowane poprzez wyciągnięcie średniej z ostatniej minuty każdego 2-minutowego etapu prędkości, a następnie naniesione na wykres dla każdej prędkości (Rysunek 3d).
Rysunek 1. Po doustnym podaniu SSRI osobie z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) w zakresie funkcji motorycznych stwierdzono istotne zmiany w klinicznych wskaźnikach aktywności ruchowej. Obie miary mimowolnej aktywności odruchowej, mAsh (A) oraz SCATS (B), wzrosły w różnym stopniu, co sugeruje, że dwie te skale kliniczne mogą obrazować odmienne aspekty nasilonej aktywności mimowolnej. (C) Dodatkowo, po podaniu SSRI zaobserwowano klinicznie wykrywalne zmiany w sile wolicjonalnej.
Rycina 2. Po podaniu doustnym SSRI u osoby z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) w obszarze ruchowym obserwuje się istotne zmiany w ilościowych statycznych pomiarach aktywności ruchowej. (A) Po podaniu SSRI w odpowiedzi na powtarzalne rozciąganie zginaczy podeszwowych obserwuje się zwiększony i przedłużony moment obrotowy zgięcia podeszwowego stawu skokowego oraz zwiększoną aktywność EMG. Po podaniu SSRI stwierdzono zwiększony moment obrotowy izometryczny. Co ciekawe, po podaniu SSRI deficyt aktywacji jest mniejszy (większy CAR), co wskazuje na to, że osoba ta jest w stanie pełniej aktywować mięśnie podczas maksymalnego skurczu dobrowolnego po podaniu SSRI.
Rysunek 3. Po podaniu doustnym SSRI osobie z niepełnym uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) z deficytami motorycznymi występują zmiany w ilościowych dynamicznych parametrach aktywności ruchowej. Analiza zmienności kinematyki biodra i kolana (A) podczas chodu z wykorzystaniem akcelerometrii (ACC) (B) wykazuje zwiększoną spójność po zastosowaniu leku SSRI; pomiary przed i po podaniu wykonano przy prędkości 0,7 m/s. (C) Analiza aktywności EMG kończyn dolnych podczas chodu wykazuje zwiększenie nieprawidłowego czasu aktywacji mięśni po podaniu leku SSRI; pomiary przed i po podaniu wykonano przy prędkości 0,7 m/s. (D) Analiza parametrów metabolicznych podczas chodu wykazuje umiarkowany wzrost zużycia O2 podczas stopniowanego testu na bieżni po podaniu SSRI.
| Stopień | (Wynik porządkowy) | Kryteria |
| 0 | (0) | brak wzrostu napięcia mięśniowego |
| 1 | (1) | lekki wzrost napięcia mięśniowego, objawiający się zjawiskiem „złapania i zwolnienia” (catch and release) lub minimalnym oporem na końcu zakresu ruchu podczas zginania lub prostowania dotkniętej części ciała |
| 1+ | (2) | lekki wzrost napięcia mięśniowego, objawiający się przeskoczeniem, po którym następuje minimalny opór w pozostałej części (mniej niż połowie) zakresu ruchu (ROM) |
| 2 | (3) | bardziej wyraźny wzrost napięcia mięśniowego w większości zakresu ruchu (ROM), lecz dotknięte części ciała są łatwo przemieszczalne |
| 3 | (4) | znaczny wzrost napięcia mięśniowego, utrudzony ruch bierny |
| 4 | (5) | dotknięta część (części) sztywna w zgięciu lub wyproście |
Tabela 1: Ocena mAsh, zmodyfikowana na podstawie 12
| Stopień | Kryteria | ||
| Zginacz | Prostownik | Klonus | |
| 0 | brak reakcji | brak reakcji | brak reakcji |
| 1 | zakres ruchu w zgięciu w stawie kolanowym i biodrowym lub wyproście palucha mniejszy niż 10° | aktywność utrzymuje się krócej niż 3 sekundy | klonus utrzymuje się krócej niż 3 sekundy |
| 2 | zgięcie w stawie kolanowym i biodrowym od 10° do 30° | aktywność utrzymuje się od 3 do 10 sekund | klonus utrzymuje się od 3 do 10 sekund |
| 3 | zgięcie w stawie kolanowym i biodrowym wynoszące 30° lub więcej | aktywność utrzymuje się dłużej niż 10 sekund | klonus utrzymuje się dłużej niż 10 sekund |
Tabela 2: Punktacja SCATS, zmodyfikowana na podstawie 13
| Stopień | Kryteria |
| 0 | Nie odnotowano widocznych ani wyczuwalnych skurczów mięśni |
| 1 | Odnotowuje się każdy widoczny lub wyczuwalny mięsień |
| 2 | Mięsień jest w stanie poruszyć, przynajmniej raz, część kończyny, do której jest przyczepiony, w pełnym zakresie ruchu w pozycji, w której wyeliminowano wpływ grawitacji |
| 3 | Mięsień jest w stanie poruszyć, przynajmniej raz, część kończyny, do której jest przyczepiony, w pełnym zakresie ruchu w pozycji, w której należy pokonać siłę grawitacji |
| 4 | Mięsień jest w stanie wykonać funkcję opisaną dla stopnia 3 i jest w stanie stawiać pewien opór przeciwko siłom badacza |
| 5 | Według oceny badającego mięsień jest w stanie stawiać prawidłowy opór przeciwdziałający wysiłkom badającego |
Tabela 3: Punktacja LEMS
| Mięsień | Procent cyklu chodu | |
| Włączony | Wyłączone | |
| RF | 0-30 i 55-75 | 30-55 oraz 75-100 |
| VL | 0-30 oraz 55-75 oraz 95-100 | 30–55 i 75–95 |
| MH | 0-25 i 65-100 | 25-65 |
| MG | 5-55 | 0-5 i 55-100 |
| SOL | 5-55 | 0-5 oraz 55-100 |
| TA | 0-15 | 15-100 |
Tabela 4: Normatywne czasy włączenia i wyłączenia mięśni kończyn dolnych podczas chodu
Dyskusja
W tej demonstracji wideo przedstawiono metody oceny zmian w aktywności odruchowej, sile dowolnej oraz zdolnościach ambulatoryjnych po doraźnym doustnym podaniu SSRI u ludzi z urazami rdzenia kręgowego (SCI). Ten zestaw ocen wykazuje, że pomimo wzrostu tzw. nieprawidłowej aktywności odruchowej po doraźnym podaniu SSRI, u osób z SCI zaobserwowano poprawę siły dowolnej, przy jednoczesnych jedynie niewielkich zmianach w zdolnościach lokomocyjnych. U tych pacjentów efekty nasilonej spastyczności nie wydają się mieć negatywnego wpływu na funkcje ambulatoryjne. Ponadto poprawa zdolności chodzenia może być bardziej wyraźna u osób z urazami w fazie ostrej. W ramach kontynuacji badań stosuje się podobne oceny ilościowe i kliniczne w celu określenia skuteczności łączenia SSRI z intensywnymi interwencjami fizycznymi, co było stosowane w zwierzęcych modelach SCI. Dzięki solidnym podstawom teoretycznym, opartym na wieloletnich oraz nowszych badaniach z zakresu nauk podstawowych, metody te mogą pomóc w przeniesieniu takich informacji na populację kliniczną i mogą zakwestionować niektóre z tradycyjnych protokołów stosowanych w praktyce klinicznej w celu zwiększenia regeneracji funkcjonalnej u osób z SCI.
Oświadczenia
Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.
Podziękowania
NIH R21NS42516 dla TGH
Craig H Nielsen Foundation Grant 83860 dla TGH
NIDRR-RRTC.
Stypendium doktorskie APTA dla CKT
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Dynamometr izokinetyczny | Biodex | System 3 z zestawem narzędzi Rehab Toolkit | |
| System EMG | Delysis | Bagnoli 2.1 | |
| System EMG | Noraxon | Mayosystem 1400a | |
| Analizator metaboliczny | ConMed | K4B2 | |
| Przetwornik siły | ATI | Theta | |
| Bieżnia z pomiarem sił | Bertek Pharmaceuticals | FIT | |
| System analizy ruchu | Motion Analysis Corp. | Eagle 3 |
Bibliografia
- Miller, J. F., Paul, K. D., Rymer, W. Z., Heckman, C. J. 5-HT1B/1D agonist CGS-12066B attenuates clasp knife reflex in the cat. J Neurophysiol. 74, 453-456 (1995).
- Gimenez y Ribotta, M. Kinematic analysis of recovered locomotor movements of the hindlimbs in paraplegic rats transplanted with monoaminergic embryonic neurons. Ann N Y Acad Sci. 860, 521-523 (1998).
- Landry, E. S., Guertin, P. A. Differential effects of 5-HT1 and 5-HT2 receptor agonists on hindlimb movements in paraplegic mice. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 28, 1053-1060 (2004).
- Liu, J., Jordan, L. M. Stimulation of the parapyramidal region of the neonatal rat brain stem produces locomotor-like activity involving spinal 5-HT7 and 5-HT2A receptors. J Neurophysiol. 94, 1392-1404 (2005).
- Fong, A. J. Spinal cord-transected mice learn to step in response to quipazine treatment and robotic training. J Neurosci. 25, 11738-11747 (2005).
- Murray, K., Nakae, A., Stephens, M. J., Rank, M., D Amico, J., Harvey, P., Li, X., Harris, L., Ballou, E. W., Anelli, R., Heckman, C. J., Mashimo, T., Vavrek, R., Sanelli, L., Gorassini, M. A., Bennett, D. J., Fouad, K. Recovery of motoneuron and locomotor function after chronic spinal cord injury depends on constitutive activity in 5-HT2C receptors. Nature Medicine. , Forthcoming (2010).
- Pariente, J. Fluoxetine modulates motor performance and cerebral activation of patients recovering from stroke. Ann Neurol. 50, 718-729 (2001).
- Hornby, T. G., Lewek, M. D., Thompson, C. K., Heitz, R. Repeated maximal volitional effort contractions in human spinal cord injury: initial torque increases and reduced fatigue. Neurorehabil Neural Repair. 23, 928-938 (2009).
- ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription. , 6th edn, Lippincott, Williams & Wilkins. (2000).
- Lewek, M. D. Allowing intralimb kinematic variability during locomotor training poststroke improves kinematic consistency: a subgroup analysis from a randomized clinical trial. Phys Ther. 89, 829-839 (2009).
- Fung, J., Barbeau, H. A dynamic EMG profile index to quantify muscular activation disorder in spastic paretic gait. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 73, 233-244 (1989).
- Bohannon, R. W., Smith, M. B. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther. 67, 206-207 (1987).
- Benz, E., TG, H. ornby, RK, B. ode, Scheidt, R. A., Schmit, B. D. A physiologically based clinical measure for spastic reflexes in spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil. 86, 52-59 (2005).
Przedruki i uprawnienia
