Methoden zur pharmakologisch induzierten Veränderungen der motorischen Funktion in Human Unvollständige SCI Quantify

Zur Beurteilung der Auswirkungen der akuten oralen Verabreichung eines SSRI (10 mg Escitalopram Oxalat, Lexapro, Forest Pharmaceuticals, Inc.) auf die motorische Aktivität bei Menschen mit motorischen unvollständige SCI, eine doppelt verblindete, randomisierte, Placebo-kontrollierte Crossover-Design eingesetzt wird. Als Teil der Einschlusskriterien werden die Probanden benötigt, um eine 14-tägige Auswaschphase für alle Antidepressiva, Anti-spastische Medikamente und andere Medikamente mit bekannten Wechselwirkungen, die SSRIs zu unterziehen. Zwei Stunden wird für jede der experimentellen Protokollen erforderlich, bestehend aus klinischen, quantitative statische und dynamische quantitative Einschätzungen. Ein 4,5 Stunden Verspätung nach Medikamentengabe (time to Peak-Plasmakonzentration) 7 gegeben. Die Themen sind nach Medikamentengabe erneut getestet mit einem identischen Versuchsanordnung und Paradigmenwechsel in der Vor-Medikamente testen beschäftigt. Nach Pre-und Post-Tests der ersten Medikation (SSRI oder Placebo), ein Minimum von 7 Tagen trennt die beiden Testbedingungen (Halbwertszeit von Agenten ist ca. 27 Uhr). Teil 1: Klinische Prüfungen Modifizierte Ashworth Spastik des Quadrizeps und Muskelfaserriss Muskelgruppen wird unter Verwendung der modifizierten Ashworth-Skala (Maische). Das Individuum ist in Rückenlage auf gepolsterte Matte gelegt. Spastische Reflexe sind auf einer Skala 0-4, bestehend aus ganzen Zahlen neben einer '1 + 'grade eingestuft. Die Kriterien zur Einstufung basiert auf der unten stehenden Tabelle (Tabelle 1). Um zu beurteilen, Quadrizeps Spastik, ist das Bein des Patienten aus der Matte angehoben und vollständig durch die Unterstützung unter den Oberschenkel und Knöchel erweitert, mit kontralateralen Bein gestreckt. Eine Strecke ist der Quadrizeps durch rege passive Flexion über das Kniegelenk zur Verfügung gestellt. Die Resonanz auf Strecke ist in Übereinstimmung mit der folgenden Skala quantifiziert. Um zu beurteilen, Muskelfaserriss Spastik, ist das Bein des Patienten aus der Matte angehoben und vollständig gebeugt durch die Unterstützung unter die Hüfte und Sprunggelenk, mit kontralateralen Bein gestreckt. Eine Strecke ist, die Oberschenkel, indem sie regen passive Verlängerung über das Kniegelenk zur Verfügung gestellt. Die Resonanz auf Strecke ist in Übereinstimmung mit der folgenden Skala quantifiziert. Rohwerte sind eine ordinale Skala umgerechnet und addiert bilateral zu einem Verbund Punktzahl gewinnen. Rückenmark Assessment-Tool für spastische Reflexe Die Höhe oder Dauer der flexor Krämpfe, Streckerspasmen und Klonus wird unter Verwendung des Spinal Cord Assessment Tool für spastische Reflexe (Kot) Das Individuum ist in Rückenlage auf gepolsterte Matte gelegt. Spastische Reflexe sind auf einer Skala 0-3 mit ganzen Zahlen sortiert. Die Kriterien zur Einstufung sind auf die nachstehende Tabelle (Tabelle 2). Um zu beurteilen, flexor Krämpfe, sind beide Beine voll mit dem Patienten die Schuhe und Socken entfernt verlängert. Ein Nadelstich ist für 1 Sekunde, um den medialen Bogen des Subjekts Fuß angewendet. Das Ausmaß der Bewegung der großen Zehe, Knie und Hüfte in Übereinstimmung mit der folgenden Skala quantifiziert. Um zu beurteilen, Streckerspasmen wird das Bein in 90 ° Hüftbeugung und 110 ° Knieflexion unterstützt, mit kontralateralen Bein gestreckt. Aus dieser Position das Bein kräftig erweitert und legte sich auf die Matte ausruhen. Die Dauer des sichtbaren quadriceps Aktivität, durch überlegene Patella Verschiebung bemerkt, ist in Übereinstimmung mit der folgenden Skala quantifiziert. Um zu beurteilen, Klonus, ist die untere Bein leicht von der Matte gehoben und das Sprunggelenk in neutral bis leicht Plantarflexion gelegt, mit kontralateralen Bein gestreckt. Eine Strecke, die Plantarflexoren über rege passive Dorsalflexion des Sprunggelenks geliefert. Die Dauer der klonischen Platzen ist in Übereinstimmung mit der folgenden Skala quantifiziert. Scores sind innerhalb und zwischen den Beinen summiert, um einen zusammengesetzten Score zu erhalten. Untere Extremität Motor-Score Die Fähigkeit, für ein Individuum, willentlich Vertrag Muskeln in Übereinstimmung mit Myotomen wird anhand der ASIA unteren Extremitäten Motor Score (LEMS). Das Individuum ist in Rückenlage auf gepolsterte Matte gelegt. Stärke beruht auf einer 0-5 Skala mit ganzen Zahlen sortiert. Die Kriterien zur Einstufung sind auf die nachstehende Tabelle (Tabelle 3). Die Hüftbeuger (L2 Myotom) werden, indem der Patient versucht, hip aus der Rückenlage flex beurteilt und manuellen Widerstand wird als notwendig zur Verfügung gestellt. Wenn der Patient nicht in vollem Umfang gegen die Schwerkraft zu bewegen, die Hüfte ist nach außen gedreht, um die Auswirkungen der Schwerkraft und Hüftbeugung verringern wird erneut versucht. Die Kniestrecker (L3 Myotom) werden, indem der Patient versuchen, Knie aus einer Position flex verlängern, Schwenken um die Prüfer des Unterarms und des manuellen Widerstand ist notwendig, sofern beurteilt. Wenn der Patient nicht in vollem Umfang gegen die Schwerkraft zu bewegen, wird die Hüfte nach außen gedreht, um die e verringernUSWIRKUNGEN der Schwerkraft und Kniestreckung wird erneut versucht. Der Knöchel Dorsalflexoren (L4 Myotom) werden, indem der Patient versuchen, Dorsalflexion Knöchel mit gestrecktem Bein, manuelle Widerstandseinstellung wie nötig zur Verfügung gestellt beurteilt. Wenn der Patient nicht voll bewegen Knöchel gegen die Schwerkraft, die Hüfte ist nach außen gedreht, um die Auswirkungen der Schwerkraft und Knöcheldorsalflexion verringern wird erneut versucht. Der große Zehenextensoren (L5 Myotom) werden, indem der Patient versucht, die Großzehe mit dem Bein zu verlängern erweitert und das Sprunggelenk Plantarflexion, manuelle Widerstand notwendig ist, zur Verfügung gestellt beurteilt. Wenn der Patient nicht voll bewegen Zeh gegen die Schwerkraft, die Hüfte ist nach außen gedreht, um die Auswirkungen der Schwerkraft und der großen Zehe Erweiterung verringern wird erneut versucht. Der Knöchel plantarflexiors (S1 Myotom) werden, indem der Patient versuchen, Plantarflexion mit dem Bein mit manueller Widerstand ist notwendig, sofern erweitert beurteilt. Wenn der Patient nicht in der Lage bis zu den Knöcheln durch die vollständige Reihe mit dem Widerstand zu bewegen, sind die Hüfte und Knie gebeugt, um die Fußsohle des Fußes auf der Matte, und der Patient wird gebeten, Platz zu erheben auf ihren Zehen. Wenn Patient nicht in vollem Umfang erheben auf ihren Zehen, die Hüfte ist nach außen gedreht, um die Auswirkungen der Schwerkraft und Plantarflexion zu vermindern ist erneut versucht. Untere Extremität Motor-Score ist, indem für jede Muskelgruppe bilateral berechnet. Teil 2: Quantitative statische Prüfungen Geschwindigkeitsabhängige Dehnungsreflex Mit isokinetischen Dynamometer zusätzlich zu Elektromyographie (EMG), kann eine genaue Strecke aufgebracht werden und eine quantitative Reaktion beurteilt werden kann. Das Individuum ist bequem in Prüfgerät sitzt (Biodex System 3, Shirley, New York) Oberflächen-EMG sind die soleus und gastrocnemius medial angelegt. Leg ist Fußplatte gekoppelt mit einem 6 Freiheitsgraden Wägezelle (ATX Industrial Automation, Apex, NC) und Sprunggelenk Achse in die Mitte der Wägezelle ausgerichtet ist angebracht. Wenn der Patient entspannt, einzelne oder mehrere Strecken in Dorsalflexion (DF) oder Plantarflexion (PF) sind bei verschiedenen Drehzahlen, darunter 5, 30, 60 und 120 Grad / Sek angewendet Zur Quantifizierung Drehmoment Antwort, sind Drehmoment-Signale bei 200 Hz gefiltert, abgetastet bei 1000 Hz und synchronisiert mit EMG-Daten. Passive und Schwerkraft Drehmomente von der langsamen Strecke Störungen (5 ° / sec) erhalten und subtrahiert die schnelle erstreckt sich bis zum Reflex zu berechnen. Streckt segmentiert für jedes DF und PF Ausflugs, minimale und maximale Drehmomente werden identifiziert, und ein maximales Drehmoment ergibt sich als Differenz der Werte definiert. Zur Quantifizierung EMG Reaktion werden EMG-Signale bei 20-450Hz gefiltert, abgetastet bei 1000 Hz, mit Drehmoment-Daten synchronisiert. Das Signal wird gleichgerichtet und geglättet bei 10 Hz Low-Pass mit einem 4-ter Ordnung rekursive Butterworth-Filter, und das Gebiet des geglätteten Signals ist für Agonist und Antagonist für alle Ausflüge berechnet. Für Störungen, ist EMG häufig vorhanden nach Beendigung der Bewegung während der letzten Halteposition. Integrierte EMG-Bereich wird berechnet, ausgehend vom Beginn des letzten gemeinsamen Rotation bis in die Haltephase für bis zu 3 Sekunden. Isometrische Kraft Eine genaue Quantifizierung der willentlichen Festigkeit erhalten mit einem isokinetischen Dynamometer werden. Das Individuum ist bequem in Prüfgerät sitzt. Oberflächen-EMG sind zu 6 großen Muskelgruppen des jeweiligen Beines einschließlich rectus femoris, medial hamsting, vastus lateralis, M. tibialis anterior, soleus und gastrocnemius medialis (Delsys 2,1, Boston, MA) angebracht. Leg ist Fußplatte gekoppelt mit einem 6 Freiheitsgraden Wägezelle und Kniegelenksachse in die Mitte der Wägezelle ausgerichtet ist angebracht. Wenn der Patient entspannt, wird der Patient angewiesen, um eine maximale Kraft zu erzeugen. Um sicherzustellen, maximale willentliche Kraft Produktion, ist kräftig verbale Ermutigung des Patienten durch die Experimentatoren zur Verfügung gestellt. Bis 3 "x 5" selbstklebend, Gelplatte anregend, wenn das Drehmoment zu sinken beginnt, ist super maximal Anreiz für die Agonisten (S48 Grass, West Warwick, RI 10 Impulse, 600 us Dauer, 100 Hz, 135 V) geliefert Elektroden (ConMed Corp, Utica, NY). Drehmoment-und EMG werden gesammelt und aufbereitet, wie in der geschwindigkeitsabhängige Strecke (Schritt 2). Offline Zur Quantifizierung maximales Drehmoment Reaktion ist das maximale Drehmoment des geglätteten Signals gefunden. Maximale Drehmoment als das mittlere Drehmoment produziert ± 50ms maximales Drehmoment definiert. Zur Quantifizierung EMG Antwort ist maximal EMG als das durchschnittliche Signal 0 bis 100 ms vor dem maximalen Drehmoment berechnet. Zur Quantifizierung Defizite in willentliche Aktivierung wird die zentrale Aktivierung Verhältnis mit Gleichung 1 berechnet. In dieser Gleichung T freiwilligen bezieht sich auf die freiwillige Drehmoment produced 100 ms, bevor die elektrische Stimulation und Telectrical bezieht sich auf die Spitze elektrisch ausgelöst Drehmoment. 8 Gleichung Nr. 1 Teil 3: Quantitative dynamische Bewertungen Peak-Laufband Geschwindigkeit Functional Gehfähigkeit wird mit Hilfe eines abgestuften Laufband-Test auf dem Laufband Geschwindigkeit zu erhalten. Das Motiv ist auf dem Laufband (Bertec, Columbus, OH) mit einem Overhead-Sicherheitsgurt, dass nicht einschränkt Bewegung und bietet keine Körpergewicht Unterstützung gesichert. Ein Pulsmesser ist angebracht. Eine reflektierende Marker gesetzt wird mittels der modifizierten Cleveland Clinic Vorlage (32 reflektierende Marker). Oberflächen-EMG sind zu 6 großen Muskelgruppen des jeweiligen Beines einschließlich rectus femoris, medial hamsting, vastus lateralis, M. tibialis anterior, soleus und medialen gastrocnemious (Noraxon, Scottsdale, Arizona) angebracht Das Thema beginnt auf dem Laufband bei 0,1 m / s. Spaziergang Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit erhöht alle 2 Minuten um 0,1 m / s. Der Test wird unter 3 Bedingungen beendet Volitionale Müdigkeit Gangunsicherheit In Übereinstimmung mit American College of Sports Medicine (ACSM) Leitlinien 9 Bewertung der wahrgenommenen Anstrengung = 20 Herzfrequenz innerhalb von 10 Schlägen der vorhergesagten maximalen Respiratory Umtauschverhältnis = 1,15 Maximale Geschwindigkeit für mindestens 1 min erreicht, wird als Höhepunkt Laufband Geschwindigkeit aufgezeichnet. Gait Kinematik Während Laufband mehrere kinematische Maßnahmen, einschließlich, sind peak Bewegungsumfang, Spitzengeschwindigkeit und Variabilität beurteilt mittels Motion-Capture-System (Motion Analysis, Santa Rosa, CA). Die Konsistenz der intralimb Koordination zwischen den Hüft-und Kniegelenken wird durch Berechnung des durchschnittlichen Koeffizienten von Korrespondenz (, 10 ACC) quantifiziert. Das ACC nutzt einen Vektor-Codierung Technik, um die sagittale-Ebene Hüft-und Kniewinkel auf einem Winkel-Winkel-Plot zu analysieren. Motion Capture-Kameras sind pro Empfehlungen des Herstellers vor jeder Benutzung kalibriert. Während der Datensammlung, die Daten bei 100 Hz von 6 Kameras abgetastet. Offline, das Motion-Capture-Daten manuell für die Richtigkeit und eine Epoche von mindestens 10 Schritt Zyklen bei nüchternen Geschwindigkeit in entweder vor der Post SSRI erhalten nachverfolgt werden für die Analyse isoliert. Gangzyklus ist Prozent von der Ferse zu Ferse normalisiert und interpoliert mit einem kubischen Spline sowohl für die Hüfte und das Knie Winkel. Hip Knie Winkel-Winkel-Diagramm aufgebaut ist (Abbildung 3a). Die durchschnittliche Cosinus und Sinus der Hüfte (x) und Knie (y), um Vektor-Länge (l) bzw. für jeden Frame-to-Frame-Intervall über alle Schritte für die Analyse (Gleichung 1-2) isoliert berechnet normalisiert. Gleichung # 2 Gleichung # 3 Der mittlere Vektor für jeden Frame-to-Frame-Intervall berechnet sich die durchschnittliche Frame-to-frame Sinus-und Cosinus-Werte über alle Schritte für die Analyse (Gleichung 3) isoliert. Gleichung Nr. 4 Der mittlere Vektor (a), stellt die kontinuierliche Variabilität der Veränderungen in der Frame-to-Frame-Intervall oder die Konsistenz der intralimb Koordination zwischen den Hüft-und Kniegelenke über mehrere Zyklen Schritt (Gleichung 4). Wenn a = 1 des Zyklus und ganz im Einklang mit den Werten von weniger als 1 anzeigt, immer weniger intralimb Konsistenz zwischen den Schritten (Abbildung 3b). Gleichung # 5 Muskelaktivität beim Gehen Muskelaktivität während des Gehens wird unter Verwendung EMG-Signale. Zum Sammeln EMG Antworten werden EMG-Signale Hardware bei 20-450Hz gefiltert, abgetastet bei 1000 Hz, während mit Motion-Capture-Daten synchronisiert. Off Line werden die Signale Hochpass bei 30Hz gefiltert, um Bewegung Artefakt zweiweggleichgerichtet und tiefpassgefiltert bei 20 Hz mit einem 4-ter Ordnung rekursive Butterworth auf eine lineare Hülle zu schaffen. Entfernen Smoothed EMG-Signale werden auf die prozentuale Gangzyklus normiert und gemittelt zwischen mindestens 10 Schritte in der nüchternen Geschwindigkeit in entweder vor der Post SSRI erhalten. Normative Werte der Muskelaktivität, werden ausschließlich über eine Datenbank von gesunden Kontrollen, um normative über Zeiten und Off-Zeiten zu etablieren. Die nachstehende Tabelle zeigt die normative Tätigkeit der 6 Muskeln im ganzen Gang cycle. Normative Zeit-und Off-Zeiten für jeden Muskel auf der EMG-Signale von der Person erhoben überlagert. Die integrierte Bereich der Zeit-und Aus-Zeit berechnet werden. Die Spastik-Index (SI) ist durch Gleichung 5 11 berechnet. Repräsentative Ergebnisse sind in Abbildung 3c gezeigt. Gleichung # 6 Metabolic-Aufnahmen beim Gehen Kardiorespiratorische / metabolische Kapazität wird sich mit Hilfe der maximale Sauerstoffaufnahme (VO2 peak, ml / kg / min) während abgestuft Laufband-Test mit K4b2 portable metabolischen Systems (Cosmed USA Inc., Chicago IL). Stoffwechsel ist im Einklang mit den Empfehlungen des Herstellers kalibriert und angebracht zu Patient. Baseline-Messungen von VO2 sind in einer sitzenden Position für ein Minimum von 2 Minuten und dann wieder in eine stehende Position für ein Minimum von 2 min erreicht. Ein interner Benutzer gesteuert Markierung auf das metabolische System wird verwendet, um Ereignisse zu synchronisieren. Beim Gehen auf dem Laufband die VO2 ist mit manueller Marken durch den Experimentator mit einem Anstieg in der Geschwindigkeit (alle 2 min) eingeholt. Nach dem Laufband testen, werden die Daten auf einen PC zur weiteren Analyse heruntergeladen. VO2 Daten wird durch Mittelung der letzten Minute jeder 2 Minuten Geschwindigkeit Epoche analysiert und dargestellt für jede Drehzahl (Abbildung 3d). Abbildung 1. Nach oraler Gabe von SSRI in ein Individuum mit Motor unvollständige SCI gibt es bemerkenswerte Veränderungen in der klinischen Maßnahmen der motorischen Aktivität. Beide Maßnahmen unfreiwilliger Reflex-Aktivität, Maische (A) und Kot (B) in unterschiedlichem Ausmaß erhöht, was auf die zwei klinischen Skalen kann der Aufnahme eines anderen Aspekt des erweiterten unfreiwillige Tätigkeit. (C) Darüber hinaus sind klinisch nachweisbaren Veränderungen in willentliche Stärke folgenden SSRI Verabreichung beobachtet. Abbildung 2. Nach oraler Gabe von SSRI in ein Individuum mit Motor unvollständige SCI gibt es bemerkenswerte Veränderungen in quantitative statische Maßnahmen der motorischen Aktivität. (A) Augmented und längerer Plantarflexion Drehmoment und EMG sind eine Reaktion auf die wiederholte der Plantarflexoren folgenden SSRI Verabreichung beobachtet. Erhöhte isometrische Drehmoment folgenden SSRI Verwaltung gesehen. Interessanterweise gibt es weniger Aktivierung Defizit (größer CAR) nach SSRI-Administration unter Angabe der einzelnen in der Lage ist, sich stärker zu aktivieren ihre Muskulatur während einer maximalen willentlichen Kontraktion folgenden SSRI Verwaltung. Abbildung 3. Nach oraler Gabe von SSRI in ein Individuum mit Motor unvollständige SCI gibt es Änderungen in der quantitativen dynamischen Maßnahmen der motorischen Aktivität. Analysen der Variabilität der Hüft-und Knie-Kinematik (A) beim Gehen mit ACC (B) zeigt, dass es eine erhöhte Konsistenz folgenden SSRI-Therapie werden sowohl Pre-und Post Maßnahmen bei 0,7 m / s. (C) Analyse der unteren Extremität EMG-Aktivität beim Gehen eine Erhöhung der unrechtmäßigen Zeitpunkt der Muskelaktivität folgenden SSRI-Therapie zeigt, sind sowohl Pre-und Post Maßnahmen bei 0,7 m / s. (D) Analyse der metabolischen Parameter beim Gehen zeigt einen leichten Anstieg in O2-Verbrauch während der abgestuften Laufband-Test nach SSRI-Administration. Klasse (Ordinal-Score) Criteria 0 (0) keine Erhöhung des Muskeltonus 1 (1) leichte Erhöhung des Muskeltonus, durch einen catch and release oder durch minimalen Widerstand am Ende der Beweglichkeit manifestiert, wenn die betroffenen Teil (e) in Beugung oder Streckung bewegt wird 1 + (2) leichte Erhöhung des Muskeltonus, der durch einen catch manifestiert, von minimalem Widerstand während der Rest (weniger als die Hälfte) der ROM gefolgt 2 (3) Weitere deutliche Zunahme des Muskeltonus durch die meisten der ROM, aber betroffenen Teil (e) leicht verschoben 3 (4) erhebliche Erhöhung des Muskeltonus, passive Bewegung schwierig 4 (5) <td> betroffenen Teil (e) starr in Beugung oder Streckung Tabelle 1: Maische Scoring, ab 12 Modified Klasse Criteria Flexor Extensor Klonus 0 keine Reaktion keine Reaktion keine Reaktion 1 weniger als 10 ° der Exkursion in Flexion im Knie-und Hüft-oder Extension der Großzehe Aktivität ist weniger als 3 Sekunden gehalten Klonus ist weniger als 3 Sekunden gehalten 2 10 ° bis 30 ° Beugung im Knie und Hüfte Aktivität besteht zwischen 3 und 10 Sekunden Klonus besteht zwischen 3 und 10 Sekunden 3 30 ° oder mehr von Knie-und Hüftbeugung Aktivität, die länger als 10 Sekunden Klonus länger als 10 Sekunden Tabelle 2: Scats Scoring, ab 13 Modified Klasse Criteria 0 Keine sichtbare oder tastbare Muskelkontraktion beachten 1 Jede sichtbare oder tastbare Muskelkontraktion wird darauf hingewiesen, 2 Der Muskel ist in der Lage sich zu bewegen, wenigstens einmal, die Teil der Extremität, auf die sie durch eine vollständige Palette von Bewegung in der Position, in der die Schwerkraft aufgehoben eingelegt ist 3 Der Muskel ist in der Lage sich zu bewegen, wenigstens einmal, die Teil der Extremität, auf die sie durch eine vollständige Palette von Bewegung in der Position, in der die Schwerkraft überwunden werden muss eingelegt 4 Der Muskel ist in der Lage, die Funktion für die Klasse 3 beschriebenen Aufgaben und ist in der Lage, einen Widerstand gegen die Bemühungen der Prüfer stellen 5 Der Muskel ist in der Lage, ausüben, in dem die Prüfer Urteil, eine normale Menge des Widerstands gegen die Prüfer die Bemühungen Tabelle 3: LEMS Scoring Muskel Prozent der Gangzyklus Auf Ab RF 0-30 und 55-75 30-55 und 75-100 VL 0-30 und 55-75 und 95-100 30-55 und 75-95 MH 0-25 und 65-100 25-65 MG 5-55 0-5 und 55-100 SOL 5-55 0-5 und 55-100 TA 0-15 15-100 Tabelle 4: Normative und Aus-Zeiten von LE Muskeln während des Gehens