Evaluation of tSCS treatment for the alleviation of lower limb spasticity

Abstract

Introduction: Spinal cord injury is a traumatic injury of descending spinal cord tracts that alters the supraspinal neural circuitry. Spasticity is a common result of spinal cord injury (SCI) and can restrict daily living activities, cause pain and fatigue and therefore decrease the quality of life for SCI individuals. The aim of this study was to evaluate the effects of transcutaneous spinal cord stimulation (tSCS) on individuals with post-traumatic SCI for the alleviation of lower limb spasticity.Methods: The evaluation of the effects of tSCS was done by means of electrophysiological evaluation and evaluation of residual motor control functions. The study protocol was divided into four stages, one treatment stage and three assessments. The protocol starts with the first assessment for control data, and then treatment was applied for 30 minuets, second assessment was done immediately after stimulation and the last assessment two hours after stimulation. The assessments consist of estimation of the Ashworth scale, clonus beet quantification, 10-m walking test (if possible) and electrophysiological evaluation (Brain Motor Control Assessment, BMCA) supplemented by the Wartenberg pendulum test. Results: The results of the pendulum test show increase in muscle tone in four subjects while the others presented average values ≥ 1, indicating non-spastic conditions. Nonetheless there was a significant difference of the normalized EMG activity of all muscles before the stimulation and immediately after stimulation for all participants, indication reduction in intrinsic phasic and extrinsic spasticity. Enhancement of motor control was also observed.Conclusion: The similarity of the effects of tSCS with those induced by epidural SCS, strongly suggests that both techniques are able to activate similar neural structures. From our results we can see that the application of low-intensity tSCS for 30 minuets lead to the alleviation of lower limb spasticity regardless of the clinical profile of the subjects and enhancement of voluntary motor control in the motor incomplete SCI subjects.

Inngangur: Áverki á mænu hefur áhrif á og getur breytt taugarásum og tauganetum í mænunni. Síspenna eða ósjálfráður vöðvasamdráttur (spasmi), er algengur fylgikvilli mænuskaða sem getur dregið verulega úr lífsgæðum vegna hamlandi áhrifa á daglegar athafnir, sársauka og þreytu. Markmið rannsóknarinnar er að meta áhrif raförvunar með yfirborðs-rafskautum á taugarætur í neðsta hluta mænunnar og meta hvort það geti dregið úr síspennu í fótleggjum eftir mænuskaða. Til að meta áhrifin voru mismunandi matstæki notuð sem meta ólík form síspennu, þ.e. taktbundin síspenna (intrinsic phasic) og stífleika (intrinsic tonic) og síspenna vegna ytri áreitis (extrinsic spasticity).Aðferðir: Mat á áhrifum mænuraförvunarinnar var gerð með raflífeðlisfræðilegum og klínískum athugunum sem og athugun á hreyfigetu. Rannsókninni var skipt upp í fjóra áfanga, einn meðferðar- og þrjá prófunar áfanga. Fyrst var prófun, áfangi 1, til að fá viðmiðunar gögn, síðan var raförvunarmeðferð í 30 mínútur, þá prófunar áfangi 2 strax að lokinni meðferð og loks þriðji prófunar áfanginn tveimur tímum eftir meðferðina. Prófunar áfangarnir samanstanda af Ashworth skölun (klínískt mat á síspennu), mat á skjálfta eða krampakippum í fótum (e. clonus), 10-metra göngupróf ef færni einstaklingsins leyfir, raflífeðlisfræðilegum athugunum með upptöku vöðvarafrits og Wartenberg sveiflupróf sem ákvarðar tölulega stærðargráðu síspennunnar. Áhrif meðferðarinnar á síspennu var svo metin með því að bera saman niðurstöður úr prófunum 1 og 2 og niðurstöður úr prófunum 3 voru bornar saman við upphafs niðurstöðurnar til að ákvarða hvort áhrifin vari í tvo tíma að lokinni raförvun.Niðurstöður: Niðurstöður úr sveifluprófinu sýndu minnkun á síspennu hjá fjórum einstaklingum eftir meðferðina. Hjá hinum einstaklingunum voru meðalgildin úr sveifluprófinu í fyrsta prófunar áfanganum ≥ 1 sem lýsir ástandi án síspennu. Engu að síður var marktækur munur á samræmdri vöðvavirkni allra vöðvahópa á milli prófana fyrir og eftir raförvun hjá öllum þátttakendum sem bendir til lækkunar síspennu. Niðurstöðurnar sýndu einnig bætta hreyfigetu og betri stjórn.Ályktun: Áhrif yfirborðsraförvunar á mænu (tSCS) á síspennu er hliðstæð mænuraförvunar með ígræddum rafskautum (e. epidural SCS). Bendir það sterklega til að báðar þessar aðferðir örvi áþekkar taugarásir. Af niðurstöðunum getum við dregið þá ályktun að notkun þessarar aðferðar, mænuraförvun með yfirborðsrafskautum með lágum styrk, 50 Hz, í 30 mínútur dregur úr síspennu bæði hjá einstaklingum með alskaða og hlutskaða á mænu. Hjá þátttakendum með hlutskaða sýndum við fram á færnibætandi áhrifa með betri viljastýrðri stjórn á hreyfingum vegna minni síspennu.