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The Effects of Locomotor training on Acute/Chronic Spinal Cord Injury
Patients
By: Laura Stigler and Sarah Demarest
Effetti dell’ allenamento al cammino nei pazienti con lesioni midollari croniche o acute
Presentation Overview
• Introduce Locomotor Training
• Describe Locomotor training effects on: – Spasticity – Cardiopulmonary
Function
• Descrizione degli effetti dell’ allenamento al cammino su: – Spasticita’ – Funzioni cardiache-
polmonari
Spasticity
STUDY #1: Kathleen J. Manella, and Edelle C. Field-Fote
Interventions: 1. Body-weight supported
treadmill training with manual assistance
2. BWSTT with peroneal nerve stimulation
3. Lokomat training 4. Overground training
For the following: 1. Drop Test clonus duration 2. Oscillations 3. Plantar Flexor Reflex Angle at clonus onset PF RTA 4. SCATS clonus 5. extensor spasm duration
STUDIO #1: Kathleen J. Manella, and Edelle C. Field-Fote
Interventi: 1. Treadmill con sistemea di
supporto per il peso corporeo ed assistenza manuale
2. Treadmill con sistema di supporto per il peso corporeo con stimolazioni del nervo peroniero
3. Lokomat 4. Allenamento a terra
Parametri valutati: 1. test della durata del clono 2. Oscillazioni 3. angolo di flessione plantare necessaria ad evocare il clono 4. test per i riflessi spinali nei riflessi spastici 5. durata degli spasmi estensori
Interventions
4
http://www.madonna.org/researcher/movement/research/
previous_research.html
http://www.sms.hest.ethz.ch/research/gait_rehab
http://www.aretechllc.com/featureTrolley.html
Study #1 continued
Participants: • 18 individuals with chronic SCI
(ASIA C or D) • 8 with less than 4 beats of clonus • 10 with at least 4 beats of clonus
Methods: • Drop test:
1. Clonus duration (max of 30 seconds)
2. Number of oscillations during the first 10 seconds of clonus
3. PF RTA • SCATS test: (Gastroc and quadriceps)
• No clonus (<1 sec) • Mild clonus (1 to < 3 sec) • Moderate clonus (3-10 sec) • Severe clonus ( > 10 sec)
Participanti: • 18 soggetti con lesione midollare
cronica(ASIA C o D) • 8 con meno di 4 battiti a clono • 10 con minimo 4 battiti a clono
Metodi: • Test di caduta del clono:
1. Durata del clono (misurata in 30 secondi)
2. Numero di oscillazioni nei primi 10 secondi di clono
3. Angolo per il riflesso di flessione plantare
• SCATS test: (Gastrocnemi e quadricipite) • No cloni (<1 sec) • leggeri cloni (1 to < 3 sec) • Cloni Moderati (3-10 sec) • Cloni gravi ( > 10 sec)
Study #1 continued• 4 Body-weight supported
training groups:
1. Treadmill training with manual assistance (n=4)
2. Treadmill training with peroneal nerve stimulation (n=6)
3. Lokomat robotic assistance (n=3)
4. Overground training with stimulation of common peroneal nerve (n=5)
!• Each completed 1-hour of
locomotor training, 5 days/week for 12 weeks
• 4 gruppi per l’ allenamento con supporto del peso:
1. Allenamento con treadmill ed assistenza manuale (n=4)
2. Allenamento con treadmill e stimolazione del nervo peroniero (n=6)
3. Lokomat (n=3) 4. Allenamento a terra
con stimolazione del nervo peroniero (n=5)
!• Tutti compiuti per 1 ora, 5
giorni a settimana per 12 settimane
Study #1 continued
Results:
• Significant decrease in extensor spasm duration, and decreased PF RTA and Drop Test Clonus Duration
Risultati: • Significante
diminuzione degli spasmi estensori, riduzione dell’ angolo per il riflesso di flessione plantare edel test di caduta del clono
Spasticity
• Study #2:
• Melanie M. Adams, Audrey L. Hicks
• Interventions:
• Compared BWSST and tilt-table standing
• Outcome Measures Used:
• Modified Ashworth Scale
• Spinal Cord Assessment Tool for Spinal Reflexes
• Self-reports Spinal Cord Injury Evaluation Tool
• Self-report Penn Spasm Frequency Scale
• Studio #2:
• Melanie M. Adams, Audrey L. Hicks
• Interventi:
• Confronto tra il sisteme con supporto del peso corporeo e lo standing dinamico
• Outcome misurati: • Modified Ashworth Scale
• Spinal Cord Assessment Tool for Spinal Reflexes
• Self-reports Spinal Cord Injury Evaluation Tool
• Self-report Penn Spasm Frequency Scale
Study #2 continued
Participants
• 7 individuals with chronic SCI
• Methods
• 3x per week performed BWSTT for 4 weeks, followed by a 4 week break, then 4 weeks of TTS 3x per week.
Participanti • 7 soggetti con lesione
midollare cronica • Metodi • 3 giorni a settimana sistema
con supporto del peso per 3 settimane, seguite da 4 settimane di pausa e poi standing dinamico 3 volte a settimana per 4 settimane
Study #2 continued
• BWSTT had greater beneficial effects on muscle tone and spasms after one session than TTS
• BWSTT > TTS for reducing flexor spasms and clonus
• TTS > BWSTT for reducing extensor spasms
• Il sistema con supporto del peso ha avuto maggiori effetti benefici nel ridurre il tono dei muscoli e gli spasmi dopo la prima seduta rispetto allo standing dinamico.
• Sistema a supporto del peso > standing dinamico nella riduzione degli spasmi flessori e dei cloni
• Stading dinamico > sistema a supporto del peso nella riduzione degli spasmi estensori
Spasticity
Study #3: Markus Wirz, PT, David H. Zemon, MSPT, Ruediger Rupp, PhD, Anke
Scheel, PT, Gery Colombo, PhD, Volker Dietz, MD, T. George Hornby, PT, PhD
Interventions: • Lokomat training • 3-5 days per week over 8
weeks • 45 minute duration
Measures: • Modified Ashworth Scale • Spinal Cord Assessment
Tools for Spasticity Results:
• Spastic motor spasticity was not significantly altered except for reduction of multijoint extensor spasms
Studio #3: Markus Wirz, PT, David H. Zemon, MSPT, Ruediger Rupp, PhD, Anke
Scheel, PT, Gery Colombo, PhD, Volker Dietz, MD, T. George Hornby, PT, PhD
Interventi: • Lokomat • 3-5 giorni a settimana per
oltre 8 settimane • 45 minuti
Measurazioni: • Modified Ashworth Scale • Spinal Cord Assessment
Tools for Spasticity Results:
La spasticita’ motoria non ha subito alterazioni significative a parte la riduzione degli spasmi estensori.
Spasticity Conclusion
• Locomotor training has a positive effect on reducing spasticity in individuals with SCI
• More effective then use of a tilt-table or stander though may be beneficial to combine interventions
• L’ allenamento al cammino ha effetti positivi nella riduzione della spasticita’ nei soggetti con lesione midollare.
• Maggior efficacia rispetto all’ utilizzo dello standing dinamico che potrebbe essere comunque integrato nel programma.
Cardiopulmonary Study #1 Purpose: Investigate the effect of active
robot-assisted gait training on cardiopulmonary fitness in subjects with motor Spinal Cord Injury
Methods: 1. Pre-test post-test study with a
lokomat device in combination with physical therapy sessions
2. Arm Crank exercise test: measuring HR and VO2 at rest and during activity to assess cardiorespiratory function – 3 blocks of 3 min of arm
pedaling at 60 rpm to determine peak performance on an arm ergometer
3. Robotic walking test: measuring VO2 and HR at rest and during activity
Studio #1 Proposta: verificare l’ effetto di un gait
training robotico a livello cerdio-polmonare in soggetti con una lesione midollare.
Metodi: 1. Studio Pre-test e post-test con
lokomat abbinato a sedute di fisioterapia
2. Arm Crank exercise test: misurando FC e VO2 a riposo e durante l’ attivita’ per valutare le funzioni cardiorespiratorie – 3 sessioni da 3 minuti di
pedalata con le braccia a 60 rpm per determinare la massima performance in un cicloergometro.
3. Robotic walking test: misurando VO2 ed FC a riposo e durate l’ attivita’.
Arm Crank Test
15
http://www.rehab.research.va.gov/jour/2013/5010/page1411.html
Cardiopulmonary
Study #1 Training program: • 24 sessions within 10-16 weeks • 2-3 times per week. Each session
lasted 60 min and contained 20-40 min walking time.
• Body weight support and guidance force adjusted in accordance to patients tolerance
Outcome Measures: • Resting Values: VO2, HR and O2
pulse • Submaximal Values: VO2, HR
and O2 pulse • Peak Values: VO2 and HR
Studio #1 Programma:: • 24 sedute in 10-16 settimane • 2-3 sedute a settimana. Ogni
seduta da 60 minuti con 20-40 minuti di camminata.
• Supporto del peso e forza di guida aggiustate a seconda della tolleranza del paziente.
Outcome: • Valori a riposo: VO2, FC e
saturazione O2 • Valori sottomassimali: VO2, FC e
saturazione O2 • Valori massimali: VO2 e FC
Cardiopulmonary
Study #1 Results: • Arm crank test: Decreased
submaximal HR but no significant difference of VO2 from pre to post test
• Robotic walking test: Decreased steady-state VO2 and HR at last training session compared to first but results were not clinically significant
Studio #1 Risultati: • Arm crank test: Diminuita la
FC sottomassimale ma non ci sono differenze evidenti nel VO2
• Robotic walking test: diminuito il VO2 di base e la FC se confrontati tra la prima e l’ ultima seduta ma I risultati non son clinicamente rilevanti
Cardiopulmonary
Study #1 Discussion/Conclusion: • Improvement of
cardiorespiratory fitness is suggested based on the changes of the submaximal VO2 and HR values and lower resting HR after a period of robot assisted gait training
• Low exercise intensity (<20%HRR) suggesting greater improvements can be made at higher intensities
• Low exercise intensity is safer and associated with higher motivation levels
• Increased walking economy shown by subjects decreased %HRR and %VO2R
Studio #1 Discussioni/Conclusioni: • I miglioramenti a livello
cardiopolmonare sono dettati dal cambiamento dei valori del VO2 sottomassimale e la FC
• Esercizi a basso carico (<20%FCR) permettono un maggior miglioramento e possono successivamente essere eseguiti con maggior carico
• Gli esercizi a basso carico sono piu’ sicuri e danno piu’ motivazione
• Migliora il risparmio energetico nei soggetti che mostrano una diminuzione della %FCR e della % VO2R
Cardiopulmonary
Study #2 Purpose: To examine the effects of
locomotor training (LT) on chronic SCI patients to evaluate spinal motor output to muscles of respiration
Methods: • BWSTT with manual assist for
knee extension and flexion Training program: • 8 subjects completed 62 +/- 10
sessions of 60 min in duration, 5X/week.
• BWS was reduced over the course of the training program as the subject was able to bear more weight through the lower extremities.
Studio #2 Proposta: verificare gli effetti dell’
allenamento al cammino nei pazienti con lesione midollare cronica per valutare gli effetti sui muscoli respiratori
Metodo: • Sistema con supporto del peso
corporeo ed assistenza per la flesso-estensione di ginocchio
Programma di allenamento: • 8 soggetti hanno effettuato 62
+/- 10 sedute da 60 minuti 5 volte la settimana
• Il supporto del peso e’ stato ridotto progressivamente durante il corso delle sedute.
Cardiopulmonary
Study #2
Results:
• Inspiratory and expiratory function significantly increased (FVC, FEV1, PImax, PEmax)
• Increased muscle activation for Inspiratory and expiratory tasks
Discussion/Conclusion:
• Results showed forced respiratory function significantly improved after LT by increasing the muscle activation rate and amount
Studio #2
Risultati:
• Funzioni inspiratorie ed espiratorie signifiactivamente migliorate (FVC, FEV1, PImax, PEmax)
• Migliorata l’ attivazione muscolare per l’ inspirazione e l’ espirazione
Discussioni/Conclusioni:
• I risultati mostrano un netto miglioramento dell’ inspirazione forzata grazie ad un maggior apporto dell’ attivazione muscolare.
Cardiopulmonary
Study #3
Purpose: Provide information on BWSTT and the effects it has on physical health
Background: • SCI patients have increased
prevalence of CVD than normal population due to: – Increased cholesterol – Hyperglycemia – Decreased function of autonomic
nervous system
Studio #3 Proposta:verificare l’ effetto del
sistema con supporto del peso sulla salute fisica
Background: • Pazienti con lesioni midollari
hanno un maggior rischio di contrarre patologie cardiovascolari: – Maggior colesterolo – Iperglicemia – Ridotta funzionalita’ del sistema
nervoso autonomo
Cardiopulmonary
Findings: • Risk factors for CVD can be
reduced with BWSTT with training 3x/week for 6 months – Decreasing cholesterol – Increased glucose
tolerance – Increase autonomic
regulation of HR and BP • BWSTT> arm exercises and
FES – Larger muscles being used – Upright body position
Risultati: • I fattori di rischio per le
patologie cardiovascolari possono essere ridotti con il sistema di supporto del peso con un allenamento di 3 sedute a settimane per 6 mesi – Riduzione del colesterolo – Maggior tolleranza al
glucosio – Incremento della
funzionalita’ del sistema nervoso autonomo per migliorare FC e PA
• Sistema con suppoto del peso>FES ed esercizi per AASS
Cardiopulmonary Conclusion
• Decrease resting/submaximal Heart Rate
• Increase in walking Economy – Lower VO2 and HR during
walking exercise • Improves function of
respiratory muscles • Improvement of blood lipid
profile • Improvement of autonomic
regulation of HR and blood pressure
• Diminuzione FC sottomassimale ed a riposo
• Migliora risparmio energetico nel cammino – Minor VO2 ed FC durante
il cammino • Migliora la funzionalita’ dei
muscoli respiratori • Diminuzione del colesterolo • Miglioramento dell’
autoregolazione di FC e PA.
References• Adams MM, Hicks AL. Comparison of the effects of body-weight-supported treadmill training and tilt-table standing
on spasticity in individuals with chronic spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 2011;34(5):488-94. • Ditor D, MacDonald M, Hicks A, et al. The effects of body-weight supported treadmill training on cardiovascular
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• Hicks A, Ginis K. Treadmill training after spinal cord injury: It's not just about the walking. Journal Of Rehabilitation Research & Development [serial online]. March 2008;45(2):241-248. Available from: Academic Search Complete, Ipswich, MA. Accessed November 30, 2014.
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• Wirz M, Zemon DH, Rupp R, et al. Effectiveness of automated locomotor training in patients with chronic incomplete spinal cord injury: a multicenter trial. Arch Phys Med Rehabil. 2005;86(4):672-80.