Die wichtigsten Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigten, dass die betroffene Hand von Kindern mit einseitiger Reduktion der oberen Extremitäten einen signifikant höheren Koaktivierungsindex für die Flexion und Extension des Handgelenks zu Studienbeginn aufwies. Darüber hinaus senkte die Verwendung einer handgelenkgetriebenen (durch Flexion) 3D-gedruckten Handprothese den Koaktivierungsindex während der Handgelenkflexion um 70% im Vergleich zu einer 30% igen Reduktion für die nicht betroffene Hand. Obwohl in der aktuellen Untersuchung keine signifikanten Wechselwirkungen gefunden wurden, zeigte sich eine 70% ige Reduktion des Koaktivierungsindex nach Verwendung einer 3D-gedruckten Handprothese (Tabelle 3 und Abb. 2b) klinisch relevant sein. Frühere Untersuchungen haben die Koaktivierung während isometrischer Muskelaktionen in klinischen Populationen von Kindern und Jugendlichen mit Zerebralparese sowie Erwachsenen mit einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen untersucht Pathologien . Im Allgemeinen haben diese Studien eine stärkere Koaktivierung des Antagonisten im Vergleich zum Agonisten während submaximaler und maximaler isometrischer Muskelkontraktionen festgestellt . Für Personen mit erworbenen Gliedmaßenamputationen wurden die Studien zur Muskelkoaktivierung untersucht als Option für die myoelektrische Kontrolle von Prothesen der oberen Extremitäten oder zur Untersuchung des Zustands von Koaktivierungsmustern der Stumpfmuskulatur von trans-tibialen Amputierten . In: Seyedali et al., berichtet, dass der Koaktivierungsindex des Stumpfglieds von Amputierten der unteren Extremität während des Gangs signifikant größer war als das intakte Glied und eine Kontrollgruppe . Kinder mit angeborener (n = 3) und erworbener (n = 2) transtibialer Extremitätenreduktion produzierten jedoch im Vergleich zu einer Kontrollgruppe eine signifikant geringere Koaktivierung während des Gangs, was auf eine schlechte Kniestabilität hindeutet .
Über die Muster der Koaktivierung in der Restmuskulatur der oberen Extremitäten von Kindern mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten ist wenig bekannt. Es wurde berichtet, dass die Koaktivierung in den oberen Gliedmaßen eine effektive Motorsteuerungsstrategie ist, die hauptsächlich beobachtet wird, wenn eine Person eine erhöhte Gelenkstabilität oder eine verbesserte Bewegungsgenauigkeit benötigt, während sie eine neue motorische Aufgabe lernt . Aufgrund der inhärenten Ineffizienz und der erhöhten Stoffwechselkosten kann die übermäßige Koaktivierung in klinischen Populationen jedoch auch die motorische Leistung beeinträchtigen . Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung deuten nicht nur darauf hin, dass die betroffene Seite von Kindern mit angeborenen Oberschenkelreduktionen einen signifikant höheren Koaktivierungsindex während der Handgelenkflexion und -extension aufwies (Tabelle 2), sondern auch, dass der Koaktivierungsindex bei Verwendung einer handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Handprothese um 70% reduziert wurde (CI vor = 33,86 ± 22,78% gegenüber CI nach = 10,3 ± 3,9%). Der höhere Koaktivierungsindex, der in der betroffenen Hand von Kindern mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten gefunden wurde, stimmt mit früheren Untersuchungen überein, die bei Kindern mit Zerebralparese und erwachsenen Schlaganfallpatienten durchgeführt wurden . Steenbergen et al. untersuchte die Funktion der oberen Extremitäten der weniger betroffenen Seite bei jungen Jugendlichen mit angeborener Hemiparese und stellte fest, dass diese Teilnehmer schwach positive Korrelationen zwischen Agonisten (Trizeps) Aktivität und Ellbogenamplitude zeigten, was darauf hindeutet, dass eine mangelhafte Agonisten- und nicht Antagonisten-Innervation für die verminderte Ellbogenbeteiligung verantwortlich war. In: Hammond et al., untersuchte die Koaktivierung im hemiparetischen Unterarm von Schlaganfallpatienten und alters-Geschlechts-angepassten Kontrollpersonen während der maximalen freiwilligen isometrischen Handgelenkflexion und -extension. Die Autoren fanden heraus, dass der Koaktivierungsindex bei den Schlaganfallpatienten signifikant höher war als bei den Kontrollen. Es wurde der Schluss gezogen, dass sowohl die Agonistenrekrutierung als auch die Antagonistenhemmung im hemiparetischen Arm beeinträchtigt sind . Der Hauptunterschied zwischen Patienten mit Zerebralparese oder Schlaganfall und der Bevölkerung in der aktuellen Studie ist das kompromittierte zentrale Nervensystem. Kinder mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten haben keine offensichtliche Funktionsstörung des Zentralnervensystems. Es gibt jedoch Hinweise auf geringfügige neurologische Funktionsstörungen bei Kindern mit angeborenem Mangel unterhalb des Ellenbogens . Eine Längsschnittstudie an vier Kindern mit Reduktionen der oberen Extremitäten ergab, dass drei Kinder eine geringfügige neurologische Dysfunktion aufwiesen und zwei Kinder eine komplexe Form aufwiesen, die mit einer Entwicklungskoordinationsstörung verbunden war . Diese Ergebnisse werden teilweise durch eine andere Studie gestützt, die ergab, dass Personen mit einseitiger Reduktion der oberen Extremitäten nach 24 Jahren Schwierigkeiten bei der Durchführung einseitiger und bimanueller motorischer Aufgaben berichteten, was zu einer geringeren Leistung bei sportlichen und musikalischen Aktivitäten führte, was auf eine geringfügige motorische Verzögerung hindeutete . Veränderungen der Koaktivierung können Informationen über die motorischen Kontrollstrategien des zentralen und peripheren Nervensystems liefern , die zur Verbesserung der prothetischen Rehabilitationsergebnisse verwendet werden können . Studien, die an gesunden Teilnehmern durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass das Gehirn und die Kleinhirnrinde „interne Modelle“ des Körpers verwenden, um die Armbewegung zu kontrollieren . Im Zusammenhang mit der Funktion der oberen Extremitäten sind interne Modelle neuronale Darstellungen davon, wie Hand und Arm auf einen neuronalen Befehl reagieren würden . Es ist möglich, dass die Verringerung der Koaktivierung während der Flexion anstelle der Extension nach der Verwendung einer handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Übergangsprothese die Entwicklung eines neuen „internen Modells“ zur Steuerung dieses Geräts widerspiegelt.
Jüngste Untersuchungen haben berichtet, dass die kortikale Reorganisation bei gesunden Erwachsenen als Reaktion auf Aktivität, Verhalten und Kompetenzerwerb kontinuierlich verändert wird . In ähnlicher Weise tritt eine kortikale Reorganisation auch nach einer Verletzung des Zentralnervensystems (Schlaganfall) und einer peripheren Verletzung (Amputationen) auf . Für angeborene Reduktionen, jedoch, Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Kinder mit angeborenen einseitigen Reduktionen der oberen Extremitäten möglicherweise keine Darstellung des fehlenden Teils der Extremität in der Großhirnrinde aufweisen und dass vorverdrahtete Bewegungsdarstellungen einer Extremität die Bewegungserfahrung benötigen, um innerhalb des primären motorischen Kortex ausgedrückt zu werden . Folglich kann das Kind eine begrenzte Anzahl von „motorischen Repertoire“ für die betroffene obere Extremität, Begrenzung der motorischen Funktion. Somit ist es denkbar, dass der höhere Koaktivierungsindex, der in der betroffenen Hand im Vergleich zur nicht betroffenen Hand von Kindern mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten gefunden wurde, das Ergebnis einer begrenzten Anzahl von „motorischen Störungen“ sein kann, die die Beweglichkeit des Handgelenks einschränken und die Verwendung der betroffenen Hand nur zur Objektstabilisierung während bimanueller Aktivitäten fördern .
Der verringerte Koaktivierungsindex während der Flexion, der in der betroffenen Hand nach 6 Monaten Verwendung einer handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Handprothese gefunden wurde, stimmt mit früheren Untersuchungen überein, die ergeben haben, dass die Koaktivierung in den oberen Gliedmaßen im Laufe des Lernens einer neuen motorischen Aufgabe abnimmt . Es wurde vorgeschlagen, dass die Koaktivierung eine Strategie sein kann, die vom Zentralnervensystem früh beim Erlernen einer neuartigen Aufgabe verwendet wird, um die Kontrolle zu verbessern und den Mangel an motorischen Befehlen auszugleichen . Nach dieser Begründung ist es möglich, dass nach 6 Monaten der Verwendung der handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten partiellen Handprothese die Koaktivierung reduziert wurde, da das Lernen stattfand und die neuronale Repräsentation dieser Aufgabe gebildet wurde, um die Kontrolle zu verbessern . Die Verringerung der Koaktivierung nach einer Nutzungsdauer des Geräts spiegelte sich während der maximalen freiwilligen isometrischen Flexion des Handgelenks der betroffenen Hand wider (Tabelle 2 und Abb. 2b). Diese reduzierte Koaktivierung kann klinisch relevant sein, da sie eine potenzielle Bewertung zur Untersuchung des Zustands von Koaktivierungsmustern der Stumpfmuskulatur von Kindern mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten mit möglichen Anwendungen zur myoelektrischen Kontrolle von Prothesen der oberen Extremitäten.
Die peripheren Mechanismen, die für die Reduktion der Koaktivierung bei unseren Probanden nach Verwendung einer handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Teilhandprothese verantwortlich sind, können durch die wiederholte Flexion des Resthandgelenks der betroffenen Hand der an der vorliegenden Untersuchung teilnehmenden Kinder erklärt werden. Insbesondere kann die handgelenkgetriebene 3D-gedruckte partielle Handprothese den Reiz auf das stark innervierte interossäre Ligamentum Scapholunatum des Handgelenks erhöht haben, was zu einer Desensibilisierung führt . Das interossäre Ligamentum scapholunata war intakt in der betroffenen Extremität unserer Forschungsthemen, die durch das Vorhandensein von Handgelenkbeweglichkeit und funktionellem Bewegungsumfang (20 ° bis 30 °) nachgewiesen wurden. Wie Hagert et al., 2009 Die Koaktivierung von Handgelenkbeugern und -streckern erfolgte nach Stimulation des interossären Ligaments scapholunat. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Koaktivierung nach dem Rehabilitationsregime einschließlich exzentrischer, konzentrischer oder isometrischer Handgelenkübungen verbessert die Fähigkeit des Patienten, Beuger oder Extensoren, die das Koaktivierungsmuster steuern, effektiver zu aktivieren, um eine ausgewogene Handgelenkbewegung zu erzeugen . Somit kann spekuliert werden, dass die einfache Aktion des wiederholten Beugens des Handgelenks, um den Finger der handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Handprothese zu schließen, eine Desensibilisierung des Skapholunat-interossären Ligaments bewirkt haben könnte, die zur Verringerung des nach längerem Gebrauch beobachteten Koaktivierungsindex beiträgt dieser Vorrichtung . Es sind weitere Nachweise erforderlich, um die Beiträge des interossären Ligamentum scapholunatum und der Rehabilitationsübungen zu bewerten Veränderungen der Koaktivierung der Handgelenksmuskeln von Kindern mit angeborenen partiellen Handreduktionsmängeln.
Die möglichen Einschränkungen der vorliegenden Untersuchung hängen mit dem Fehlen einer altersgerechten Kontrollgruppe, einer kleinen Anzahl von Kindern zusammen an der Studie teilnehmen und ihr breites Altersspektrum (6 bis 16 Jahre). All diese Faktoren haben möglicherweise zu unserem Mangel an signifikanten Interaktionen beigetragen. Die aktuelle Studie umfasste keine altersgerechte Kontrollgruppe, um die typische Entwicklung der Muskelaktivierung und -stärke bei altersgerechten Kindern über den Zeitraum der Studie zu beurteilen. Der kontralaterale Arm wurde jedoch als Kontrolle verwendet, wie in früheren Untersuchungen vorgeschlagen und beschrieben . Eine Stichprobengröße von neun Kindern (2 Mädchen und 7 Jungen) machte es schwierig, Forschungsteilnehmer nach Alter und Geschlecht zu gruppieren. Zum Beispiel der Altersunterschied in Tabelle 1, die daraus resultierende Variabilität der Stärke zwischen den Probanden in Tabelle 2 und die kleine Stichprobengröße (n = 5) von Kindern, die einen Besuch nach der Verwendung der handgelenkgetriebenen 3D-gedruckten Handprothese für einen Zeitraum von 6 Monaten abgeschlossen haben, können zu den nicht signifikanten Veränderungen der Stärke beigetragen haben, die in der aktuellen Studie gefunden wurden (Tabelle 2). Die Verringerung der Koaktivierung der Unterarmbeuger ohne Kraftänderungen nach Verwendung einer 3D-gedruckten Handprothese steht im Einklang mit Befunden bei sich typischerweise entwickelnden Kindern, die keine Korrelationen zwischen isometrischer Muskelkraft und Koaktivierung der Kniesehnen während maximaler isometrischer Muskelaktionen der Kniestrecker zeigen . Der Mangel an Korrelation zwischen Muskelkraft und Koaktivierung der Muskeln der unteren Extremitäten pädiatrischer Probanden veranschaulicht die Komplexität der motorischen Kontrollstrategien des sich entwickelnden neuromuskulären Systems . Darüber hinaus wurde das Applikatorpad des Muskeltest-Dynamometers in der vorliegenden Untersuchung am distalen Ende der betroffenen Hand und an einer vergleichbaren Stelle an der Basis der Handfläche der nicht betroffenen Hand positioniert. Daher ist es möglich, dass Fehler bei der Positionierung des Applikatorkissens während der Festigkeitsprüfung der nicht betroffenen Hand den Momentarm des Handgelenks verändert haben, der die Drehmomententwicklung beeinflusst und die in Tabelle 2 für die nicht betroffene Hand von Probanden 1 und 7 angegebenen Festigkeitswerte künstlich verringert.
Zukünftige Untersuchungen sollten den Einfluss der Verwendung von Prothesen der oberen Extremitäten auf die Gehirnaktivierungsmuster des motorischen Kortex und die Veränderungen der neuronalen Plastizität bei Kindern mit angeborenem und erworbenem Gliedmaßenverlust untersuchen. Darüber hinaus liefert eine umfassende elektromyographische Untersuchung der Muskeln, die die Prothese der oberen Extremitäten steuern, kritische Informationen über den Zustand der Koaktivierungsmuster der verbleibenden Muskelstruktur von Kindern mit angeborenen Reduktionen der oberen Extremitäten. Schließlich wird die Festlegung einer Dosis-Wirkungs-Beziehung des täglichen Prothesengebrauchs und der neuromuskulären Verbesserungen Klinikern und Patienten entscheidende Informationen liefern, um spezifische klinische Ergebnisse zu erzielen Verbesserung der aktuellen prothetischen Rehabilitationsprogramme.