M. Maegele¹, S. Müller², A. Wernig¹, V. R. Edgerton^3,4,5,S. J. Harkema^3,6
¹Physiologisches Institut der Universität Bonn, ²Klinikum Karlsbad-Langensteinbach, ³The Brain Research Institute, ⁴Department of Physiological Sciences, ⁵Department of Neurobiology, ⁶Department of Neurology, University of California Los Angeles, USA

Zusammenfassung
Jüngste Beobachtungen zeigen, dass einzelne Para- und Tetraplegiker selbst mit minimaler Willküraktivität in den Beinmuskeln in beschränktem Masse gehfähig werden können. Um diese Diskrepanz zu verstehen, untersuchten wir die Aktivierbarkeit von gewollten Bewegungen in verschiedenen definierten Ausgangsstellungen inklusive Schreiten am Laufband. Willkürliche Eingelenks- und Mehrgelenksbewegungen an Sprung- und Kniegelenk wurden in Seiten-/Rückenlage getestet; elektromyographische Ableitungen sowie Winkelmessungen während dieser Bewegungen, am Laufband zusätzlich Gewichtübertragung auf die Beine, wurden an 7 inkomplett und 3 komplett Gelähmten verglichen.
Versuchte Eingelenksbewegungen in Ruhelage bewirkten signifikante Koaktivierung funktioneller Agonisten, aber auch Koaktivierung von Antagonisten. Weiters kam es oft zu Mehrgelenksbewegungen im Sinne komplexer Beuge- oder Streckmuster. Auch bei versuchten Mehrgelenksbewegungen in Rückenlage (Radfahren in der Luft) kam es zur Aktivierung von Muskeln, die zuvor isoliert nicht rekrutiert werden konnten. Diese Beobachtungen legen nahe, dass die verbliebene supraspinale Kontrolle zur selektiven Aktivierung individueller Muskeln reduziert ist und anstelle dessen bevorzugt generalisierte motorische Muster (Flexion oder Extension) aktiviert werden.
Am Laufband generierten inkomplett gelähmte Patienten Aktivität in 15/16 Muskeln, die unter Willkürinnervation nicht oder nur äußerst geringfügig aktiviert werden konnten. Klinisch komplett gelähmte Patienten ohne motorische Restfunktionen der unteren Extremitäten entwickelten am Laufband phasische EMG-Aktivität in 15/18 Muskeln; dabei kam es zur Auslösung von Elementen von Schreitbewegungen, ohne dass jedoch komplette Schritte mit Stand- und Schwungphase gänzlich ohne fremde Hilfe durchgeführt werden konnten. Das Ausmaß der Muskelaktivierung bei Eingelenks- versus Mehrgelenks- versus Schreitbewegungen am Laufband war am Laufband am größten (p < 0,05). Bei 3/7 inkomplett Gelähmten reduzierte sich am Laufband die Tendenz zur Koaktivierung in Knieflexoren (MH) und -extensoren (VL und RF) im Sinne einer mehr reziproken Aktivierung.
Offensichtlich vermittelt das physiologische Schreiten mit Knie- und Hüftstreckung, Beugung und alternierender Be- und Entlastung beider unterer Extremitäten dem Rückenmark propriozeptive Impulse, die mehr motorische Einheiten und Muskeln rekrutieren lassen und eine verbesserte Koordination von Agonisten und Antagonisten bewirken. Diese sensorischen Informationen spielen demnach eine bedeutsame Rolle bei der Generierung und Aufrechterhaltung des Schreitvorgangs, jedenfalls bei eingeschränkter Willküraktivität.
Schlüsselwörter: Koaktivierung; Laufbandtherapie; Lokomotion; Lokomotionstraining; Rekrutierung; Propriozeption; Rückenmarkschädigung

Recruitment of spinal motor pools in humans during voluntary movements versus stepping following spinal cord injury
M. Maegele, S. Müller, A. Wernig, V. R. Edgerton, S. J. Harkema

Abstract
We investigated the activation of lower limb motor pools by supraspinal and spinal networks after human spinal cord injury (SCI). We compared electromyographic (EMG) activity from six muscles during voluntarily attempted non-weight bearing single-joint movements, multijoint movements approximating stepping in a supine position, and weight bearing stepping on a treadmill with body weight support (BWST) in 10 SCI subjects. In clinically incomplete SCI subjects during attempts for isolated knee or ankle single-joint movements significant coactivation of agonists and antagonists occurred as well as multi-joint flexion or extension movements of the entire limb. Some muscles that could not be recruited during voluntary attempts at single-joint movements were activated during voluntary step-like multi-joint movements. This suggests that the residual motor control in incomplete SCI subjects has a limited capacity to selectively activate individual muscles and simultaneously inhibit antagonists, resulting often in generalized motor patterns (limb flexion or extension). During weight bearing stepping individuals with clinically incomplete or complete SCI could achieve greater activation of motor pools and more reciprocal patterns of activity between agonists and antagonists than during voluntary non-weight bearing movements. The EMG mean amplitudes were higher during stepping than during voluntary movements in 50/60 muscles studied; some muscles were activated during stepping but not recruited during attempts for voluntary single- and/or multi-joint movements. These results suggest that stepping with alternating lower limb loading and unloading provides proprioceptive inputs to the spinal cord that increases motor recruitment and improves reciprocity between agonists and antagonists compared to voluntary efforts. Sensory cues associated with weight bearing stepping play a significant role in the generation of locomotion.
Key words: coactivation; treadmill; locomotion; locomotor training; motor recruitment; proprioception; spinal cord injury

Neurol Rehabil 2003; 9 (5): 207-216