Recovery of neuronal and network excitability after spinal cord injury and implications for spasticity

Abstract

The state of areflexia and muscle weakness that immediately follows a spinal cord injury (SCI) is gradually replaced by the recovery of neuronal and network excitability, leading to both improvements in residual motor function and the development of spasticity. In this review we summarize recent animal and human studies that describe how motoneurons and their activation by sensory pathways become hyperexcitable to compensate for the reduction of functional activation of the spinal cord and the eventual impact on the muscle. Specifically, decreases in the inhibitory control of sensory transmission and increases in intrinsic motoneuron excitability are described. We present the idea that replacing lost patterned activation of the spinal cord by activating synaptic inputs via assisted movements, pharmacology or electrical stimulation may help to recover lost spinal inhibition. This may lead to a reduction of uncontrolled activation of the spinal cord and thus, improve its controlled activation by synaptic inputs to ultimately normalize circuit function. Increasing the excitation of the spinal cord with spared descending and/or peripheral inputs by facilitating movement, instead of suppressing it pharmacologically, may provide the best avenue to improve residual motor function and manage spasticity after SCI.

The influence of neurotransplantation with different allogenic tissues on the course of the spasticity and chronic pain syndrome after experimental spinal cord injury

“…Спастичність є наслідком аутогенної перебудови апарату збудливості мотонейронів, під час якої клі-тина набуває здатності, незалежно від серотонін-та норадренергічних супраспінальних впливів, генеру-вати платоподібні деполяризаційні потенціали [13], ймовірно, у відповідь на глутаматергічну стимуляцію сегментарними аферентами СМ. Плато-потенціали виникають завдяки активації потенціалзалежних на-трієвих та кальцієвих дендритичних вхідних струмів (persistent inward currents -PICs) [13,14]. В нормі, активуючись у підпороговому діапазоні деполяризації мембрани мотонейрона, РІС значно підсилюють ефект надпорогових збуджувальних впливів: деполяризу-вавшись до рівня плато, мотонейрон протягом бага-тьох секунд розряджається пачками потенціалів дії, що необхідно для формування достатнього за інтен-сивністю збуджувального впливу на м'язові волокна.…”

“…До них відносять рецептор серотоніну 5-НТ 2С [15] та α 1 -адренорецептор [14,16]. Механізм появи на поверхні мотонейронів консти-туційно активних форм 5-НТ 2С пов'язують зі зміною редагування його пре-мРНК [17]: у деяких точках розташування аденозину деаміназа ADAR2 (adenine deaminase acting on RNA) перетворює аденозин на інозин, який апарат трансляції розпізнає як гуано-зин, що зумовлює зміни послідовності амінокислот та функції рецептора.…”

“…Це може певною мірою послаблювати 5-НТ 2С -залежний механізм спастичності (більш відтермі-нований у часі), особливо за умови подальшого плас-тичного збільшення кількості сегментарних входів на депривовані по серотоніну мотонейрони [22]. Отже, при розгляді механізмів спастичності слід брати до уваги роль глутаматергічних компонентів, особливо протягом перших тижнів після травми, зважаючи на більш віддалені строки прояву 5-НТ 2С -залежних подій (не раніше 14-ї доби [18], як правило, через кілька тижнів після спінальної травми [14]). …”

Gait-like vibration training improves gait abilities: a case report of a 62-year-old person with a chronic incomplete spinal cord injury

“…1,2 These afferents are essential for motor learning and adaptive plasticity during locomotor training. 3 The need to provide task-specific sensory afferents explains in part the development of task-oriented approaches such as treadmill training with or without body weight support, and robotic exoskeletons.…”

Using the International Classification of Functioning, Disability and Health as a tool for analysis of the effect of physical therapy on spasticity in HAM/TSP patients

“…It is characterized by involuntary muscle activity such as spasms, hyperreflexia, clonus, and co-contraction (8) and is present mainly in antigravity muscles (9) . Muscle activity can be normalized through physical therapy and measured using the Modifi ed Ashworth Scale, which is widely used for this purpose, as well as the ICF.…”