Neural and non-neural contributions to ankle spasticity in children with cerebral palsy

Dev Med Child Neurol. 2020 Sep;62(9):1040-1046. doi: 10.1111/dmcn.14506. Epub 2020 Mar 8.

Abstract

Aim: To assess the neural and non-neural contributions to spasticity in the impaired ankle of children with cerebral palsy (CP).

Method: Instrumented tapping of the Achilles tendon was done isometrically to minimize non-neural contributions and elicit neural contributions. Robot-controlled ankle stretching was done at various velocities, including slow stretching, with minimized neural contributions. Spasticity was assessed as having neural (phasic and tonic stretch reflex torque, tendon reflex gain, contraction rate, and half relaxation rate) and non-neural origin (elastic stiffness and viscous damping) in 17 children with CP (six females and 11 males; mean age [SD] 10y 8mo [3y 11mo], range 4y-18y) and 17 typically developing children (six females and 11 males; mean age [SD] 12y 7mo [2y 9mo], range 7y-18y). All torques were normalized to weight×height.

Results: Children with CP showed increased phasic and tonic stretch reflex torque (p=0.004 and p=0.001 respectively), tendon reflex gain (p=0.02), contraction rate (p=0.038), half relaxation rate (p=0.02), elastic stiffness (p=0.01), and viscous damping (p=0.01) compared to typically developing children.

Interpretation: Controlled stretching and instrumented tendon tapping allow the systematic quantification of various neural and non-neural changes in CP, which can be used to guide impairment-specific treatment.

What this paper adds: Ankle spasticity is associated with increased phasic and tonic stretch reflexes, tendon reflex gain, and contraction and half relaxation rates. Ankle spasticity is also associated with increased elastic stiffness and viscous damping.

Contribuciones neuronales y no neuronales a la espasticidad del tobillo en niños con parálisis cerebral OBJETIVO: Evaluar las contribuciones neurales y no neurales a la espasticidad en el tobillo comprometido de niños con parálisis cerebral (PC). MÉTODO: La percusión instrumentada en el tendón de Aquiles se realizó de forma isométrica para minimizar las contribuciones no neurales y un tirón del tendón exagerado, para obtener contribuciones neurales. El estiramiento del tobillo controlado por robot se realizó a varias velocidades, incluido el estiramiento lento, con contribuciones neurales minimizadas. Se evaluó la espasticidad como neural (torque reflejo de estiramiento fásico y tónico, ganancia del reflejo tendinoso, tasa de contracción y media tasa de relajación) y origen no neural (rigidez elástica y amortiguación viscosa) en 17 niños con PC (seis mujeres y 11 varones; edad media [DE] 10a 8m [3a 11m], rango 4a-18a) y 17 niños con desarrollo típico (seis mujeres y 11 hombres; edad media [SD] 12a 7m [2a 9m], rango 7a-18a). Todos los pares de torsion se normalizaron al peso × altura. RESULTADOS: Los niños con PC mostraron un aumento del torque reflejo de estiramiento fásico y tónico (p = 0,004 y p = 0,001 respectivamente), ganancia refleja del tendón (p = 0,02), tasa de contracción (p = 0,038), tasa de relajación media (p = 0,02), rigidez elastica (p = 0,01) y amortiguación viscosa (p = 0,01) en comparación con los niños con desarrollo normal. INTERPRETACIÓN: El estiramiento controlado y la percusión instrumentada del tendón, permiten la cuantificación sistemática de varios cambios neuronales y no neuronales en la PC, que pueden usarse para guiar el tratamiento específico de la discapacidad.

Contribuições neurais e não neurais para a espasticidade do tornozelo em crianças com paralisia cerebral OBJETIVO: Avaliar as contribuições neurais e não-neurais para a espasticidade no tornozelo comprometido de crianças com paralisia cerebral (PC). MÉTODO: O golpeamento instrumentalizado do tendão de Aquiles foi realizado isometricamente para minimizar as contribuições não-neurais e um desvio exagerado do tendão, e assim eliciar as contribuições neurais. O alongamento do tornozelo controlado por um robô foi realizado em várias velocidades, incluindo alongamento lento, com contribuições neurais limitadas. A espasticidade foi avaliada como tendo origem neural (torque do reflexo fásico e tônico, ganho do reflexo tendinoso, taxa de contração, e taxa de meio relaxamento) e não-neural (rigidez elástica e amortecimento viscoso) em 17 crianças com PC (seis do sexo feminino e 11 do sexo masculino; média de idade [DP] 10a 8m [3 11m], variação 4a-18a) e 17 crianças com desenvolvimento típico (seis do sexo feminino e 11 do sexo masculino; média de idade [DP] 12a 7m [2a 9m], variação 7a-18a). Todos os torques foram normalizados para peso x altura. RESULTADOS: Crianças com PC mostraram aumento do torque do reflexo tônico e fásico e (p=0,004 e p=0,001 respectivamente), ganho do reflexo tendinoso (p=0,02), taxa de contração (p=0,038), taxa de meio relaxamento (p=0,02), rigidez elástica (p=0,01), e amortecimento viscoso (p=0,01) em comparação com as crianças com desenvolvimento típico. INTERPRETAÇÃO: O alongamento controlado e o golpeamento instrumentalizado do tendão permitem quantificação sistemática de várias mudanças neurais e não-neurais em PC, as quais podem ser usadas para guiar tratamento específico para a deficiência observada.

Publication types

  • Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.

MeSH terms

  • Adolescent
  • Ankle / physiopathology*
  • Ankle Joint / physiopathology
  • Cerebral Palsy / complications*
  • Child
  • Child, Preschool
  • Electromyography
  • Female
  • Humans
  • Male
  • Muscle Contraction / physiology
  • Muscle Spasticity / complications
  • Muscle Spasticity / physiopathology
  • Neurons / physiology*
  • Reflex, Stretch / physiology*