Assessing locomotion in cats trained on a flat treadmill and on a ladder treadmill before and after spinal cord injury (SCI)

Abstract

Les effets des lésions de la moelle épinière sur la locomotion sont souvent évalués sur un tapis roulant avec une surface plane, ce qui demande peu d’implication active des structures supraspinales. L’objectif du présent travail est d’évaluer si un type d’entraînement nécessitant une plus grande part de contrôle volontaire (c.-à-d. supraspinal) pourrait améliorer la récupération de la marche chez le chat après une hémilésion unilatérale spinale au niveau thoracique (T10). Pour ce faire, pendant 6 semaines les chats ont été entrainés sur un tapis roulant conventionnel ou sur un tapis-échelle roulante, tâche requérant un placement des pattes plus précis. Les paramètres de la marche ont été évalués par cinématique et électromyographie (EMG) avant et une fois par semaine pendant 6 semaines après lésion. Nos résultats comparant la marche sur tapis conventionnel à celle sur échelle roulante montrent des différences dans les excursions angulaires et les couplages entre les membres. On observe aussi des différences dans l’amplitude des EMG notamment une augmentation de la deuxième bouffée du muscle Semitendineux (St) sur l’échelle roulante. Après l’hémilésion spinale cette bouffée disparait du côté de la lésion tandis qu’elle est maintenue du côté intact. Après l’entrainement sur échelle roulante, on observe des changements de trajectoire de la patte et une disparition du pied tombant (foot drag) qui suggèrent une amélioration du contrôle de la musculature distale. Nos résultats montrent que le patron locomoteur observé sur tapis conventionnel est influencé par le type d’entraînement procuré. De plus, certains paramètres de la locomotion suggèrent que l’entraînement sur échelle roulante, qui requiert plus de contrôle supraspinal, favorise une meilleure récupération de la marche après lésion spinale.

The effects of spinal cord lesions on locomotion in animals is often assessed on a flat surface which requires minimal supraspinal demands. Here we investigated whether locomotor training requiring more voluntary commands could improve recovery in cats after a unilateral hemisection on the left side (Thoracic 10). Cats were trained for 6 weeks on a conventional flat treadmill (FTM) or on a ‘ladder treadmill’ (LTM) requiring precise foot positioning. Locomotor parameters such as kinematics and electromyographic activity (EMG) were evaluated before and once a week for 6 weeks after spinal hemisection. There were differences in angular excursions and limb couplings when comparing walking on FTM and LTM and important changes occurred in the amplitude of EMGs such as an increased second burst in Semitendinosus (St) during LTM stepping. After the left hemisection, this burst disappeared on the left side while it was maintained on the right (non lesioned) side. With LTM training, we observed changes in limb trajectories and disappearance of foot drag of the left foot during FTM stepping suggesting a better control of distal musculature. Our results show that locomotor patterns observed during FTM stepping are influenced by different training modalities and also that training on the LTM after a spinal hemisection, demanding more supraspinal control, leads to a better stepping pattern.