Stimulace míchy a dýchání po zranění

Poranění míchy (SCI) je běžně spojeno s deficitem motorické kontroly. Když zranění změní kontrolu svalů trupu, je narušena funkce dýchání, což vede k respiračním komplikacím (včetně souvisejících s COVID19), jedné z primárních příčin morbidity a mortality u pacientů s chronickou SCI. Žádná z respiračních rehabilitačních modalit pro tuto populaci však dosud nebyla prokázána jako klinicky účinná.

Předchozí práce prokázala, že dechovou motorickou funkci lze zlepšit použitím nádechového tréninkového protokolu prahu inspiračního a exspiračního tlaku. Bylo zjištěno, že tato zlepšení jsou spojena s plasticitou založenou na respirační motorice a autonomní aktivitě. Vzhledem k nízké excitabilitě páteřních sítí pod poraněním je však účinnost této intervence omezena na úrovně funkční kapacity zachované po poranění.

Epidurální stimulace (scES) může aktivovat míšní sítě pod úrovní míšní léze. Bylo prokázáno, že tonické scES na bederní úrovni u jedinců s SCI vedou k napěťově závislým změnám v dechovém vzoru a zvýšené aktivaci dobrovolného dýchacího svalu pod úrovní poranění. Předběžné údaje shromážděné pro tento návrh naznačují, že stimulace míchy může zvýšit adaptivní plasticitu a poskytnout zesílené terapeutické účinky, když je kombinována s respiračním tréninkem.

Cílem této studie je prozkoumat mechanismy respiračních funkčních a respiračních motorických odpovědí na scES jako důležitý krok směrem k dlouhodobému cíli vyvinout účinné rehabilitační strategie pro pacienty s SCI založené na důkazech. Ústřední hypotézou je, že scES zvyšuje excitabilitu motorických sítí pro dýchání, což vede k zesílené neurální plasticitě závislé na použití v reakci na respirační trénink. Důvodem navrhované studie je ospravedlnit vývoj nového směru v dechové rehabilitaci pomocí dechového tréninku v kombinaci s elektrickou stimulací míchy.

Ústřední hypotéza bude testována sledováním následujících dvou konkrétních cílů:

Specifický cíl 1: Vyhodnotit akutní účinky epidurální míšní stimulace na respirační funkční a motorické kontrolní vlastnosti.

Předpokládá se, že scES zvyšuje excitabilitu páteřní motorické sítě, což vede ke zvýšeným respiračním funkčním výsledkům v důsledku zvýšené aktivace neuronových sítí specifických pro dýchání. Bude použit srovnávací přístup zaměřený na klinickou a elektrofyziologickou charakterizaci odpovědí respirační funkční a motorické kontroly v přítomnosti nebo nepřítomnosti scES u jedinců s vysokým stupněm chronické SCI. Řízení respirační motoriky bude charakterizováno pomocí testu funkce plic, elektromyografie a záznamů kinematiky trupu hodnocené během respiračního úsilí. Během těchto hodnocení bude hodnocen krevní tlak tep od tepu a variabilita srdeční frekvence/dechové frekvence, aby se vyhodnotily respiračně-kardiovaskulární interakce.

Specifický cíl 2: Vyhodnotit účinnost epidurální stimulace míchy v kombinaci s dechovým tréninkem.

Hypotézou je, že specificky konfigurovaný scES v kombinaci s respiračním tréninkem umožňuje zvýšenou neurální plasticitu pro dýchání závislou na použití. Tato hypotéza bude potvrzena, pokud dechový trénink v kombinaci se scES povede k významně zlepšeným funkčním výsledkům ve srovnání s měřeními získanými buď ze skupiny s pouze scES nebo pouze s respiračním tréninkem. Fyziologická charakterizace respiračních funkčních a motorických kontrolních odpovědí u těchto skupin bude použita k identifikaci specifických terapeutických účinků. Tato práce bude provedena pomocí metod nastíněných v cíli 1 a dalších klinických opatření, která jsou všechna hodnocena před/po stimulaci a/nebo tréninku a během období sledování.

Tato randomizovaná, kontrolovaná klinická studie vyhodnotí účinky přístupu scES na cílové respirační neuronové sítě a otestuje rehabilitační kapacitu tréninku založeného na respirační aktivitě v kombinaci se stimulací míchy aplikovanou epidurálně. Očekává se, že takové výsledky budou mít významný pozitivní dopad, protože poprvé identifikované účinky této strategie poskytnou důkaz, že respirační funkce může být účinně obnovena u pacientů s těžkou chronickou SCI.