Rygmarvsstimulering og respiration efter skade

Rygmarvsskade (SCI) er almindeligvis forbundet med motoriske kontrolmangler. Når skader ændrer kontrollen af ​​kropsmusklerne, kompromitteres respiratorisk funktion, hvilket fører til respiratoriske komplikationer (herunder COVID19-relaterede), en af ​​de primære årsager til morbiditet og dødelighed hos patienter med kronisk SCI. Ingen af ​​de respiratoriske rehabiliteringsmodaliteter for denne population har dog endnu vist sig at være klinisk effektive.

Tidligere arbejde har vist, at respiratorisk motorisk funktion kan forbedres ved at bruge inspiratorisk-ekspiratorisk tryktærskel respiratorisk træningsprotokol. Det har vist sig, at disse forbedringer er forbundet med respiratorisk motorisk og autonom aktivitetsbaseret plasticitet. På grund af lav excitabilitet af spinale netværk under skaden er effektiviteten af ​​denne intervention imidlertid begrænset til niveauerne af funktionel kapacitet bevaret efter skade.

Epidural Stimulation (scES) kan aktivere spinale netværk under niveauet af rygmarvslæsionen. Det blev påvist, at tonisk scES på lændeniveau hos personer med SCI fører til spændingsafhængige ændringer i åndedrætsmønsteret og øget frivillig aktivering af respiratoriske muskler under skadesniveauet. Foreløbige data indsamlet til dette forslag indikerer, at rygmarvsstimulering kan forbedre den adaptive plasticitet og give forstærkede terapeutiske effekter, når det kombineres med åndedrætstræning.

Formålet med denne undersøgelse er at undersøge mekanismerne for respiratoriske funktionelle og respiratoriske motoriske reaktioner på scES som et vigtigt skridt mod det langsigtede mål om at udvikle effektive evidensbaserede rehabiliteringsstrategier for patienter med SCI. Den centrale hypotese er, at scES øger excitabiliteten af ​​motoriske netværk for respiration, hvilket resulterer i forstærket brugsafhængig neural plasticitet som reaktion på respiratorisk træning. Begrundelsen for den foreslåede undersøgelse er at begrunde udviklingen af ​​en ny retning inden for respiratorisk rehabilitering ved at bruge respiratorisk træning i kombination med elektrisk rygmarvsstimulering.

Den centrale hypotese vil blive testet ved at forfølge følgende to specifikke mål:

Specifikt mål 1: Evaluere de akutte effekter af epidural rygmarvsstimulering på respiratoriske funktionelle og motoriske kontrolegenskaber.

En hypotese er, at scES øger spinal motorisk netværks excitabilitet, hvilket fører til øgede respiratoriske funktionelle resultater på grund af øget aktivering af neurale netværk, der er specifikke for respiration. En komparativ tilgang med fokus på kliniske og elektrofysiologiske karakteriseringer af respiratoriske funktionelle og motoriske kontrolresponser i nærvær eller fravær af scES hos personer med kronisk SCI på højt niveau vil blive brugt. Respiratorisk motorisk kontrol vil blive karakteriseret ved brug af lungefunktionstest, elektromyografi og optagelser af trunkkinematik vurderet under respiratoriske indsatser. Under disse vurderinger vil slag-til-slag blodtryk og hjertefrekvens/respirationsfrekvensvariabilitet blive vurderet for at evaluere respiratoriske-kardiovaskulære interaktioner.

Specifikt mål 2: Evaluer effektiviteten af ​​epidural rygmarvsstimulering kombineret med åndedrætstræning.

Hypotesen er, at specifikt konfigureret scES kombineret med respiratorisk træning tillader øget brugsafhængig neural plasticitet til respiration. Disse hypoteser vil blive bekræftet, hvis åndedrætstræningen kombineret med scES resulterer i væsentligt forbedrede funktionelle resultater sammenlignet med målene opnået fra enten scES-kun eller respiratorisk træning-kun grupper. Den fysiologiske karakterisering af respiratoriske funktionelle og motoriske kontrolresponser i disse grupper vil blive brugt til at identificere specifikke terapeutiske effekter. Dette arbejde vil blive udført ved at bruge metoder skitseret i mål 1 og yderligere kliniske tiltag, alle vurderet før/efter stimulering og/eller træning og i opfølgningsperioden.

Dette randomiserede, kontrollerede kliniske forsøg vil evaluere virkningerne af scES-tilgangen til at målrette respiratoriske neurale netværk og vil teste den rehabiliterende kapacitet af respiratorisk aktivitetsbaseret træning i kombination med rygmarvsstimulering anvendt epiduralt. Sådanne resultater forventes at have en vigtig positiv indvirkning, fordi identificerede effekter af denne strategi for første gang vil give bevis for, at respiratorisk funktion effektivt kan genoprettes hos patienter med svær kronisk SCI.