Rückenmarkstimulation und Atmung nach einer Verletzung

Rückenmarksverletzungen (SCI) sind häufig mit motorischen Kontrolldefiziten verbunden. Wenn eine Verletzung die Kontrolle der Rumpfmuskulatur verändert, wird die Atmungsfunktion beeinträchtigt, was zu respiratorischen Komplikationen (einschließlich COVID19-bedingt) führt, einer der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität bei Patienten mit chronischer SCI. Allerdings hat sich bisher keine der rehabilitativen Modalitäten der Atemwege für diese Patientengruppe als klinisch wirksam erwiesen.

Frühere Arbeiten zeigten, dass die Atemmotorik durch die Verwendung des Atmungstrainingsprotokolls für den inspiratorischen und exspiratorischen Druckschwellenwert verbessert werden kann. Es wurde festgestellt, dass diese Verbesserungen mit der auf Atemmotorik und autonomer Aktivität basierenden Plastizität verbunden sind. Aufgrund der geringen Erregbarkeit der Wirbelsäulennetzwerke unterhalb der Verletzung ist die Wirksamkeit dieser Intervention jedoch auf das Niveau der nach der Verletzung erhaltenen funktionellen Kapazität beschränkt.

Epidurale Stimulation (scES) kann spinale Netzwerke unterhalb der Rückenmarksläsion aktivieren. Es wurde gezeigt, dass tonisches scES auf lumbaler Ebene bei Personen mit QSL zu spannungsabhängigen Änderungen des Atemmusters und einer verstärkten willkürlichen Aktivierung der Atemmuskulatur unterhalb der Verletzungsebene führt. Vorläufige Daten, die für diesen Vorschlag gesammelt wurden, weisen darauf hin, dass die Rückenmarkstimulation die adaptive Plastizität verbessern und verstärkte therapeutische Wirkungen bieten kann, wenn sie mit Atemtraining kombiniert wird.

Das Ziel dieser Studie ist die Untersuchung der Mechanismen der respiratorischen funktionellen und respiratorischen motorischen Reaktionen auf das scES als wichtiger Schritt in Richtung des langfristigen Ziels, effektive evidenzbasierte Rehabilitationsstrategien für Patienten mit QSL zu entwickeln. Die zentrale Hypothese ist, dass scES die Erregbarkeit motorischer Netzwerke für die Atmung erhöht, was zu einer verstärkten nutzungsabhängigen neuronalen Plastizität als Reaktion auf das Atmungstraining führt. Die Begründung für die vorgeschlagene Studie besteht darin, die Entwicklung einer neuen Richtung in der Atemrehabilitation durch den Einsatz von Atemtraining in Kombination mit elektrischer Rückenmarkstimulation zu rechtfertigen.

Die zentrale Hypothese wird überprüft, indem die folgenden zwei spezifischen Ziele verfolgt werden:

Spezifisches Ziel 1: Bewertung der akuten Wirkungen der epiduralen Rückenmarkstimulation auf die respiratorischen funktionellen und motorischen Kontrolleigenschaften.

Die Hypothese ist, dass das scES die Erregbarkeit des spinalen motorischen Netzwerks erhöht, was zu erhöhten respiratorischen funktionellen Ergebnissen aufgrund einer verstärkten Aktivierung von neuronalen Netzwerken führt, die für die Atmung spezifisch sind. Es wird ein vergleichender Ansatz verwendet, der sich auf die klinische und elektrophysiologische Charakterisierung der respiratorischen funktionellen und motorischen Kontrollreaktionen in Gegenwart oder Abwesenheit von scES bei Personen mit hochgradiger chronischer Querschnittlähmung konzentriert. Die Kontrolle der Atemmotorik wird durch Lungenfunktionstest, Elektromyographie und Aufzeichnungen der Rumpfkinematik charakterisiert, die während der Atemanstrengungen bewertet werden. Während dieser Bewertungen werden der Schlag-zu-Schlag-Blutdruck und die Herzfrequenz-/Atemfrequenzvariabilität bewertet, um die respiratorischen und kardiovaskulären Wechselwirkungen zu bewerten.

Spezifisches Ziel 2: Bewertung der Wirksamkeit der epiduralen Rückenmarkstimulation in Kombination mit Atemtraining.

Die Hypothese ist, dass speziell konfiguriertes scES in Kombination mit Atemtraining eine verbesserte nutzungsabhängige neurale Plastizität für die Atmung ermöglicht. Diese Hypothesen werden bestätigt, wenn das Atemtraining in Kombination mit scES zu signifikant verbesserten funktionellen Ergebnissen im Vergleich zu den Messungen führt, die entweder von Gruppen mit nur scES oder nur mit Atemtraining erhalten wurden. Die physiologische Charakterisierung der respiratorischen funktionellen und motorischen Kontrollantworten in diesen Gruppen wird verwendet, um spezifische therapeutische Wirkungen zu identifizieren. Diese Arbeit wird unter Verwendung der in Ziel 1 beschriebenen Methoden und zusätzlicher klinischer Maßnahmen durchgeführt, die alle vor/nach der Stimulation und/oder dem Training und während der Nachbeobachtungsphase bewertet werden.

Diese randomisierte, kontrollierte klinische Studie wird die Auswirkungen des scES-Ansatzes auf respiratorische neuronale Netze bewerten und die rehabilitative Kapazität von auf Atemaktivität basierendem Training in Kombination mit epidural angewendeter Rückenmarkstimulation testen. Es wird erwartet, dass solche Ergebnisse einen wichtigen positiven Einfluss haben werden, da die identifizierten Wirkungen dieser Strategie zum ersten Mal den Nachweis erbringen werden, dass die Atmungsfunktion bei Patienten mit schwerer chronischer Rückenmarksverletzung effektiv wiederhergestellt werden kann.