Selkäydinstimulaatio ja hengitys vamman jälkeen

Selkäydinvamma (SCI) liittyy yleisesti moottorin hallinnan puutteisiin. Kun vamma muuttaa vartalon lihasten hallintaa, hengitystoiminta vaarantuu, mikä johtaa hengityskomplikaatioihin (mukaan lukien COVID19:ään liittyvät), jotka ovat yksi tärkeimmistä sairastuvuuden ja kuolleisuuden syistä potilailla, joilla on krooninen SCI. Mikään tämän väestön hengitysteiden kuntoutusmenetelmistä ei kuitenkaan ole vielä osoittautunut kliinisesti tehokkaaksi.

Aikaisempi työ osoitti, että hengitysmotorista toimintaa voidaan parantaa käyttämällä sisäänhengitys-uloshengityspainekynnyshengitysharjoitusprotokollaa. On havaittu, että nämä parannukset liittyvät hengitysmoottoriin ja autonomiseen toimintaan perustuvaan plastisuuteen. Kuitenkin johtuen vamman alapuolella olevien selkärangan verkkojen alhaisesta virityksestä, tämän toimenpiteen tehokkuus rajoittuu vamman jälkeen säilyneeseen toimintakykyyn.

Epiduraalinen stimulaatio (scES) voi aktivoida selkäydinverkostoja selkäydinvaurion tason alapuolella. Osoitettiin, että tonic scES lannerangan tasolla henkilöillä, joilla on SCI, johtaa jännitteestä riippuviin muutoksiin hengitysmallissa ja lisääntyneeseen vapaaehtoiseen hengityslihasten aktivaatioon vauriotason alapuolella. Tätä ehdotusta varten kerätyt alustavat tiedot osoittavat, että selkäydinstimulaatio voi parantaa mukautuvaa plastisuutta ja antaa vahvistettuja terapeuttisia vaikutuksia, kun se yhdistetään hengitysharjoitteluun.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia hengitysteiden funktionaalisten ja hengitysmotoristen vasteiden mekanismeja scES:lle tärkeänä askeleena kohti pitkän aikavälin tavoitetta kehittää tehokkaita näyttöön perustuvia kuntoutusstrategioita SCI-potilaille. Keskeinen hypoteesi on, että scES nostaa motoristen verkostojen hengityksen kiihtyneisyyttä, mikä johtaa lisääntyneeseen käyttöriippuvaiseen hermoplastisuuteen vasteena hengitysharjoitteluun. Ehdotetun tutkimuksen perusteena on perustella uuden suunnan kehittäminen hengitysteiden kuntoutuksessa käyttämällä hengitysharjoitusta yhdessä sähköisen selkäydinstimulaation kanssa.

Keskeistä hypoteesia testataan seuraavien kahden erityistavoitteen mukaisesti:

Erityinen tavoite 1: Arvioi epiduraalisen selkäydinstimulaation akuutit vaikutukset hengitystoiminnan ja motorisen ohjauksen ominaisuuksiin.

Oletuksena on, että scES lisää selkärangan motoristen verkkojen kiihtyneisyyttä, mikä johtaa lisääntyneisiin hengitystoimintoihin johtuen hengitykselle spesifisten hermoverkkojen parantuneesta aktivoinnista. Käytetään vertailevaa lähestymistapaa, joka keskittyy hengityselinten funktionaalisten ja motoristen ohjausvasteiden kliinisiin ja sähköfysiologisiin karakterisointeihin scES:n läsnä ollessa tai poissa henkilöillä, joilla on korkea krooninen SCI. Hengitysmoottorin hallintaa karakterisoidaan käyttämällä keuhkojen toimintatestiä, elektromyografiaa ja hengitystoiminnan aikana arvioituja vartalon kinematiikkaa. Näiden arviointien aikana verenpainetta lyönnistä lyöntiin ja sydämen lyöntitiheyden/hengitysnopeuden vaihtelua arvioidaan hengitys-kardiovaskulaaristen vuorovaikutusten arvioimiseksi.

Erityinen tavoite 2: Arvioi epiduraalisen selkäydinstimulaation tehokkuutta yhdistettynä hengitysharjoitteluun.

Hypoteesi on, että spesifisesti konfiguroitu scES yhdistettynä hengitysharjoitteluun mahdollistaa tehostetun käytöstä riippuvan hermoston plastisuuden hengitykseen. Tämä hypoteesi vahvistuu, jos hengitysharjoittelu yhdistettynä scES:n kanssa johtaa merkittävästi parempiin toiminnallisiin tuloksiin verrattuna joko vain scES- tai vain hengitysharjoitteluryhmien mittauksiin. Hengityksen toiminnallisten ja motoristen ohjausvasteiden fysiologista karakterisointia näissä ryhmissä käytetään spesifisten terapeuttisten vaikutusten tunnistamiseen. Tämä työ tehdään käyttämällä tavoitteessa 1 esitettyjä menetelmiä ja kliinisiä lisätoimenpiteitä, jotka kaikki arvioidaan ennen stimulaatiota ja/tai harjoittelua/jälkeen ja seurantajakson aikana.

Tässä satunnaistetussa, kontrolloidussa kliinisessä tutkimuksessa arvioidaan scES-lähestymistavan vaikutuksia hengitysteiden hermoverkkoihin ja testataan hengitystoimintaan perustuvan harjoittelun kuntouttavaa kapasiteettia yhdistettynä epiduraalisesti käytettävään selkäydinstimulaatioon. Tällaisilla tuloksilla odotetaan olevan merkittävä myönteinen vaikutus, koska ensimmäistä kertaa tämän strategian tunnistetut vaikutukset tarjoavat todisteita siitä, että hengitystoiminta voidaan tehokkaasti palauttaa potilailla, joilla on vaikea krooninen SCI.