Stimolazione del midollo spinale e respirazione dopo l'infortunio

La lesione del midollo spinale (SCI) è comunemente associata a deficit del controllo motorio. Quando la lesione altera il controllo dei muscoli del tronco, la funzione respiratoria è compromessa portando a complicanze respiratorie (incluse quelle correlate a COVID19), una delle principali cause di morbilità e mortalità nei pazienti con LM cronica. Tuttavia, nessuna delle modalità riabilitative respiratorie per questa popolazione si è ancora dimostrata clinicamente efficace.

Il lavoro precedente ha dimostrato che la funzione motoria respiratoria può essere migliorata utilizzando il protocollo di allenamento respiratorio con soglia della pressione inspiratoria-espiratoria. È stato scoperto che questi miglioramenti sono associati al motore respiratorio e alla plasticità basata sull'attività autonomica. Tuttavia, a causa della bassa eccitabilità delle reti spinali al di sotto della lesione, l'efficacia di questo intervento è limitata ai livelli di capacità funzionale conservati dopo la lesione.

La stimolazione epidurale (scES) può attivare le reti spinali al di sotto del livello della lesione del midollo spinale. È stato dimostrato che la SCES tonica a livello lombare negli individui con LM porta a cambiamenti voltaggio-dipendenti nel modello respiratorio e a una maggiore attivazione dei muscoli respiratori volontari al di sotto del livello di lesione. I dati preliminari raccolti per questa proposta indicano che la stimolazione del midollo spinale può migliorare la plasticità adattativa e fornire effetti terapeutici amplificati quando è combinata con l'allenamento respiratorio.

L'obiettivo di questo studio è quello di indagare i meccanismi delle risposte motorie respiratorie e respiratorie allo SCES come un passo importante verso l'obiettivo a lungo termine di sviluppare efficaci strategie di riabilitazione basate sull'evidenza per i pazienti con LM. L'ipotesi centrale è che scES aumenti l'eccitabilità delle reti motorie per la respirazione con conseguente plasticità neurale amplificata dipendente dall'uso in risposta all'allenamento respiratorio. La logica dello studio proposto è giustificare lo sviluppo di una nuova direzione nella riabilitazione respiratoria utilizzando l'allenamento respiratorio in combinazione con la stimolazione elettrica del midollo spinale.

L'ipotesi centrale sarà verificata perseguendo i seguenti due obiettivi specifici:

Obiettivo specifico 1: Valutare gli effetti acuti della stimolazione epidurale del midollo spinale sulle proprietà funzionali respiratorie e di controllo motorio.

L'ipotesi è che la scES aumenti l'eccitabilità della rete motoria spinale portando ad un aumento degli esiti funzionali respiratori a causa della maggiore attivazione delle reti neurali specifiche per la respirazione. Verrà utilizzato un approccio comparativo incentrato sulle caratterizzazioni cliniche ed elettrofisiologiche delle risposte di controllo funzionale e motorio respiratorio in presenza o assenza di scES in soggetti con LM cronica di alto livello. Il controllo motorio respiratorio sarà caratterizzato mediante test di funzionalità polmonare, elettromiografia e registrazioni della cinematica del tronco valutata durante gli sforzi respiratori. Durante queste valutazioni, verranno valutate la pressione arteriosa da battito a battito e la variabilità della frequenza cardiaca/respiratoria per valutare le interazioni respiratorio-cardiovascolare.

Obiettivo specifico 2: valutare l'efficacia della stimolazione epidurale del midollo spinale combinata con l'allenamento respiratorio.

L'ipotesi è che scES specificamente configurati combinati con l'allenamento respiratorio consentano una maggiore plasticità neurale dipendente dall'uso per la respirazione. Questa ipotesi sarà confermata se l'allenamento respiratorio combinato con scES si tradurrà in esiti funzionali significativamente migliori rispetto alle misure ottenute da gruppi di solo scES o di solo allenamento respiratorio. La caratterizzazione fisiologica delle risposte di controllo funzionale e motorio respiratorio in questi gruppi sarà utilizzata per identificare specifici effetti terapeutici. Questo lavoro sarà svolto utilizzando i metodi descritti nell'Obiettivo 1 e misure cliniche aggiuntive, tutte valutate prima/dopo la stimolazione e/o l'allenamento e durante il periodo di follow-up.

Questo studio clinico randomizzato e controllato valuterà gli effetti dell'approccio scES per colpire le reti neurali respiratorie e testerà la capacità riabilitativa dell'allenamento basato sull'attività respiratoria in combinazione con la stimolazione del midollo spinale applicata per via epidurale. Si prevede che tali risultati avranno un importante impatto positivo, perché, per la prima volta, gli effetti identificati di questa strategia forniranno la prova che la funzione respiratoria può essere efficacemente ripristinata nei pazienti con LM cronica grave.