Acute intermitterende hypoxie bij traumatisch hersenletsel (AIH)

Het doel van deze studie is om te bepalen of acute intermitterende hypoxie (AIH) veilig is om toe te dienen aan medisch stabiele patiënten met chronisch traumatisch hersenletsel (TBI). Er zijn aanwijzingen dat AIH de neuroplasticiteit van het centrale zenuwstelsel (CZS) bevordert. AIH stimuleert zuurstofgevoelige serotonerge neuronen in de raphe-kern van de hersenstam, wat leidt tot de afgifte van serotonine in verschillende delen van het CZS. Deze afgifte leidt tot activering van serotoninereceptoren op of nabij corticale neuronen en verhoogde synthese van meerdere trofische factoren, waaronder van de hersenen afgeleide neurotrofe factor, vasculaire endotheliale groeifactor en erytropoëtine. Deze acties beïnvloeden ook de werking van neurotransmitters zoals GABA. Een grotere expressie van groeifactoren in de hersenen vergemakkelijkt de neuroplasticiteit door de synaptische kracht, de prikkelbaarheid van corticale neuronen en interneuronen en de connectiviteit tussen en tussen de hersenen te vergroten. Van belang is dat hypoxie-geïnduceerde neuroplasticiteit alleen optreedt bij acute intermitterende blootstelling, maar niet wordt opgeroepen door continue hypoxie van dezelfde duur. Is AIH veilig toe te dienen aan TBI-patiënten? Het overwicht van eerder dierlijk en menselijk bewijs suggereert dat dagelijkse episodes van milde AIH geen negatieve invloed hebben op belangrijke veiligheidsparameters zoals bloeddruk in rust, arteriële druk, hartslag, hartslagvariabiliteit, hartminuutvolume of cognitieve functie. Tot op heden zijn AIH-protocollen die gunstige neuroplasticiteit induceren zonder pathologische gevolgen teweeg te brengen, beperkt tot korte episodes van bescheiden hypoxie met een laag cyclusnummer, zoals episodes van 15 x 90 seconden met 10% ingeademde zuurstof. Recente onderzoeken bij mensen met chronische dwarslaesie en beroerte hebben aangetoond dat deze bescheiden AIH-episodes die gedurende vijf opeenvolgende dagen worden herhaald, veilig kunnen worden getolereerd zonder pathologische gevolgen. Een andere recente studie toonde aan dat zelfs een 4 weken durend protocol van matige dagelijkse AIH (cycling 9%/21% zuurstof elke 1,5 minuut, 15 cycli per dag, gedurende 4 weken) geen nadelige medische gevolgen of cognitieve stoornissen veroorzaakt. Het cumulatieve bewijs suggereert dus dat repetitieve AIH veilig kan worden gebruikt om te onderzoeken of het neurogedrag bij TBI-patiënten kan verbeteren zonder schadelijke effecten. In deze studie zullen we milde AIH toedienen aan 16 patiënten op vier verschillende dagen verspreid over een periode van twee tot vier weken, te beginnen met een normale zuurstofconcentratie (streefwaarde voor SpO2 van 98%) en vervolgens geleidelijk de zuurstofconcentraties te verlagen gedurende de volgende drie sessies (tot 93%, 87% en 82%). Ons primaire doel is om te bepalen of het veilig is om milde AIH toe te dienen aan chronische TBI-patiënten met aanhoudende functionele beperkingen, maar die klinisch stabiel zijn. Als secundair doel in deze studie zullen we beoordelen of milde AIH-toediening post-sessie of cumulatieve effecten heeft op geheugen en cognitie, corticale activatie zoals beoordeeld door transcraniële magnetische stimulatie met één puls, of dat pre-studie hersenarchitectuur of functionele connectiviteit zoals gedetecteerd door structurele en rusttoestand functionele magnetische resonantie beeldvorming voorspelt de reactie op AIH. Als er in deze studie geen nadelige effecten op milde AIH worden waargenomen, kunnen klinische onderzoeken met milde AIH alleen of in combinatie met neurologische gedragstherapieën evalueren of AIH de verbetering van functionele prestaties na TBI vergemakkelijkt.