Ruggenmergstimulatie en ademhaling na letsel

Ruggenmergletsel (SCI) wordt vaak geassocieerd met motorische stoornissen. Wanneer letsel de controle over de rompspieren verandert, wordt de ademhalingsfunctie aangetast, wat leidt tot ademhalingscomplicaties (waaronder COVID19-gerelateerd), een van de belangrijkste oorzaken van morbiditeit en mortaliteit bij patiënten met chronische dwarslaesie. Van geen van de respiratoire revalidatiemodaliteiten voor deze populatie is echter bewezen dat ze klinisch effectief zijn.

Eerder werk toonde aan dat de respiratoire motorische functie kan worden verbeterd door gebruik te maken van het ademhalingstrainingsprotocol voor de inspiratoire-expiratoire drukdrempel. Gebleken is dat deze verbeteringen verband houden met ademhalingsmotorische en op autonome activiteit gebaseerde plasticiteit. Vanwege de lage prikkelbaarheid van spinale netwerken onder het letsel, is de effectiviteit van deze interventie echter beperkt tot de niveaus van functionele capaciteit die behouden blijven na letsel.

Epidurale stimulatie (scES) kan spinale netwerken onder het niveau van de laesie van het ruggenmerg activeren. Er werd aangetoond dat tonische scES op lumbaal niveau bij personen met dwarslaesie leidt tot spanningsafhankelijke veranderingen in het ademhalingspatroon en verbeterde vrijwillige ademhalingsspieractivatie onder het letselniveau. Voorlopige gegevens die voor dit voorstel zijn verzameld, geven aan dat stimulatie van het ruggenmerg de adaptieve plasticiteit kan verbeteren en versterkte therapeutische effecten kan bieden wanneer het wordt gecombineerd met ademhalingstraining.

Het doel van deze studie is om de mechanismen van respiratoire functionele en respiratoire motorische reacties op de scES te onderzoeken als een belangrijke stap in de richting van het langetermijndoel van het ontwikkelen van effectieve evidence-based revalidatiestrategieën voor patiënten met dwarslaesie. De centrale hypothese is dat scES de prikkelbaarheid van motornetwerken voor ademhaling verhoogt, wat resulteert in versterkte gebruiksafhankelijke neurale plasticiteit als reactie op de ademhalingstraining. De grondgedachte voor de voorgestelde studie is om de ontwikkeling van een nieuwe richting in ademhalingsrevalidatie te rechtvaardigen door ademhalingstraining te gebruiken in combinatie met elektrische ruggenmergstimulatie.

De centrale hypothese zal getest worden door de volgende twee specifieke doelstellingen na te streven:

Specifiek doel 1: Evalueer de acute effecten van epidurale ruggenmergstimulatie op respiratoire functionele en motorische controle-eigenschappen.

De hypothese is dat de scES de prikkelbaarheid van het spinale motornetwerk verhoogt, wat leidt tot verhoogde respiratoire functionele resultaten als gevolg van verbeterde activering van neurale netwerken die specifiek zijn voor ademhaling. Er zal een vergelijkende benadering worden gebruikt die zich richt op klinische en elektrofysiologische karakteriseringen van respiratoire functionele en motorische controlereacties in aanwezigheid of afwezigheid van scES bij personen met chronische dwarslaesie op hoog niveau. Ademhalingsmotorische controle zal worden gekarakteriseerd door gebruik te maken van longfunctietest, elektromyografie en opnames van rompkinematica die worden beoordeeld tijdens ademhalingsinspanningen. Tijdens deze beoordelingen worden de hartslag-op-slag bloeddruk en hartslag/ademhalingsfrequentievariabiliteit beoordeeld om respiratoire-cardiovasculaire interacties te evalueren.

Specifiek doel 2: Evalueer de effectiviteit van epidurale ruggenmergstimulatie in combinatie met ademhalingstraining.

De hypothese is dat specifiek geconfigureerde scES in combinatie met ademhalingstraining verbeterde gebruiksafhankelijke neurale plasticiteit voor ademhaling mogelijk maakt. Deze hypothese zal worden bevestigd als de ademhalingstraining in combinatie met scES resulteert in aanzienlijk verbeterde functionele resultaten in vergelijking met de metingen die zijn verkregen van groepen met alleen scES of alleen ademhalingstraining. De fysiologische karakterisering van respiratoire functionele en motorische controleresponsen in deze groepen zal gebruikt worden om specifieke therapeutische effecten te identificeren. Dit werk zal worden gedaan door gebruik te maken van methoden beschreven in doel 1 en aanvullende klinische maatregelen die allemaal worden beoordeeld voor/na stimulatie en/of training en tijdens de follow-upperiode.

Deze gerandomiseerde, gecontroleerde klinische studie zal de effecten evalueren van de scES-benadering om respiratoire neurale netwerken aan te pakken en zal het rehabiliterende vermogen testen van op ademhalingsactiviteit gebaseerde training in combinatie met ruggenmergstimulatie die epiduraal wordt toegepast. Dergelijke resultaten zullen naar verwachting een belangrijke positieve impact hebben, omdat voor het eerst geïdentificeerde effecten van deze strategie zullen aantonen dat de ademhalingsfunctie effectief kan worden hersteld bij patiënten met ernstige chronische dwarslaesie.