Ryggmargsstimulering og respirasjon etter skade

Ryggmargsskade (SCI) er ofte assosiert med motoriske kontrollmangler. Når skade endrer kontrollen av kroppsmuskulaturen, er respirasjonsfunksjonen kompromittert, noe som fører til respiratoriske komplikasjoner (inkludert COVID19-relaterte), en av de viktigste årsakene til sykelighet og dødelighet hos pasienter med kronisk SCI. Imidlertid har ingen av de respiratoriske rehabiliteringsmodalitetene for denne populasjonen ennå vist seg å være klinisk effektive.

Tidligere arbeid har vist at respiratorisk motorisk funksjon kan forbedres ved å bruke inspiratorisk-ekspiratorisk trykkterskel respiratorisk treningsprotokoll. Det har blitt funnet at disse forbedringene er assosiert med respiratorisk motorisk og autonom aktivitetsbasert plastisitet. På grunn av lav eksitabilitet av spinalnettverk under skaden, er imidlertid effektiviteten av denne intervensjonen begrenset til nivåene av funksjonell kapasitet som er bevart etter skade.

Epidural stimulering (scES) kan aktivere spinalnettverk under nivået av ryggmargslesjonen. Det ble demonstrert at tonisk scES på lumbalnivå hos individer med SCI fører til spenningsavhengige endringer i pustemønster og forbedret frivillig respirasjonsmuskelaktivering under skadenivået. Foreløpige data samlet inn for dette forslaget indikerer at ryggmargsstimulering kan forbedre den adaptive plastisiteten og gi forsterkede terapeutiske effekter når den kombineres med pustetrening.

Målet med denne studien er å undersøke mekanismene for respirasjonsfunksjonelle og respiratoriske motoriske responser på scES som et viktig skritt mot det langsiktige målet om å utvikle effektive evidensbaserte rehabiliteringsstrategier for pasienter med SCI. Den sentrale hypotesen er at scES øker eksitabiliteten til motoriske nettverk for respirasjon, noe som resulterer i forsterket bruksavhengig nevral plastisitet som svar på respiratorisk trening. Begrunnelsen for den foreslåtte studien er å begrunne utviklingen av en ny retning innen respiratorisk rehabilitering ved å bruke pustetrening i kombinasjon med elektrisk ryggmargsstimulering.

Den sentrale hypotesen vil bli testet ved å forfølge følgende to spesifikke mål:

Spesifikt mål 1: Evaluere de akutte effektene av epidural ryggmargsstimulering på respiratoriske funksjonelle og motoriske kontrollegenskaper.

En hypotese er at scES øker spinal motornettverks eksitabilitet, noe som fører til økte respiratoriske funksjonelle utfall på grunn av forbedret aktivering av nevrale nettverk spesifikke for respirasjon. En komparativ tilnærming med fokus på kliniske og elektrofysiologiske karakteriseringer av respiratoriske funksjonelle og motoriske kontrollresponser i nærvær eller fravær av scES hos individer med kronisk SCI på høyt nivå vil bli brukt. Respiratorisk motorisk kontroll vil karakteriseres ved bruk av lungefunksjonstest, elektromyografi og registrering av trunkkinematikk vurdert under respirasjonsinnsats. Under disse vurderingene vil slag-til-slag blodtrykk og hjertefrekvens/respirasjonsfrekvensvariabilitet bli vurdert for å evaluere respiratorisk-kardiovaskulære interaksjoner.

Spesifikt mål 2: Evaluere effektiviteten av epidural ryggmargsstimulering kombinert med pustetrening.

Hypotesen er at spesifikt konfigurert scES kombinert med åndedrettstrening tillater forbedret bruksavhengig nevral plastisitet for respirasjon. Disse hypotesene vil bli bekreftet hvis respiratorisk trening kombinert med scES resulterer i betydelig forbedrede funksjonelle resultater sammenlignet med målene oppnådd fra enten scES-bare eller respiratortrening-bare grupper. Den fysiologiske karakteriseringen av respiratoriske funksjonelle og motoriske kontrollresponser i disse gruppene vil bli brukt til å identifisere spesifikke terapeutiske effekter. Dette arbeidet vil skje ved bruk av metoder skissert i mål 1 og ytterligere kliniske tiltak alle vurdert før/etter stimulering og/eller trening og i oppfølgingsperioden.

Denne randomiserte, kontrollerte kliniske studien vil evaluere effekten av scES-tilnærmingen for å målrette respiratoriske nevrale nettverk og vil teste den rehabiliterende kapasiteten til respiratorisk aktivitetsbasert trening i kombinasjon med ryggmargsstimulering brukt epiduralt. Slike resultater forventes å ha en viktig positiv innvirkning, fordi identifiserte effekter av denne strategien for første gang vil gi bevis på at respirasjonsfunksjonen effektivt kan gjenopprettes hos pasienter med alvorlig kronisk SCI.