Стимуляция спинного мозга и дыхание после травмы

Травма спинного мозга (SCI) обычно связана с дефицитом двигательного контроля. Когда травма изменяет контроль над мышцами туловища, дыхательная функция нарушается, что приводит к респираторным осложнениям (в том числе связанным с COVID19), что является одной из основных причин заболеваемости и смертности у пациентов с хронической ТСМ. Тем не менее, ни один из методов респираторной реабилитации для этой группы населения еще не доказал свою клиническую эффективность.

Предыдущая работа продемонстрировала, что респираторно-двигательная функция может быть улучшена с помощью протокола тренировки дыхания с пороговым давлением вдоха-выдоха. Было обнаружено, что эти улучшения связаны с пластичностью дыхательной моторики и вегетативной активности. Однако из-за низкой возбудимости позвоночных сетей ниже места повреждения эффективность данного вмешательства ограничена уровнями функциональных возможностей, сохранившихся после травмы.

Эпидуральная стимуляция (пЭС) может активировать спинальные сети ниже уровня поражения спинного мозга. Показано, что тоническая ЭС на поясничном уровне у лиц с ТСМ приводит к вольтаж-зависимым изменениям паттерна дыхания и усилению произвольной активации дыхательных мышц ниже уровня повреждения. Предварительные данные, собранные для этого предложения, показывают, что стимуляция спинного мозга может повысить адаптивную пластичность и обеспечить усиленный терапевтический эффект в сочетании с дыхательной тренировкой.

Целью данного исследования является изучение механизмов дыхательных функциональных и респираторно-двигательных реакций на ПКЭС, что является важным шагом на пути к долгосрочной цели разработки эффективных научно обоснованных стратегий реабилитации пациентов с ТСМ. Центральная гипотеза состоит в том, что scES повышает возбудимость двигательных сетей для дыхания, что приводит к усилению нейронной пластичности, зависящей от использования, в ответ на дыхательную тренировку. Обоснованием предлагаемого исследования является обоснование разработки нового направления респираторной реабилитации с использованием дыхательных тренировок в сочетании с электростимуляцией спинного мозга.

Центральная гипотеза будет проверена, преследуя следующие две конкретные цели:

Конкретная цель 1: Оценить острые эффекты эпидуральной стимуляции спинного мозга на функциональные свойства дыхания и моторного контроля.

Гипотеза состоит в том, что СКЭС увеличивает возбудимость спинномозговой двигательной сети, что приводит к улучшению функциональных результатов дыхания из-за усиленной активации нейронных сетей, специфичных для дыхания. Будет использоваться сравнительный подход, ориентированный на клинические и электрофизиологические характеристики дыхательных функциональных и моторных реакций при наличии или отсутствии сЭС у лиц с хронической ТСМ высокого уровня. Дыхательный двигательный контроль будет характеризоваться с использованием теста функции легких, электромиографии и записи кинематики туловища, оцениваемой во время дыхательных усилий. Во время этих оценок будут оцениваться артериальное давление от удара к удару и вариабельность частоты сердечных сокращений / частоты дыхания для оценки респираторно-сердечно-сосудистых взаимодействий.

Конкретная цель 2: Оценить эффективность эпидуральной стимуляции спинного мозга в сочетании с дыхательной тренировкой.

Гипотеза состоит в том, что специально сконфигурированная ЭЭС в сочетании с дыхательной тренировкой позволяет повысить пластичность нейронов, зависящую от использования, для дыхания. Эта гипотеза будет подтверждена, если дыхательная тренировка в сочетании с пкЭС приведет к значительному улучшению функциональных результатов по сравнению с показателями, полученными в группах только пкЭС или только дыхательной тренировки. Физиологическая характеристика дыхательных функциональных и двигательных реакций в этих группах будет использоваться для определения конкретных терапевтических эффектов. Эта работа будет выполняться с использованием методов, описанных в Задаче 1, и дополнительных клинических показателей, которые оцениваются до/после стимуляции и/или тренировки и в течение периода наблюдения.

В этом рандомизированном контролируемом клиническом исследовании будет оцениваться влияние пкЭС на целевые дыхательные нейронные сети и будет проверена реабилитационная способность тренировки на основе дыхательной активности в сочетании с эпидуральной стимуляцией спинного мозга. Ожидается, что такие результаты окажут важное положительное влияние, поскольку впервые выявленные эффекты этой стратегии докажут, что дыхательная функция может быть эффективно восстановлена ​​​​у пациентов с тяжелой хронической ТСМ.