Электроимпедансная томография и селективная стимуляция блуждающего нерва (EITsVNS)

Электроцевтика — относительно новая область, целью которой является лечение широкого спектра медицинских заболеваний с помощью электрической стимуляции вегетативных нервов. Основной целью вмешательства является шейный блуждающий нерв, так как он легко доступен для хирургического вмешательства и иннервирует многие органы шеи, грудной клетки и брюшной полости. Было бы желательно стимулировать выборочно, чтобы избежать нецелевых эффектов, которые происходят в настоящее время. До недавнего времени это не применялось в прошлом как из-за ограничений доступной технологии, так и из-за того, что, как это ни удивительно, фасцикулярная организация шейного блуждающего нерва почти полностью неизвестна; работа недавно была проведена на животных моделях. Целью данного исследования является изучение функциональной анатомии пучков (групп нервных волокон) в шейном отделе блуждающего нерва человека. Это будет включать определение иннервации сердца, легких и возвратной гортани и, если возможно, пищевода, желудка, поджелудочной железы, печени и желудочно-кишечного тракта. После того, как будут определены конкретные местоположения вышеуказанных групп, можно будет направить стимуляцию так, чтобы стимуляция блуждающего нерва воздействовала только на определенные органы. В частности, можно достичь терапевтического эффекта подавления припадков при эпилепсии с большей эффективностью и, в то же время, избежать всех обычно присутствующих побочных эффектов, потому что все функции органов изменяются при стимуляции всего нерва.

Наша группа впервые применила многоцелевую нервную манжету для визуализации активности нервов с помощью электроимпедансной томографии (ЭИТ) и возможности пространственно-селективной нейромодуляции. Он был оптимизирован и одобрен для использования in vivo на животных моделях.

Стимуляция блуждающего нерва (VNS) в настоящее время проводится у людей для лечения резистентной к лекарствам эпилепсии и депрессии. Тем не менее, VNS как терапевтическое вмешательство может быть расширено до широкого спектра терапевтических применений. Текущие исследования и доклинические исследования показывают многообещающие результаты в лечении сердечно-сосудистых заболеваний и сердечной недостаточности, травм легких, астмы, сепсиса, ревматоидного артрита, диабета, ожирения, обезболивания и воздействия на противовоспалительный путь в целом. Кроме того, селективная нейромодуляция может быть использована в качестве терапевтического подхода для лечения острого респираторного дистресс-синдрома, преобладающего в настоящее время во время пандемии Covid-19, который требует активации одних путей (холинергический противовоспалительный путь), а не других (функция легких). ) для эффективного улучшения результатов.

Несмотря на огромный потенциал ВНС в лечении различных заболеваний, все еще существуют ограничения. Без знания нейроанатомии нерва-мишени преобладают побочные эффекты и снижают эффективность лечения. Большая часть часто возникающих побочных эффектов, включая кашель, одышку и охриплость, может быть связана с активацией возвратных волокон гортани в блуждающем нерве. Предотвращение оттока блуждающего нерва только в гортань может значительно улучшить ВНС и уменьшить столь часто наблюдаемые побочные эффекты. Однако знание иннервации всех областей шейного блуждающего нерва может дополнительно улучшить целенаправленную стимуляцию и терапевтическую эффективность; предотвращение любых нежелательных реакций в нецелевых органах, таких как одышка и брадикардия, и может снизить риск дальнейших долгосрочных побочных эффектов, таких как развитие гипергликемии при стимуляции при эпилепсии.

EIT и селективная стимуляция блуждающего нерва человека обещают предоставить информацию о фасцикулярной организации нерва, которая позволит проводить целенаправленную нейромодуляцию во время лечения эпилепсии, депрессии и других расстройств без неизбирательного оттока блуждающего нерва, тем самым избегая нецелевых эффектов, наблюдаемых в настоящее время. Эффективность и терапевтические результаты VNS будут улучшены. Это требует междисциплинарного сотрудничества ученых-биомедиков, инженеров-электронщиков и математиков и представляет большой интерес для тех, кто заинтересован в междисциплинарной работе в этих областях.

Во время обычной операции по имплантации стимулятора блуждающего нерва оперирующий хирург накладывает временную электродную манжету только для целей данного исследования после получения доступа к блуждающему нерву. Эта манжета будет удалена во время той же операции после того, как протокол будет завершен, и операция будет завершена в обычном режиме. Эта манжета предназначена для одноразового использования, изготовлена ​​из стерилизованной платины и медицинского силикона - слой платины, содержащий дорожки и электроды, расположенные в виде колец, заключен между двумя слоями медицинского силикона. Чтобы убедиться, что манжета находится в контакте с нервом, на усмотрение хирурга будет использоваться медицинская силиконовая опора в виде трубки с отверстием или биосовместимые зажимы, прикрепленные к открывающимся концам манжеты. На одном конце манжеты есть разъем, ведущий к электронному устройству, которое используется для стимуляции и записи. Пока пациенту еще предстоит рутинная операция по имплантации, будут проводиться как выборочная стимуляция, так и записи EIT (визуализация). Электрический ток будет проходить между парой электродов, присутствующих на манжете, и процесс будет повторяться для разных пар при регистрации физиологических параметров (ЭКГ (запись сердечной деятельности), дыхания, электрогастрограммы) для поиска физиологических изменений. Параметры, такие как сила тока, ширина импульса и частота, будут регулироваться для того, чтобы вызывать реакции в нерве со стороны различных типов нервных волокон. Стимуляция будет выполняться примерно до 28 минут (от 10 до 30 секунд на пару с периодом ожидания между ними для возврата к исходному уровню). Это может быть повторено с различными параметрами стимуляции. Впоследствии аналогичным образом будет проводиться визуализация нерва (EIT) с введением тока через различные пары электродов, однако на этот раз другие электроды на манжете будут использоваться для регистрации электрических свойств, в частности, импеданса нерва. Это также будет происходить примерно 28 минут. Манжета будет удалена хирургом в конце протокола, и операция будет завершена, как обычно для стандартной операции по имплантации. На этом вовлечение пациента в данное исследование будет завершено. Все измерения и записи будут проанализированы на более позднем этапе исследователями в их лаборатории и офисе, чтобы получить информацию об избирательной стимуляции блуждающего нерва и сформировать изображения активности внутри нерва и уровня имплантации манжеты.