Évaluation de la récupération fonctionnelle de l’activité du diaphragme eupnéique après une hémisection unilatérale de la moelle épinière cervicale chez le rat

Il y a plus de 300 000 personnes atteintes de lésions de la moelle épinière (LME) aux États-Unis, dont environ la moitié ont des lésions cervicales¹. Ces blessures entraînent une perte importante de bien-être et exercent une pression financière sur les individus, leurs familles et le système de santé. Heureusement, la majorité des lésions médullaires sont incomplètes, ce qui permet de renforcer les voies épargnées¹. Cette neuroplasticité peut permettre la récupération d’au moins une partie de la fonction, y compris l’activité DIAm, qui est importante pour les comportements ventilatoires et non ventilatoires. Ainsi, la promotion de la neuroplasticité est une piste de recherche prometteuse pour aider les personnes atteintes de LME².

Les modèles de LME chez les rongeurs ont le potentiel de contribuer de manière substantielle à la découverte de traitements visant à améliorer la santé humaine. L’un des modèles classiques de LME utilisés pour étudier la neuroplasticité est une transsection unilatérale (hémisection) de la moelle épinière en C₂ (C₂SH), qui laisse le côté controlatéral intact ^{3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}. L’effet du C₂SH sur le débit phrénique et l’importance des voies controlatérales épargnées ont été révélés pour la première fois il y a plus de cent ans par Porter¹², dont l’article fondateur a jeté les bases des études modernes sur la neuroplasticité respiratoire. Le modèle C₂SH interrompt les entrées descendantes du groupe respiratoire ventral rostral (rVRG) dans la moelle, qui contient les neurones prémoteurs responsables de la transmission de la production du rythme respiratoire¹⁴. Ces neurones prémoteurs rVRG transmettent également l’entraînement neuronal excitateur aux motoneurones phréniques (Figure 1). Plusieurs chercheurs ont adopté des approches différentes du modèle C₂SH 10,11,15,16, ce qui peut expliquer en partie la variabilité de la récupération d’une étude à l’autre. En bref, les approches varient en termes d’épargne des funicules dorsaux, d’exécution d’une hémisection complète ou d’exécution d’une section partielle latérale qui n’interrompt pas complètement les entrées descendantes du rVRG ipsilatéral. En général, les modèles C₂SH sont particulièrement utiles pour étudier la neuroplasticité respiratoire en raison des taux de récupération spontanée de l’activité électromyographique (EMG) eupnéique iDIAm au fil du temps, qui peuvent être améliorés par plusieurs facteurs, dont la signalisation neurotrophique 17,18,19,20,21. Cependant, une perte de fonction initiale, définie comme l’inhibition de l’activité eupnéique de l’EMG iDIAm, doit d’abord être établie avant que la récupération puisse être clairement classifiée. Cette validation de l’inactivité au moment de_C2SH n’est pas faite dans plusieurs études 3,4,6,7,11,22,23.

Les évaluations histologiques de la moelle épinière excisée ne fournissent que des signes de dommages à l’emplacement approprié des voies bulbospinales excitatrices ipsilatérales innervant les motoneurones phréniques dans la moelle épinière, mais l’histologie ne remplace pas les preuves physiologiques (par exemple, DIAm EMG). De plus, les évaluations histologiques sont effectuées in ex vivo à des moments terminaux (souvent plusieurs semaines à quelques mois après la blessure) et ne fournissent pasd’informations en temps réel. Certains chercheurs ont noté que l’ampleur de la lésion est liée à la quantité de déficit fonctionnel ou à l’absence de déficit fonctionnel 5,24,25,26. Il est important de noter que la validité de telles affirmations dépend probablement fortement de la façon dont la « fonction » est classifiée (c’est-à-dire ce que sont les tâches fonctionnelles et comment elles sont quantifiées), et la variabilité entre les études met en évidence la difficulté de produire des lésions fonctionnellement identiques chez les animaux. En effet, les chercheurs ont souligné que la relation entre l’étendue de la blessure et la fonction locomotrice des muscles des membres (quantifiée par le score de Basso, Beattie et Bresnahan (BBB)²⁴) n’est pas linéaire^27,28. Dans des études antérieures, nous n’avons trouvé aucune relation entre l’étendue du C₂SH et l’étendue de la récupération de l’activité EMG eupnéique iDIAm après une lésion 10,29,30,31, bien que d’autres chercheurs aient rapporté une relation entre la fonction ventilatoire et l’étendue de la substance blanche épargnant ⁵. Ainsi, dans le cas du modèle C₂SH, une approche de validation fonctionnelle de l’inactivité iDIAm au moment de l’intervention et de préférence au début des expériences de lésions chroniques de la moelle épinière est à la fois bénéfique et nécessaire.

Le présent article souligne l’utilisation de l’EMG DIAm pour la confirmation en temps réel de la perte initiale d’EMG DIAm pendant la respiration après le C₂SH ainsi que pour les évaluations de confirmation ultérieures 3 jours (jour 3) après la lésion 18,21,31,32,33. Dans des travaux antérieurs avec le modèle C₂SH, des laparotomies répétées ont été effectuées pour enregistrer DIAm EMG 10,13,30,34. Cependant, des travaux plus récents ont utilisé des électrodes EMG chroniques, qui permettent d’enregistrer l’EMG chez des rats anesthésiés et éveillés. De plus, les électrodes chroniques réduisent le risque de pneumothorax et ne nécessitent pas de laparotomies répétées, ce qui peut entraîner une inhibition du DIAm^35,36. Bien que des versions du modèle C₂SH aient été utilisées par de nombreux chercheurs, la confirmation de l’inactivation de l’activité iDIAm n’a pas été faite au moment de la chirurgie 3,4,6,7,11,22,23. En l’absence d’une telle confirmation de l’inactivité, il est difficile de savoir quelle partie de la récupération ultérieure attribuer à la neuroplasticité des voies ipsilatérales par rapport aux voies controlatérales, qui peuvent avoir des impacts différentiels. Il s’agit d’une considération importante car l’entraînement neuronal inspiratoire du rVRG vers les motoneurones phréniques est principalement ipsilatéral, avec une perte d’environ 50% des entrées glutamatergiques excitatrices vers les motoneurones phréniques après C₂SH³³. Cependant, il reste des entrées excitatrices inspiratoires du rVRG controlatéral qui décussent sous le site de la lésion pour innerver les motoneurones phréniques ipsilatéraux et peuvent être renforcées par la neuroplasticité pour favoriser la récupération fonctionnelle. En supprimant l’entrée excitatrice ipsilatérale prédominante dans les motoneurones phréniques, l’activité EMG eupnéique iDIAm est perdue (au moins sous anesthésie), tandis que l’activité de la cDIAm se poursuit et est même améliorée. La perte d’activité EMG iDIAm pendant la respiration est donc une mesure de la réussite d’un C₂SH (Figure 2).

Un certain niveau d’activité EMG iDIAm est présent dès 1 à 4 jours après C2_{SH chez}les animaux éveillés^23,37. De plus, chez les animaux décérébrés, l’activité iDIAm est présente dans les minutes à quelques heures qui suivent l’hémisection cervicale supérieure et est supprimée par l’anesthésie³⁸. De plus, le succès du C₂SH est validé en confirmant l’absence d’activité EMG iDIAm pendant la respiration (eupnée) chez les rats anesthésiés le 3e jour après la blessure. Des études d’imagerie confocale ont confirmé la perte d’entrées synaptiques glutamatergiques sur les motoneurones phréniques au cours de cette phase initiale de la lésion³⁷. Au jour 3 après la blessure, s’il y a une activité résiduelle de l’EMG eupnéic iDIAm, cela est interprété comme une preuve d’élimination incomplète de l’entraînement inspiratoire descendant ipsilatéral du rVRG. Le présent article est divisé en trois sections : (1) enregistrements EMG DIAm chroniques, (2) C₂SH et (3) acquisition de données EMG chez les animaux éveillés et anesthésiés. Ce protocole décrit un modèle_C2SH rigoureux, reproductible et fiable de cSCI chez le rat, qui constitue une excellente plate-forme pour l’étude de la neuroplasticité respiratoire, de l’activité compensatoire de cDIAm, des stratégies thérapeutiques et pharmaceutiques.