تقييم التعافي الوظيفي لنشاط الحجاب الحاجز Eupneic بعد تشريح الحبل الشوكي العنقي أحادي الجانب في الفئران

هناك أكثر من 300000 فرد يعانون من إصابة الحبل الشوكي (SCI) في الولايات المتحدة ، نصفهم تقريبا يعانون من إصابات عنق الرحم¹. تؤدي هذه الإصابات إلى خسارة كبيرة في الرفاهية وتضع ضغوطا مالية على الأفراد وعائلاتهم ونظام الرعاية الصحية. لحسن الحظ ، فإن غالبية اصابات النخاع الشوكي غير مكتملة – مما يوفر إمكانية تعزيز المسارات المستثناة¹. قد تسمح هذه المرونة العصبية باستعادة بعض الوظائف على الأقل ، بما في ذلك نشاط DIAm ، وهو أمر مهم للسلوكيات التنفسية وغير التنفسية. وبالتالي ، فإن تعزيز المرونة العصبية هو وسيلة واعدة للبحث لمساعدة الأفراد المصابين باصابات النخاع^{الشوكي 2}.

نماذج القوارض من اصابات النخاع الشوكي لديها القدرة على المساهمة بشكل كبير في اكتشاف العلاجات لتحسين صحة الإنسان. أحد النماذج الكلاسيكية لإصابات النخاع الشوكي المستخدمة لدراسة المرونة العصبية هو الاستئصال أحادي الجانب (التشريح) للحبل الشوكي عند C₂ (C₂SH) ، مما يترك الجانب المقابل سليما^{3،4،5،6،7،8،9،10،11،12،13}. تم الكشف عن تأثير C₂SH على الناتج الحجابي وأهمية المسارات المقابلة التي تم تجنيبها لأول مرة منذ أكثر من مائة عام بواسطة Porter¹² ، الذي وضعت مقالته الأساسية الأساس للدراسات الحديثة للمرونة العصبية التنفسية. يقطع نموذج C₂SH المدخلات الهابطة من المجموعة التنفسية البطنية المنضدية (rVRG) في النخاع ، والتي تحتوي على خلايا عصبية قبل الحركية مسؤولة عن نقل ناتج توليد إيقاع الجهاز التنفسي¹⁴. تنقل هذه الخلايا العصبية الحركية rVRG أيضا محرك عصبي استثاري إلى الخلايا العصبية الحركية الحجيبية (الشكل 1). اتخذ العديد من الباحثين مناهج مختلفة لنموذج C₂SH^{10،11،15،16} ، مما قد يفسر جزئيا بعض التباين في التعافي عبر الدراسات. باختصار ، تختلف الأساليب من حيث تجنيب القطائز الظهرية ، أو إجراء تشريح كامل ، أو إجراء قطع جزئي جانبي لا يقطع تماما المدخلات الهابطة من rVRG المماثل. بشكل عام ، تعد نماذج C₂SH مفيدة بشكل خاص لدراسة المرونة العصبية التنفسية بسبب معدلات الاسترداد التلقائي لنشاط تخطيط كهربية العضل (EMG) بمرور الوقت ، والذي يمكن تحسينه من خلال عدة عوامل ، بما في ذلك الإشارات العصبية^{17،18،19،20،21}. ومع ذلك ، يجب أولا تحديد الفقدان الأولي للوظيفة – الذي يعرف بأنه إسكات نشاط eupneic iDIAm EMG – قبل أن يتم تصنيف التعافي بوضوح. لم يتم التحقق من صحة عدم النشاط في وقت C₂SH في العديد من الدراسات^{3،4،6،7،11،22،23}.

تقدم التقييمات النسيجية للحبل الشوكي المستأصل فقط دليلا على تلف الموقع المناسب للمسارات البصلية الشوكية المثيرة المماثلة التي تعصب الخلايا العصبية الحركية الحجيبية في الحبل الشوكي ، لكن علم الأنسجة لا يحل محل الأدلة الفسيولوجية (على سبيل المثال ، DIAm EMG). علاوة على ذلك ، يتم إجراء التقييمات النسيجية خارج الجسم الحي في نقاط زمنية نهائية (غالبا بعد عدة أسابيع إلى أشهر من الإصابة) ولا توفر معلومات “في الوقت الفعلي”. لاحظ بعض المحققين أن حجم الآفة يتعلق بمقدار العجز الوظيفي أو عدمه^{5،24،25،26}. من المهم ملاحظة أن صحة مثل هذه الادعاءات تعتمد على الأرجح بشكل كبير على كيفية تصنيف “الوظيفة” (أي ما هي المهام الوظيفية وكيف يتم قياسها كميا) ، ويسلط التباين عبر الدراسات الضوء على صعوبة إنتاج آفات متطابقة وظيفيا عبر. في الواقع ، أكد المحققون أن العلاقة بين مدى الإصابة والوظيفة الحركية لعضلات الأطراف (التي تم تحديدها كميا بواسطة درجة Basso و Beattie و Bresnahan (BBB)²⁴) ليست خطية^27,28. في الدراسات السابقة ، لم نجد أي علاقة بين مدى C₂SH ومدى تعافي نشاط eupneic iDIAm EMG بعد الإصابة^{10،29،30،31} ، على الرغم من أن باحثين آخرين أبلغوا عن وجود علاقة بين وظيفة التهوية ومدى تجنيب المادة البيضاء⁵. وبالتالي ، في حالة نموذج C₂SH ، فإن اتباع نهج للتحقق الوظيفي من عدم نشاط iDIAm في وقت الجراحة ويفضل أن يكون ذلك في وقت مبكر من تجارب إصابة الحبل الشوكي المزمنة مفيد وضروري.

تؤكد هذه المقالة على استخدام DIAm EMG للتأكيد في الوقت الفعلي للفقدان الأولي ل DIAm EMG أثناء التنفس بعد C₂SH بالإضافة إلى التقييمات التأكيدية اللاحقة في 3 أيام (اليوم 3) بعد الإصابة^{18،21،31،32،33.} في العمل السابق مع نموذج C₂SH ، تم إجراء عمليات جراحية متكررة لتسجيل DIAm EMG^{10،13،30،34}. ومع ذلك ، فقد استخدم العمل الأحدث أقطاب EMG المزمنة ، والتي تسمح بتسجيل EMG في الفئران المخدرة واليقظة. بالإضافة إلى ذلك ، تقلل الأقطاب الكهربائية المزمنة من خطر استرواح الصدر ولا تتطلب عمليات استئصال البطن المتكررة ، والتي يمكن أن تسبب تثبيط DIAm^35,36. على الرغم من استخدام إصدارات من نموذج C₂SH من قبل العديد من الباحثين ، إلا أن تأكيد إسكات نشاط iDIAm لم يتم في وقت الجراحة^{3،4،6،7،11،22،23}. بدون مثل هذا التأكيد على عدم النشاط ، من الصعب معرفة أي جزء من الانتعاش اللاحق ينسبه إلى المرونة العصبية للمسارات المماثلة مقابل المسارات المقابلة ، والتي قد يكون لها تأثيرات تفاضلية. هذا اعتبار مهم لأن المحرك العصبي الشهيقي من rVRG إلى الخلايا العصبية الحركية الحجابي هو في المقام الأول مماثل ، مع فقدان حوالي 50 ٪ من مدخلات glutamatergic المثيرة للخلايا العصبية الحركية الحجابي بعد C₂SH³³. ومع ذلك ، هناك مدخلات استثارية شهيقية متبقية من rVRG المقابل الذي يتحلل أسفل موقع الآفة لتعصيب الخلايا العصبية الحركية الحجيبية المماثلة ويمكن تقويتها عن طريق المرونة العصبية لتعزيز الانتعاش الوظيفي. عن طريق إزالة المدخلات المثيرة المماثلة السائدة للخلايا العصبية الحركية الحجيبة ، يتم فقدان نشاط eupneic iDIAm EMG (على الأقل تحت التخدير) ، بينما يستمر نشاط cDIAm بل ويعزز. وبالتالي فإن فقدان نشاط iDIAm EMG أثناء التنفس هو مقياس لنجاح C₂SH (الشكل 2).

يوجد مستوى معين من نشاط iDIAm EMG في وقت مبكر من 1-4 أيام بعد C₂SH في المستيقظة^23,37. بالإضافة إلى ذلك ، في المخية ، يكون نشاط iDIAm موجودا في غضون دقائق إلى ساعات بعد تشريح عنق الرحم العلوي ويتم قمعه عن طريق التخدير³⁸. بالإضافة إلى ذلك ، يتم التحقق من نجاح C₂SH من خلال تأكيد عدم وجود نشاط iDIAm EMG أثناء التنفس (eupnea) في الفئران المخدرة في اليوم 3 بعد الإصابة. أكدت دراسات التصوير البؤري فقدان المدخلات المشبكية glutamatergic على الخلايا العصبية الحركية الحجابي خلال هذه المرحلة الأولية من الإصابة³⁷. في اليوم 3 بعد الإصابة ، إذا كان هناك أي نشاط eupneic iDIAm EMG المتبقي ، يتم تفسير ذلك على أنه دليل على الإزالة غير الكاملة لمحرك الشهيق الهابط المماثل من rVRG. تنقسم هذه المقالة إلى ثلاثة أقسام: (1) تسجيلات DIAm EMG المزمنة ، (2) C₂SH ، و (3) الحصول على بيانات EMG في المستيقظة والمخدرة. يصف هذا البروتوكول نموذج C₂SH صارم وقابل للتكرار وموثوق به من cSCI في الفئران ، وهو منصة ممتازة لدراسة المرونة العصبية التنفسية ، ونشاط cDIAm التعويضي ، والاستراتيجيات العلاجية والمستحضرات الصيدلانية.