הערכת התאוששות תפקודית של פעילות הסרעפת האופנית לאחר המיסקציה חד-צדדית של חוט השדרה הצווארי בחולדות

ישנם יותר מ -300,000 אנשים עם פגיעה בחוט השדרה (SCI) בארצות הברית, כמחציתם סובלים מפגיעות צוואר הרחם¹. פציעות אלה גורמות לאובדן משמעותי של רווחה ומטילות עומס כלכלי על יחידים, משפחותיהם ומערכת הבריאות. למרבה המזל, רוב ה-SCIs אינם שלמים – מה שמספק את הפוטנציאל לחיזוק מסלולים 1 שנחסכו^. גמישות מוחית זו עשויה לאפשר התאוששות של לפחות חלק מהתפקודים, כולל פעילות DIAM, החשובה להתנהגויות הנשמה ולא הנשמה. לכן, קידום גמישות מוחית הוא אפיק מחקר מבטיח כדי לעזור לאנשים עם SCI².

למודלים של מכרסמים של SCI יש פוטנציאל לתרום באופן משמעותי לגילוי טיפולים לשיפור בריאות האדם. אחד המודלים הקלאסיים של SCI המשמש לחקר גמישות מוחית הוא טרנסקציה חד-צדדית (המיסקציה) של חוט השדרה ב-C₂ (C₂SH), אשר מותירה את הצד הנגדי שלם 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. ההשפעה של C₂SH על התפוקה הפרנית והחשיבות של מסלולים נגדיים שנחסכו נחשפה לראשונה לפני יותר ממאה שנה על ידי פורטר¹², שמאמרו המכונן הניח את הבסיס למחקרים מודרניים של נוירופלסטיות נשימתית. מודל C₂SH קוטע קלטים יורדים מקבוצת הנשימה הגחונית הרוסטרלית (rVRG) במדולה, המכילה נוירונים קדם-מוטוריים האחראים על העברת התפוקה של דור קצב הנשימה¹⁴. תאי העצב הקדם-מוטוריים האלה מסוג rVRG גם מעבירים דחף עצבי מעורר לתאי עצב מוטוריים פרניים (איור 1). מספר חוקרים נקטו גישות שונות למודל C₂SH 10,11,15,16, מה שעשוי להסביר חלקית חלק מהשונות בהתאוששות בין מחקרים. בקצרה, הגישות משתנות במונחים של חסכון בפוניקולי הגבי, ביצוע המיסקציה מלאה, או ביצוע טרנסקציה חלקית צידית שאינה קוטעת לחלוטין קלט יורד מה- rVRG האיפסילטרלי. באופן כללי, מודלים של C₂SH שימושיים במיוחד לחקר נוירופלסטיות נשימתית בשל שיעורי ההתאוששות הספונטנית של פעילות אלקטרומיוגרפית iDIAm (EMG) לאורך זמן, אשר ניתן לשפר על ידי מספר גורמים, כולל איתות נוירוטרופי 17,18,19,20,21. עם זאת, אובדן תפקוד ראשוני – המוגדר כהשתקה של פעילות iDIAm EMG – חייב להיות מוגדר תחילה לפני שניתן יהיה לסווג בבירור את ההתאוששות. תיקוף זה של חוסר פעילות בזמן C₂SH לא נעשה במספר מחקרים 3,4,6,7,11,22,23.

הערכות היסטולוגיות של חוט השדרה הנכרת מספקות רק עדות לנזק למיקום המתאים של מסלולים בולבוספינליים מעוררים איפסילטרליים המעצבבים נוירונים מוטוריים פרניים בחוט השדרה, אך היסטולוגיה אינה תחליף לראיות פיזיולוגיות (למשל, DIAm EMG). יתר על כן, הערכות היסטולוגיות מבוצעות ב- ex vivo בנקודות זמן סופניות (לעתים קרובות מספר שבועות עד חודשים לאחר הפציעה)ולכן אינן מספקות מידע “בזמן אמת”. חלק מהחוקרים ציינו כי עוצמת הנגע מתייחסת לכמות הגירעון התפקודי או היעדרו 5,24,25,26. חשוב לציין כי תקפותן של טענות כאלה תלויה ככל הנראה באופן שבו מסווגים “פונקציות” (כלומר, מהן המשימות התפקודיות וכיצד מכמתים אותן), והשונות בין מחקרים מדגישה את הקושי לייצר נגעים זהים מבחינה תפקודית בין בעלי חיים. ואכן, החוקרים הדגישו כי הקשר בין מידת הפגיעה לבין תפקוד שרירי הגפיים (שכומת על ידי ציון²⁴ של באסו, ביטי וברסנהאן (BBB) אינו ליניארי^27,28. במחקרים קודמים, לא מצאנו קשר בין היקף C₂SH לבין מידת ההתאוששות של פעילות iDIAm EMG לאחר פציעה 10,29,30,31, אם כי חוקרים אחרים דיווחו על קשר בין תפקוד ההנשמה לבין מידת החומר הלבן חוסך⁵. לכן, במקרה של מודל C₂SH, גישה לתיקוף תפקודי של חוסר פעילות iDIAm בזמן הניתוח ורצוי בשלב מוקדם של ניסויי פגיעה כרונית בחוט השדרה היא מועילה והכרחית.

המאמר הנוכחי מדגיש את השימוש ב- DIAm EMG לאישור בזמן אמת של האובדן הראשוני של DIAm EMG במהלך הנשימה לאחר C₂SH וכן הערכות מאשרות לאחר מכן לאחר 3 ימים (יום 3) לאחר הפציעה 18,21,31,32,33. בעבודה קודמת עם מודל C₂SH, בוצעו לפרוטומיות חוזרות ונשנות להקלטת DIAm EMG 10,13,30,34. עם זאת, עבודות עדכניות יותר השתמשו באלקטרודות EMG כרוניות, המאפשרות רישום של EMG בחולדות מורדמות וערות. בנוסף, אלקטרודות כרוניות מפחיתות את הסיכון לדלקת ריאות ואינן דורשות לפרוטומיות חוזרות, מה שעלול לגרום לעיכוב של^{DIAm 35,36}. למרות שגרסאות של מודל C₂SH שימשו חוקרים רבים, אישור להשתקת פעילות iDIAm לא נעשה בזמן הניתוח ^{3,4,6,7,11,22,23}. ללא אישור כזה של חוסר פעילות, קשה לדעת איזה חלק של התאוששות לאחר מכן לייחס את הנוירופלסטיות של מסלולים ipsilateral לעומת contralateral, אשר עשויים להיות השפעות דיפרנציאליות. זהו שיקול חשוב מכיוון שהדחף העצבי השראתי מה-rVRG למוטונוירונים פרניים הוא בעיקר איפסילטרלי, עם אובדן של כ-50% מהקלט הגלוטמטרגי המעורר לנוירונים מוטוריים פרניים לאחר C₂SH³³. עם זאת, נותרו קלטים מעוררי השראה מה-rVRG הנגדי שיורד מתחת לאתר הנגע כדי לעצב נוירונים מוטוריים פרניים איפסילטרליים וניתן לחזק אותם באמצעות גמישות מוחית כדי לקדם התאוששות תפקודית. על ידי הסרת הקלט המעורר האיפסילטרלי הדומיננטי לנוירונים מוטוריים פרניים, פעילות iDIAm EMG eupneic אובדת (לפחות תחת הרדמה), בעוד הפעילות של cDIAm ממשיכה ואף משופרת. אובדן פעילות iDIAm EMG במהלך הנשימה הוא אפוא מדד להצלחת C₂SH (איור 2).

רמה מסוימת של פעילות iDIAm EMG קיימת כבר 1-4 ימים לאחר C₂SH בבעלי חיים ערים^23,37. בנוסף, בבעלי חיים חסרי מוח, פעילות iDIAm קיימת בתוך דקות עד שעות לאחר חצי צוואר הרחם העליון ומדוכאת על ידי הרדמה³⁸. בנוסף, ההצלחה של C₂SH מאומתת על ידי אישור היעדר פעילות iDIAm EMG במהלך נשימה (eupnea) בחולדות מורדמות ביום 3 לאחר הפציעה. מחקרי הדמיה קונפוקלית אישרו את אובדן הקלט הסינפטי הגלוטמטרגי על נוירונים מוטוריים פרניים בשלב ראשוני זה של הפציעה³⁷. ביום 3 לאחר הפציעה, אם יש פעילות שיורית של iDIAm EMG, הדבר מתפרש כראיה להסרה חלקית של כונן השראתי יורד איפסילטרלי מה-rVRG. המאמר הנוכחי מחולק לשלושה חלקים: (1) רישומי EMG כרוניים של DIAm, (2) C₂SH ו-(3) קליטת נתוני EMG בבעלי חיים ערים ומורדמים. פרוטוקול זה מתאר מודל_C2SH קפדני, ניתן לשחזור ואמין של cSCI בחולדות, שהוא פלטפורמה מצוינת לחקר נוירופלסטיות נשימתית, פעילות cDIAm מפצה ואסטרטגיות טיפוליות ותרופות.