Sıçanlarda Tek Taraflı Servikal Omurilik Hemiseksiyonu Sonrası Eupneik Diyafram Aktivitesinin Fonksiyonel İyileşmesinin Değerlendirilmesi

Amerika Birleşik Devletleri’nde omurilik yaralanması (SCI) olan 300.000’den fazla kişi vardır ve bunların yaklaşık yarısı servikal yaralanmalara sahiptir¹. Bu yaralanmalar önemli ölçüde refah kaybına neden olur ve bireyler, aileleri ve sağlık sistemi üzerinde mali bir yük oluşturur. Neyse ki, SCI’lerin çoğu eksiktir ve korunan yolların güçlendirilmesi için potansiyel sağlar¹. Bu nöroplastisite, ventilasyon ve ventilasyon dışı davranışlar için önemli olan DIAm aktivitesi de dahil olmak üzere en azından bazı fonksiyonların geri kazanılmasına izin verebilir. Bu nedenle, nöroplastisiteyi teşvik etmek, SCI^2’li bireylere yardımcı olmak için umut verici bir araştırma yoludur.

SCI’nin kemirgen modelleri, insan sağlığını iyileştirmeye yönelik tedavilerin keşfine önemli ölçüde katkıda bulunma potansiyeline sahiptir. Nöroplastisiteyi incelemek için kullanılan klasik SCI modellerinden biri,_C2’de (_C2SH) omuriliğin tek taraflı bir transeksiyonudur (hemisection), bu da karşı tarafı 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 olarak bırakır. C2SH’nin frenik çıktı üzerindeki etkisi ve korunmuş kontralateral yolların önemi ilk olarak yüz yıldan fazla bir süre önce, ufuk açıcı makalesi günümüz solunum nöroplastisitesi çalışmalarının temelini atan Porter¹² tarafından ortaya çıkarıldı. C₂SH modeli, solunum ritmi üretimi^14’ün çıktısını iletmekten sorumlu premotor nöronları içeren medulladaki rostral ventral solunum grubundan (rVRG) azalan girişleri keser. Bu rVRG premotor nöronlar ayrıca frenik motor nöronlara uyarıcı nöral sürücü iletir (Şekil 1). Birkaç araştırmacı, C₂SH modeli 10,11,15,16’ya farklı yaklaşımlar benimsemiştir, bu da çalışmalar arasında iyileşmedeki değişkenliğin bir kısmını kısmen açıklayabilir. Kısaca yaklaşımlar, dorsal füniküllerin korunması, tam hemiseksiyon yapılması veya ipsilateral rVRG’den inen girdileri tamamen kesmeyen lateral parsiyel transeksiyon yapılması açısından farklılık gösterir. Genel olarak, C₂SH modelleri, nörotrofik sinyalleme 17,18,19,20,21 dahil olmak üzere çeşitli faktörlerle iyileştirilebilen, eupneik iDIAm elektromiyografik (EMG) aktivitesinin zaman içinde spontan iyileşme oranları nedeniyle solunum nöroplastisitesini incelemek için özellikle yararlıdır. Bununla birlikte, eupneik iDIAm EMG aktivitesinin susturulması olarak tanımlanan ilk fonksiyon kaybı, iyileşmenin açıkça sınıflandırılabilmesi için önce kurulmalıdır. _C2SHsırasında hareketsizliğin bu doğrulanması, birkaç çalışmada^{yapılmamıştır} 3,4,6,7,11,22,23.

Eksize edilen omuriliğin histolojik değerlendirmeleri, yalnızca omurilikteki frenik motor nöronları innerve eden ipsilateral uyarıcı bulbospinal yolların uygun yerinde hasara dair kanıt sağlar, ancak histoloji fizyolojik kanıtların (örneğin, DIAm EMG) yerini almaz. Ayrıca, histolojik değerlendirmeler in ex vivo olarak terminal zaman noktalarında (genellikle yaralanmadan birkaç hafta ila aylar sonra) gerçekleştirilir ve bunlar “gerçek zamanlı” bilgi sağlamaz. Bazı araştırmacılar, lezyonun büyüklüğünün fonksiyonel eksiklik veya eksikliği ile ilgili olduğunu belirtmişlerdir ^5,24,25,26. Bu tür iddiaların geçerliliğinin büyük olasılıkla “işlevin” nasıl sınıflandırıldığına (yani, işlevsel görevlerin ne olduğuna ve nasıl nicelleştirildiğine) bağlı olduğunu ve çalışmalar arasındaki değişkenliğin, hayvanlar arasında işlevsel olarak aynı lezyonların üretilmesinin zorluğunu vurguladığını belirtmek önemlidir. Gerçekten de, araştırmacılar, yaralanmanın derecesi ile ekstremite kas lokomotor fonksiyonu arasındaki ilişkinin (Basso, Beattie ve Bresnahan (BBB) skoru²⁴ ile ölçülür) doğrusal olmadığını vurgulamışlardır ^27,28. Önceki çalışmalarda,_C2SH’nin kapsamı ile yaralanma sonrası eupneik iDIAm EMG aktivitesinin iyileşme derecesi arasında bir ilişki bulamadık 10,29,30,31, ancak diğer araştırmacılar ventilasyon fonksiyonu ile beyaz cevher koruma derecesi arasında bir ilişki olduğunu bildirmişlerdir 5. Bu nedenle, C₂SH modeli söz konusu olduğunda, ameliyat sırasında ve tercihen kronik omurilik yaralanması deneylerinin erken döneminde iDIAm inaktivitesinin fonksiyonel olarak doğrulanması için bir yaklaşım hem yararlı hem de gereklidir.

Bu makale,_C2SH’den sonra solunum sırasında ilk DIAm EMG kaybının gerçek zamanlı doğrulanması için DIAm EMG’nin kullanımının yanı sıra yaralanmadan 3 gün sonra (3. gün) 18,21,31,32,33 sonraki doğrulayıcı değerlendirmelerin altını çizmektedir. C₂SH modeli ile daha önceki çalışmalarda, DIAm EMG 10,13,30,34’ü kaydetmek için tekrarlanan laparotomiler yapıldı. Bununla birlikte, daha yeni çalışmalar, anestezi uygulanmış ve uyanık sıçanlarda EMG’nin kaydedilmesine izin veren kronik EMG elektrotlarını kullanmıştır. Ek olarak, kronik elektrotlar pnömotoraks riskini azaltır ve tekrarlanan laparotomiler gerektirmez, bu da DIAm^35,36’nın inhibisyonuna neden olabilir. C₂SH modelinin versiyonları birçok araştırmacı tarafından kullanılmış olmasına rağmen, ameliyat sırasında iDIAm aktivitesinin susturulmasının doğrulanması^{yapılmamıştır} 3,4,6,7,11,22,23. Böyle bir hareketsizlik teyidi olmadan, sonraki iyileşmenin ne kadarının, farklı etkilere sahip olabilecek ipsilateral ve kontralateral yolların nöroplastisitesine atfedileceğini bilmek zordur. Bu önemli bir husustur, çünkü rVRG’den frenik motonöronlara inspiratuar nöral sürücü esas olarak ipsilateraldir ve_C2SH^33’ten sonra frenik motor nöronlara giden uyarıcı glutamaterjik girdilerin yaklaşık% 50’si kaybedilir. Bununla birlikte, kontralateral rVRG’den, ipsilateral frenik motor nöronları innerve etmek için lezyon bölgesinin altına decussate yapan ve fonksiyonel iyileşmeyi teşvik etmek için nöroplastisite yoluyla güçlendirilebilen kalan inspiratuar uyarıcı girdiler vardır. Frenik motor nöronlara baskın ipsilateral uyarıcı girdiyi çıkararak, eupneik iDIAm EMG aktivitesi kaybolur (en azından anestezi altında), cDIAm’ın aktivitesi devam eder ve hatta artar. Solunum sırasında iDIAm EMG aktivitesinin kaybı bu nedenle başarılı bir C₂SH’nin bir ölçüsüdür (Şekil 2).

Uyanık hayvanlarda_C2SH’yi takiben 1-4 gün gibi erken bir sürede bir miktar iDIAm EMG aktivitesi mevcuttur^23,37. Ek olarak, derebrat hayvanlarda, üst servikal hemiseksiyondan dakikalar ila saatler sonra iDIAm aktivitesi mevcuttur ve anestezi ile baskılanır³⁸. Ek olarak, C₂SH’nin başarısı, yaralanma sonrası 3. günde anestezi uygulanmış sıçanlarda solunum sırasında (eupnea) iDIAm EMG aktivitesinin olmadığını doğrulayarak doğrulanır. Konfokal görüntüleme çalışmaları, yaralanmanın bu ilk aşaması sırasında frenik motor nöronlar üzerindeki glutamaterjik sinaptik girdilerin kaybını doğruladı³⁷. Yaralanmadan sonraki 3. günde, herhangi bir rezidüel eupneik iDIAm EMG aktivitesi varsa, bu, rVRG’den ipsilateral inleyen inspiratuar sürücünün eksik çıkarılmasının kanıtı olarak yorumlanır. Bu makale üç bölüme ayrılmıştır: (1) kronik DIAm EMG kayıtları, (2) C₂SH ve (3) uyanık ve anestezi uygulanmış hayvanlarda EMG verilerinin toplanması. Bu protokol, solunumsal nöroplastisite, telafi edici cDIAm aktivitesi ve terapötik stratejiler ve farmasötikleri incelemek için mükemmel bir platform olan sıçanlarda titiz, tekrarlanabilir ve güvenilir bir_C2SH cSCI modelini tanımlar.