Электростимуляция как метод коррекции респираторных расстройств у пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга (обзор литературы)
- Авторы: Тория В.Г.1, Виссарионов С.В.1, Савина М.В.1, Баиндурашвили А.Г.1
-
Учреждения:
- Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
- Выпуск: Том 11, № 2 (2023)
- Страницы: 239-251
- Раздел: Научные обзоры
- URL: https://bakhtiniada.ru/turner/article/view/264680
- DOI: https://doi.org/10.17816/PTORS191378
- ID: 264680
Цитировать
Аннотация
Обоснование. У пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга наибольший риск развития дыхательной дисфункции и сопутствующих осложнений, таких как пневмония, ателектаз и дыхательная недостаточность. Дыхательные расстройства — ведущая причина развития сопутствующей соматической, инфекционной патологии и смертности после травматического повреждения шейного отдела спинного мозга. Механическая вентиляция легких является спасительным стандартом лечения таких больных и ассоциирована с атрофией и дисфункцией диафрагмы.
Цель — проанализировать литературные данные, содержащие информацию о методиках электростимуляции спинного мозга, нервов и мышц для коррекции респираторных расстройств у пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга.
Материалы и методы. В статье представлены результаты поиска и анализа рецензируемых статей, в которых изучали влияние различных методик электростимуляции на дыхательную функцию у пациентов с травмой шейного отдела спинного мозга. Поиск выполнен на платформах ScienceDirect, Google Scholar, PubMed за период с 2000 по 2022 г.
Результаты. В настоящее время разработаны новые варианты лечения пациентов с тетраплегией, со сниженной вентиляционной функцией легких. Множество исследований показывают положительное воздействие методик электростимуляции на вентиляционную функцию легочной ткани в виде уменьшения сроков нахождения на искусственной вентиляции легких, количества инфекционных и других осложнений со стороны легких.
Заключение. Электростимуляция способствует нервно-мышечной пластичности и улучшению спонтанной активации диафрагмы и дыхательных мышц. Включение электростимуляции в комплексную программу восстановительного лечения больных с травматическими повреждениями спинного мозга на шейном уровне — стратегия, используемая в настоящее время для содействия отмене искусственной вентиляции легких и борьбе с сопутствующими негативными эффектами, такими как дыхательная недостаточность, пневмония, ателектаз. Помимо инвазивной электростимуляции диафрагмального нерва и/или спинного мозга, существуют менее инвазивные методы электростимуляции, которые необходимо изучать для применения у пациентов с нарушением функции дыхании при травме спинного мозга.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Вахтанг Гамлетович Тория
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: vakdiss@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2056-9726
SPIN-код: 1797-5031
врач-нейрохирург
Россия, Санкт-ПетербургСергей Валентинович Виссарионов
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: vissarionovs@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4235-5048
SPIN-код: 7125-4930
Scopus Author ID: 6504128319
ResearcherId: P-8596-2015
д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН
Россия, Санкт-ПетербургМаргарита Владимировна Савина
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: drevma@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8225-3885
SPIN-код: 5710-4790
Scopus Author ID: 57193277614
канд. мед. наук
Россия, Санкт-ПетербургАлексей Георгиевич Баиндурашвили
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Автор, ответственный за переписку.
Email: turner011@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8123-6944
SPIN-код: 2153-9050
Scopus Author ID: 6603212551
д-р мед. наук, профессор, академик РАН, заслуженный врач РФ
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Крылов В.В., Гринь А.А., Луцик А.А, и др. Клинические рекомендации по лечению острой осложненной и неосложненной травмы позвоночника у взрослых. Нижний Новгород, 2013.
- Dimarco A.F. Neural prostheses in the respiratory system // J. Rehabil. Res. Dev. 2001. Vol. 38. No. 6. P. 601–607.
- Sezer N., Akkuş S., Uğurlu F.G. Chronic complications of spinal cord injury // World J. Orthop. 2015. Vol. 6. No. 1. P. 24–33. doi: 10.5312/wjo.v6.i1.24
- Tester N.J., Fuller D.D., Fromm J.S., et al. Long-term facilitation of ventilation in humans with chronic spinal cord injury // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2014. Vol. 189. No. 1. doi: 10.1164/rccm.201305-0848oc
- Berlly M., Shem K. Respiratory management during the first five days after spinal cord injury // J. Spinal Cord. Med. 2007. Vol. 30. No. 4. doi: 10.1080/10790268.2007.11753946
- Wolfe L.F., Gay P.C. Point: should phrenic nerve stimulation be the treatment of choice for spinal cord injury? Yes // Chest. 2013. Vol. 143. No. 5. P. 1201–1203. doi: 10.1378/chest.13-0217
- Frielingsdorf K., Dunn R.N. Cervical spine injury outcome – a review of 101 cases treated in a tertiary referral unit // S. Afr. Med. J. 2007. Vol. 97. No. 3. P. 203–207.
- Fisher C.G., Noonan V.K., Dvorak M.F. Changing face of spine trauma care in North America // Spine. 2006. Vol. 31. No. 11. P. S2–S8. doi: 10.1097/01.brs.0000217948.02567.3a
- Schilero G.J., Spungen A.M., Bauman W.A., et al. Pulmonary function and spinal cord injury // Respir. Physiol. Neurobiol. 2009. Vol. 166. No. 3. P. 129–141. doi: 10.1016/j.resp.2009.04.002
- Tator C.H., Minassian K., Mushahwar V.K. Spinal cord stimulation: therapeutic benefits and movement generation after spinal cord injury // Handb. Clin. Neurol. 2012. Vol. 109. P. 283–296. doi: 10.1016/b978-0-444-52137-8.00018-8
- Angeli C.A., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P., et al. Altering spinal cord excitability enables voluntary movements after chronic complete paralysis in humans // Brain. Vol. 137. Pt. 5. P. 1394–409. doi: 10.1093/brain/awu038
- Harkema S., Gerasimenko Y., Hodes J., et al. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study // Lancet. 2011. Vol. 377. No. 9781. P. 1938–1947. doi: 10.1016/s0140-6736(11)60547-3
- Rejc E., Angeli C., Harkema S. Effects of lumbosacral spinal cord epidural stimulation for standing after chronic complete paralysis in humans // PLoS One. 2015. Vol. 10. No. 7. doi: 10.1371/journal.pone.0133998
- 14. Howard-Quijano K., Takamiya T., Dale E.A., et al. Spinal cord stimulation reduces ventricular arrhythmias during acute ischemia by attenuation of regional myocardial excitability // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2017. Vol. 313. No. 2. P. H421–H431. doi: 10.1152/ajpheart.00129.2017
- Тория В.Г., Савина М.В., Виссарионов С.В., и др. Наследственная эритромелалгия у подростка. Клиническое наблюдение редкого заболевания // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2022. Т. 10. № 1. C. 85–92. doi: 10.17816/PTORS90396
- Fuller D.D., Golder F.J., Olson E.B. Jr, et al. Recovery of phrenic activity and ventilation after cervical spinal hemisection in rats // J. Appl. Physiol. 2006. Vol. 100. No. 3. P. 800–806. doi: 10.1152/japplphysiol.00960.2005
- Vinit S., Gauthier P., Stamegna J.C., et al. High cervical lateral spinal cord injury results in long-term ipsilateral hemidiaphragm paralysis // J. Neurotrauma. 2006. Vol. 23. No. 7. P. 1137–1146. doi: 10.1089/neu.2006.23.1137
- Dalal K., DiMarco A.F. Diaphragmatic pacing in spinal cord injury // Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 2014. Vol. 25. No. 3. P. 619–629. doi: 10.1016/j.pmr.2014.04.004
- Hall O.T., McGrath R.P., Peterson M.D., et al. The burden of traumatic spinal cord injury in the united states: disability-adjusted life years // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2019. Vol. 100. No. 1. P. 95–100. doi: 10.1016/j.apmr.2018.08.179
- Hachmann J.T., Grahn P.J., Calvert J.S., et al. Electrical neuromodulation of the respiratory system after spinal cord injury // Mayo Clin. Proc. 2017. Vol. 92. No. 9. P. 1401–1414. doi: 10.1016/j.mayocp.2017.04.011
- Graco M., McDonald L., Green S.E., et al. Prevalence of sleep-disordered breathing in people with tetraplegia – a systematic review and meta-analysis // Spinal Cord. 2021. Vol. 59. No. 5. P. 474–484. doi: 10.1038/s41393-020-00595-0
- Arora S., Flower O., Murray N.P., et al. Respiratory care of patients with cervical spinal cord injury: a review // Crit. Care Resusc. 2012. Vol. 14. No. 4. P. 64–73.
- Chiodo A.E., Scelza W., Forchheimer M. Predictors of ventilator weaning in individuals with high cervical spinal cord injury // J. Spinal. Cord Med. 2008. Vol. 31. No. 1. P. 72–77. doi: 10.1080/10790268.2008.11753984
- Zander H.J., Kowalski K.E., DiMarco A.F., et al. Model-based optimization of spinal cord stimulation for inspiratory muscle activation // Neuromodulation. 2022. Vol. 25. No. 8. P. 1317–1329. doi: 10.1111/ner.13415
- Levine S., Nguyen T., Taylor N., et al. Rapid disuse atrophy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans // N. Engl. J. Med. 2008. Vol. 358. No. 13. P. 1327–1335. doi: 10.1056/nejmoa070447
- DiMarco A.F. Phrenic nerve stimulation in patients with spinal cord injury // Respir. Physiol. Neurobiol. 2009. Vol. 169. No. 2. P. 200–209. doi: 10.1016/j.resp.2009.09.008
- DeVivo M.J., Go B.K., Jackson A.B. Overview of the national spinal cord injury statistical center database // J. Spinal Cord. Med. 2002. Vol. 25. No. 4. P. 335–338. doi: 10.1080/10790268.2002.11753637
- Adler D., Gonzalez-Bermejo J., Duguet A., et al. Diaphragm pacing restores olfaction in tetraplegia // Eur. Respir. J. 2008. Vol. 34. No. 2. P. 365–370. doi: 10.1183/09031936.00177708
- Jarosz R., Littlepage M.M., Creasey G., et al. Functional electrical stimulation in spinal cord injury respiratory care // Top Spinal Cord Inj. Rehabil. 2012. Vol. 18. No. 4. P. 315–321. doi: 10.1310/sci1804-315
- Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Крюкова И.А. Международные стандарты неврологической классификации травмы спинного мозга (шкала ASIA/ISNCSCI, пересмотр 2015 года) // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2016. Т. 4. № 2. C. 67–72. doi: 10.17816/PTORS4267-72
- Creasey G.H., Ho C.H., Triolo R.J., et al. Clinical applications of electrical stimulation after spinal cord injury // J. Spinal Cord. Med. 2004. Vol. 27. No. 4. P. 365–375. doi: 10.1080/10790268.2004.11753774
- Miko I., Gould R., Wolf S., et al. Acute spinal cord injury // Int. Anesthesiol. Clin. 2009. Vol. 47. No. 1. P. 37–54. doi: 10.1097/aia.0b013e3181950068
- DiMarco A.F. Restoration of respiratory muscle function following spinal cord injury: Review of electrical and magnetic stimulation techniques // Respir. Physiol. Neurobiol. 2005. Vol. 147. No. 2–3. P. 273–287. doi: 10.1016/j.resp.2005.03.007
- Bass C.R., Davis M., Rafaels K., et al. A methodology for assessing blast protection in explosive ordnance disposal bomb suits // Int. J. Occup. Saf. Ergon. 2005. Vol. 11. No. 4. P. 347–361. doi: 10.1080/10803548.2005.11076655
- Posluszny J.A., Onders R., Kerwin A.J., et al. Multicenter review of diaphragm pacing in spinal cord injury: successful not only in weaning from ventilators but also in bridging to independent respiration // J. Trauma Acute Care Surg. 2014. Vol. 76. No. 2. P. 303–309. doi: 10.1097/ta.0000000000000112
- Onders R.P. Functional electrical stimulation: restoration of respiratory function // Handb. Clin. Neurol. 2012. Vol. 109. P. 275–282. doi: 10.1016/b978-0-444-52137-8.00017-6
- DiMarco A.F., Onders R.P., Ignagni A., et al. Phrenic nerve pacing via intramuscular diaphragm electrodes in tetraplegic subjects // Chest. 2005. Vol. 127. No. 2. P. 671–678. doi: 10.1378/chest.127.2.671
- DiMarco A.F., Onders R.P., Kowalski K.E., et al. Phrenic nerve pacing in a tetraplegic patient via intramuscular diaphragm electrodes // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002. Vol. 166. No. 12. Pt. I. P. 1604–1606. doi: 10.1164/rccm.200203-175cr
- Hormigo K.M., Zholudeva L.V., Spruance V.M., et al. Enhancing neural activity to drive respiratory plasticity following cervical spinal cord injury // Exp. Neurol. 2017. Vol. 287. Pt. 2. P. 276–287. doi: 10.1016/j.expneurol.2016.08.018
- Kandhari S., Sharma D., Tomar A.K., et al. Epidural electrical spinal cord stimulation of the thoracic segments (T2–T5) facilitates respiratory function in patients with complete spinal cord injury // Respir. Physiol. Neurobiol. 2022. Vol. 300. doi: 10.1016/j.resp.2022.103885
- Chang J., Shen D., Wang Y., et al. A review of different stimulation methods for functional reconstruction and comparison of respiratory function after cervical spinal cord injury // Appl. Bionics. Biomech. 2020. Vol. 2020. doi: 10.1155/2020/8882430
- Satkunendrarajah K., Karadimas S.K., Laliberte A.M., et al. Cervical excitatory neurons sustain breathing after spinal cord injury // Nature. 2018. Vol. 562. No. 7727. P. 419–422. doi: 10.1038/s41586-018-0595-z
- DiMarco A.F., Kowalski K.E. Electrical activation to the parasternal intercostal muscles during high-frequency spinal cord stimulation in dogs // J. Appl. Physiol. 2015. Vol. 118. No. 2. P. 148–155. doi: 10.1152/japplphysiol.01321.2013
- Galeiras Vázquez R., Rascado Sedes P., Mourelo Fariña M., et al. Respiratory management in the patient with spinal cord injury // Biomed Res. Int. 2013. Vol. 2013. doi: 10.1155/2013/168757
- Cavka K., Fuller D.D., Tonuzi G., et al. Diaphragm pacing and a model for respiratory rehabilitation after spinal cord injury // J. Neurol. Phys. Ther. 2021. Vol. 45. No. 3. P. 235–242. doi: 10.1097/npt.0000000000000360
- Sharma V., Jafri H., Roy N., et al. Thirty-six-month follow-up of diaphragm pacing with phrenic nerve stimulation for ventilator dependence in traumatic tetraplegia: the way forward for spinal cord injury rehabilitation in a developing country // Asian Spine J. 2021. Vol. 15. No. 6. P. 874–880. doi: 10.31616/asj.2020.0227
- Gorgey A.S., Lai R.E., Khalil R.E., et al. Neuromuscular electrical stimulation resistance training enhances oxygen uptake and ventilatory efficiency independent of mitochondrial complexes after spinal cord injury: a randomized clinical trial // J. Appl. Physiol. 2021. Vol. 131. No. 1. P. 265–276. doi: 10.1152/japplphysiol.01029.2020
- McCaughey E.J., Berry H.R., McLean A.N., et al. Abdominal functional electrical stimulation to assist ventilator weaning in acute tetraplegia: a cohort study // PLoS One. 2015. Vol. 10. No. 6. doi: 10.1371/journal.pone.0128589
- McCaughey E.J., Borotkanics R.J., Gollee H., et al. Abdominal functional electrical stimulation to improve respiratory function after spinal cord injury: a systematic review and meta-analysis // Spinal Cord. 2016. Vol. 54. No. 9. P. 628–639. doi: 10.1038/sc.2016.31
- McBain R.A., Boswell-Ruys C.L., Lee B.B., et al. Abdominal muscle training can enhance cough after spinal cord injury // Neurorehabil. Neural Repair. 2013. Vol. 27. No. 9. P. 834–843. doi: 10.1177/1545968313496324
- McCaughey E.J., Butler J.E., McBain R.A., et al. Abdominal functional electrical stimulation to augment respiratory function in spinal cord injury // Top Spinal Cord Inj. Rehabil. 2019. Vol. 25. No. 2. P. 105–111. doi: 10.1310/sci2502-105
- DiMarco A.F., Kowalski K.E., Geertman R.T., et al. Spinal cord stimulation: a new method to produce an effective cough in patients with spinal cord injury // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006. Vol. 173. No. 12. P. 1386–1389. doi: 10.1164/rccm.200601-097cr
- Duru P.O., Tillakaratne N.J., Kim J.A., et al. Spinal neuronal activation during locomotor-like activity enabled by epidural stimulation and 5-hydroxytryptamine agonists in spinal rats // J. Neurosci. Res. 2015. Vol. 93. No. 8. P. 1229–1239. doi: 10.1002/jnr.23579
- Edgerton V.R., Harkema S. Epidural stimulation of the spinal cord in spinal cord injury: current status and future challenges // Expert. Rev. Neurother. 2011. Vol. 11. No. 10. P. 1351–1353. doi: 10.1586/ern.11.129
- Тория В.Г., Виссарионов С.В., Савина М.В., и др. Хирургическое лечение пациента с эритромелалгией (синдром Митчелла) с применением инвазивной стимуляции спинного мозга. Клиническое наблюдение // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2022. Т. 10. № 2. C. 197–205. doi: 10.17816/PTORS108045
- Kowalski K.E., Romaniuk J.R., Kirkwood P.A., et al. Inspiratory muscle activation via ventral lower thoracic high-frequency spinal cord stimulation // J. Appl. Physiol. 2019. Vol. 126. No. 4. P. 977–983. doi: 10.1152/japplphysiol.01054.2018
- DiMarco A.F., Kowalski K.E., Geertman R.T., et al. Lower thoracic spinal cord stimulation to restore cough in patients with spinal cord injury: results of a national institutes of health-sponsored clinical trial. Part II: Clinical outcomes // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2009. Vol. 90. No. 5. P. 726–732. doi: 10.1016/j.apmr.2008.11.014
- DiMarco A.F., Kowalski K.E. Intercostal muscle pacing with high frequency spinal cord stimulation in dogs // Respir. Physiol. Neurobiol. 2010. Vol. 171. No. 3. P. 218–224. doi: 10.1016/j.resp.2010.03.017
- DiMarco A.F., Kowalski K.E. High-frequency spinal cord stimulation of inspiratory muscles in dogs: a new method of inspiratory muscle pacing // J. Appl. Physiol. 2009. Vol. 107. No. 3. P. 662–669. doi: 10.1152/japplphysiol.00252.2009
- Sunshine M.D., Cassarà A.M., Neufeld E., et al. Restoration of breathing after opioid overdose and spinal cord injury using temporal interference stimulation // Commun. Biol. 2021. Vol. 4. No. 1. P. 107. doi: 10.1038/s42003-020-01604-x
- DiMarco A.F., Kowalski K.E., Geertman R.T., et al. Lower thoracic spinal cord stimulation to restore cough in patients with spinal cord injury: results of a national institutes of health-sponsored clinical trial. Part I: Methodology and effectiveness of expiratory muscle activation // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2009. Vol. 90. No. 5. P. 717–725. doi: 10.1016/j.apmr.2008.11.013
- Gerasimenko Y., Gorodnichev R., Moshonkina T., et al. Transcutaneous electrical spinal-cord stimulation in humans // Ann. Phys. Rehabil. Med. 2015. Vol. 58. No. 4. P. 225-231. doi: 10.1016/j.rehab.2015.05.003
- Gerasimenko Y.P., Lu D.C., Modaber M., et al. Noninvasive reactivation of motor descending control after paralysis // J. Neurotrauma. 2015. Vol. 32. No. 24. P. 1968–1680. doi: 10.1089/neu.2015.4008
- Ladenbauer J., Minassian K., Hofstoetter U.S., et al. Stimulation of the human lumbar spinal cord with implanted and surface electrodes: a computer simulation study // IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2010. Vol. 18. No. 6. P. 637–645. doi: 10.1109/tnsre.2010.2054112
- Inanici F., Samejima S., Gad P., et al. Transcutaneous electrical spinal stimulation promotes long-term recovery of upper extremity function in chronic tetraplegia // IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2018. Vol. 26. No. 6. P. 1272–1278. doi: 10.1109/tnsre.2018.2834339
- Inanici F., Brighton L.N., Samejima S., et al. Transcutaneous spinal cord stimulation restores hand and arm function after spinal cord injury // IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2021. Vol. 29. P. 310–319. doi: 10.1109/tnsre.2021.3049133
- Zhang F., Momeni K., Ramanujam A., et al. Cervical spinal cord transcutaneous stimulation improves upper extremity and hand function in people with complete tetraplegia: a case study // IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2020. Vol. 28. No. 12. doi: 10.1109/tnsre.2020.3048592
- Gad P., Kreydin E., Zhong H., et al. Enabling respiratory control after severe chronic tetraplegia: an exploratory case study // J. Neurophysiol. 2020. Vol. 124. No. 3. P. 774–780. doi: 10.1152/jn.00320.2020
- Minyaeva A., Moiseev S.A., Pukhov A.M., et al. Response of external inspiration to the movements induced by transcutaneous spinal cord stimulation // Hum. Physiol. 2017. Vol. 43. No. 5. P. 524–531. doi: 10.1134/s0362119717050115
Дополнительные файлы
