Respuesta inspiratoria y efectos secundarios de la estimulación magnética bilateral rápida del nervio frénico utilizando bobinas de diferentes formas: implicaciones para la ventilación mecánica asistida por estimulación

Antecedentes

La estimulación magnética rápida (RMS) de los nervios frénicos puede servir para atenuar la atrofia del diafragma durante la ventilación mecánica. Con diferentes formas de bobina y ubicación de estimulación, las respuestas inspiratorias y los efectos secundarios pueden diferir. Este estudio tuvo como objetivo comparar las respuestas inspiratorias y sensoriales de tres bobinas RMS diferentes utilizadas bilateralmente en el cuello o en el pecho, y determinar si se puede lograr una ventilación de más de 10 minutos sin fatiga muscular y sobrecalentamiento de las bobinas.

Métodos

Los participantes sanos se sometieron a 1-s RMS anterior bilateral en el cuello (RMS_BAMPS) (N = 14) con tres pares diferentes de bobinas magnéticas (parabólica, en forma de D, mariposa) a 15, 20, 25 y 30 Hz de frecuencia de estimulador y 20% de salida de estimulador con incrementos de + 10%. A continuación, se utilizó la bobina en forma de D con ajustes de estimulación óptimos individuales para ventilar a los participantes (N = 11) durante un máximo de 10 min. RMS anterior en el pecho (RMS_ams) (N = 8) se realizó en una visita opcional. El flujo de aire se evaluó mediante neumotacógrafo y la presión transdiafragmática mediante catéteres con balón esofágico y gástrico. La percepción de falta de aire, dolor, malestar y parestesia se midieron con una escala numérica.

Resultados

La inspiración fue inducida a través de RMS_BAMPS en el 86% de los participantes con todas las bobinas y vía RMS_ams en un solo participante con la bobina parabólica. Todas las bobinas produjeron respuestas inspiratorias y sensoriales similares durante RMS_BAMPS con la bobina de mariposa que necesitaba una mayor salida del estimulador, lo que resultó en índices de incomodidad significativamente mayores en las respuestas inspiratorias máximas. Diez de 11 participantes lograron 10 min de ventilación sin disminuciones en la ventilación por minuto (15,7 ± 4,6 L/min).

Conclusiones

RMS_BAMPS fue más efectivo que RMS_ams, y podría ventilar temporalmente a los humanos aparentemente sin desarrollar fatiga muscular.

Registro de prueba Este estudio se registró en Clinicaltrials.gov (NCT04176744).

El uso de ventilación mecánica (MV) para reemplazar la respiración espontánea es el estándar de oro durante la insuficiencia respiratoria. Sin embargo, la presión positiva no fisiológica y la inactividad diafragmática prolongada durante la VM pueden inducir daño pulmonar y atrofia del diafragma dentro de las 18 h. [1]. La atrofia se asocia con cambios intramusculares a nivel de fibra y celular. [2,3,4]lo que conduce a una capacidad reducida para generar fuerza y, por lo tanto, prolonga el tiempo de destete [5]aumentando el riesgo de mayor daño y complicaciones pulmonares.

Un método potencial para reducir la atrofia del diafragma asociada al ventilador es activar el diafragma a través de la estimulación nerviosa. Resultados preliminares en animales [6, 7] han demostrado que la estimulación del nervio frénico (SNP) reduce la atrofia diafragmática inducida por la VM. Además, la estimulación del diafragma a través del SNP en sujetos con lesión de la médula espinal puede reemplazar la VM para inducir la respiración en reposo y preservar la función del diafragma. [8]. También se han probado catéteres de estimulación insertados por vía intravenosa. [9] y recientemente se demostró que atenúan la disminución de la fuerza de los músculos inspiratorios, pero no disminuyen el tiempo de destete en pacientes difíciles de destetar [10]. Sin embargo, cualquier catéter presenta un riesgo de infección y, por lo tanto, el PNS externo no invasivo puede servir como una alternativa favorable.

La estimulación magnética es un método para PNS no invasivo a través de una variedad de bobinas y ubicaciones de estimulación, como sobre la columna cervical (CMS) [11]bilateral y anterolateralmente en el cuello (BAMPS) [12]o anteriormente en el pecho (aMS) [13]. Dos grupos de investigación han explorado el uso de la estimulación magnética rápida (RMS) en el contexto de la estimulación del diafragma [14, 15]y recientemente se demostró que esta técnica no interactúa negativamente con el equipo de la unidad de cuidados intensivos (UCI) [16]. Por lo tanto, RMS puede servir como un candidato ideal para el tratamiento no invasivo. Sander et al. [14] mostró que la estimulación del nervio frénico magnético anterior bilateral rápida (RMS_BAMPS) puede producir contracciones diafragmáticas lo suficientemente fuertes como para inducir la ventilación a corto plazo en sujetos sanos durante no más de 5 minutos debido a “prerrequisitos técnicos”. Adler et al. [15] buscó determinar la combinación óptima de estimulación-frecuencia y estimulador-salida para CMS rápido tolerable (RMS_CMS) en humanos sanos, pero no pudieron inducir el flujo inspiratorio a pesar de la suficiente contracción del diafragma.

Con nuevos desarrollos de bobinas y técnicas de enfriamiento, el presente estudio tuvo como objetivo comparar las respuestas inspiratorias y sensoriales a RMS_BAMPS cuando se utilizan diferentes combinaciones de estimulación-frecuencia y estimulador-salida con tres bobinas de forma diferente, y para investigar si una serie continua de RMS_BAMPS podría mantener la ventilación a un nivel constante durante 10 min. Además, la estimulación anterior rápida en el tórax (RMS_ams), ya que esta ubicación puede ofrecer un mejor acceso al nervio.

Aprobación ética

El estudio fue aprobado por el Comité de Ética Cantonal de Zúrich (Proyecto ID 2019-01990) y registrado en Clinicaltrials.gov (NCT04176744). El estudio se ajustó a la Declaración de Helsinki.

Diseño experimental

El estudio se llevó a cabo durante 2-3 visitas de estudio. Los participantes se abstuvieron de realizar ejercicio intenso 48 h antes, y de cualquier tipo de ejercicio 24 h antes de cada visita de estudio, y de consumir alcohol y alimentos o bebidas con cafeína en los días de estudio previos a la prueba. Durante la visita 1, los participantes se sometieron a pruebas de función pulmonar y de los músculos respiratorios seguidas de un RMS de un solo tren_BAMPS protocolo que consiste en trenes RMS de 1 s de los nervios frénicos. El RMS de un solo tren_BAMPS El protocolo se llevó a cabo con tres bobinas disponibles comercialmente usando varias combinaciones de salida del estimulador (% del máximo) y frecuencia de estimulación. Durante la visita 2, se evaluó la composición corporal de los participantes antes de someterse a una serie de trenes consecutivos de RMS_BAMPS para inducir la ventilación en bloques de 1 min, utilizando un serpentín enfriado en forma de D, durante 10 min. Durante una visita opcional 3, los participantes se sometieron al mismo protocolo que durante la visita 1, excepto que RMS_BAMPS fue reemplazado por RMS_ams realizado en el pecho. Las variables cardiorrespiratorias, las medidas sustitutas de la activación de los músculos respiratorios, las percepciones subjetivas y las medidas de los efectos secundarios se monitorearon a lo largo de todas las visitas.

Participantes

De los 15 participantes reclutados originalmente para el estudio, un participante se retiró debido a un malentendido inicial de los requisitos del estudio. Así, se presentan datos de 14 participantes (9M:5F). Debido a la pandemia de COVID-19, solo cinco participantes (4M:1F) que habían completado la visita 2 regresaron para la visita opcional del estudio, por lo que se reclutaron tres participantes adicionales (3F) al final del estudio para realizar solo la visita opcional 3 (RMS_ams). Las características de los participantes, incluidas la antropometría, la composición corporal, la función pulmonar y la fuerza de los músculos respiratorios, se dan en la Tabla 1.

Función pulmonar, fuerza de los músculos respiratorios, composición corporal

En todos los participantes se evaluó la función pulmonar estándar, la fuerza de los músculos respiratorios y la composición corporal. Las pruebas de función pulmonar se realizaron utilizando un sistema de prueba disponible comercialmente y una caja corporal (Quark PFT y Q-Box, Cosmed, Roma, Italia) de acuerdo con las pautas actuales [17]. La fuerza de los músculos respiratorios se evaluó mediante maniobras inspiratorias y espiratorias máximas (a partir del volumen residual y la capacidad pulmonar total, respectivamente) alternando cada tres maniobras utilizando un medidor de presión respiratoria (RP Check, MD Diagnostics LTD., Kent, Reino Unido). Se calculó el porcentaje de los valores predichos para cada participante utilizando ecuaciones de referencia específicas para la función pulmonar [18] y la fuerza de los músculos respiratorios [19]. La composición corporal se midió a través de una exploración de absorciometría de rayos X de energía dual (DXA) (densitómetro iDXA lunar, GE Healthcare, Madison, WI, EE. UU.) para determinar las relaciones potenciales entre variables antropométricas seleccionadas y V_T en respuesta al RMS de un solo tren_BAMPS.

Respuesta cardiorrespiratoria a…