Respiratory and cardiovascular pathophysiology following a cervical spinal cord injury in rodent

Les traumas spinaux cervicaux induisent non seulement une insuffisance respiratoire en raison de la déafférentation des motoneurones innervant le diaphragme, mais aussi des déficits cardiovasculaires dus à la réduction des efférences sympathiques innervant le cœur et le système vasculaire. La mise au point de thérapeutiques visant à améliorer ces fonctions suite à une lésion spinale est donc nécessaire. Une partie de ce travail doctoral a donc consisté à améliorer les connaissances sur la physiopathologie des traumas spinaux. Au niveau fonctionnel, nous avons montré qu’en plus d’une paralysie hémidiaphragmatique permanente, une hémisection spinale unilatérale en C2 induit aussi un déficit systolique évalué par échocardiographie et caractérisée par une réduction de la fraction d’éjection du ventricule gauche. Cette lésion partielle conduit de plus à une réponse inflammatoire au niveau des motoneurones phréniques (localisés dans la moelle épinière C3-C6), mais aussi au niveau lésionnel (C1-C3), où la production de pièges extracellulaires a pu être observée par les neutrophiles infiltrants et la microglie activée par cytométrie en flux. La seconde partie de ce travail doctoral s’est concentrée sur l’évaluation de l’efficacité de la stimulation magnétique transcrânienne répétée sur la neuromodulation du réseau respiratoire. Nous avons ainsi montré que délivré de façon aigu, notre protocole permet d’augmenter l’excitabilité du réseau phrénique. Délivré de façon chronique après trauma spinal, il permet de renforcer l’activité de l’hémidiaphragme intact afin de mieux compenser pour la perte d’activité de l’hémidiaphragme lésé. Malgré une absence d’effet sur l’activité basale de l’hémidiaphragme paralysé, un renforcement des voies croisées phréniques a pu être observé après traitement, laissant entrevoir de nouvelles thérapeutiques potentielles visant à induire une récupération fonctionnelle respiratoire après trauma spinal cervical.High cervical spinal cord injuries induce a deafferentation of phrenic motoneurons innervating the diaphragm, leading to respiratory insufficiency. They also cause a reduction in the number of sympathetic afferences innervating the heart and vascular system, leading to cardiovascular dysfunction. The development of therapeutics aiming to improve functional outcomes following spinal injury is therefore essential. A part of this doctoral work aimed to improve knowledge about the pathophysiology of cervical spinal cord injury. At functional level, we showed that, in addition to a permanent hemidiaphragm paralysis, a unilateral C2 spinal cord injury also induces a systolic dysfunction evaluated by echography and characterized by a reduction in left ventricular ejection fraction. This incomplete lesion also leads to an inflammatory response in the sublesional phrenic motoneurons area (located in the C3-C6 spinal cord), and in the injured C1-C3 spinal cord where the formation of extracellular traps by infiltrating neutrophils and activated microglia is also observed using flow cytometry. The second part of this doctoral work evaluated the efficacy of repetitive transcranial magnetic stimulation on the neuromodulation of the phrenic system excitability. A chronic application of repetitive transcranial magnetic stimulation protocol following spinal cord injury allow to strengthen the uninjured hemidiaphragm activity that compensate for the loss of the paralyzed hemidiaphragm activity. Despite any effect on the paralyzed hemidiaphragm activity, a strengthening of the crossed phrenic pathways has been observed following chronic repetitive transcranial magnetic stimulation treatment. These encouraging results could lead to a new therapeutic avenue for respiratory neuronal disorders