Maintenance of diaphragmatic muscle force during controlled mechanical ventilation by electro-magnetic stimulation - Investigations in an ex vivo model of the rat diaphragm and in vivo.

• Applicant: Professor Dr. Stefan Schumann
• Subject Area: Anaesthesiology ; Pneumology, Thoracic Surgery
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 243567390

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Im vorliegenden Projekt wurde der Einfluss elektromagnetischer Stimulation des nervus phrenicus auf den Krafterhalt im unter der Beatmung passiven Diaphragma am Kleintiermodell untersucht. Hierfür wurden zuerst die Kultivierungsbedingungen für eine reliable Kraftmessung des Diaphragmas in einer ex vivo Umgebung optimiert. Nach erfolgreicher Etablierung der Stimulationsbedingungen erfolgten tierexperimentelle Studien mit Ratten. Es konnte gezeigt werden, dass mittels elektromagnetischer Stimulation des nervus phrenicus das Diaphragma aktiviert wird und mit Hilfe von intermittierender elektromagnetischer Aktivierung des Diaphragmas der Inaktivitäts-bedingte Kraftverlust deutlich reduziert werden konnte. In muskelphysiologischen Untersuchungen konnten biologische Korrelate zu diesen Ergebnissen identifiziert werden. Die Aktivierung des Diaphragmas durch nichtinvasive elektromagnetische Stimulation könnte bei einer durchaus realistischen Translation in eine klinische Anwendung bei Langzeitbeatmung das Risiko für Komplikationen beim Weaning reduzieren.

Publications

• “Brain-pressure sensor for esophageal pressure measurement during magnetic stimulation in rats”, Biomed. Eng.-Biomed. Tech, 2018, 63(s1):S276-S401
  Wenzel C, Spassov S, Schumann S.
  (See online at https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051)
• Erhaltung der diaphragmalen Muskelkraft durch intermittierende elektromagnetische Stimulation im Kleintiermodell. Anästh Intensivmed 2020;61:S225
  Wenzel C, Spassov S, Lengerer J, Schumann S
  
• Kurzfristige Beatmung nach Entgleisung der arteriellen Blutgase unter Spontanatmung regeneriert die diaphragmale Muskelkraft im Kleintier unter Narkose. Anästh Intensivmed 2020;61:S210
  Wenzel S, Spassov S, Schumann S
  
• Electromagnetic stimulation of phrenic nerve preserves diaphragm muscle strength during mechanical ventilation in a rat model. European Journal of Anaesthesiology 2021
  Wenzel C, Spassov SG, Lengerer J, Schmidt J, Urban G, Schumann S
  (See online at https://doi.org/10.1097/eja.0000000000001590)
• Loss of muscular force in isolated rat diaphragms is related to changes in muscle fibre size. Physiol Meas 2021 Mar 11;42(2):025003
  Lieb S, Schumann S
  (See online at https://doi.org/10.1088/1361-6579/abdf3a)
• Mechanical ventilation restores blood gas homeostasis and diaphragm muscle strength in ketamine/medetomidine anaesthetized rats. Exp Physiol 2021 Feb;106(2):396-400
  Wenzel C, Schmidt J, Urban G, Schumann S, Spassov SG
  (See online at https://doi.org/10.1113/ep089141)
• Wirkung der intermittierenden elektrischen Stimulation auf die Krafterhaltung im Modell des isolierten Diaphragmas. 2021, Freiburg
  Lieb S