Assessment of direct spinal cord stimulation strategies from the perspective of SCI patient's bladder and bowel functions rehabilitation

Abstract

La blessure médullaire est un traumatisme aux conséquences désastreuses pour le patient. Au-delà de déficiences motrices immédiatement identifiables (paralysie des membres), l’interruption de la communication entre tissu nerveux sous-lésionnel et centres nerveux responsables de l’intégration et de la régulation des processus physiologiques, conduit souvent à un tableau clinique plus complexe. Parmi ces troubles insidieux, l’altération des fonctions urinaires et intestinales est d’une importance majeure. La régulation de ces fonctions étant sous la dépendance des segments les plus caudaux de la moelle épinière, toute altération du tissu spinal engendrera de manière quasi systématique un fonctionnement anarchique des organes conduisant à des dérèglements socialement handicapants (rétention ou/et incontinence urinaire et fécale). Bien que pour corriger cela, une stratégie basée sur la stimulation électrique fonctionnelle au niveau des racines sacrées, ait déjà été implémentée et commercialisée (Implant Brindley-Finetech), son recours ne demeure que trop marginal eu égard aux contreparties exigées (sections des racines afférentes de la moelle sacrée, avec perte de la sensibilité et des réflexes fonctionnels). Il n’est alors pas surprenant d’observer que les patients continuent à leur préférer des alternatives thérapeutiques (cathétérisme, toxine botulique…). L’objectif de cette thèse est d’évaluer les potentialités d’une stimulation directe de la moelle épinière dans la restauration des fonctions urinaires et intestinales chez le sujet lésé médullaire en proposant l’utilisation d’un nouveau modèle expérimental – le cochon domestique (40-60kg, 3-4 mois d’âge) – et une approche chirurgicale.Spinal cord injury results in the loss of movement and sensory sensations but also in the disruption of some organ functions. Nearly all spinal cord injured subjects lose bladder control and are prone to kidney failure if they do not apply intermittent (self-) catheterization. Electrical stimulation of the sacral spinal roots with an implantable neuroprosthesis is one option besides self-catheterization to become continent and control micturition. However, many persons do not ask for this neuroprosthetic device (Brindley-Finetech implant) since deafferentation and loss of sensory functions and reflexes are serious side effects and since alternative treatments are available to patients (drugs, botulinus toxin….). This PhD work aimed at investigating various techniques for spinal cord electrical stimulation in order to address dysfunctions in spinal cord injured individuals on lesion levels that have an impact on lower limb movements and bladder, bowel and sexual functions. Orderly recruitment of fibers at the spinal cord level should eventually lead to orderly recruitment of the detrusor muscle without activation of the bladder sphincter. Thereby, low pressure voiding, for example, should be obtained that is currently impossible with existing active implantable medical devices. A new large animal model – the domestic pig – was investigated to overcome size effects of rodent models and be able to translate results and technology more easily to human