Non-invasive Auricular Vagus Nerve Stimulation as a Potential Treatment for Covid19-Originated Acute Respiratory Distress Syndrome

• DOI: 10.3389/fphys.2020.00890
• Publication Date: 2020-07-28T06:28:18Z
• Authors: Eugenijus Kaniusas; Jozsef C. Szeles; Stefan Kampusch; Nuria Alfageme-Lopez; Daniela Yucuma-Conde; Xie Li; Julio Mayol; Christoph Neumayer; Michele Papa; Fivos Panetsos
• Keywords: Vagus Nerve Stimulation; Physiology; Heart rate; Structure and Function of Nicotinic Receptors; Vagus nerve; hypothalamic pituitary adrenal axis; Neuro-Immune Modulation via Vagus Nerve Stimulation; 03 medical and health sciences; 0302 clinical medicine; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Health Sciences; QP1-981; Autonomic nervous system; Anesthesia; parasympathetic system; Molecular Biology; Lung; Internal medicine; sympatho-vagal balance; lung inflammation; Life Sciences; cholinergic anti-inflammatory pathway; 3. Good health; Neurology; Analysis and Applications of Heart Rate Variability; Stimulation; Blood pressure; Medicine; ARDS; cholinergic anti-inflammatory pathway; hypothalamic pituitary adrenal axis; lung inflammation; parasympathetic system; sympatho-vagal balance; Vagal tone; Cardiology and Cardiovascular Medicine; Vagus nerve stimulation; Neuroscience

خلفية: Covid -19 هو مرض معدي ناجم عن غزو الخلايا الظهارية السنخية بواسطة فيروس كورونا 19. النتيجة الأكثر حدة للمرض هي متلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS) جنبًا إلى جنب مع نقص الأكسجة في الدم وتلف القلب والأوعية الدموية. ترتبط متلازمة الضائقة التنفسية الحادة والأمراض المصاحبة بعواصف السيتوكين الالتهابية وفرط النشاط الودي واختلال وظائف الجهاز التنفسي. الفرضية: في هذه الورقة، نقدم ونبرر علاجًا جديدًا محتملًا لـ ARDS الناجم عن كوفيد-19 والأمراض المصاحبة له، بناءً على التحفيز غير الجراحي للفرع الأذني للعصب المبهم. الطرق: ينشط تحفيز العصب المبهم الأذيني الجهاز اللاودي بما في ذلك المسارات المضادة للالتهابات (المسار المضاد للالتهابات الكوليني ومحور الغدة الكظرية النخامية تحت المهاد) مع تنظيم التوازن الودي المبهمي غير الطبيعي وتحسين التحكم في الجهاز التنفسي. النتائج: على طول الورقة (1) نعرض دور الجهاز اللاودي والعصب المبهم في السيطرة على العمليات الالتهابية (2) نصوغ فرضياتنا الفسيولوجية والمنهجية (3) نقدم مجموعة كبيرة من البيانات السريرية وقبل السريرية التي تدعم الآثار المواتية لتحفيز العصب المبهم الأذيني في الالتهاب والتوازن الودي المبهم وكذلك في أمراض الجهاز التنفسي والقلب، و (4) نسرد الآثار الجانبية المحتملة (القليلة) للعلاج. أخيرًا، نناقش الإمكانات الوقائية لتحفيز العصب المبهم الأذني، خاصة في كبار السن والمصابين بالمرض مع استجابة غير ودية منخفضة بالفعل. الاستنتاجات: يعد تحفيز العصب المبهم الأذيني إجراءً سريريًا آمنًا ويمكن أن يكون إما علاجًا فعالًا لمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة المنشأ بواسطة Covid -19 والفيروسات المماثلة أو علاجًا تكميليًا للنهج العلاجية الفعلية لمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة.<br/>Contexte : Le Covid-19 est une maladie infectieuse causée par une invasion des cellules épithéliales alvéolaires par le coronavirus 19. Le résultat le plus grave de la maladie est le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) associé à une hypoxémie et à des lésions cardiovasculaires. Le SDRA et les comorbidités sont associés à des tempêtes inflammatoires de cytokines, à une hyperactivité sympathique et à un dysfonctionnement respiratoire. Hypothèse : Dans le présent article, nous présentons et justifions un nouveau traitement potentiel du SDRA d'origine Covid19 et des comorbidités associées, basé sur la stimulation non invasive de la branche auriculaire du nerf vague. Méthodes : La stimulation du nerf vague auriculaire active le système parasympathique, y compris les voies anti-inflammatoires (la voie anti-inflammatoire cholinergique et l'axe hypothalamique hypophysaire surrénal), tout en régulant l'équilibre sympatho-vagal anormal et en améliorant le contrôle respiratoire. Résultats : Tout au long de l'article (1), nous exposons le rôle du système parasympathique et du nerf vague dans le contrôle des processus inflammatoires (2) nous formulons nos hypothèses physiologiques et méthodologiques (3) nous fournissons un grand nombre de données cliniques et précliniques qui soutiennent les effets favorables de la stimulation du nerf vague auriculaire dans l'inflammation, l'équilibre sympatho-vagal ainsi que dans les affections respiratoires et cardiaques, et (4) nous énumérons les (quelques) effets collatéraux possibles du traitement. Enfin, nous discutons du potentiel protecteur de la stimulation du nerf vague auriculaire, en particulier dans la population âgée et comorbide avec une réponse parasympathique déjà réduite. Conclusions : La stimulation du nerf vague auriculaire est une procédure clinique sûre et elle pourrait être soit un traitement efficace du SDRA provoqué par le Covid-19 et des virus similaires, soit un traitement supplémentaire aux approches thérapeutiques réelles du SDRA.<br/>Antecedentes: El Covid-19 es una enfermedad infecciosa causada por una invasión de las células epiteliales alveolares por el coronavirus 19. El resultado más grave de la enfermedad es el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) combinado con hipoxemia y daño cardiovascular. El SDRA y las comorbilidades se asocian con tormentas inflamatorias de citocinas, hiperactividad simpática y disfunción respiratoria. Hipótesis: En el presente artículo, presentamos y justificamos un nuevo tratamiento potencial para el SDRA originado por Covid19 y las comorbilidades asociadas, basado en la estimulación no invasiva de la rama auricular del nervio vago. Métodos: La estimulación del nervio vago auricular activa el sistema parasimpático, incluidas las vías antiinflamatorias (la vía antiinflamatoria colinérgica y el eje suprarrenal hipotalámico hipofisario), al tiempo que regula el equilibrio simpático-vagal anormal y mejora el control respiratorio. Resultados: A lo largo del artículo (1) exponemos el papel del sistema parasimpático y el nervio vago en el control de los procesos inflamatorios (2) formulamos nuestras hipótesis fisiológicas y metodológicas (3) proporcionamos un gran cuerpo de datos clínicos y preclínicos que respaldan los efectos favorables de la estimulación del nervio vago auricular en la inflamación, el equilibrio simpático-vagal, así como en las dolencias respiratorias y cardíacas, y (4) enumeramos los (pocos) posibles efectos colaterales del tratamiento. Finalmente, discutimos el potencial protector de la estimulación del nervio vago auricular, especialmente en la población anciana y comórbida con respuesta parasimpática ya reducida. Conclusiones: La estimulación del nervio vago auricular es un procedimiento clínico seguro y podría ser un tratamiento eficaz para el SDRA originado por Covid-19 y virus similares o un tratamiento complementario a los enfoques terapéuticos reales del SDRA.<br/>Background: Covid-19 is an infectious disease caused by an invasion of the alveolar epithelial cells by coronavirus 19. The most severe outcome of the disease is the Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) combined with hypoxemia and cardiovascular damage. ARDS and co-morbidities are associated with inflammatory cytokine storms, sympathetic hyperactivity, and respiratory dysfunction. Hypothesis: In the present paper, we present and justify a novel potential treatment for Covid19-originated ARDS and associated co-morbidities, based on the non-invasive stimulation of the auricular branch of the vagus nerve. Methods: Auricular vagus nerve stimulation activates the parasympathetic system including anti-inflammatory pathways (the cholinergic anti-inflammatory pathway and the hypothalamic pituitary adrenal axis) while regulating the abnormal sympatho-vagal balance and improving respiratory control. Results: Along the paper (1) we expose the role of the parasympathetic system and the vagus nerve in the control of inflammatory processes (2) we formulate our physiological and methodological hypotheses (3) we provide a large body of clinical and preclinical data that support the favorable effects of auricular vagus nerve stimulation in inflammation, sympatho-vagal balance as well as in respiratory and cardiac ailments, and (4) we list the (few) possible collateral effects of the treatment. Finally, we discuss auricular vagus nerve stimulation protective potential, especially in the elderly and co-morbid population with already reduced parasympathetic response. Conclusions: Auricular vagus nerve stimulation is a safe clinical procedure and it could be either an effective treatment for ARDS originated by Covid-19 and similar viruses or a supplementary treatment to actual ARDS therapeutic approaches.<br/>