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Julie Barkmeier‐Kraemer, PhD, CCC‐SLP

Julie Barkmeier‐Kraemer, Ph.D., CCC‐SLP, ASHAF

Professor, Division of Otolaryngology

Clinic Director, Voice Disorders Center

Email:  JulieB.Kraemer@utah.edu

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Disclosures

Financial

Employed by the University of Utah

Funded by the NIH to conduct research relevant to information in this presentation (R01DC011311)

Receives royalties from Plural Publishing for the workbook, “Dysphagia Assessment and Treatment Planning Workbook: A Team Approach”

ArSHA speaker honorarium

Non‐Financial

Member of the Dysphagia Research Society (DRS) 

Member of ASHA and ASHA’s SIG 3 and 13

2

Learning ObjectivesUpon completion of this lecture, participants will be able to:

1. Identify and describe signs and symptoms of vagal nerve injury evidence during a clinical dysphagia examination, and

2. Identify and describe visual perceptual and quantitative measures associated with the pathophysiology of dysphagia in those with vagal nerve injury.

3 4

Overview of the vagus nerve (CN X)

Respiratory

Upper airway

Lower airway

Cardiopulmonary

Heart rate

Blood pressure

Deglutition

Oropharyngeal

Esophageal

Digestion

Voice/Resonance

Gut‐Brain Connection

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Clinical consideration of vagus n. branches

Pharyngeal plexus

Superior laryngeal nerve

External branch

Internal branch

Recurrent laryngeal nerve

Cardiac branch

Pulmonary plexus

Esophageal plexus

Image taken from: https://medical-dictionary.thefreedictionary.com/_/viewer.aspx?path=MosbyMD&name=vagus-nerve.jpg&url=https%3A%2F%2Fmedical-dictionary.thefreedictionary.com%2Fvagus%2Bnerve 6

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Focus of this presentation

Vagus nerve lesions

Identifying and evaluating clinical signs & symptoms

Using evidence to guide treatment planning

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What is “Normal”?

Pharyngeal Stage Events

Transit of bolus through the pharynx

1. Closure of the velopharyngeal port

2. Pharyngeal shortening and expansion ahead of the bolus

3. Constriction of pharynx behind the bolus

4. Closure and anterio‐superior movement of the airway 

5. Relaxation and opening of the upper esophageal sphincter

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The Afferent System

The signal to trigger the pharyngeal swallow is through:

CN IX (glossopharyngeal)

CN X, internal branch of the SLN

Afferent trigger of the Oropharyngeal Swallow

Swallowing is triggered from two general regions:

1. Mucosa of the BOT and anterior/posterior faucialpillars (CN IX)

2. Mucosa of the oro‐ and laryngopharynx (internal branch of the SLN (iSLN) and CN IX fibers via pharyngeal br of CN X)

Research suggests the iSLN as the strongest trigger of the two

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The Efferent System The motor neurons involved in the oropharyngeal swallow include motor nuclei for CNs:

Tongue musculature (intrinsic and extrinsic) via Hypoglossal Nucleus (CN XII)

Soft Palate, Pharyngeal Constrictors, and Laryngeal musculature via the Nucleus Ambiguus nucleus (CN IX & X)

Slide shared with permission from:  Jones, C, Ciucci, MR, & McCulloch, TM. High Resolution Manometry in the Management of Dysphagia.  Presented at AAO‐HNS, September, 2013, Vancouver.

Slide shared with permission from:  Jones, C, Ciucci, MR, & McCulloch, TM. High Resolution Manometry in the Management of Dysphagia.  Presented at AAO‐HNS, September, 2013, Vancouver.

Combined HRM/Videofluoroscopy

Slide shared with permission from:  Jones, C, Ciucci, MR, & McCulloch, TM. High Resolution Manometry in the Management of Dysphagia.  Presented at AAO‐HNS, September, 2013, Vancouver.

VFE and Manometry Sequence

Adapted with permission from:  Jones, C, Ciucci, MR, & McCulloch, TM. High Resolution Manometry in the Management of Dysphagia.  Presented at AAO‐HNS, September, 2013, Vancouver.

Nasopharynx

Oropharynx

Laryngopharynx

Esophagus

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The bolus passes through the upper esophageal sphincter (UES)

Sequential esophageal muscular action propels the bolus through and into the stomach

Esophageal Stage Two high pressure zones prevent backflow of food:

UPPER esophageal sphincter (UES)

LOWER esophageal sphincter (LES)

No clear boundary distinction

Sphincteric muscles with tonic contraction at rest – relax during the swallow

High pressure zones

EFFERENT

Motor innervation to the muscles and glands (CN X)

Esophageal innervation

Perstaltic contraction pushes the bolus through the esophagus

Symmetrical contraction/relaxation of a muscular tube that propagates in a wave down the tube

Esophageal wave travels at 4 cm/sec

Involuntary response to pharyngeal swallow

Esophageal Peristalsis

AFFERENT Vagal (CN X) and spinal (C1 – T9)

Pain, discomfort, mechanical, thermo‐, and chemosensationinformation

Referred sensation = perception of food stuck in the throat or a lump in the throat referred from esophagus

Esophageal innervation

Vagal Contributions to Deglutition Motor contribution to:

Velopharyngeal valve

Palatal‐lingual valve

Pharyngeal swallow coordination 

Respiratory/Swallow Coordination

Airway Protection

UES function

Esophageal transport 

LES relaxation

Digestion

Sensory contribution to:

Initiation of the swallow

Sensation of bolus clearance from the pharynx and esophagus (including airway entry and cough trigger)

Digestion‐related sensationImage taken from: http://www.edoctoronline.com/medical-atlas.asp?c=4&id=21927 24

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Impaired pharyngeal swallow Vagal injuries contributing to dysphagia

Velopharyngeal function

Oropharyngeal swallow

Airway protection

Esophageal function

UES

Smooth muscle

LES

26

Problem‐solving cases

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Unilateral vocal fold paralysis and Dysphagia

Anticipated pathophysiology:

Recurrent Laryngeal Nerve injury

Weak or impaired closure of the vocal folds during the swallow

Aspiration (particularly liquids) during laryngeal vestibule closure (LVC)

Reduced or delayed response to aspiration (assuming intact opposite nerve)

Superior Laryngeal Nerve injury Reduced pitch range and laryngeal “twist” during upward pitch glide

Inferior constrictor muscle weakness

Reduced sensation to laryngeal penetration/aspiration

Figure taken from Campbell et al, 2013

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Unilateral vocal fold paralysis and Dysphagia

Considerations

Hyolaryngeal excursion

Airway safety during swallow

UES opening (biomechanical)

Bolus pharyngeal clearance

Degree of laryngeal denervation Laryngeal closure on other levels

Laryngopharyngeal sensory function

Pharyngeal constrictor involvement

Ability to compensate/adjust to impaired function

What we fear

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Case #1: Idiopathic UVP:  Voice Evaluation

56 yo female patient chief complaints:

1. Sudden onset of impaired voice quality

Voice Handicap Index = 91/120

Reduced loudness

Increased vocal effort/strain

Odynophonia

2. Dyspnea/stridor with physical exertion (Dyspnea Index = 20/40)

3. 10‐year history of intermittent choking on food (EAT‐10 = 17/40)

1. Esophageal dilation 7‐8 yrs prior

2. Senses solid food sticking at suprasternal notch

3. No problem drinking liquids

Endoscopy:

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Case #1: Videofluoroscopy

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Investigation of unilateral RLN lesion on oral, tongue, and infrahyoid muscle physiology during the swallow

Showed pre‐ to post‐lesion changes in timing, duration, and amplitude of motor patterns in cranial nerve musculature

TAKE HOME POINT:  Brainstem level sensorimotor reorganization of swallow physiology post‐RLN lesion results in functional swallowing

33

How you define dysphagia matters

34

35

Pneumonia Rate

6% of 415 (N = 25)

Aspiration Rate

Of 415 individuals with UVP, 61 completed MBS

23% aspirated (N = 14) Abnormal max pharyngeal constriction (p = .003)

Common: Delayed airway closure (62%), but unrelated to aspiration

Etiologies and aspiration

Iatrogenic (36%)

19% of entire etiology group (N = 26)

Skull base tumor (36%)

50% of entire etiology group (N = 10)

Timing of aspiration

Before/After LVC = 12/14

During LVC = 3

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Case #2:  Post‐op right glomus tumor61 yo female patient chief complaints:

1. Impaired voicing that began pre‐op, but worsened post‐op (2 mos ago)

Voice Handicap Index = 41/120 (mild problem)

Difficulty projecting voice

2. Difficulty swallowing (DHI = 34/100)

Avoids meat and bread, but otherwise IDDSI 1‐8

Lost 15 pounds unintentionally since onset

Prolonged meals

3. Coughing spells (Leicester Cough Quest. = 15.14/21)

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Case #2 Videofluoroscopy

38

39 40

Case #2:  Treatment PlanOur team’s plan:

Swallow strategies:

Aspiration precautions

Alternate food with sips of water to facilitate pharyngeal clearance

Tilt head toward stronger left side (based on MBS strategy testing)

Swallow exercises to improve hyolaryngeal excursion and engage pharyngeal musculature

Shaker 

EMST exercises 41

Case #3:  Case History19 yo female patient case intake:

1. Reported normal voice (VHI = 28/120)

2. Moderate to severe difficulty swallowing (DHI = 60/100)  3 month progressive onset of sensing smaller throat causing food to stick (e.g. potatoes, bread, and meat); feels the need to cough up; occasionally pills stick

Chokes on liquids at least once daily; Takes small bites of food and alternates with sips of water

Lost 18 pounds over past 3 months

Allergic to peanuts, eggs, mustard managed with benadryl

h/o GERD managed by pantoprazole for past 2 months

3. No cough (LCQ = 18/21), mild dyspnea (DI = 17/40) 42

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Case #3:  Clinical EvaluationNormal Clinical Exam Findings:

1. Cranial nerve exam

2. Physical exam and palpation of anterior neck, larynx, jaw musculature

3. Volitional cough

4. Bite size, mastication, and swallows 

Positive findings:

1. The patient reported the sensation of applesauce, mixed fruit cocktail, and cracker residue that cleared with water

43

Case #3:  MBS Findings

44

45

What do you do with this patient?

Possible options: Consider vagal pathways

Reassurance 

Education/Counseling 

Refer to get professional counseling about their concerns

Refer to GI for evaluation of esophageal or digestive sources of sensations

46

Case #3: Gastroenterology Assessment

Esophagram Clinical Findings

Esophageal dysmotility

Delayed gastric emptying with solid foods

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Additional Pharyngoesophageal Considerations

Structural/Functional  abnormalities

Clinical Evaluation/Treatment

Gastroenterology team member

Imaging/Function testing

Medical/Surgical management

Otolaryngologist team member

Medical/surgical management of cervical esophageal issues

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Szabó & Szentkereszty, 2016. Surgical treatment of Zenker’s diverticulum, Is the open approach really outdated? Medical research archives, 2016, 4(8):1-10.

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Additional Pharyngoesophageal Considerations

The upper airway musculature

Clinical Evaluation/Treatment

Extrinsic and Supplemental laryngeal muscle palpation 

Voice evaluation with laryngeal imaging

Laryngeal manipulation/circumlaryngealmassage

Voice therapy

49 Figure taken from: http://chiropracticprecision.com/vagus-nerve-important/

2007 50 yo female with a 25 pack/year smoking history

Subtotal large intestine colonectomy

T1 N0 M0 squamous cell carcinoma of the tongue with subsequent partial right‐sided glossectomy and neck dissection, no radiation treatment

Post‐operative SLP management of speech and swallowing difficulties

Patient quit smoking

2013 Onset of shortness of breath over 4 days ‐>ED visit

Head and neck surgeon did not identify recurrence of cancer or laryngeal pathology

MBS: Normal oropharyngeal function (EAT 10 = 27/40)

Esophagram: mid to distal esophageal retention of boluses observed with retrograde flow to PE segment 

Dyspnea Index = 27/40 (mod‐severe) and LCQ = 5/21 (severe)

Breathing problem:  Expiration > Inspiration

Fluctuation of voice preceded onset of throat clearing and coughing (VHI 73/120 total score)

G1, R1, B0, A0, S0‐1; MPT = 9 seconds

Case #42013 Laryngeal imaging 2013 MBS

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Progression of symptoms thereafter

2014

• Onset of globus sensation with swallowing difficulties

• Excessive spitting up of mucus that the patient coughs on with SOB

• Laryngeal palpation of moderate extrinsic laryngeal, neck, and strap muscle tension and pain

• Mildly rough voice quality 

• Normal FEES, although right VF varix observed

• Recommended:  SLP treatment for chronic cough and MTD

2015• MBS study by HNCa SLP team – Non‐obstructive CP bar and trace bolus retention in UES

2016

• GI:  Unremarkable esophagram and EGD – referred for swallow evaluation

• Patient reported progression of daily gagging, regurgitation, and vomiting

• Wakens at 3 AM and spits and regurgitates copious amounts of mucus for 1 hour and then takes Zofran once able to calm symptoms before eating breakfast

• Laryngeal palpation triggered gagging and retching

• FEES anatomical views showed thickened cobblestone appearance to interarytenoid mucosa; laryngeal penetration of liquid bolus; intermittent gurgly voice quality; onset of gagging and expectoration of water bolus requiring cessation of FEES.

2019 GI management of GERD; two LES dilations without resolution of symptoms

Fall 2018, the patient experienced a small bowel obstruction caused by the scar tissue from prior colonectomy (2007). 

The obstruction dissipated 3‐4 weeks prior 

The patient continued to experience severe gagging, vomiting, and excessive mucus production worsened by

Ice or cold temperature foods 

Breads and dry foods with thickened texture

Any dry foods (bread or pretzels)

Hot or spicy seasonings burn her throat

2019 (continued) Items that she can consume without difficulty:

Thin clear soups

Hot tea

Plain chicken ‐ requires prolonged mastication before swallowing

Plain Fish/shrimp ‐ well chewed

She notes slight relief from Zofran, but no other medications have helped.

Case #4: Laryngeal Imaging

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Cyclic Vomiting Syndrome (CVS) 

Recommended amitriptyline to manage cyclic vomiting syndrome

This worked!!!

For ~1 week before drug tolerance developed

PCP gradually increased dosage to maximum

Figure taken from: Horn. Why is the neurobiology of nausea and vomiting so important? Appetite, 2008, 50(2-3):430-434.

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CASE 4: Auricular Nerve Stimulation

Auricular Nerve Stimulation for Cyclic Vomiting Syndrome (CVS)

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Summary: Vagal Nerve Assessment

1. Consideration of patient/caregiver‐based descriptions

Perceived anatomical location of problem

Description of the sensation/problem 

2. Thorough sensorimotor cranial nerve evaluation to determine the “level of the lesion.”

3. Assessment tools and approaches that evaluate:

Anatomical integrity/function,

Airway‐swallow safety coordination and cough function, 

Temporal and spatial patterns that impair function

4. Pathophysiology/Compensatory abilities ‐> Treatment

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Discussion

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References1. Campbell EO, Samlan RA, McMullen NT, Cook S, Smiley‐Jewell S, Barkmeier‐Kraemer J. Developmental changes in 

the connective tissues of the porcine recurrent laryngeal nerve. J Anatomy, 2013, 625‐633.

2. DeLozier KR, Gould FDH, Ohlemacher J, Thexton AJ, German RZ. Impact of recurrent laryngeal nerve lesion on oropharyngeal muscle activity and sensorimotor integration in an infant pig model.  J of Applied Physiology, 2018, 125(1): 159‐166.

3. DomerAS, Leonard R, Belafsky PC. Pharyngeal weakness and upper esophageal sphincter opening in patients with unilateral vocal fold immobility. Laryngoscope 2014;124(10):2371‐4 doi: 10.1002/lary.24779.

4. Francis DO, Sherman AE, Hovis KL, Bonnet K, Schlundt D, Garrett CG, Davies L.  Life experience of patients with unilateral vocal fold paralysis, JAMA Otolaryngol Head Neck Surg, 2018, 144(5):433‐439.

5. MashimoH, Goyal RK. Part 1: Oral cavity, pharynx and esophagus: Physiology of esophageal motility. GI Motility online (2006) doi:10.1038/gimo3. Published 16 May 2006

6. Hutcheson KA, Hammer MJ, Rosen SP, Jones CA, McCulloch TM.  Expiratory muscle strength training evaluated using simultaneous high‐resolution manometry and electromyography, Laryngoscope, 2017, 127(4):797‐804.

7. Leonard R, Kendall K. (2018). Dysphagia assessment and treatment planning: A team approach (4th Edition). San Diego, CA., Plural publishing, Inc.

8. Ollivere B, Duce K, Rowlands G, Harrison P, O'Reilly BJ. Swallowing dysfunction in patients with unilateral vocal fold paralysis: aetiology and outcomes. J Laryngol Otol 2006;120(1):38‐41 doi: 10.1017/S0022215105003567.

9. Schiedermayer B, Kendall K, Stevens M, Barkmeier‐Kraemer JM.  Prevalence, incidence, and characteristics of dysphagia in those with unilateral vocal fold paralysis. Laryngoscope 2020, 130(10):2397‐2404. doi:10.1002/lary.28401.

10. Stevens M, Schiedermayer B, Kendall K, Ou Z, Presson A, Barkmeier‐Kraemer J. Physiology of dysphagia in those with unilateral vocal fold immobility. Dysphagia, 2021 Mar 31. doi: 10.1007/s00455‐021‐10286‐4. Epub ahead of print. 

11. Tsai MS, Yang YH, Liu CY, et al. Unilateral Vocal Fold Paralysis and Risk of Pneumonia: A Nationwide Population‐Based Cohort Study. Otolaryngol Head Neck Surg 2018;158(5):896‐903 doi: 10.1177/0194599818756285.

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