Estimulación eléctrica en paraplejia

Extracto del artículo original publicado en The Lancet, Early Online Publication, 20 Mayo 2011 - doi:10.1016/S0140-6736(11)60547-3.

Este artículo nos ha parecido muy importante, ya que, sigue nuevas vías de investigación sobre las capacidades regenerativas y funcionamiento de la médula espinal, además del tratamiento de lesiones. Esta investigación sigue el camino de otras como la que ya informamos en un anterior sabías que: "Recuperación de la médula espinal".

Es este caso han sido observadas las siguientes mejoras:

1. Alcanzar voluntariamente la extensión del pie, la flexión dorsal del tobillo y flexión de la pierna, en presencia de estimulación epidural.
2. Mejoría de la función autonómica en la vejiga, la actividad sexual, y de termorregulación que ha sido de un beneficio sustancial para el paciente.

que pueden ser debidas a la reactivación de las conexiones nuronales de la médulo o a la regeneración de las neuronas, efecto no descartable porque en el procedimiento empleado de estimulación eléctrica se trabajó con frecuencias de 2 Hz, que son conocidas como estimulantes de la regeneración neuronal.

Antecedentes

Repetidos períodos de estimulación de la médula espinal y entrenamiento incrementaron la capacidad para controlar el movimiento en modelos animales con lesión de la médula espinal. Tenemos como hipótesis que la estimulación tónica epidural de la médula espinal es capaz de modular los circuitos espinales de los seres humanos a un estado fisiológico que permite que la recepción sensorial, obtenida estando de pie y caminando, sirva como fuente de control de los nervios para llevar a cabo estas tareas.

Métodos

Un hombre de 23 años de edad que sufría una paraplejia por una subluxación de C7-T1, como resultado de un accidente automovilístico en julio de 2006, se presentó con pérdida completa, clínicamente detectable, de la función motora voluntaria y preservación parcial de sensación por debajo del segmento de la médula T1. Después de 170 sesiones de entrenamiento locomotor durante más de 26 meses, un dispositivo con 16 electrodos se coloca quirúrgicamente en la duramadre (segmentos de la médula L1-S1) en diciembre de 2009, para permitir la estimulación eléctrica crónica. La estimulación de la médula espinal se llevó a cabo durante las sesiones con duraciones de hasta 250 min. Hicimos 29 experimentos y hemos realizado varias pruebas de combinación de estimulación y parámetros, con el objetivo de lograr que el paciente pudiese mantenerse en pie y caminar.

Hayazgos

La estimulación epidural permitió al hombre lograr la plena carga de peso de pie, con la asistencia sólo para mantener el equilibrio, de 4,25 min. El paciente logró esta posición durante la estimulación empleando parámetros identificados como específicos para estar de pie mientras se proporciona una entrada propioceptiva de carga bilateral. También hemos notado patrones locomotores cuando los parámetros de estimulación fueron optimizados para caminar. Adicionalmente, siete meses después del implante, el paciente se recuperó el control supraespinal de algunos movimientos de las piernas, pero sólo durante la estimulación epidural.

Resumen

Las tareas específicas de entrenamiento con estimulación epidural podrían reactivar los circuitos neuronales previamente dañados o promover la plasticidad. Estas intervenciones podrían ser un método clínico viable para la recuperación funcional después de una parálisis severa.

Fondos

National Institutes of Health and Christopher and Dana Reeve Foundation.

Procedimiento

Antes de la implantación de los electrodos, el paciente recibió 170 sesiones de entrenamiento locomotor durante más de 26 meses, a partir del 19 de octubre 2007, hasta el 23 de noviembre 2009, con apoyo del peso corporal y facilitación manual en una cinta, lo que resulta en 108 horas de entrenamiento de paso y 54 h de entrenamiento de pie, sin ningún cambio detectable en la actividad electromiográfíca (EMG). Durante el paseo facilitado manualmente, de forma esporádica se observó actividad EMG bilateral en los músculos de la pierna, con mayor frecuencia en los isquiotibiales medios. No se observó mejoría en la EMG en el transcurso de la capacitación.

Posicionamos la matriz de electrodos en la línea media de la duramadre expuesta. La ubicación de la matriz se evaluó durante la cirugía con los umbrales y las amplitudes de la EMG, grabados de los músculos de la pierna, provocados por la estimulación a 2 Hz. Múltiples estimulaciones fueron evaluadas utilizando las configuraciones de la estimulación de la línea media, con cada par de electrodos separados 6 mm. El cable del electrodo se tuneló a una bolsa subcutánea abdominal, donde se implantó el generador de impulsos. 2 semanas después del implante, la posición de la matriz fue confirmada por el mismo protocolo de estimulación con el paciente en posición supina.

Diferentes combinaciones de estimulación fueron evaluadas sistemáticamente para obtener patrones óptimos eferentes para mantenerse en pie y caminar. La estimulación de la médula espinal se llevó a cabo durante sesiones con una duración de hasta 250 min. Durante estas sesiones, la duración de la estimulación osciló entre 40 y 120 min. La amplitudes de estimulación oscilaron de 0,5 a 10,0 V y frecuencias de 5 a 40 Hz, ya sea con pulsos de 210 µs o 450 µs. Las configuraciones óptimas de pie evocaron una tónica sostenible de co-activación específica; las configuraciones de paseo evocaron actividad rítmica con alternancia de la pierna derecha y la izquierda y de los flexores y extensores intraextremidad.

La actividad EMG aumenta en amplitud y se vuelve más constante bilateralmente en la mayoría de los músculos según la estimulación es incrementada en potencia de 1 a 8 V (15 Hz), cambiando el peso. De pie, con el apoyo de peso corporal y la estimulación epidural (4-8 V, 15 Hz), el apoyo de peso corporal se redujo al 5% sin la necesidad de facilitación manual. Sentado a erecto, la actividad EMG con la estimulación epidural (9 V, 25 Hz) durante la transición de facilitación manual con apoyo de peso a carga completa de pie sin la facilitación manual.

Estimulación epidural en 30-40 Hz y señales sensoriales de tareas específicas se necesitaron para generar patrones locomotores. Movimientos voluntarios (pierna, tobillo y pie) con la estimulación epidural (4 V, 30 Hz) en la posición supina.

Interpretación

Los circuitos de la médula espinal de seres humanos pueden ser inducidos a generar movimientos cíclicos de las piernas sin entrada supraespinal en respuesta a la estimulación tónica de las fibras aferentes periféricas o la estimulación directa de la médula espinal. La importancia de estos hallazgos se han interpretado como prueba para generación de patrones centrales, es decir, oscilaciones inducidas sin la participación del cerebro o de las fibras aferentes periféricas. Los datos de este estudio muestran tres nuevos conceptos sobre el control de movimiento de la columna. En primer lugar, que el circuito de la médula espinal humana para la postura y la locomoción puede ser controlado por la entrada sensorial periférica, por lo tanto, destacando el papel clave de las entradas sensoriales en la postura y la locomoción más que de su independencia de la información sensorial. En segundo lugar, se muestra el fenómeno que permite la estimulación epidural, por lo que los niveles moderados de estimulación no provocan caminar o estar de pie, pero cuando se estimula con los parámetros adecuados de la información sensorial pueden servir como regulador, como ocurre en los gatos y ratas. En tercer lugar, que después de meses de estimulación y formación, el control voluntario del movimiento de las piernas surgió, pero sólo cuando está activado por niveles moderados deestimulación epidural. Estos resultados abren la posibilidad de un cambio de paradigma en la percepción de las posibles intervenciones que podrían ser utilizados para mejorar la función de una serie de trastornos neuromotores.

El paciente en este estudio fue finalmente capaz de alcanzar voluntariamente la extensión del pie, la flexión dorsal del tobillo y flexión de la pierna, en presencia de estimulación epidural. En pacientes con una médula motora incompleta que tienen alguna capacidad de mover voluntariamente sus piernas, un fenómeno común es la pérdida de control específico de los músculos seleccionados. En este estudio, las reservas motoras (motor pools) activadas eran apropiadas para el movimiento deseado. Una posible explicación de esta recuperación es que existían conexiones residuales supraespinales, pero no pudieron ser detectadas clínicamente, que se reactivaron o que se formaron nuevas conexiones a las redes supra-espinales. Los dos posibles mecanismos son:

1. La estimulación epidural proporciona la excitación de interneuronas y motoneuronas lumbosacrales y que, combinado con la débil actividad excitatoria de los axones descendentes residuales, alcanzó un nivel de excitación que era suficiente para activar las motorneuronas.
2. La regeneración axonal o el crecimiento podría haber sido inducido a través de mecanismos dependientes de la actividad durante un período de 7 meses.

Desde una perspectiva neurobiológica y clínica, que este control supraespinal se manifieste sólo en presencia de estimulación epidural continua tónica es importante. Al parecer, el control consciente fue recuperado por el aumento del nivel de excitabilidad interneuronal espinal con el estímulo a un nivel fundamental, pero debajo del umbral, que permite el control a través de las vías descendentes.

Estos mismos mecanismos también podrían explicar la mejoría de la función autonómica en la vejiga, la actividad sexual, y de termorregulación que ha sido de un beneficio sustancial para el paciente. Las áreas de la médula espinal lumbosacral estimuladas incluyen por lo menos parte de los circuitos neuronales que regulan estas funciones autónomas y también podría haber dado lugar a cambios dependientes de la actividad.

Este caso de estudio es compatible con el principio de que los seres humanos han conservado los circuitos del aparato locomotor espinal, que se encuentran en otros mamíferos, incluyendo la capacidad para:

1. La transición de un estado de actividad de bajo nivel a otro que puede generar mantenerse de pie activamente en presencia de la estimulación epidural tónica.
2. Desencadenar respuestas tónicas evocadas eléctricamente para coordinar las reservas motoras (motor pools) generando patrones consistentes con la tarea específica de la información sensorial.
3. Controlar el nivel y el momento de la excitación neuronal suficiente para generar y facilitar el caminar de pie a través del uso adecuado de las tareas de entrada sensorial específica.
4. Mediar en el movimiento iniciado voluntariamente de las piernas en presencia de estimulación epidural.

Estos resultados sugieren que la estimulación epidural tiene potencial como una intervención clínica en combinación con las tareas de formación específicos para la recuperación de la función después de una lesión medular completa y otros trastornos neurológicos. Las mejoras en la matriz y la tecnología de estimulación serán necesarios para la aplicación práctica de la estimulación epidural, y la adición de las drogas farmacológicas podría mejorar más la recuperación funcional.

Una limitación clave de este estudio es que los datos eran de un paciente, la investigación y por lo tanto la generalización a una población debe ser cuidadosa. También hubo limitaciones técnicas del estimulador que nos impidió la manipulación de los parámetros de forma diferencial (tensión y frecuencia) necesarios para optimizar la realización de tareas motoras diferentes. Una tercera limitación es la incapacidad para evaluar eficazmente las conexiones anatómicas que aún existían después de la lesión y después del período de estimulación.