Neuromodulación (medicina) - Neuromodulation (medicine)
Neuromodulacion |
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La neuromodulación es "la alteración de la actividad nerviosa a través de la entrega dirigida de un estímulo, como la estimulación eléctrica o agentes químicos, a sitios neurológicos específicos en el cuerpo". Se lleva a cabo para normalizar o modular la función del tejido nervioso . La neuromodulación es una terapia en evolución que puede involucrar una variedad de estímulos electromagnéticos como un campo magnético ( rTMS ), una corriente eléctrica o un fármaco instilado directamente en el espacio subdural (administración de fármaco intratecal). Las aplicaciones emergentes implican la introducción dirigida de genes o reguladores de genes y luz ( optogenética ), y para 2014, estos se habían demostrado como mínimo en modelos de mamíferos, o se habían adquirido los primeros datos en humanos. La experiencia más clínica ha sido con estimulación eléctrica.
La neuromodulación, ya sea eléctrica o magnética, emplea la respuesta biológica natural del cuerpo estimulando la actividad de las células nerviosas que pueden influir en las poblaciones de nervios al liberar transmisores, como la dopamina , u otros mensajeros químicos como el péptido Sustancia P , que pueden modular la excitabilidad y la activación. patrones de circuitos neuronales. También puede haber efectos electrofisiológicos más directos sobre las membranas neurales como mecanismo de acción de la interacción eléctrica con los elementos neurales. El efecto final es una "normalización" de la función de una red neuronal a partir de su estado perturbado. Los supuestos mecanismos de acción para la neuroestimulación incluyen bloqueo despolarizante, normalización estocástica de la activación neural , bloqueo axonal , reducción de la queratosis de activación neural y supresión de las oscilaciones de la red neural. Aunque se desconocen los mecanismos exactos de la neuroestimulación, la eficacia empírica ha llevado a una aplicación clínica considerable.
Los tratamientos de neuromodulación existentes y emergentes también incluyen la aplicación en la epilepsia resistente a los medicamentos , afecciones crónicas de dolor de cabeza y terapia funcional que va desde el control de la vejiga y el intestino o respiratorio hasta la mejora de los déficits sensoriales, como la audición ( implantes cocleares e implantes auditivos del tronco del encéfalo ) y la visión ( implantes de retina ). Las mejoras técnicas incluyen una tendencia hacia sistemas mínimamente invasivos (o no invasivos); así como dispositivos más pequeños y sofisticados que pueden tener control de retroalimentación automatizado y compatibilidad condicional con imágenes de resonancia magnética.
La terapia de neuromodulación se ha investigado para otras afecciones crónicas, como la enfermedad de Alzheimer , la depresión , el dolor crónico y como tratamiento complementario en la recuperación de un accidente cerebrovascular .
Métodos invasivos de neuromodulación eléctrica.
La estimulación eléctrica con dispositivos implantables entró en uso moderno en la década de 1980 y sus técnicas y aplicaciones han seguido desarrollándose y expandiéndose. Estos son métodos en los que se requiere una operación para colocar un electrodo. El estimulador, con la batería, similar a un marcapasos, también puede implantarse o puede quedar fuera del cuerpo.
En general, los sistemas de neuromodulación suministran corrientes eléctricas y normalmente constan de los siguientes componentes: Un electrodo epidural, subdural o parenquimatoso colocado mediante técnicas de aguja mínimamente invasivas (las llamadas derivaciones percutáneas) o una exposición quirúrgica abierta al objetivo ("paleta" quirúrgica o electrodos en "rejilla"), o implantes estereotácticos para el sistema nervioso central, y un generador de impulsos implantado (IPG). Dependiendo de la distancia desde el punto de acceso al electrodo, también se puede agregar un cable de extensión al sistema. El IPG puede tener una batería no recargable que se debe reemplazar cada 2 a 5 años (según los parámetros de estimulación) o una batería recargable que se repone a través de un sistema de carga inductivo externo.
Aunque la mayoría de los sistemas funcionan mediante la entrega de un tren constante de estimulación, ahora existe el advenimiento de la estimulación denominada "feed-forward" en la que la activación del dispositivo depende de un evento fisiológico, como un ataque epiléptico. En esta circunstancia, el dispositivo se activa y entrega un pulso desincronizador al área cortical que está sufriendo un ataque epiléptico. Este concepto de estimulación de retroalimentación probablemente se volverá más prevalente a medida que se descubran y verifiquen los marcadores fisiológicos de enfermedades específicas y trastornos neuronales. La estimulación a pedido puede contribuir a una mayor duración de la batería, si las demandas de detección y procesamiento de señales del sistema son lo suficientemente eficientes en el consumo de energía. Los nuevos diseños de electrodos podrían producir una estimulación más eficiente y precisa, requiriendo menos corriente y minimizando la estimulación lateral no deseada. Además, para superar el desafío de prevenir la migración de plomo en áreas del cuerpo que están sujetas a movimiento, como girar y doblarse, los investigadores están explorando el desarrollo de pequeños sistemas de estimulación que se recargan de forma inalámbrica en lugar de a través de un cable eléctrico.
Estimulación de la médula espinal
La estimulación de la médula espinal es una forma de terapia de neuromodulación invasiva de uso común desde la década de 1980. Su uso principal es como terapia no farmacológica reversible para el manejo del dolor crónico que administra pulsos eléctricos leves a la médula espinal . En los pacientes que experimentan una reducción del dolor del 50 por ciento o más durante una prueba temporal, se puede ofrecer un implante permanente en el que, al igual que con un marcapasos cardíaco , se coloca un generador de impulsos implantable del tamaño de un cronómetro debajo de la piel del tronco. Emite impulsos suaves a lo largo de cables eléctricos delgados que conducen a pequeños contactos eléctricos, aproximadamente del tamaño de un grano de arroz, en el área de la columna que se va a estimular.
La estimulación se encuentra típicamente en el rango de 20-200 Hz, aunque ahora está surgiendo una nueva clase de parámetros de estimulación que emplean un tren de estimulación de 10 kHz así como una "estimulación en ráfaga" de 500 Hz. Los trenes de estimulación de kilohercios se han aplicado tanto a la médula espinal como al ganglio de la raíz dorsal en humanos. Se ha demostrado que todas las formas de estimulación de la médula espinal tienen diversos grados de eficacia para abordar una variedad de síndromes de dolor neuropático farmacorresistente o mixto (neuropático y noiciceptivo), como el síndrome poslaminectomía, el dolor lumbar, el síndrome de dolor regional complejo, la neuropatía periférica, enfermedad vascular periférica y angina.
El proceso general para la estimulación de la médula espinal implica un seguimiento temporal de los pacientes apropiados con un generador de impulsos externo conectado a electrodos epidurales ubicados en la médula espinal torácica inferior. Los electrodos se colocan mediante una técnica de aguja mínimamente invasiva (los denominados cables percutáneos) o una exposición quirúrgica abierta (electrodos quirúrgicos de "paleta").
La selección del paciente es clave, y los candidatos deben pasar un riguroso examen psicológico, así como un examen médico para asegurarse de que su síndrome de dolor sea realmente resistente a los medicamentos. Después de recuperarse del procedimiento de implantación, el paciente volverá a tener el sistema encendido y programado. Dependiendo del sistema, el programa puede provocar una sensación de hormigueo que cubre la mayor parte del área dolorosa, reemplazando algunas de las sensaciones dolorosas con una sensación de masaje más suave, aunque otros sistemas más recientes no crean una sensación de hormigueo. El paciente es enviado a casa con un control remoto de mano para apagar o encender el sistema o cambiar entre los parámetros de estimulación preestablecidos, y puede hacer un seguimiento para ajustar los parámetros.
Estimulación cerebral profunda
Otro tratamiento de neuromodulación invasivo desarrollado en la década de 1980 es la estimulación cerebral profunda , que puede usarse para ayudar a limitar los síntomas del trastorno del movimiento en la enfermedad de Parkinson , la distonía o el temblor esencial . La estimulación cerebral profunda fue aprobada por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU . En 1997 para el temblor esencial, en 2002 para la enfermedad de Parkinson, y recibió una exención de dispositivo humanitario de la FDA en 2003 para los síntomas motores de distonía. Fue aprobado en 2010 en Europa para el tratamiento de ciertos tipos de epilepsia grave. La estimulación cerebral profunda también se ha mostrado prometedora, aunque todavía está en investigación, para los síndromes psiquiátricos de depresión, trastornos obsesivo compulsivos, rabia intratable, demencia y obesidad mórbida médicamente intratables. También se ha mostrado prometedor para el síndrome de Tourette, la tortícolis y la discinesia tardía. La terapia DBS, a diferencia de la estimulación de la médula espinal, tiene una variedad de objetivos del sistema nervioso central, dependiendo de la patología objetivo. Para la enfermedad de Parkinson, los objetivos del sistema nervioso central incluyen el núcleo subtalámico, el globo pálido interno y el núcleo intermídico ventral del tálamo. Las distonías a menudo se tratan con implantes dirigidos al globo pálido interno o, con menos frecuencia, a partes del grupo talámico ventral. El tálamo anterior es el objetivo de la epilepsia.
Los objetivos de la investigación de la ECP incluyen, entre otros, las siguientes áreas: Cg25 para la depresión, la extremidad anterior de la cápsula interna para la depresión, así como el trastorno obsesivo compulsivo (TOC), los núcleos centromedianos / parafasiculares, talámicos centromedianos y el núcleo subtalámico para el TOC , anorexia y síndrome de Tourette, el núcleo accumbens y el estriado ventral también se han analizado para detectar depresión y dolor.
Otros métodos eléctricos invasivos
- Implante auditivo de tronco encefálico , que proporciona una sensación de sonido a una persona que no puede usar un implante coclear debido a una cóclea o un nervio auditivo dañado o faltante
- Estimulación eléctrica funcional (FES)
- Estimulación del nervio vago (VNS)
- Estimulación del nervio hipogloso, una opción para algunos pacientes que tienen apnea obstructiva del sueño
- Estimulación percutánea del nervio tibial (PTNS) para el tratamiento de la incontinencia.
- Estimulación de nervios periféricos (SNP, que se refiere a la simulación de nervios más allá de la columna o el cerebro, y se puede considerar que incluye la estimulación de los nervios occipitales o sacros)
- Estimulación del nervio occipital (ONS)
- Estimulación del nervio sacro (SNS) / neuromodulación sacra (SNM)
Métodos eléctricos no invasivos
Estos métodos utilizan electrodos externos para aplicar una corriente al cuerpo con el fin de cambiar el funcionamiento del sistema nervioso.
Los métodos incluyen:
- Estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS)
- Estimulación nerviosa eléctrica transcutánea (TENS) y una variante de prescripción de TENS , estimulación con patrón aferente transcutáneo (TAPS)
- Terapia electroconvulsiva (TEC)
Métodos magnéticos no invasivos
Los métodos magnéticos de neuromodulación normalmente no son invasivos: no se requiere cirugía para permitir que un campo magnético ingrese al cuerpo porque la permeabilidad magnética del tejido es similar a la del aire. En otras palabras: los campos magnéticos penetran en el cuerpo con mucha facilidad.
Las dos técnicas principales están muy relacionadas en el sentido de que ambas utilizan cambios en la intensidad del campo magnético para inducir campos eléctricos y corrientes iónicas en el cuerpo. Sin embargo, existen diferencias en el enfoque y el hardware. En rTMS, la estimulación tiene una gran amplitud (0,5-3 tesla ), se alcanza una baja complejidad y especificidad anatómica a través de un campo magnético altamente focal. En tPEMF la estimulación tiene una amplitud baja (0.01-500 militesla), se alcanza una alta complejidad y especificidad anatómica a través del contenido de frecuencia específico de la señal.
- Estimulación magnética transcraneal repetitiva (rTMS)
- Campos electromagnéticos pulsados transcraneales (tPEMF)
Métodos químicos invasivos
La neuromodulación química siempre es invasiva, porque un fármaco se administra en una ubicación muy específica del cuerpo. La variante no invasiva es la farmacoterapia tradicional , por ejemplo, tragar un comprimido.
- Sistemas de administración de fármacos intratecales (ITDS, que pueden administrar microdosis de analgésico (por ejemplo, ziconotida ) o medicamentos contra los espasmos (como baclofeno ) directamente en el sitio de acción)
Historia
La estimulación eléctrica del sistema nervioso tiene una historia larga y compleja. Los primeros practicantes de la estimulación cerebral profunda en la segunda mitad del siglo XX (Delgado, Heath, Hosbuchi. Ver Hariz et al. Para una revisión histórica) estaban limitados por la tecnología disponible. Heath, en la década de 1950, estimuló áreas subcorticales e hizo observaciones detalladas de cambios de comportamiento. En 1965 se introdujo una nueva comprensión de la percepción del dolor, con la teoría de la puerta de Wall y Melzack. Aunque ahora se considera demasiado simplificada, la teoría sostenía que las transmisiones del dolor de las fibras nerviosas pequeñas pueden ser anuladas, o la puerta "cerrada", al competir con las transmisiones a lo largo de las fibras nerviosas táctiles más amplias. Sobre la base de ese concepto, en 1967, el Dr. Norm Shealy, de la Escuela de Medicina de Western Reserve, demostró el primer estimulador de columna dorsal para el control del dolor, utilizando un diseño adaptado por Tom Mortimer, un estudiante graduado del Instituto de Tecnología Case, de estimuladores de nervios cardíacos. por Medtronic, Inc., donde tenía un conocido profesional que compartía el diagrama del circuito. En 1973, Hosbuchi informó sobre el alivio del dolor facial por denervación de la anestesia dolorosa mediante la estimulación eléctrica continua del tálamo somatosensorial, lo que marca el comienzo de la era de la estimulación cerebral profunda.
A pesar de la experiencia clínica limitada en estas décadas, esa era es notable por la demostración del papel que tiene la tecnología en la neuromodulación, y hay algunos informes de casos de estimulación cerebral profunda para una variedad de problemas; real o percibido. Delgado insinuó el poder de la neuromodulación con sus implantes en la región del tabique bovino y la capacidad de la estimulación eléctrica para embotar o alterar el comportamiento. Los intentos posteriores de esta "modificación del comportamiento" en humanos fueron difíciles y rara vez confiables, y contribuyeron a la falta general de progreso en la neuromodulación del sistema nervioso central de esa época. Los intentos de resolver los síndromes de dolor intratables tuvieron más éxito, pero nuevamente se vieron obstaculizados por la calidad de la tecnología. En particular, el llamado electrodo DBS "cero" (que consta de un bucle de contacto en su extremo) tenía una tasa de fallos inaceptable y las revisiones conllevaban más riesgos que beneficios. En general, los intentos de utilizar la estimulación eléctrica para la "modificación del comportamiento" fueron difíciles y rara vez fiables, lo que ralentizó el desarrollo de la estimulación cerebral profunda. Los intentos de abordar los síndromes de dolor intratables con DBS tuvieron más éxito, pero nuevamente se vieron obstaculizados por la calidad de la tecnología. Varios médicos que esperaban abordar problemas hasta ahora insolubles buscaron el desarrollo de equipos más especializados; por ejemplo, en la década de 1960, el colega de Wall, Bill Sweet, reclutó al ingeniero Roger Avery para fabricar un estimulador de nervios periféricos implantable. Avery fundó Avery Company, que fabricaba varios estimuladores implantables. Poco antes de su jubilación en 1983, presentó los datos solicitados por la FDA, que había comenzado a regular los dispositivos médicos después de una reunión de 1977 sobre el tema, con respecto a la estimulación cerebral profunda para el dolor crónico. Medtronic y Neuromed también fabricaban estimuladores cerebrales profundos en ese momento, pero al parecer sintieron que un ensayo clínico complejo de seguridad y eficacia en pacientes que eran difíciles de evaluar sería demasiado costoso para el tamaño de la base de pacientes potencial, por lo que no presentaron datos clínicos sobre DBS para el dolor crónico a la FDA, y esa indicación fue desaprobada.
Sin embargo, cerca de esta época en Francia y en otros lugares, la estimulación cerebral profunda se investigó como un sustituto de la lesión de los núcleos cerebrales para controlar los síntomas motores de los trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson, y a mediados de la década de 1990, esta terapia de estimulación reversible y no destructiva se había convertido en la aplicación primaria de la estimulación cerebral profunda en pacientes apropiados, para retardar la progresión de la alteración del movimiento debido a la enfermedad y reducir los efectos secundarios del uso prolongado y creciente de medicamentos.
Paralelamente al desarrollo de sistemas de neuromodulación para abordar el deterioro motor, los implantes cocleares fueron el primer sistema de neuromodulación en alcanzar una etapa comercial amplia para abordar un déficit funcional; proporcionan percepción del sonido en usuarios con problemas de audición debido a células sensoriales (cilios) faltantes o dañadas en el oído interno. El enfoque de la estimulación eléctrica utilizado en los implantes cocleares pronto fue modificado por un fabricante, Boston Scientific Corporation, para el diseño de cables eléctricos que se utilizarían en el tratamiento de estimulación de la médula espinal de las condiciones de dolor crónico.
Relación con los electroceuticos
En 2012, la compañía farmacéutica global GlaxoSmithKline anunció una iniciativa en medicina bioeléctrica en la que el impacto del sistema nervioso autónomo sobre el sistema inmunológico y la enfermedad inflamatoria podrían tratarse mediante estimulación eléctrica en lugar de agentes farmacéuticos. La primera inversión de la compañía en 2013 involucró a una pequeña empresa de nueva creación, SetPoint Medical, que estaba desarrollando neuroestimuladores para abordar trastornos autoinmunes inflamatorios como la artritis reumatoide.
En última instancia, la búsqueda de productos electrocéuticos tiene como objetivo encontrar la firma electroneural de la enfermedad y, a nivel celular, en tiempo real, reproducir la firma electrónica más normal para ayudar a mantener la firma neuronal en el estado normal. A diferencia de los métodos de terapia de neuromodulación anteriores, el enfoque no implicaría cables eléctricos que estimulen los nervios grandes o la médula espinal o los centros del cerebro. Podría involucrar métodos que están surgiendo dentro de la familia de terapias de neuromodulación, como la optogenética o alguna nueva nanotecnología. Los estados de enfermedad y las condiciones que se han discutido como objetivos para la futura terapia electrocéutica incluyen diabetes, infertilidad, obesidad, artritis reumatoide y trastornos autoinmunes.
Ver también
- Alim-Louis Benabid
- Interfaz cerebro-computadora (BCI)
- BrainGate
- Sociedad Internacional de Neuromodulación
- Manejo intervencionista del dolor
- Sociedad norteamericana de neuromodulación
- Neuromodulación (diario)
- Neuroprotésica
- Neurotecnología
- Neuroestimulación
- Optogenética
- Prótesis visual
Referencias
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