La cronaxia es el tiempo mínimo requerido para que una corriente eléctrica duplique la fuerza de la reobase para estimular un músculo o una neurona. La reobase es la intensidad más baja con una duración de pulso indefinida que solo estimula músculos o nervios. [1] La cronaxia depende de la densidad de canales de sodio dependientes del voltaje en la célula, que afectan la excitabilidad de esa célula . La cronaxia varía según los diferentes tipos de tejido: los músculos de contracción rápida tienen una cronaxia menor, los músculos de contracción lenta tienen una mayor. La cronaxia es el parámetro de excitabilidad del tejido que permite la elección de la duración óptima del pulso de estímulo para la estimulación de cualquier tejido excitable. La cronaxia (c) es el descriptor de Lapicque de la duración del pulso de estímulo para una corriente de fuerza dos veces reobásica (b), que es la corriente umbral para un pulso de estímulo de duración infinitamente larga. Lapicque demostró que estas dos cantidades (c,b) definen la curva de fuerza-duración para la corriente: I = b(1+c/d), donde d es la duración del pulso. Sin embargo, hay otros dos parámetros eléctricos que se utilizan para describir un estímulo: energía y carga. La energía mínima se produce con una duración de pulso igual a la cronaxia. La carga mínima (bc) se produce con un pulso de duración infinitamente corta. La elección de una duración de pulso igual a 10c requiere una corriente de solo un 10% por encima de la reobase (b). La elección de una duración de pulso de 0,1c requiere una carga de un 10% por encima de la carga mínima (bc).
Los términos "cronaxia" y "reobase" fueron acuñados por primera vez en el famoso artículo de Louis Lapicque sobre la Definición experimental de la excitabilidad , que se publicó en 1909. [2]
La curva I(d) anterior suele atribuirse a Weiss (1901); véase, por ejemplo, (Rattay 1990). Es la más simple de las dos descripciones matemáticas "simples" de la dependencia de la intensidad de la corriente con respecto a la duración, y conduce a la progresión de carga lineal de Weiss con d:
Tanto los escritos del propio Lapicque como sus trabajos más recientes están en desacuerdo con la aproximación de carga lineal. Ya en 1907 Lapicque utilizaba una aproximación lineal de primer orden de la membrana celular, modelada mediante un circuito equivalente de un solo RC. Así:
¿Dónde está la constante de tiempo de la membrana, en el modelo de membrana lineal de primer orden?
Obsérvese que la cronaxia (c) no está presente explícitamente aquí. Obsérvese también que, con una duración muy corta , por la descomposición en serie de Taylor del exponente (alrededor de d=0):
lo que conduce a una aproximación de carga constante. Esta última puede ajustarse bien también a modelos más complejos de la membrana excitable, que tienen en cuenta los mecanismos de activación de canales iónicos, así como el flujo de corriente intracelular, que pueden ser los principales contribuyentes a las desviaciones de ambas fórmulas simples.
Estas 'sutilezas' están claramente descritas por Lapicque (1907, 1926 y 1931), pero no demasiado bien por Geddes (2004), quien enfatizó el nivel de Weiss, atribuyéndolo a Lapicque.
Se inserta un electrodo en el músculo de interés, que luego se estimula utilizando una corriente superficial. Los valores de cronaxia aumentan como resultado de la hiperventilación y pueden atribuirse a un cambio en la impedancia de la piel , y los factores fisiológicos responsables de este cambio están bajo la influencia del sistema nervioso autónomo. Este ejemplo de la influencia preponderante que puede ejercer el estado de la piel y los tejidos subyacentes obliga a ser cauteloso al juzgar los resultados de las mediciones de cronaxia mediante estimulación percutánea . [3] Un sartorio fresco y normal colocado directamente en una solución de Ringer y estimulado a través de la solución sin ningún contacto directo con los electrodos está sujeto a dar dos curvas de fuerza-duración muy distintas, una de ellas distribuida en varias centésimas de segundo. [4]
Los valores de cronaxia para los ventrículos de mamíferos a temperatura corporal varían de 0,5 ms (humanos) a 2,0 a 4,1 ms (perros); esto es una relación de 8,2/1. Se ha informado que los axones mielinizados de gran diámetro tienen tiempos de cronaxia que varían de 50 a 100 μs y de 30 a 200 μs, y los cuerpos celulares neuronales y las dendritas tienen tiempos de cronaxia que varían de 1 a 10 ms o incluso hasta 30 ms. Se informó que los tiempos de cronaxia de la materia gris fueron de 380 +/- 191 ms y 200 ± 700 ms. Las interpretaciones de los tiempos de cronaxia se confunden aún más por factores adicionales. Los tiempos de cronaxia informados para el soma y las dendritas se han establecido utilizando pulsos intracelulares que no se pueden extrapolar fácilmente a estímulos extracelulares. Los datos publicados en la literatura utilizan la respuesta motora como umbral fisiológico en humanos o la generación de potenciales de acción en animales. Estos se basan principalmente en la estimulación a través de un macroelectrodo, que en el caso de los humanos es un electrodo DBS de 1,5 Â 1,2 mm. Los datos derivados de la estimulación con microelectrodos y el mapeo fisiológico del tálamo sensorial son escasos. Los dos métodos de estimulación pueden dar resultados significativamente diferentes. Pocos estudios han intentado correlacionar los tiempos de cronaxia con la percepción sensorial, aunque comprender los elementos neuronales que intervienen en una percepción subjetiva, como el hormigueo , tiene importantes implicaciones fisiológicas. [5]Las mediciones se realizaron con diferentes tipos de electrodos y con estimuladores que tenían impedancias de salida desconocidas. Los valores de cronaxia para los nervios sensoriales del brazo humano varían de 0,35 a 1,17 ms, una relación de 3,3. Los valores se obtuvieron con información insuficiente para establecer la causa de la variabilidad. Los valores de cronaxia para el músculo esquelético desnervado humano varían de 9,5 a 30 ms a temperatura corporal, lo que representa una relación de 3,16. Se produce una reducción de la cronaxia durante la reinervación. Los valores publicados para la cronaxia tienen un amplio rango. Si la cronaxia es el mejor descriptor de la excitabilidad del tejido en una muestra de tejido homogéneo, a una temperatura conocida, debería determinarse con un estimulador de corriente constante que proporcione una forma de onda de estímulo catódico rectangular. La cronaxia se deriva de la curva de intensidad-duración de la corriente y muestra que si la duración del estímulo es más corta que la cronaxia, se requiere más corriente para estimular, con cualquier tipo o ubicación de electrodos con un estimulador de cualquier impedancia de salida conocida o desconocida. Además, el valor de cronaxia, independientemente de cómo se determine, identifica la duración del pulso para la energía mínima. Además, la carga suministrada en la cronaxia, independientemente de cómo se determine, es 2, el doble de la carga mínima. Por lo tanto, si se busca el suministro de carga mínima para prolongar la vida útil de una batería en un estimulador implantado, se debe seleccionar una duración de pulso menor que la cronaxia medida; una duración de un décimo de la cronaxia proporciona una carga que es solo un 10% superior a la carga mínima. [6]
La estimulación eléctrica y magnética produjeron sensaciones diferentes. En el caso de la estimulación eléctrica, la sensación se describió típicamente como localizada directamente debajo de los electrodos en la superficie de la piel. En el caso de la estimulación magnética, la sensación se describió típicamente como distribuida por toda la palma y los dedos de la mano. En particular, la mayoría de los sujetos informaron sensaciones en los dedos medial o lateral. Estas observaciones sugieren que la estimulación eléctrica puede activar preferentemente las fibras nerviosas aferentes cutáneas, mientras que la estimulación magnética puede activar preferentemente los nervios más profundos, como el nervio cubital o el mediano.
Otros estudios han comparado la activación de las fibras sensoriales y motoras mediante estimulación eléctrica y magnética, y han demostrado mediante la estimulación del tejido nervioso y muscular que la activación magnética de las fibras nerviosas intramusculares del brazo y la pierna se produce con un umbral inferior al de la estimulación eléctrica. Además, se ha demostrado que las fibras sensoriales tienen un umbral inferior para la estimulación eléctrica. La estimulación eléctrica de la muñeca determinó que cuando se utilizan pulsos cortos (menos de 200 μs), las fibras motoras son más fácilmente excitables, mientras que para duraciones de pulso largas (más de 1000 μs), las fibras sensoriales son más propensas a la despolarización. Una observación relacionada es que la estimulación eléctrica activa preferentemente las fibras sensoriales en comparación con las fibras motoras para duraciones de pulso largas, y lo inverso para duraciones de pulso cortas. Para la estimulación magnética, el umbral de las fibras motoras fue inferior al de las fibras sensoriales. [7]
El valor principal de la cronaxia es comparar la excitabilidad en diferentes experimentos y mediciones utilizando el mismo estándar, lo que facilita la comparación de datos. La estimulación eléctrica basada en la cronaxia podría regular la expresión del gen myoD en fibras musculares desnervadas. 20 contracciones musculares, inducidas por estimulación eléctrica utilizando electrodos de superficie y aplicadas en días alternos en función de la excitabilidad muscular, de forma similar a los protocolos utilizados en la rehabilitación clínica humana, pudieron reducir la acumulación de ARNm en el myoD y la atrogina-1 de los músculos desnervados, expresiones que se relacionan con el crecimiento y la atrofia muscular, respectivamente. El aumento de los niveles de myoD después de la desnervación posiblemente esté relacionado no solo con la activación y proliferación de las células satélite, sino también con la regulación del ciclo celular. Varios estudios han sugerido que la función del myoD inducido por la desnervación puede ser la de prevenir la atrofia muscular inducida por la desnervación. [8]
La aplicación médica de los valores de cronaxia y excitabilidad es la electromiografía , una técnica para evaluar y registrar la actividad eléctrica producida por el músculo esquelético. La reobase puede no ser necesariamente la corriente eléctrica de elección. La electromiografía se utiliza para diagnosticar neuropatías, miopatías y enfermedades de la unión neuromuscular. [9] [10]
En la tetania del hipoparatiroidismo, la cronaxia aumenta . Sin embargo, hay que tener en cuenta que la reobase es la responsable de la excitación de las reacciones eléctricas y que ésta muestra una reducción definida. La reobase depende de la resistencia eléctrica entre los dos electrodos, así como del estado de excitabilidad del punto motor estimulado, por lo que la disminución de la reobase en la tetania podría implicar simplemente una disminución de la resistencia eléctrica de la piel. Sin embargo, es difícil ver cómo tal alteración de la resistencia podría conducir a una mayor excitabilidad a los estímulos mecánicos, a menos que estas reacciones sean reflejos a través de los nervios propioceptivos. La cronaxia, por otra parte, no depende de la resistencia entre electrodos sino de las relaciones temporales del proceso de excitación, y cuando la cronaxia aumenta, como en la paratiroidectomía , significa que la intensidad del doble de la reobase debe actuar sobre los tejidos durante un período más largo de lo normal antes de que se ponga en marcha el proceso de excitación. [11]
La intoxicación aguda de ratas con aldrín disminuye la cronaxia, mientras que la exposición crónica a este insecticida de hidrocarburo clorado tiene el efecto inverso. Se ha sugerido que la exposición crónica de ratas al epóxido estrechamente relacionado, dieldrín , reduce su eficiencia muscular al realizar un ejercicio laboral. El dieldrín es un insecticida de hidrocarburo clorado que alguna vez se usó ampliamente en la protección y conservación de cultivos. Entre los diversos síntomas resultantes de la intoxicación se encuentran espasmos musculares, que aumentan en severidad hasta convulsiones epileptiformes con pérdida de conciencia. La estricnina , que tiene un locus de actividad espinal, causa una extensión tónica de las extremidades traseras en ratones, lo que se cree que se debe a una eliminación del efecto de las interneuronas inhibidoras en la vía nerviosa a los músculos extensores. El leptazol , por otro lado, produce una extensión tónica similar por una acción excitatoria predominantemente en las estructuras cerebrales. La difenilhidantoína elevó selectivamente la dosis convulsiva umbral de leptazol pero no la de clorhidrato de estricnina, lo que indica una actividad anticonvulsiva en la vía nerviosa entre el lugar de actividad predominante de leptazol y las extremidades traseras. [12]
