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Neuromodulación (medicina)

La neuromodulación es "la alteración de la actividad nerviosa mediante la entrega dirigida de un estímulo, como estimulación eléctrica o agentes químicos, a sitios neurológicos específicos del 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 intratecal de fármaco). Las aplicaciones emergentes implican la introducción selectiva de genes o reguladores de genes y luz ( optogenética ), y en 2014, como mínimo, se habían demostrado en modelos de mamíferos o se habían adquirido por primera vez datos en humanos. [1] La mayor experiencia clínica ha sido con estimulación eléctrica.

La neuromodulación, ya sea eléctrica o magnética, emplea la respuesta biológica natural del cuerpo al estimular la actividad de las células nerviosas que pueden influir en las poblaciones de nervios mediante la liberación de transmisores, como la dopamina , u otros mensajeros químicos como el péptido Sustancia P , que puede 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 mecanismos de acción presuntos para la neuroestimulación incluyen el bloqueo despolarizante, la normalización estocástica de la activación neuronal , el bloqueo axonal, la reducción de la queratosis de la activación neuronal y la supresión de las oscilaciones de la red neuronal. [2] Aunque no se conocen 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 medicamentos , [3] afecciones de dolor de cabeza crónico y terapia funcional que va desde el control de la vejiga y los intestinos o la respiración hasta la mejora de los déficits sensoriales, como la audición ( implantes cocleares e implantes auditivos del tronco encefálico ) . y visión ( implantes de retina ). [4] 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 [5] y compatibilidad condicional con imágenes de resonancia magnética. [6] [7]

La terapia de neuromodulación se ha investigado para otras afecciones crónicas, como la enfermedad de Alzheimer , [8] [9] depresión , dolor crónico, [10] [11] y como tratamiento complementario en la recuperación de un accidente cerebrovascular . [12] [13]

Métodos invasivos de neuromodulación eléctrica.

La estimulación eléctrica mediante dispositivos implantables entró en uso moderno en la década de 1980 y sus técnicas y aplicaciones han seguido desarrollándose y expandiéndose. [14] 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 permanecer 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 (los llamados cables percutáneos) o una exposición quirúrgica abierta al objetivo ("paleta" quirúrgica o electrodos de "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 debe reemplazarse cada 2 a 5 años (según los parámetros de estimulación) o una batería recargable que se recarga mediante un sistema de carga inductivo externo.

Aunque la mayoría de los sistemas funcionan mediante la entrega de un tren constante de estimulación, ahora existe la llegada de la llamada estimulación "feed-forward", donde la activación del dispositivo depende de un evento fisiológico, como un ataque epiléptico. En esta circunstancia, el dispositivo se activa y envía un pulso desincronizado al área cortical que está sufriendo un ataque epiléptico. Este concepto de estimulación anticipada probablemente se volverá más frecuente a medida que se descubran y verifiquen marcadores fisiológicos de enfermedades y trastornos neuronales específicos. [15] La estimulación bajo demanda puede contribuir a una mayor duración de la batería, si las demandas de detección y procesamiento de señales del sistema son suficientemente eficientes en términos 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 del cable en áreas del cuerpo sujetas a movimientos 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. [dieciséis]

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 reversible y no farmacológica para el tratamiento del dolor crónico que envía pulsos eléctricos leves a la médula espinal . [17] En 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. el baúl. Proporciona impulsos suaves a lo largo de delgados cables eléctricos 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. [18]

La estimulación suele estar en el rango de 20 a 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. Se han aplicado trenes de estimulación de kilohercios tanto a la médula espinal propiamente dicha como al ganglio de la raíz dorsal en humanos. Se ha demostrado que todas las formas de estimulación de la médula espinal tienen distintos grados de eficacia para abordar una variedad de síndromes de dolor neuropático o mixto (neuropático y noiciceptivo) farmacorresistentes, como el síndrome poslaminectomía, dolor lumbar, síndrome de dolor regional complejo, neuropatía periférica, Enfermedad vascular periférica y angina. [19]

El proceso general de 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 llamados cables percutáneos) o mediante una exposición quirúrgica abierta (electrodos quirúrgicos de "paleta").

La selección de pacientes es clave y los candidatos deben pasar un examen psicológico riguroso, así como un examen médico para garantizar que su síndrome de dolor sea realmente resistente a los medicamentos. [19] Después de recuperarse del procedimiento de implante, el paciente regresará para 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 portátil para apagar o encender el sistema o cambiar entre parámetros de estimulación preestablecidos, y puede realizar 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 . [20] La estimulación cerebral profunda fue aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de 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 la distonía. [21] Fue aprobado en 2010 en Europa para el tratamiento de ciertos tipos de epilepsia grave. [22] La estimulación cerebral profunda también se ha mostrado prometedora, aunque todavía en investigación, para síndromes psiquiátricos de depresión, trastornos obsesivo-compulsivos, ira 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 en el 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 intermedio 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. [23] [24] [21]

Los objetivos de investigación de DBS incluyen, entre otras, las siguientes áreas: Cg25 para la depresión, la extremidad anterior de la cápsula interna para la depresión, así como el trastorno obsesivo compulsivo (TOC), centromediano/parafasicular, núcleos talámicos centromedianos y el núcleo subtalámico para el TOC. , anorexia y síndrome de Tourette, el núcleo accumbens y el cuerpo estriado ventral también han sido analizados para detectar depresión y dolor. [24] [21]

Otros métodos eléctricos invasivos

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:

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 muy fácilmente en el cuerpo.

Las dos técnicas principales están muy relacionadas porque 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 la rTMS la estimulación tiene una alta amplitud (0,5-3 tesla ), una baja complejidad y especificidad anatómica se alcanza 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. [27]

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.

Historia

La estimulación eléctrica del sistema nervioso tiene una historia larga y compleja. Los primeros practicantes de estimulación cerebral profunda en la segunda mitad del siglo XX (Delgado, Heath, Hosbuchi. Véase Hariz et al. para una revisión histórica [28] ) estaban limitados por la tecnología disponible. Heath, en la década de 1950, estimuló áreas subcorticales y realizó observaciones detalladas de los 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. [29] Aunque ahora se considera demasiado simplificada, la teoría sostenía que las transmisiones de dolor desde pequeñas fibras nerviosas pueden anularse, o "cerrarse" la puerta, mediante transmisiones competitivas a lo largo de las fibras nerviosas táctiles más anchas. Sobre la base de ese concepto, en 1967, el Dr. Norm Shealy de la Western Reserve Medical School demostró el primer estimulador de columna dorsal para el control del dolor, utilizando un diseño adaptado por Tom Mortimer, un estudiante graduado del Case Institute of Technology, a partir de estimuladores de nervios cardíacos. por Medtronic, Inc., donde tenía un conocido profesional que compartió el diagrama del circuito. En 1973, Hosbuchi informó que aliviaba el dolor facial por denervación de la anestesia dolorosa mediante la estimulación eléctrica continua del tálamo somatosensorial, lo que marcó el inicio de la era de la estimulación cerebral profunda. [14] : 13–16  [30] [31]

A pesar de la limitada experiencia clínica 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 septal bovina y la capacidad de la estimulación eléctrica para mitigar o alterar el comportamiento. Otros intentos 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 en esa época. Los intentos de desarrollar síndromes de dolor intratables tuvieron más éxito, pero nuevamente se vieron obstaculizados por la calidad de la tecnología. En particular, el llamado electrodo "cero" DBS (que consta de un bucle de contacto en su extremo) tenía una tasa de fallas inaceptable y las revisiones entrañaban más riesgos que beneficios. En general, los intentos de utilizar estimulación eléctrica para la "modificación del comportamiento" fueron difíciles y rara vez confiables, lo que ralentizó el desarrollo de la estimulación cerebral profunda. Los intentos de abordar los síndromes de dolor intratable con ECP tuvieron más éxito, pero nuevamente se vieron obstaculizados por la calidad de la tecnología. Varios médicos que esperaban abordar problemas hasta entonces intratables 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 tras una reunión de 1977 sobre el tema, en relación con la estimulación cerebral profunda para el dolor crónico. Medtronic y Neuromed también fabricaron estimuladores cerebrales profundos en ese momento, pero, según se informa, 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 potencial de pacientes, por lo que no presentaron datos clínicos sobre DBS. para el dolor crónico a la FDA, y esa indicación fue desaprobada. [14] : 13–16  [30] [31]

Sin embargo, cerca de esta época, en Francia y otros lugares, se investigó la estimulación cerebral profunda 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 principal de DBS en pacientes apropiados, para retardar la progresión del deterioro del movimiento debido a la enfermedad y reducir los efectos secundarios del uso creciente de medicamentos a largo plazo. [32]

Paralelamente al desarrollo de sistemas de neuromodulación para abordar el deterioro motor, los implantes cocleares fueron el primer sistema de neuromodulación que alcanzó una etapa comercial amplia para abordar un déficit funcional; Proporcionan percepción del sonido a usuarios con problemas de audición debido a la falta o daño de células sensoriales (cilias) en el oído interno. El método de estimulación eléctrica utilizado en los implantes cocleares pronto fue modificado por un fabricante, Boston Scientific Corporation, para diseñar cables eléctricos que se utilizarían en el tratamiento de estimulación de la médula espinal en afecciones de dolor crónico. [14] : 13-16 

Relación con los electrocéuticos

En 2012, la compañía farmacéutica mundial GlaxoSmithKline anunció una iniciativa en medicina bioeléctrica en la que el impacto del sistema nervioso autónomo sobre el sistema inmunológico y las enfermedades inflamatorias podrían tratarse mediante estimulación eléctrica en lugar de agentes farmacéuticos. La primera inversión de la empresa en 2013 involucró a una pequeña empresa emergente, SetPoint Medical, que estaba desarrollando neuroestimuladores para abordar trastornos inflamatorios autoinmunes como la artritis reumatoide. [33] [34] [35]

En última instancia, la búsqueda de electrocéuticos tiene como objetivo encontrar la firma electrónica 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 nervios grandes, médula espinal o centros cerebrales. Podría implicar métodos que están surgiendo dentro de la familia de terapias de neuromodulación, como la optogenética o alguna nueva nanotecnología. Las enfermedades y afecciones que se han discutido como objetivos para futuras terapias electrocéuticas incluyen diabetes, infertilidad, obesidad, artritis reumatoide y trastornos autoinmunes. [36]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos