Resumen Se ha demostrado que en sujetos humanos que

Resumen Se ha demostrado que en sujetos humanos que

Resumen
Se ha demostrado que en sujetos humanos que realizan tareas motores simples y
estereotipadas la inhibición presináptica disminuye en los músculos que van a
participar en la tarea motora voluntaria lo cual aumenta el contraste motor
(Hultborn y col 1987a, b). La modulación diferencial de esta inhibición es el
resultado de la activación de vías descendentes que bloquean o facilitan
parcialmente este tipo de inhibición. En el presente proyecto pretendemos
investigar la modulación diferencial y dinámica de la inhibición pre y postsináptica
durante la locomoción normal y establecer las posibles alteraciones que se
presentan a consecuencias de embolias que incluyan la corteza motora.
Determinar las alteraciones a nivel de médula espinal ayudará a establecer
terapéuticas que mejoraran la restitución motora de los pacientes con infartos
cerebrales.
Introducción
Las técnicas no invasivas utilizadas en humanos son herramientas útiles en la
investigación de vías neuronales en situación normal y en estados patológicos.
Las técnicas no invasivas incluyen: la estimulación percutánea de nervios
periféricos en los miembros superiores e inferiores (la cual no es dolorosa y
tampoco tiene efectos colaterales), la estimulación de la corteza cerebral con
estimuladores magnéticos, y por otra parte el registro electromiográfico del reflejo
de Hoffmann (véase mas adelante la descripción de este reflejo) y el registro de
potenciales motores evocados por la estimulación magnética. Tanto la
estimulación de los nervios periféricos como el registro de los electromiogramas se
realizan mediante electrodos de superficie colocados sobre la piel del sujeto en
experimentación. La estimulación magnética de la corteza motora se realiza
mediante bobinas colocadas sobre la cabeza de sujeto (Meunier y PierrotDeseilligny, 1998) para obtener potenciales motores evocados en el músculo
correspondiente. El reflejo de Hoffmann (reflejo H) tiene como fondo subyacente
un evento excitatorio que se lleva a efecto entre las aferentes del grupo Ia y las
motoneuronas homónimas de la médula espinal de los sujetos en
experimentación, no obstante es factible mediante diferentes protocolos la
exploración de eventos inhibitorios subyacentes. Dentro de los estudios de
inhibición que se pueden hacer aplicando diferentes protocolos experimentales se
encuentran la inhibición reciproca y la no reciproca la cual incluye a la inhibición
recurrente (Katz y Pierrot-Deseilligny, 1998), estas inhibiciones incluyen
mecanismos pre y postsinápticos. La aplicación de las técnicas no invasivas
permite además cuantificar la inhibición presináptica de aferentes del grupo Ia
durante movimientos específicos, los resultados así obtenidos permiten inferir cual
es el papel funcional real que pueden jugar las interconexiones neuronales en la
médula espinal durante los eventos motores (Pierrot-Deseilligny, 1997). De hecho
se ha determinado que durante una tarea motora voluntaria la inhibición
presináptica de fondo disminuye sobre las aferentes que se van a contraer y
aumenta en las aferentes que hacen contacto con las motoneuronas que no van a
participar en la misma tarea motora lo cual aumenta la ganancia del reflejo en las
aferentes homónimas y disminuye en las antagonistas, ello significa que hay un
mayor contraste motor para toda la población de motoneuronas en la médula
espinal durante un acto motor especifico (Hultborn et al., 1987a y b; PierrotDeseilligny, 1997). Los trabajos publicados por el grupo de Pierrot-Deseilligny
sugerían un control diferencial de la inhibición presináptica en colaterales que
provenían de una misma fibra aferente, posteriormente se demostró (en el gato)
que el control de la inhibición presináptica puede ser tan localizado que en
colaterales que provenían de una misma fibra aferente y que estaban tan cercanas
entre sí como 80 micras la despolarización de las aferentes primarias (DAP) puede
ser diferencial (Eguibar et al., 1997) y los patrones de conectividad entre las
colaterales (incluidas las colaterales de una misma fibra) y las interneuronas
gabaérgicas que producen DAP pueden ser muy complejos (Quevedo et al.,
1997). La modulación de la DAP en colaterales ascendentes en relación con
colaterales segmentales que provienen de una misma fibra (y que terminan en
diferentes segmentos espinales L3-L6) también pueden mostrar efectos
diferenciales (Lomelí et al., 1998). La correlación entre la DAP y la inhibición
presináptica es evidente (véase Rudomin y Schmidt ,1999). El análisis del reflejo H
en actividades motoras mas complejas como la marcha y la carrera se ha
realizado por otros investigadores y es factible determinar cambios en la magnitud
de éste (Morin et al., 1982; Capaday y Stein, 1987), se ha especulado que la
cantidad de inhibición presináptica sobre aferentes del grupo Ia del soleo aumenta
al inicio del paso durante la marcha (Dietz et al., 1990). Así que registrar el reflejo
H en estas circunstancias es de mucha ayuda en la interpretación del papel
funcional de las diferentes interconexiones entre interneuronas y terminales de las
aferentes en la médula espinal y no son sólo útiles en la determinación de las
conexiones en el estado de reposo o en la realización de tareas motoras sencillas.
Por otra parte investigar el funcionamiento del SNC cuando hay lesiones puede
brindar gran ayuda para en un futuro diseñar terapias específicas dirigidas a las
diferentes patologías del SNC.
El propósito de este proyecto es la búsqueda de una ecuación que permita ajustar
la varianza de la amplitud del reflejo H en sujetos sanos durante la realización de
tareas motoras especificas, después de ello diseñar paradigmas de estimulación
ajustados con estas ecuaciones estos paradigmas de estimulación se aplicarán a
sujetos con trastornos motores tales como los pacientes con accidentes
vasculares cerebrales la estimulación se aplicará de manera simultanea al intento
de realización de la tarea motora por el paciente, se busca entonces mejorar la
copia eferente que viaja hacia el encéfalo, dicha copia eferente se encuentra
normalmente en sujetos sanos y sirve para realizar reajustes en las tareas
motoras que se están ejecutando. Buscamos que el remarcar la copia eferente
mediante la estimulación ayudará en la plasticidad de las cortezas motoras. De
hecho se ha demostrado que la estimulación percutánea puede ayudar a la
rehabilitación de pacientes con espasticidad (Aydin y cols. 2005).
Los objetivos del presente proyecto son entonces:
1.- Estudiar en sujetos humanos sanos la modulación de la inhibición pre y
postsináptica.
2.- Estudiar la modulación de la inhibición en pacientes con infartos cerebrales
secundarios a trombo-embolias.
3.- Establecer paradigmas de estimulación para la rehabilitación de estos
pacientes.
La hipótesis que sostenemos es que, remarcar la copia eferente en pacientes con
transtornos motores aplicando paradigmas de estimulación diseñados ajustados
con ecuaciones matemáticas ayudará en la rehabilitación de estos pacientes.
Determinar que el reflejo de Hoffmann sigue una variabilidad que se ajusta con la
teoría de caos será de gran ayuda en la comprensión de los mecanismos de
transferencia a nivel de la médula espinal.
Métodos y Materiales
Los experimentos se realizaron en sujetos humanos a los cuales se les pidió su
consentimiento por escrito para la aplicación de los diferentes estímulos. Los
sujetos en experimentación estaban cómodamente sentados con el brazo derecho
y el codo semi-flexionado 110°.
Registro del reflejo de Hoffmann: a continuación se hace una breve descripción de
este reflejo.
El reflejo de Hoffmann (reflejo H) es un registro electromiografico que se puede
obtener al colocar electrodos sobre la superficie de la piel que a su vez recubre un
músculo, el reflejo h se evoca por la estimulación eléctrica de los nervios
periféricos que inervan al mismo músculo, la intensidad de la estimulación se
ajusta para activar solamente las aferentes sensoriales sin estimular los axones
motores esto se logra gracias a que las fibras aferentes del grupo 1a tienen un
umbral de activación eléctrica mas bajo que las fibras motoras. De hecho la
magnitud de la estimulación se ajusta en función de la intensidad de estimulación
necesaria para obtener la onda m, dicha onda tiene una latencia corta ya que se
obtiene por activación directa de las fibras motoras. La onda h por otra parte tiene
en promedio una latencia de 30 ms, esta latencia mayor se explica por supuesto
porque en las aferentes del grupo 1a estimuladas se producen potenciales de
acción que viajan hacia la médula espinal y activan monosinápticamente a las
motoneuronas homónimas las cuales de manera refleja disparan potenciales de
acción que a su vez activan las diferentes unidades motoras lo cual es el fondo
real de la onda h (o reflejo de Hoffmann). La onda H tiene su umbral en
aproximadamente 0.5 del umbral para obtener la onda m cuando se aumenta la
intensidad de estimulación pueden llegar a activarse las fibras motoras y producir
potenciales antidrómicos que colisionan con los potenciales que viajan
ortodromicamente, por lo tanto la intensidad de estimulación que emplearemos en
nuestros protocolos serán de 0.8 xm.
La amplitud del reflejo de Hoffmann obtenido por un estímulo constante depende
de la excitabilidad de la motoneurona y la inhibición presináptica de fondo de las
aferentes responsables del reflejo. Los cambios en la amplitud del reflejo de
Hoffmann después de un estímulo condicionante pueden además ser usados para
evaluar eventos postsinápticos y/o alteraciones en la inhibición presináptica de las
salvas de las aferentes del reflejo control inducido por la estimulación
condicionante. Este es precisamente el principio que emplearemos para estimar la
magnitud de la inhibición presináptica, la facilitación heterónima por activación de
diferentes aferentes 1a pone en evidencia la magnitud de la inhibición presináptica
de fondo y esta facilitación será la empleada para cuantificar la modulación de
este reflejo por activación de la vía cutánea.
Técnica de registro de unidades motoras:
Con la colocación estratégica de los electrodos en el músculo (preferentemente
cerca de los tendones) es posible registrar unidades motoras haciendo
contracciones muy débiles esta técnica fue introducida por Shindo y colaboradores
(Shindo et al., 1994).
Hay dos maneras de evaluar la activación de unidades motoras en el humano
incluso en movimiento, los histogramas post-estímulos y el método de análisis de
los reflejos unitarios.
La estimulación de aferentes 1a homónimas o heterónimas produce en unidades
motoras activadas voluntariamente un pico de excitación temprana el cual se
puede atribuir a potenciales monosinápticos excitatorios (Mao et al., 1984). Si la
frecuencia de disparos de la unidad motora es estable entonces un estímulo
constante puede evocar también un pico de excitación monosináptico de tamaño
constante, a menos que un evento presináptico modifique la eficacia de las
aferentes 1a para obtener el potencial monosináptico excitatorio (Ahsby y Verrier
1980). El método es confiable pero requiere que la persona en experimento
mantenga una contracción tónica durante mucho tiempo para así tener también
durante mucho tiempo la misma frecuencia de disparo de la unidad motora. Esto
es posible durante una contracción postural tónica voluntaria (véase Katz et al.,
1988) pero no durante las contracciones fásicas.
Reflejos H unitarios: con el ingenioso método descrito por Shindo y colaboradores
(Shindo et al., 1994) es posible medir la respuesta de una sola unidad motora a
una salva de aferentes 1a homónimas. Para este fin se evalúa el estímulo critico
de disparo (ECD) el cual es la diferencia entre la intensidad del estímulo para
obtener una respuesta de la unidad motora de un 50% y la intensidad para
alcanzar el umbral de la 1a aferente en estudio. Tanto el reflejo H compuesto
como los potenciales unitarios son sensibles a la facilitación monosináptica
heterónima evocada por aferentes del grupo 1a. Así que la cantidad de facilitación
heterónima 1a refleja el nivel de la inhibición presináptica de fondo de terminales
1a que median las salvas aferentes condicionadas, el método de estudio de la
ECD puede ser utilizada para evaluar la inhibición presináptica de aferentes 1a
que proyectan hacia una sola motoneurona.
Tanto para los reflejos de Hoffmann compuestos como para el análisis de las
unidades motoras se aplicará estimulación al nervio radial superficial el electrodo
de estimulación se colocará 3 cm arriba del codo (así obtendremos el reflejo en el
músculo flexor carpi radialis).
Estimulación condicionante de vías cutáneas y musculares: la duración de los
pulsos eléctricos a los nervios periféricos será de 1 ms lo cual se considera
suficiente para activar la mayor parte de las aferentes que componen el nervio y
por lo tanto para la obtención del reflejo de Hoffmann. Los paradigmas de
estimulación empleados son los siguientes:
A = estímulo de prueba para obtener el reflejo durante el reposo, en sujetos sanos
con lo cual se estandarizará la intensidad del estimulo de prueba.
B = estímulo de prueba + realización de movimientos estereotipados.
C = aplicación de estimulación percutánea en pacientes con trastornos motores
durante el intento de realización de tareas motoras.
La adquisición de los datos se harán a través de dos interfaces una analógicadigital y otra digital-analógica (ambas National Instruments) integradas en una
computadora. Los estímulos se aplicarán a través de unidades aisladoras (Grass
SIU8T) con electrodos metálicos de media esfera. Tanto la aplicación de los
estímulos como la adquisición de los datos se sincronizará con un reloj central
(Master 8). Los datos serán desplegados en la pantalla de la computadora
mediante un programa diseñado con Lab-View, el análisis de resultados se
realizará con otro programa también escrito en Lab-View.
Consideraciones importantes al aplicar las técnicas no invasivas. El reflejo de
Hoffmann es una herramienta muy útil pero tiene ciertas limitaciones que han sido
analizadas y discutidas en una revisión recientemente publicada (PierrotDeseilligny y Mazevet, 2000). El grupo de motoneuronas que comandan la
contracción de los músculos tiene cierta inhomogeneidad lo cual produce en si una
variabilidad importante en el r-h (Pierrot-Deseilligny, 1997). Otro punto importante
a tomar en cuenta es que cuando se estimulan las aferentes Ia para obtener el
reflejo de Hoffmann también se activan las aferentes del grupo Ib lo cual lleva a la
posibilidad de producir una disminución en amplitud del mismo reflejo (MarchandPauvert et al., 2002). Todos estos puntos serán tomados en cuenta para la
realización de los experimentos.
Resultados
A la fecha el presente proyecto aún no esta del todo terminado sin embargo
hemos enviado 4 comunicaciones a congreso con resultados parciales es
necesario realizar mas experimentos para poder llegar a una conclusión factible de
publicar. Parte de los resultados están incluidos en la figura 1.
M
H
H
a
Onda
vsondas
Onda H
Amplitud relativa
deMlas
HyM
a
Amplitud normalizada a onda M
100
d
80
b
b
60
Onda M
Onda H
c
40
c
a
20
d
0
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
Veces umbral de onda M
Fig. 1. La amplitud de las ondas H y M están normalizadas con respecto a la
amplitud de la onda M. Los insertos a, b, c y d fueron obtenidos con la intensidad
de estimulación de la onda M.
Aún cuando no es parte del proyecto he participado en el estudio de la variabilidad
del reflejo de Hoffmann en rata comparándola con la variabilidad del reflejo
monosináptico con base en estos estudios se produjo un artículo recientemente
publicado, el artículo es: Absence of linear correlation between fluctuations in area of
simultaneous recorded monosynaptic responses and Hoffmann's reflexes in the rat.
Neurosci Lett. 411(3):249-253. 2007.
Impacto
El desarrollo del proyecto tendrá como beneficio re-incorporar personas con
transtornos motores a actividad productiva de la sociedad.
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