Los neuroestimulación para el tratamiento del dolor busca modifica la actividad de circuitos neuronales específicos a través de estímulos eléctricos de características variables sin causar lesión del tejido nervioso . Para ello se ajustan los parámetros que definen el pulso eléctrico con el fin de obtener los mejores resultados, siendo frecuencia, amplitud , anchura de pulso y la forma de entrega los principales.
Figura 1. Parámetros de la corriente eléctrica Los parámetros que definen el pulso eléctrico son: intensidad, duración, voltaje o diferencia de potencial, frecuencia y la forma de entrega
Este apartado profundiza sobre los MECANISMOS DE ACCIÓN DE LA NEUROESTIMULACIÓN sabiendo que :
1) La estimulación eléctrica de la neurona se puede realizar a nivel intracelular o bien a nivel extracelular al aplicar una corriente eléctrica dentro o fuera de la célula, alrededor de los elementos neuronales. En la práctica clínica la segunda opción es la más habitual con el empleo de electrodos de gran tamaño que pueden generar una corriente que estimule múltiples neuronas.
2) En respuesta a un único pulso, los axones y cuerpos celulares dentro del campo eléctrico (EF) exhiben una diversidad de modulaciones, que incluyen la ausencia de cambios, la despolarización subumbral o la generación de un potencial de acción (PA) - ver este último en creación y transmisión del impulso nervioso en las neuronas- . La aplicación intermitente y repetida de pulsos puede inducir potenciales de acción acumulativos. Esta actividad en la médula espinal tiene un ritmo eléctrico medible (ECAP) que puede ser interpretado por diveros dispositivos para ajustar la estimulación en tiempo real
- El fundamento de la neuroestimulación es modificar el potencial transmembrana aplicando un campo eléctrico . Esta modificación se asocia a una modulación del dolor
- La susceptibilidad de las fibras nerviosas a la despolarización está condicionada por el grosor de la fibra, la presencia de mielina y la distancia desde el electrodo. Esta susceptibilidad se resume mediante la curva intensidad-duración de cada fibra. Dado que la carga total entregada por cada pulso es el producto de la amplitud y el ancho del pulso (PW), esta curva representa la carga total necesaria para la generación del potencial de acción ( PA) 1; 2
- En el caso de la neuroestimulación medular (EM o SCS)
- Se busca modificar la actividad de las fibras sensoriales en las columnas dorsales para producir alivio del dolor. Las fibras nerviosas transmiten información mediante potenciales de acción que se generan naturalmente en los receptores y las sinapsis (ver creación y transmisión del impulso nervioso en las neuronas). En este caso los potenciales de acción se generan directamente dentro del axón mediante una carga eléctrica externa.
Figura 1.Potenciales de acción propagándose orto y antidrómicamente (obtenido de 3 )
- Cuando más de una fibra se activa mediante un pulso de estimulación eléctrica, el potencial eléctrico combinado resultante se llama Potencial de Acción Compuesto Evocado (ECAP) (figura 2 ). Con la neuroestimulación medular (EM o SCS), la amplitud del ECAP es una medida aproximada del número de potenciales de acción generados y, por lo tanto, del número de fibras de la columna dorsal que han sido activadas por el pulso de estimulación. Estas fibras, a su vez, activan interneuronas inhibitorias en el asta dorsal, contribuyendo así a la supresión de la señal de dolor desde la médula espinal hasta el cerebro, proporcionando alivio del dolor.
Figura 2 . Potencial de Acción Compuesto Evocado (ECAP) (modificado de 4 )
- Se pueden aplicar diferentes patrones de estimulación y modalidades de estimulación eléctrica para modular el dolor El mecanismo de acción de cada uno de los patrones de neuroestimulación se explican en cada uno de los TIPOS DE ESTIMULACIONES ELÉCTRICAS QUE SE PUEDEN REALIZAR EN LA ESTIMULACIÓN MEDULAR ( EM O SCS )
A) En una Estimulación medular basada en parestesias - en inglés Paresthesia-based spinal cord stimulation (P-SCS )-, la estimulación se basa en la generación de un potencial de acción en una fibra nerviosa tras la despolarización de su membrana mediante una corriente eléctrica en la cual se pueden modular las siguientes propiedades: Así, la despolarización umbral de una fibra Aβ de la columna dorsal (DC) genera un potencial de acción ( PA ) que puede propagarse de manera ortodrómica y antidrómica5, 6. La cobertura e intensidad de la parestesia resultante de la P-SCS están determinadas por la amplitud y el ancho del pulso. Amplitudes más elevadas generan una parestesia más intensa. Aumentar el ancho del pulso ( PW) recluta a más fibras y amplía la distribución de la parestesia7, 8. La frecuencia también desempeña un papel en la determinación del ancho del pulso, ya que están inversamente relacionados: a medida que aumenta la frecuencia, disminuye el ancho del pulso disponible. Dado que las neuronas tienen frecuencias máximas de disparo intrínsecas debido a los periodos refractarios, proporcionar un estímulo de sobrealimentación no permitiría que cada pulso umbral generara un PA.
Figura 1. Potencial de acción . Al aplicar en una neurona un estímulo eléctrico por encima de su umbral de excitación se produce un potencial de acción9, que es el cambio repentino en el potencial de membrana, rápido, transitorio que se propaga en el potencial de membrana en reposo. Todo este proceso se rige por las diferentes concentraciones de iones entre las membranas celulares.
. El potencial de reposo de una célula nerviosa es aproximadamente –80 mV, estando el interior celular cargado negativamente respecto al exterior. Al aplicar una corriente eléctrica de suficiente intensidad para producir un decremento en el potencial de membrana de –55 mV se genera un potencial de acción.
. La producción del potencial de acción responde a la ley del todo o nada; es decir, existe una intensidad mínima de corriente para la propagación del impulso y por mucho que aumentemos esta cantidad de corriente no vamos a aumentar la respuesta.
B) - La neuromodulación puede ocurrir sin inducir una parestesia cuando el pulso generado está por debajo del umbral de potencial de acción de la fibra ( ejm estimulación medular de alta frecuencia (EME-AF) -en inglés High-Frequency Spinal Cord Stimulation (HF-SCS)- , Terapia FAST - en inglés FAST Therapy (Fast-Acting Sub-perception Therapy) - ) que aprovechan las propiedades de la curva intensidad-duración. . La configuración de esta curva hiperbólica inversa puede ser utilizada de manera que se pueda administrar una cantidad considerable de carga sin inducir un potencial de acción evocador de parestesia, sobre todo en los extremos del ancho de pulso (PW) y la amplitud. 10., 11 Las despolarizaciones subumbrales inducidas por un campo eléctrico local débil se postulan como moduladoras de redes neuronales, generando desincronización en el disparo, inhibición del potencial de acción y alteraciones en el potencial de membrana en reposo.. Patrones de estimulación como la estimulación medular de alta frecuencia (EME-AF) -en inglés High-Frequency Spinal Cord Stimulation (HF-SCS)- utilizan una estrategia de administración de carga de tal manera que solo se genera un único PA de la DC limitada cuando se inicia, aunque el paciente no informa parestesias. Estos patrones probablemente proporcionan analgesia a través de mecanismos novedosos que aún deben ser elucidados.
- Cabe reseñar que la dosis de un campo eléctrico administrado a una diana nerviosa es una combinación muy compleja de variables: polaridad del campo eléctrico; frecuencia; amplitud; forma de la onda estimulante; impedancia efectiva del tejido espinal y la impedancia de los elementos internos del dispositivo, tanto del generador de impulsos implantable como de los cables; ancho de pulso efectivo; distribución de carga sobre el área objetivo; tasa instantánea de cambio de esta distribución de carga; propiedades vectoriales tridimensionales del campo; y masa y complejidad del tejido neuronal expuesto a la corriente eléctrica aplicada. Además, la relación de estimulación encendido vs apagado, el grosor del líquido cefalorraquídeo (CSF), y otros aspectos complejos de la anatomía espinal, la circulación del CSF, la encapsulación de los cables, la posición de los cables y las configuraciones de electrodos afectan la cantidad de estímulo entregado al objetivo espinal12., 13, 14 , 15 Cambios en cualquiera de estas variables pueden afectar la dosificación general.
- Se ha desarrollado un modelo computacional anatómicamente realista de la estimulación de la médula espinal que puede ayudar a los investigadores a comprender las interacciones de los compartimentos de tejido complejos en términos de impedancia. 16
- También se ha señalado que la salida de estimulación real puede ser menor que la programada:17 una función "gobernadora" establecida por requisitos regulatorios para mantener niveles seguros de estimulación eléctrica. Si los clínicos no son conscientes de esto, podrían interpretar de manera drástica las implicaciones de sus elecciones de programación.
3) El mecanismo de acción de la neuroestimulación no se conoce con certeza, pero probablementese debe a una combinación de mecanismos que provovan una inhibición neuronal local, la excitación de vías axonales accesorias, cambios en la fisiología de los neurotransmisores y alteración de la actividad de la red patológica al enmascarar patrones intrínsecos de actividad neuronal.18, 19 De entre los mecanismos a destacar para el alivio dle dolor tras la estimulación de los elementos neuronales del asta posterior destacar :
(i) La Inhibición de la acción de las neuronas de rango dinámico amplio (WDR): Las neuronas de rango dinámico amplio (WDR) desempeñan un papel crucial como "guardianes" en el asta dorsal durante la transmisión del dolor. Se sugiere que pueden ser inhibidas cuando se estimulan las fibras A en la médula espinal.20
(ii) La activación de interneuronas inhibitorias GABAérgicas del asta dorsal de la médula espinal : La estimulación medular puede activar interneuronas que liberan ácido gamma-aminobutírico (GABA), un neurotransmisor inhibidor. Esto puede contribuir a la inhibición de la transmisión del dolor en la médula espinal.
Recordar la actividad inhibitoria de las interneuronas y el mecanismo de desinhibición que ocurre ante lesiones periféricas