Modulación de la plasticidad cortical similar a la potenciación a largo plazo en el cerebro sano con campos electromagnéticos pulsados de baja frecuencia. BOMBA DIAMAGNÉTICA
ANTECEDENTES:
Varios estudios han investigado los efectos de diferentes métodos de estimulación en la modulación de la plasticidad del cerebro humano [1-3]. Entre ellos, los paradigmas de estimulación asociativa emparejada (EAP) han demostrado que modulan la excitabilidad de las fibras corticoespinales relacionadas con la corteza motora primaria, como una forma de modulación a largo plazo, incluyendo la potenciación a largo plazo (LTP) o la depresividad (LTD) vinculada a la plasticidad sináptica [4, 5]. Todos estos enfoques inducen corrientes eléctricas para obtener una deposición en las regiones cerebrales estimuladas [6, 7]. Sin embargo, incluso los campos magnéticos no despolarizantes, como los imanes estáticos [8-10] o los campos electromagnéticos pulsados de baja frecuencia (LFPEMF) [11, 12], han demostrado su potencial para modular estructuras vivas [8, 13]. En particular, estos enfoques no despolarizantes parecen influir en la actividad sináptica y en los canales iónicos de las membranas celulares [8]. De hecho, se ha sugerido que la LF-PEMF puede influir en numerosos tipos de cambios en las células, incluyendo la migración, la diferenciación celular, la respuesta al estrés, afectando potencialmente a la morfología, la migración de células embrionarias y la reprogramación celular [13-17].
Además, se ha informado de que el LF-PEMF promueve la diferenciación osteogénica y neurogénica, lo que se ha utilizado clínicamente para reparar fracturas óseas, promover la curación de heridas [18, 19], y se ha demostrado que tiene un efecto neuroprotector después de un accidente cerebrovascular isquémico en ratones durante el proceso de recuperación [11]. Varios ensayos han evaluado también los efectos de la FEM-L en el trastorno depresivo mayor y en l a depresión unipolar o bipolar [20-22]. Además, se ha informado de que la FEM-FL influye en el metabolismo cerebral de la glucosa, afectando así a la actividad cerebral local [23].
En conjunto, estos estudios indican que la FEM-FL puede estar implicada en la neuroprotección. Los LF-PEMFs (< 50 Hz) pueden considerarse como una clase de radiación no ionizante con una energía asociada < 12 electronvoltios (eV), no suficiente para inducir un fenómeno de ionización [24], pero con efectos potenciales sobre los componentes biológicos [25]. Recientemente, se presentó el dispositivo BOMBA DIAMAGNÉTICA CTU MEGA 20® (véase la Fig. 1) como acelerador molecular, que utiliza una energía de hasta 200 J y proporciona campos pulsantes de alta potencia (2 Tesla) con una acción repulsiva del agua (diamagnética) con la consiguiente bioestimulación tisular [25, 26].
En esta investigación probamos la hipótesis de que los PEMF de baja frecuencia podrían modular la excitabilidad corticoespinal a largo plazo en el cerebro sano mediante la aplicación de campos magnéticos pulsados transcraneales con CTU Mega 20® (http://www.periso.ch/). Por lo tanto, empleamos la estimulación magnética transcraneal (EMT) de un solo pulso, que permite un registro in vivo de la variación de la amplitud de los potenciales evocados motores como herramienta para explorar las perturbaciones de la excitabilidad cortical del sistema motor tras la aplicación de CTU Mega 20 (bomba diamagnética)
MÉTODOS:
- Temas: Para este estudio se reclutaron diez sujetos sanos sin enfermedades neurológicas o psiquiátricas conocidas (edad media ± desviación estándar: 25,5 ± 3,8 años) (ver Tabla 1).
Los sujetos y los operadores que realizaron la EMT estaban cegados al tipo de estimulación aplicada. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los sujetos de acuerdo con la Declaración de Helsinki. El protocolo del estudio fue aprobado por el comité de ética local. Este estudio se adhiere a las directrices CONSORT (http://www. consortstatement.org/) (véase el archivo adicional 1 para la lista de comprobación CON- SORT)
Fig. 1 Dispositivo Bomba diamagnética CTU Mega 20. El equipo original utilizado en el estudio, proporcionado directamente por PERISO SA (http://www.periso.ch/)
- Estimulación CTU Mega 20: El sistema de aceleración diamagnética CTU Mega 20 descarga impulsos magnéticos de alto campo (con una duración de 5 ms y un periodo de 1000 ms), generando un campo magnético de hasta 2 Tesla, con una frecuencia de 7500 Hz en un volumen de aproximadamente 27 cm3 [12]. Véase el archivo adicional 2 para obtener una descripción técnica detallada de los principios y el funcionamiento de la CTU Mega 20.
Para evaluar el efecto de los LF-PEMFs proporcionados por la bomba diamagnética CTU Mega 20, empleamos un diseño cruzado aleatorizado, doble ciego y controlado por simulacro, registrando los parámetros de TMS antes (pre) y después (post + 0, + 15, + 30 min) de una única sesión de CTU Mega 20 en el área motora primaria derecha correspondiente, utilizando un dispositivo real (campo magnético = 2 Tesla; intensidad = 90 J; frecuencia de impulsos = 7 Hz; duración = 15 min) o el simulacro. Los sujetos fueron evaluados aleatoriamente para la estimulación del protocolo real o simulado, en una proporción de 1:1, con un intervalo medio de 16,9 ± 2,1 días entre las sesiones.
Para detectar las diferencias en la percepción de los estímulos. En el caso de la estimulación, preguntamos a los pacientes si creían que estaban recibiendo una estimulación real o simulada al final de cada tratamiento.
Estimulación magnética transcraneal
La EMT se realizó con una bobina en forma de ocho (diámetro del bucle de 70 mm) conectada a un estimulador Magstim 2002 (Magstim Company, Oxford, Reino Unido). El estímulo magnético tenía una forma de onda de corriente monofásica (tiempo de subida de 100 evocados motores (PEM) se registraron en el primer músculo interóseo dorsal derecho (FDI) a través de electrodos de Ag/AgCl de superficie colocados en un montaje vientre-tendón y se adquirieron utilizando un electromiógrafo Biopac MP-150 (BIOPAC Systems Inc., Santa Bárbara, CA, EE.UU.), como se informó previamente [27].
La bobina de EMT se mantuvo tangencialmente sobre la zona del cuero cabelludo relacionada con el área motora primaria de la mano contralateral al músculo objetivo, con el mango de la bobina apuntando 45° poste- riormente y lateralmente al plano sagital. La región motora se consideró como la ubicación en la que la EMT producía sistemáticamente el mayor tamaño de MEP al 120% del umbral motor en reposo (rMT) en el músculo objetivo. La región se marcó con un rotulador en el cuero cabelludo para garantizar la colocación constante de la bobina durante todo el experimento.
La intensidad del estimulador se ajustó para evocar un MEP de aproximadamente 1 mV pico a pico en el IED relajado en la línea de base, y se mantuvo constante durante toda la sesión. Las mediciones de la amplitud del MEP (media de 25 respuestas) se realizaron en la línea de base y a los 0, 15 y 30 minutos después de la estimulación simulada o real. El intervalo entre ensayos se fijó en 5 s (± 10%).
A lo largo del experimento, se garantizó una relajación muscular completa mediante una retroalimentación audiovisual cuando era necesario. Se descartaron los ensayos si la actividad EMG superaba los 100 μV en los 250 ms previos a la entrega del estímulo TMS. Todos los participantes fueron capaces de entender las instrucciones, obteniendo una relajación muscular completa
ANALISIS ESTADÍSTICO:
Los parámetros neurofisiológicos se compararon mediante un ANOVA de medidas repetidas de dos vías con TIEMPO (pre, post + 0, + 15, + 30 min) y TRATAMIENTO (estimulación real frente a simulada) como factor dentro de los sujetos. Cuando se alcanzó un efecto principal significativo, se llevaron a cabo pruebas post hoc con corrección de Bonferroni para comparaciones múltiples para analizar las diferencias de grupo en los respectivos intervalos entre estímulos o puntos de tiempo. Se utilizó la prueba de Mauchly para comprobar el supuesto de esfericidad, mientras que la determinación épsilon de Greenhouse-Geisser se utilizó para corregir en caso de violación de la esfericidad.
Se utilizó la correlación de orden de rango de Spearman para evaluar la asociación entre el porcentaje de aumento de la amplitud de los MEP y el rMT de referencia. La significación estadística se asumió con una p < 0,05. Los análisis de datos se realizaron con el programa SPSS 21.0.
RESULTADO:
En cuanto a las diferencias en la percepción de la estimulación por parte de los sujetos, no hubo una asociación estadísticamente significativa entre el tipo de estimulación y su percepción, según la prueba exacta de Fisher, p = 1,00, lo que sugiere que la estimulación real no podía distinguirse de la estimulación simulada.
El ANOVA de medidas repetidas de dos vías realizado sobre la excitabilidad corticoespinal reveló una interacción significativa TIEMPO × TRATAMIENTO, F (3, 27) = 0,453, p < 0,001, parcial = 0,645. Un efecto principal significativo de TIEMPO, con diferencias significativas en las pruebas post hoc a los + 0, + 15 y + 30 minutos en comparación con la línea de base tras la estimulación real (todas p < 0,05) pero no tras la estimulación simulada (todas p > 0,05). También hubo un efecto principal significativo del TRATAMIENTO, con diferencias significativas a los + 0, + 15 y + 30 min en comparación con la línea de base, para la estimulación real, pero no para la estimulación simulada (todas las p < 0,005) (ver Tabla 1, Fig. 2).
No hubo una asociación significativa entre el porcentaje de aumento de la amplitud media del MEP y el rMT de referencia en ambos grupos (estimulación real: rs = 0,10, p = 0,776; estimulación simulada: rs = 0,46, p = 0,177).
Durante la fase de tratamiento (aplicación del protocolo CTU Mega 20 real o simulado), se monitorizó la actividad EMG en la amplificación de alta ganancia para resaltar los posibles efectos despolarizantes, que sin embargo estuvieron ausentes durante toda la estimulación.
DISCUSIÓN:
En este estudio, empleamos un diseño cruzado aleatorio doble ciego controlado por simulacro (para controlar los factores conocidos y desconocidos que podrían influir potencialmente en la actividad cerebral y el registro de la EMT) para demostrar que los campos electromagnéticos pulsados de baja frecuencia (LF- PEMF) inducidos por la CTU Mega 20 fueron capaces de modular la excitabilidad cortical en cerebros humanos, incluso después de una aplicación de un solo disparo. Como se ha descrito anteriormente, estos resultados no se vieron influenciados por la expectativa de tratamiento del sujeto (estimulación real frente a simulada), teniendo en cuenta su efecto potencial sobre la actividad cerebral y, en consecuencia, sobre los parámetros de la EMT [28]. En línea con la estimulación transcraneal de campo magnético estático [10, 23, 29], el aumento de la excitabilidad cortical no estaba directamente relacionado con las corrientes eléctricas inducidas, como es el caso de otras técnicas de neuromodulación basadas en la EMT.
En nuestro experimento, al proporcionar un estímulo magnético pulsado de 15 minutos en el área motora primaria, obtuvimos un aumento persistente de más del 60% en la excitabilidad corticoespinal (como índice de plasticidad cortical similar a la potenciación a largo plazo), registrando el MEP del primer músculo interóseo dorsal contralateral. Esta perturbación duró al menos 30 minutos después del protocolo de estimulación, manteniendo potencialmente una diferencia significativa (al menos un 30%), incluso durante más tiempo. Como se informó anteriormente, la bioestimulación tisular proporcionada por la CTU Mega 20 se basó en los LF- PEMF no ionizantes, que podrían actuar principalmente a nivel de las sinapsis, alterando la función de los canales iónicos de membrana. En particular, se demostró que la actividad de los canales de Ca2+ y Na+ puede ser perturbada por los campos magnéticos, considerando las características anisotrópicas diamagnéticas de los fosfolípidos de membrana [8, 30, 31].
Curiosamente, la bomba diamagnética CTU Mega 20 se define como un sistema de aceleración diamagnética, lo que permite que los impulsos magnéticos de alto campo sean potencialmente capaces de inducir la reorientación magnética de los fosfolípidos de membrana y, en consecuencia, inducir un efecto biológico en la función del sistema nervioso. Desde este punto de vista, hay tres puntos en nuestro estudio de prueba de concepto que apoyan la idea de que los LF- PEMF no ionizantes inducidos por la CTU Mega 20 podrían representar un nuevo enfoque para la neuromodulación cerebral. Son (1) la CTU Mega 20 proporcionó un mayor volumen de estimulación (hasta 27 cm3 en comparación con los 1-2 cm3 de la EMT), lo que permitió la modulación de una amplia porción de la superficie cortical, en comparación con la EMT; (2) como dispositivo disponible en el mercado, el CTU Mega 20 está listo para su uso, con programas predefinidos para realizar la estimulación del sistema nervioso, no requiere personal especializado y puede adaptarse fácilmente a la aplicación clínica diaria; (3) como sistema completamente programable, el CTU Mega 20 puede optimizarse para diferentes tipos de estimulación y diferentes enfermedades neurológicas. En conclusión, el sistema de aceleración diamagnética CTU Mega 20 puede resultar interesante en el campo de la neuromodulación. Se justifica la realización de más estudios para optimizar los parámetros del protocolo para diferentes condiciones neurológicas y psiquiátricas [32, 33].
CONCLUSIONES:
Este estudio de prueba de concepto en sujetos sanos apoya la idea de que los LF-PEMF no ionizantes inducidos por el sistema de aceleración diamagnética CTU Mega 20 podrían representar un nuevo enfoque para la neuromodulación cerebral. Se justifica la realización de más estudios para optimizar los parámetros del protocolo para diferentes condiciones neurológicas y psiquiátricas
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