Neuromodulação (medicina) - Neuromodulation (medicine)

Este artigo é sobre a terapia. Para o processo fisiológico, consulte Neuromodulação .
Neuromodulação

Neuromodulação é "a alteração da atividade nervosa por meio da entrega direcionada de um estímulo, como a estimulação elétrica ou agentes químicos, a locais neurológicos específicos do corpo". É realizado para normalizar - ou modular - a função do tecido nervoso . A neuromodulação é uma terapia em evolução que pode envolver uma variedade de estímulos eletromagnéticos, como um campo magnético ( EMTr ), uma corrente elétrica ou uma droga instilada diretamente no espaço subdural (administração intratecal de droga). Os aplicativos emergentes envolvem a introdução direcionada de genes ou reguladores de genes e luz ( optogenética ) e, em 2014, eles foram, no mínimo, demonstrados em modelos de mamíferos ou os primeiros dados em humanos foram adquiridos. A experiência mais clínica foi com a estimulação elétrica.

A neuromodulação, seja elétrica ou magnética, emprega a resposta biológica natural do corpo ao estimular a atividade das células nervosas que podem influenciar as populações de nervos ao liberar transmissores, como a dopamina , ou outros mensageiros químicos, como o peptídeo Substância P , que pode modular a excitabilidade e o disparo padrões de circuitos neurais. Também pode haver efeitos eletrofisiológicos mais diretos nas membranas neurais como o mecanismo de ação da interação elétrica com os elementos neurais. O efeito final é uma "normalização" da função de uma rede neural a partir de seu estado perturbado. Os supostos mecanismos de ação da neuroestimulação incluem bloqueio despolarizante, normalização estocástica do disparo neural , bloqueio axonal , redução da ceratose do disparo neural e supressão das oscilações da rede neural. Embora os mecanismos exatos de neuroestimulação não sejam conhecidos, a eficácia empírica levou a uma aplicação clínica considerável.

Os tratamentos de neuromodulação existentes e emergentes também incluem a aplicação em epilepsia resistente a medicamentos , condições de dor de cabeça crônica e terapia funcional que varia de bexiga e intestino ou controle respiratório à melhora de déficits sensoriais, como audição ( implantes cocleares e implantes auditivos de tronco cerebral ) e visão ( implantes retinais ). As melhorias técnicas incluem uma tendência para sistemas minimamente invasivos (ou não invasivos); bem como dispositivos menores e mais sofisticados que podem ter controle de feedback automatizado e compatibilidade condicional com imagens de ressonância magnética.

A terapia de neuromodulação foi investigada para outras condições crônicas, como doença de Alzheimer , depressão , dor crônica e como um tratamento auxiliar na recuperação de um acidente vascular cerebral .

Métodos invasivos de neuromodulação elétrica

A estimulação elétrica com dispositivos implantáveis ​​entrou em uso moderno na década de 1980 e suas técnicas e aplicações continuaram a se desenvolver e expandir. Esses são métodos em que uma operação é necessária para posicionar um eletrodo. O estimulador, com a bateria, semelhante a um marca-passo, também pode ser implantado, ou pode ficar fora do corpo.

Em geral, os sistemas de neuromodulação fornecem correntes elétricas e normalmente consistem nos seguintes componentes: um eletrodo epidural, subdural ou parenquimatoso colocado por meio de técnicas de agulha minimamente invasivas (os chamados eletrodos percutâneos) ou uma exposição cirúrgica aberta ao alvo ("pá" cirúrgica ou eletrodos de "grade") ou implantes estereotáxicos para o sistema nervoso central e um gerador de pulso implantado (IPG). Dependendo da distância do ponto de acesso do eletrodo, um cabo de extensão também pode ser adicionado ao sistema. O IPG pode ter uma bateria não recarregável que precisa ser substituída a cada 2–5 anos (dependendo dos parâmetros de estimulação) ou uma bateria recarregável que é reabastecida por meio de um sistema de carregamento indutivo externo.

Embora a maioria dos sistemas opere através da entrega de um trem constante de estimulação, existe agora o advento da chamada estimulação "feed-forward", em que a ativação do dispositivo depende de um evento fisiológico, como uma crise epiléptica. Nessa circunstância, o dispositivo é ativado e fornece um pulso de dessincronização para a área cortical que está passando por uma crise epiléptica. Este conceito de estimulação feed-forward provavelmente se tornará mais prevalente à medida que marcadores fisiológicos de doenças direcionadas e distúrbios neurais forem descobertos e verificados. A estimulação sob demanda pode contribuir para uma vida útil mais longa da bateria, se as demandas de detecção e processamento de sinal do sistema forem suficientemente eficientes em termos de energia. Novos designs de eletrodos podem produzir uma estimulação mais eficiente e precisa, exigindo menos corrente e minimizando a estimulação lateral indesejada. Além disso, para superar o desafio de evitar a migração do chumbo em áreas do corpo que estão sujeitas a movimentos, como virar e dobrar, os pesquisadores estão explorando o desenvolvimento de pequenos sistemas de estimulação que são recarregados sem fio em vez de por meio de um cabo elétrico.

Estimulação da medula espinhal

Artigo principal: Estimulação da medula espinhal

A estimulação da medula espinhal é uma forma de terapia de neuromodulação invasiva de uso comum desde a década de 1980. Seu principal uso é como terapia reversível e não farmacológica para o tratamento da dor crônica que fornece pulsos elétricos leves à medula espinhal . Em pacientes que experimentam redução da dor de 50 por cento ou mais durante um teste temporário, um implante permanente pode ser oferecido no qual, como acontece com um marca-passo cardíaco , um gerador de pulso implantável do tamanho de um cronômetro é colocado sob a pele no tronco. Ele fornece impulsos leves ao longo de fios elétricos delgados que levam a pequenos contatos elétricos, do tamanho de um grão de arroz, na área da coluna a ser estimulada.

A estimulação está normalmente na faixa de 20–200 Hz, embora uma nova classe de parâmetros de estimulação esteja surgindo agora que emprega um trem de estimulação de 10 kHz, bem como uma "estimulação de explosão" de 500 Hz. Os trens de estimulação Kilohertz foram aplicados tanto na medula espinhal como no gânglio da raiz dorsal em humanos. Todas as formas de estimulação da medula espinhal mostraram ter vários graus de eficácia para tratar uma variedade de síndromes de dor neuropática ou mista farmacoresistente (neuropática e noiciceptiva), como síndrome pós-laminectomia, dor lombar, síndrome de dor regional complexa, neuropatia periférica, doença vascular periférica e angina.

O processo geral de estimulação da medula espinhal envolve um rastreamento temporário de pacientes apropriados com um gerador de pulso externo conectado a eletrodos epidurais localizados na medula espinhal torácica inferior. Os eletrodos são colocados por meio de uma técnica de agulha minimamente invasiva (os chamados eletrodos percutâneos) ou uma exposição cirúrgica aberta (eletrodos de "pá" cirúrgicos).

A seleção do paciente é fundamental, e os candidatos devem passar por uma avaliação psicológica rigorosa, bem como por uma avaliação médica para garantir que sua síndrome de dor seja realmente resistente a medicamentos. Após a recuperação do procedimento de implante, o paciente voltará para ter o sistema ligado e programado. Dependendo do sistema, o programa pode provocar uma sensação de formigamento que cobre a maior parte da área dolorida, substituindo algumas das sensações dolorosas por uma sensação de massagem suave, embora outros sistemas mais recentes não criem uma sensação de formigamento. O paciente é enviado para casa com um controle remoto portátil para desligar ou ligar o sistema ou alternar entre os parâmetros de estimulação predefinidos e pode fazer o acompanhamento para ajustar os parâmetros.

Estimulação cerebral profunda

Artigo principal: estimulação cerebral profunda

Outro tratamento de neuromodulação invasivo desenvolvido na década de 1980 é a estimulação cerebral profunda , que pode ser usada para ajudar a limitar os sintomas de distúrbio do movimento na doença de Parkinson , distonia ou tremor essencial . A estimulação cerebral profunda foi aprovada pela Food and Drug Administration dos EUA em 1997 para tremor essencial, em 2002 para a doença de Parkinson e recebeu uma isenção de dispositivo humanitário do FDA em 2003 para sintomas motores de distonia. Foi aprovado em 2010 na Europa para o tratamento de certos tipos de epilepsia grave. DBS também se mostrou promissor, embora ainda em pesquisa, para síndromes psiquiátricas medicamente intratáveis ​​de depressão, transtornos obsessivos compulsivos, raiva intratável, demência e obesidade mórbida. Também se mostrou promissor para a síndrome de Tourette, torcicolo e discinesia tardia. A terapia DBS, ao contrário da estimulação da medula espinhal, tem uma variedade de alvos no sistema nervoso central, dependendo da patologia alvo. Para a doença de Parkinson, os alvos do sistema nervoso central incluem o núcleo subtalâmico, o globo pálido interno e o núcleo intermediário ventral do tálamo. As distonias são frequentemente tratadas com implantes direcionados ao globo pálido interno ou, menos frequentemente, partes do grupo talâmico ventral. O tálamo anterior é o alvo da epilepsia.

Os alvos de pesquisa de DBS incluem, mas não estão limitados às seguintes áreas: Cg25 para depressão, o membro anterior da cápsula interna para depressão, bem como transtorno obsessivo compulsivo (TOC), centromediano / parafasicular, núcleos talâmicos centromedianos e o núcleo subtalâmico para TOC , anorexia e síndrome de Tourette, o núcleo accumbens e o estriado ventral também foram testados para depressão e dor.

Outros métodos elétricos invasivos

Métodos elétricos não invasivos

Esses métodos usam eletrodos externos para aplicar uma corrente ao corpo a fim de alterar o funcionamento do sistema nervoso.

Os métodos incluem:

Métodos magnéticos não invasivos

Os métodos magnéticos de neuromodulação são normalmente não invasivos: nenhuma cirurgia é necessária para permitir que um campo magnético entre no corpo porque a permeabilidade magnética do tecido é semelhante à do ar. Em outras palavras: os campos magnéticos penetram no corpo com muita facilidade.

As duas técnicas principais são altamente relacionadas, pois ambas usam mudanças na intensidade do campo magnético para induzir campos elétricos e correntes iônicas no corpo. No entanto, existem diferenças na abordagem e no hardware. Em rTMS a estimulação tem uma alta amplitude (0,5–3 tesla ), uma baixa complexidade e especificidade anatômica é alcançada por meio de um campo magnético altamente focal. No tPEMF a estimulação tem uma amplitude baixa (0,01–500 militesla), uma alta complexidade e especificidade anatômica é alcançada através do conteúdo de frequência específica do sinal.

Métodos químicos invasivos

A neuromodulação química é sempre invasiva, porque um medicamento é administrado em um local altamente específico do corpo. A variante não invasiva é a farmacoterapia tradicional , por exemplo, engolir um comprimido.

  • Sistemas de administração intratecal de medicamentos (ITDS, que podem administrar microdoses de analgésico (por exemplo, ziconotida ) ou medicamento anti-espasmo (como baclofeno ) diretamente no local de ação)

História

A estimulação elétrica do sistema nervoso tem uma história longa e complexa. Os primeiros praticantes de estimulação cerebral profunda na segunda metade do século 20 (Delgado, Heath, Hosbuchi. Ver Hariz et al. Para uma revisão histórica) eram limitados pela tecnologia disponível. Heath, na década de 1950, estimulou áreas subcorticais e fez observações detalhadas das mudanças comportamentais. Uma nova compreensão da percepção da dor foi introduzida em 1965, com a Teoria do Portão de Wall e Melzack. Embora agora considerada supersimplificada, a teoria sustentava que as transmissões de dor de pequenas fibras nervosas podem ser substituídas, ou o portão "fechado", por transmissões concorrentes ao longo das fibras nervosas de toque mais largas. Com base nesse conceito, em 1967, o primeiro estimulador de coluna dorsal para controle da dor foi demonstrado pelo Dr. Norm Shealy na Western Reserve Medical School, usando um design adaptado por Tom Mortimer, um estudante graduado do Case Institute of Technology, de estimuladores de nervos cardíacos pela Medtronic, Inc., onde ele tinha um conhecido profissional que compartilhou o diagrama de circuito. Em 1973, Hosbuchi relatou o alívio da dor facial da denervação da anestesia dolorosa por meio da estimulação elétrica contínua do tálamo somatossensorial, marcando o início da era da estimulação cerebral profunda.

Apesar da experiência clínica limitada nessas décadas, aquela era é notável pela demonstração do papel que a tecnologia tem na neuromodulação, e há alguns relatos de casos de estimulação cerebral profunda para uma variedade de problemas; real ou percebido. Delgado sugeriu o poder da neuromodulação com seus implantes na região septal bovina e a capacidade da estimulação elétrica para embotar ou alterar o comportamento. Outras tentativas dessa "modificação comportamental" em humanos foram difíceis e raramente confiáveis, e contribuíram para a falta geral de progresso na neuromodulação do sistema nervoso central daquela época. As tentativas de síndromes de dor intratáveis ​​tiveram mais sucesso, mas novamente prejudicadas pela qualidade da tecnologia. Em particular, o chamado eletrodo DBS "zero" (consistindo em um laço de contato em sua extremidade) tinha uma taxa de falha inaceitável e as revisões traziam mais riscos do que benefícios. No geral, as tentativas de usar estimulação elétrica para "modificação comportamental" eram difíceis e raramente confiáveis, retardando o desenvolvimento de DBS. As tentativas de abordar síndromes de dor intratáveis ​​com DBS tiveram mais sucesso, mas novamente dificultadas pela qualidade da tecnologia. Vários médicos que esperavam resolver problemas até então intratáveis ​​buscaram o desenvolvimento de equipamentos mais especializados; por exemplo, na década de 1960, o colega de Wall, Bill Sweet, recrutou o engenheiro Roger Avery para fazer um estimulador de nervo periférico implantável. Avery fundou a Avery Company, que fabricava vários estimuladores implantáveis. Pouco antes de sua aposentadoria em 1983, ele apresentou dados solicitados pelo FDA, que havia começado a regulamentar os dispositivos médicos após uma reunião de 1977 sobre o assunto, a respeito do DBS para dor crônica. A Medtronic e a Neuromed também fabricavam estimuladores cerebrais profundos na época, mas alegadamente consideraram que um ensaio clínico complexo de segurança e eficácia em pacientes difíceis de avaliar seria muito caro para o tamanho da base de pacientes em potencial, portanto, não enviaram dados clínicos sobre DBS para dor crônica para o FDA, e essa indicação foi desaprovada.

No entanto, quase nessa época na França e em outros lugares, o DBS foi investigado como um substituto para a lesão dos núcleos cerebrais para controlar os sintomas motores de distúrbios do movimento, como a doença de Parkinson, e em meados da década de 1990, esta terapia de estimulação reversível e não destrutiva tornou-se a aplicação primária de DBS em pacientes apropriados, para retardar a progressão do comprometimento do movimento da doença e reduzir os efeitos colaterais do uso crescente de medicação em longo prazo.

Paralelamente ao desenvolvimento de sistemas de neuromodulação para lidar com a deficiência motora, os implantes cocleares foram o primeiro sistema de neuromodulação a atingir um amplo estágio comercial para lidar com um déficit funcional; eles fornecem percepção de som em usuários com deficiência auditiva devido a células sensoriais (cílios) ausentes ou danificadas no ouvido interno. A abordagem da estimulação elétrica usada nos implantes cocleares foi logo modificada por um fabricante, a Boston Scientific Corporation, para o projeto de condutores elétricos a serem usados ​​no tratamento da estimulação da medula espinhal em condições de dor crônica.

Relação com eletrocêuticos

Em 2012, a empresa farmacêutica global GlaxoSmithKline anunciou uma iniciativa em medicina bioelétrica na qual o impacto do sistema nervoso autônomo sobre o sistema imunológico e doenças inflamatórias pode ser tratado por meio de estimulação elétrica em vez de agentes farmacêuticos. O primeiro investimento da empresa em 2013 envolveu uma pequena empresa iniciante, a SetPoint Medical, que estava desenvolvendo neuroestimuladores para tratar doenças inflamatórias autoimunes, como a artrite reumatóide.

Em última análise, a busca eletrocêutica visa encontrar a assinatura eletro-neural da doença e, em um nível celular, em tempo real, reproduzir a eletrossinatura mais normal para ajudar a manter a assinatura neural no estado normal. Ao contrário dos métodos de terapia de neuromodulação anteriores, a abordagem não envolveria condutores elétricos estimulando grandes nervos ou medulas espinhais ou centros cerebrais. Pode envolver métodos que estão surgindo dentro da família de terapias da neuromodulação, como a optogenética ou alguma nova nanotecnologia. Os estados e condições de doença que foram discutidos como alvos para a terapia eletrocêutica futura incluem diabetes, infertilidade, obesidade, artrite reumatóide e doenças autoimunes.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos