Métodos para cuantificar alteraciones inducida farmacológicamente en la función motora en humanos incompleta de la médula

El objetivo de este protocolo es describir los cambios en las conductas motoras en individuos con lesión medular incompleta después de la administración de medicamentos serotoninérgicos. Para lograr esto, se realizan evaluaciones estandarizadas para evaluar las medidas clínicas de la fuerza basal, la fuerza de las extremidades inferiores y los comportamientos reflejos para obtener medidas más precisas, se determinan evaluaciones estáticas cuantitativas de la fuerza y la función refleja de los grupos musculares seleccionados con una investigación específica de los torques volitivos máximos y la excitabilidad del reflejo de estiramiento. A continuación, se realizan evaluaciones dinámicas cuantitativas adicionales para medir los patrones cinemáticos de las extremidades inferiores, la actividad muscular y el tiempo, y la eficiencia metabólica durante la deambulación en cinta rodante.

Por último, los medicamentos serotoninérgicos se administran en un diseño cruzado ciego y se repiten las evaluaciones. Este enfoque de la medicina traslacional evalúa sistemáticamente los efectos de los medicamentos serotoninérgicos sobre la fuerza volitiva, los reflejos y la capacidad para caminar en individuos con lesión medular incompleta. La lesión de la médula espinal es un proceso patológico debilitante, que produce profundos déficits en el control motor temprano después de la lesión.

Un objetivo principal para la mayoría de los pacientes es la recuperación de la marcha en individuos con una lesión incompleta, lo que significa que todavía tienen un control motor residual distal al lado de la lesión. Este cráneo puede ser obtenible. Los modelos animales han demostrado que los agentes farmacológicos pueden ayudar a acelerar y promover la recuperación del control motor y la capacidad de caminar.

Sin embargo, la traducción de estos hallazgos a los humanos es limitada. Nuestro laboratorio está tratando de trasladar estos hallazgos en animales a humanos con lesión incompleta de la médula espinal. Esperamos plantear la pregunta, ¿pueden los agentes farmacológicos ayudar a promover la recuperación del control motor y la capacidad de caminar en individuos con lesiones medulares incompletas?

I, la espasticidad de los grupos musculares cuádriceps e isquiotibiales se cuantifica utilizando la escala de Ashworth modificada para evaluar la espasticidad del cuádriceps. El examinador genera un movimiento de flexión pasiva lento y enérgico alrededor de la articulación de la rodilla. Del mismo modo, para evaluar la espasticidad de los isquiotibiales, el examinador genera una extensión pasiva lenta y enérgica alrededor de la articulación de la rodilla.

Los reflejos espásticos se califican en una escala de cero a cuatro en función de criterios específicos. Una puntuación compuesta se obtiene convirtiendo estas puntuaciones brutas en una escala ordinal y sumando bilateralmente la magnitud o duración de los espasmos flexores. Los espasmos extensores y el colon se cuantifican mediante la herramienta de evaluación de la médula espinal.

En el caso de los reflejos espásticos, la respuesta del paciente se califica en función de los criterios enumerados. Una puntuación compuesta se obtiene sumando puntuaciones dentro y entre las piernas. La capacidad de un individuo para contraer volitivamente los músculos se evalúa utilizando la puntuación motora de las extremidades inferiores basada en las pautas de la Asociación Americana de Lesiones de la Columna Vertebral.

Los criterios especificados se utilizan para calificar la contracción alrededor de una articulación en una escala de cero a cinco. Se obtiene una puntuación compuesta mediante la evaluación de los miotomas L dos, L tres, L cuatro, L cinco y S uno bilateralmente y sumando puntuaciones. A pesar de estos claros déficits en las evaluaciones clínicas en la actividad refleja y la fuerza, este paciente es capaz de dar pasos en la cinta de correr con apoyo del peso corporal.

Además, el paciente es capaz de dar pasos por encima del suelo con la ayuda de un andador rodante. Con el fin de cuantificar aún más el reflejo de estiramiento dependiente de la velocidad. Se utiliza un sistema que combina la dinamometría isocinética con la electromiografía para medir la actividad muscular.

Los electrodos de registro de superficie se aplican a los tibiales anterior y medial, ano gástrico. La pierna del paciente está unida a un reposapiés, acoplada a una célula de carga de seis grados de libertad, y el eje de la articulación del tobillo está alineado con el centro de la célula de carga. Los pares pasivos o gravitacionales se obtienen a partir de las perturbaciones de estiramiento lento.

Se supone que esta respuesta de par no tiene un componente reflejo y se restará de los estiramientos rápidos. Para calcular la respuesta refleja neta para evaluar la excitabilidad del reflejo de estiramiento, se aplican estiramientos únicos o múltiples hacia la dorsiflexión o la flexión plantar al paciente relajado para evaluar los cambios en la excitabilidad con la velocidad. Se miden varias velocidades de rotación, incluidas 30, 60 y 120 grados por segundo.

La respuesta al par se cuantifica utilizando la señal de par, que fue de paso bajo, filtrada a 200 hercios, muestreada a 1000 hercios y sincronizada con los datos de EMG. Antes del análisis, se resta el par debido a las contribuciones pasivas y gravitacionales. La respuesta del músculo se cuantifica utilizando la señal EMG, que se prohibió anteriormente, se filtró a 20 a 450 hercios, se muestreó a 1000 hercios y se sincronizó con los datos de par antes del análisis.

La señal se rectifica y suaviza a 10 hercios utilizando un cuarto orden. Las respuestas recursivas del reflejo de estiramiento del filtro Butterworth se analizan desde la condición hasta el par y las señales EMG. Las medidas de resultado primarias de este análisis incluyen tanto el par máximo como la actividad muscular prolongada después del tramo final.

El dinamómetro isocinético también se utiliza para obtener una cuantificación precisa de la fuerza volitiva. Superficie. Los EMG se fijan a cuatro músculos del muslo, incluidos el recto femoral, el vasto lateral, el vasto medio y el tendón de la corva medial. El vástago del paciente está unido a un brazo dinamométrico que está acoplado a una celda de carga de seis grados de libertad.

El eje de la articulación de la rodilla está alineado con el centro de la célula de carga. Con el paciente relajado, se le indica que genere la máxima fuerza sobre la articulación. Para asegurar la máxima producción de fuerza volitiva, se proporciona un vigoroso estímulo verbal al paciente durante la contracción.

Cuando el par comienza a disminuir durante la contracción, se administra un estímulo súper máximo a los cuádriceps a través de electrodos estimulantes de placa de gel autoadhesiva de tres por cinco pulgadas. Las señales de par y EMG se recogen y acondicionan como en las evaluaciones de reflejos de estiramiento dependientes de la velocidad. El par máximo y las respuestas EMG asociadas se evalúan fuera de línea utilizando las señales de par de condición y EMG.

Además, los déficits en la activación volitiva se evalúan utilizando la relación de activación central o car. Se utiliza una prueba graduada en cinta rodante para evaluar la capacidad de caminar. El sujeto está asegurado a la cinta de correr con un arnés de seguridad y equipo de prueba, que incluye marcadores reflectantes, EMG de superficie, un monitor de frecuencia cardíaca y un sistema metabólico portátil para realizar la prueba de cinta de correr graduada.

La velocidad inicial de la cinta se establece en 0,1 metros por segundo y se incrementa en 0,1 metros por segundo cada dos minutos hasta obtener la velocidad máxima del paciente. La velocidad máxima de la cinta rodante se define como la velocidad más alta a la que el paciente pudo deambular durante al menos un minuto antes de la inestabilidad de la marcha. Se alcanzan las limitaciones cardiovasculares o la terminación voluntaria de la prueba durante la caminata en cinta rodante, se evalúan múltiples medidas utilizando un sistema de captura de movimiento y un sistema EMG y el sistema metabólico portátil fuera de línea.

Los datos de captura de movimiento se rastrean manualmente para garantizar la precisión y se elige una época de al menos 10 ciclos de paso para el análisis. El ciclo de la marcha se normaliza al porcentaje de golpe de talón a golpe de talón y se interpola mediante una ranura cúbica para los ángulos de la cadera y la rodilla. Los ángulos máximos de las articulaciones y las excursiones angulares durante el ciclo de marcha se determinan para cada sujeto.

Además de una medida de la coordinación dentro de las extremidades, un enfoque principal es la coordinación del plano sagital, la cinemática de la cadera y la rodilla, que se puede evaluar observando la consistencia de los gráficos de ángulo de la rodilla de la cadera. El coeficiente de correspondencia promedio se utiliza para calcular la consistencia de la coordinación entre las extremidades. El gráfico del ángulo de la rodilla de la cadera se utiliza para definir el signo conjunto y el signo de la dirección del vector.

A medida que el cambio en los ángulos de la cadera y la rodilla se normaliza a la longitud del vector para cada intervalo de fotograma a fotograma. Estos valores de signo y cosigno se promedian a lo largo de todos los ciclos de paso para cada intervalo de fotograma correspondiente. Con estos valores promediados, se calcula la longitud media del vector para cada intervalo de fotograma a fotograma.

La media aritmética de la longitud media del vector en todos los intervalos de fotograma a fotograma será un valor de cero a uno y representará la dispersión general de los pares de cadera y rodilla a lo largo del ciclo de marcha. Para evaluar la actividad muscular durante la deambulación, los patrones de actividad muscular de las señales EMG se sincronizan con los datos de captura de movimiento fuera de línea, la señal DMG suave se normaliza al ciclo de marcha porcentual y se promedia entre al menos 10 pasos. El tiempo normativo de encendido y apagado de los músculos de las extremidades inferiores durante la deambulación se establece utilizando una base de datos de controles sanos para cada músculo, los tiempos normativos de encendido y apagado del músculo en particular se superponen a las señales EMG recopiladas del sujeto.

La señal EMG está integrada entre los tiempos normativos de encendido y apagado. El índice de espasticidad se determina dividiendo el valor de apagado por el valor de encendido. La absorción máxima de oxígeno durante la prueba de cinta rodante graduada se determina después de descargar los datos metabólicos portátiles a una computadora para su análisis.

Una vez que se completa la prueba en cinta rodante, específicamente se determina el promedio del último minuto de datos de O2 VO para cada época de velocidad de dos minutos y se trazan los resultados para cada velocidad. Los movimientos volitivos suelen iniciarse a partir de señales neuronales en la corteza motora primaria. Estas señales viajan a través de la vía corticoespinal a las interneuronas espinales, incluido el generador central de patrones, y convergen a nivel de la neurona motora espinal.

La neurona motora inerva directamente el músculo y provoca la contracción muscular. Los movimientos volitivos en V también pueden activar las vías paralelas de la médula espinal del tronco encefálico o del bulbo. Una función de estas vías bulboespinales es regular la excitabilidad de las neuronas espinales a través de la liberación de neuromoduladores, en particular serotonina, y la lesión incompleta de la médula espinal resulta en la pérdida del control voluntario completo debido a la interrupción de las vías corticoespinales.

Además, los circuitos espinales y la propia neurona motora se vuelven menos excitables debido a la pérdida parcial de neuromoduladores de las vías bulboespinales. Estos cambios combinados contribuyen a los déficits en las funciones motoras observados en las tres primeras partes de este video. En modelos animales, la aplicación de neuromoduladores como la serotonina o sus análogos directamente a la médula espinal puede reanimar estos circuitos espinales, lo que conduce a un aumento de la producción motora, un aumento de la actividad refleja y una mejor capacidad locomotora.

La última parte de este video demostrará cómo estamos tratando de traducir este marco de ciencia básica a los humanos. En un diseño cruzado doble ciego, aleatorizado y controlado con placebo, se evalúan los efectos de la administración oral aguda de inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina sobre la actividad motora en individuos con lesión motora incompleta de la médula espinal. Las medidas clínicas incluyen el Ashworth modificado, la herramienta de evaluación de la médula espinal para los reflejos espásticos y la puntuación motora de las extremidades inferiores que indican un aumento tanto en la actividad refleja involuntaria como en la generación de fuerza voluntaria después de la administración oral de ISRS en un individuo con LM motora incompleta. Además, las mediciones estáticas cuantitativas de la actividad motora muestran un aumento y prolongación del par de flexión plantar del tobillo y EMG en respuesta a estiramientos repetidos de los flexores plantares y un mayor par isométrico y un menor déficit de activación indicado por una mayor relación de activación central.

Las medidas dinámicas cuantitativas de la actividad motora de la cinemática de la cadera y la rodilla durante la deambulación mediante un CC revelan una mayor consistencia después de la medicación ISRS. Curiosamente, la actividad EMG de las extremidades inferiores durante la deambulación muestra un aumento en el momento inadecuado de la actividad muscular después de la medicación ISRS. Finalmente, los parámetros metabólicos durante la deambulación revelan un modesto aumento en el consumo de oxígeno durante la prueba de cinta rodante graduada después de la administración de ISRS.

Si bien estos cambios se observan en personas con LME crónica incompleta, los datos preliminares sugieren que los cambios en la LME incompleta subaguda pueden ser más llamativos. Por ejemplo, una persona cuatro meses después de una lesión de la médula espinal no puede tomar medidas sin asistencia física antes de la medicación. Después de la medicación ISRS, la misma persona es capaz de tomar medidas a través de estas evaluaciones clínicas y cuantitativas.

Hemos visto que la administración aguda de inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina puede mejorar la función motora y la capacidad de caminar en personas con lesión incompleta de la médula espinal. Sin embargo, es necesario un entrenamiento a largo plazo para que estos cambios sean permanentes. Un objetivo actual de nuestro laboratorio es combinar estas intervenciones farmacológicas con intervenciones físicas intensivas para hacer que estas mejoras en la función motora y la capacidad de caminar sean permanentes.