Utilizando estimulación magnética transcraneal para Estudiar el Sistema Neuromuscular Humanos

El objetivo general de este procedimiento es realizar una estimulación magnética transcraneal para provocar potenciales motoevocados. Primero en el músculo flexor radial del carpo y luego en el músculo erectores espinales. Esto se logra preparando primero la piel sobre los músculos respectivos para grabaciones electromiográficas y posicionando biomecánicamente al sujeto para la estimulación magnética transcraneal.

El punto caliente se identifica como la porción del lugar de estimulación sobre la corteza motora que provoca los potenciales motores evocados más grandes. El siguiente paso consiste en determinar el umbral motor. En este punto, se realiza una estimulación magnética transcraneal de pulso único para cuantificar la amplitud del potencial motor evocado y la duración del período silencioso.

La estimulación magnética transcraneal de pulso doble también se realiza para cuantificar la facilitación intracortical y la inhibición intracortical de intervalo corto y largo. En última instancia, los índices in vivo de la excitabilidad corticoespinal y corticocortical en humanos pueden evaluarse mediante el uso combinado de la estimulación magnética transcraneal y la electromiografía. Por lo general, las personas nuevas en este método pueden tener dificultades porque puede ser complicado derivar y comprender los aspectos técnicos sutiles de la TMS únicamente a partir de una descripción escrita, y simplemente intentar aprender mediante un enfoque de prueba y error al experimentar y evaluar sujetos humanos plantea muchas dificultades y desafíos para demostrar los procedimientos.

Además de mí, estará David Gus Jr., un investigador que trabaja en el Instituto de Investigación Musculoesquelética y Neurológica de Ohio. Antes de comenzar el experimento de estimulación magnética transcraneal, primero se debe evaluar al sujeto siguiendo las pautas de cribado establecidas por el Instituto para la Educación y Investigación en Seguridad de Resonancia Magnética, excluyendo a individuos con antecedentes familiares de epilepsia o convulsiones. A continuación, coloque electrodos de superficie sobre los músculos FCR del antebrazo del sujeto utilizando una configuración bipolar de electrodos.

Los electrodos deben colocarse longitudinalmente sobre el músculo sin afeitar y sobre una piel trenzada. Coloque también un gorro roc para marcar los puntos de estimulación en la cabeza. Ahora haga que el sujeto se siente con el brazo izquierdo en posición extendida sobre un dinamómetro Biodex System Four.

En este protocolo, estimularemos el lado derecho del cerebro, que controla el brazo izquierdo para activar los músculos FCR, colocando una bobina de estimulación magnética transcraneal (TMS) de figura ocho de 70 milímetros, tangencial al cuero cabelludo y a 45 grados respecto a la línea media, de modo que la corriente inducida fluya en dirección lateral posterior a medial anterior. A continuación, mueva sutilmente la bobina TMS en pequeños incrementos para determinar la ubicación de estimulación que provoque el potencial motor evocado más grande en el músculo FCR. Una vez localizada, marque esta zona con tinta indeleble ya sea en el cuero cabelludo o en una gorra similar.

Ahora cuantifique el umbral motor para el FCR administrando pulsos únicos con intensidades de estimulación gradualmente crecientes hasta que los potenciales motores evocados alcancen amplitudes pico a pico superiores a 50 microvoltios en más del 50 % de los ensayos. Para examinar la amplitud del potencial motor evocado del FCR, administre un único pulso de estimulación magnética transcraneal al punto caliente previamente determinado con una intensidad igual al 130 % del umbral motor y calcule la amplitud pico a pico. Este resultado puede normalizarse respecto al potencial de acción muscular compuesto máximo observado tras la estimulación eléctrica supramáxima del nervio mediano.

Cuando se aplica un pulso CMS en la corteza durante la contracción muscular, producirá un potencial motor evocado seguido de una quiescencia eléctrica antes de que la actividad se reanude. Esto es indicativo de la inhibición corticocorticoespinal. Esto comúnmente se conoce como el período silencioso.

Para cuantificar el período silencioso corticoespinal del músculo FCR, aplique un único pulso de estimulación magnética transcraneal (TMS) en el punto caliente a una intensidad equivalente al 130 % del umbral motor mientras el participante realiza una contracción muscular de flexión de muñeca al 15 % de su fuerza máxima. Para determinar la facilitación intracortical mediante TMS de doble pulso para el músculo FCR, primero determine la intensidad del estímulo necesaria para provocar un potencial motor evocado entre 0,5 y un milivoltio. A continuación, aplique un pulso condicionante subumbral, al 70 % del umbral motor, 15 milisegundos antes de un pulso de prueba supraluebral; un pulso condicionante aplicado en este intervalo de tiempo previo al pulso de prueba aumentará o facilitará la amplitud del potencial motor evocado más que un único pulso no condicionado de la misma intensidad.

A continuación, utilice TMS con pares de pulsos para cuantificar la inhibición intracortical de intervalo corto mediante el mismo procedimiento descrito para medir la facilitación intracortical, con la excepción de que el intervalo interestímulo entre los dos pulsos debe reducirse a tres milisegundos. El pulso condicionante aplicado en este período de tiempo antes del pulso de prueba disminuirá o inhibirá la amplitud del potencial motor evocado más que un único pulso no condicionado de la misma intensidad. Para cuantificar la inhibición intracortical de intervalo largo mediante TMS con pares de pulsos, administre dos pulsos de prueba idénticos, supraumbrales, separados por 100 milisegundos.

Aquí, para el músculo FCR, el potencial evocado motor asociado con el segundo pulso será menor o más inhibido que el asociado con el primero. A continuación, para la estimulación del músculo erector de la espina, coloque a los sujetos sentados en una silla giratoria con el muslo a 90 grados respecto al tronco, la pierna inferior a aproximadamente 45 grados respecto al muslo, la columna lumbar en una postura neutra y erguida, y las manos reposando sobre el regazo para el erector espinal. Utilice una disposición de electrodos localizada longitudinalmente sobre el músculo a nivel de las vértebras L3-L5, en piel afeitada y preparada, para localizar cómodamente el sitio de estimulación cortical del músculo erector espinal.

Aquí utilizamos mediciones antropométricas para identificar el vértice del cráneo, hallar la intersección del cráneo en el plano sagital entre el nasión y el Ian y en el plano coronal entre el trauss, y marcar este punto como el vértice para estimular los músculos erectores espinales. Utilizamos una bobina de doble cono, que tiene una mayor profundidad de penetración y, por lo tanto, puede alcanzar la representación de estos músculos más profunda en el homúnculo. Aquí, la bobina se coloca de manera que la corriente fluya en dirección anterior a posterior.

La bobina está modificada personalizada con un sistema de fijación láser para ayudarnos en la reposicionamiento posterior de la bobina de doble cono, con el fin de determinar el umbral motor de los músculos erectores de la espina. No debe utilizarse el método previamente descrito para la extremidad superior, ya que la estimulación de los músculos de la espalda no es bien tolerada. En su lugar, inicie el protocolo de estimulación magnética transcraneal (TMS) aplicando un pulso único inicial al 50 % de la salida máxima del estimulador para determinar si esta intensidad del estímulo está por encima o por debajo del umbral motor.

Para examinar la amplitud del potencial motor evocado de los músculos erectores espinales, aplique un único pulso de estimulación magnética transcraneal al vértice con una intensidad del 40 o 50 % por encima de la intensidad umbral submotora. Estos potenciales motores evocados no pueden normalizarse porque los nervios periféricos que inervan los músculos ES no son accesibles a la estimulación eléctrica. Cabe señalar que al estimular el grupo muscular ES, varios otros grupos musculares también se estimulan visiblemente y de forma marcada de manera simultánea, incluyendo los músculos de la extremidad inferior, que se representan dentro de la misma región general del homúnculo.

Para utilizar la TMS de pulso doble para determinar la facilitación intracortical del grupo muscular erector de la espina, la intensidad del pulso condicionante debe ajustarse al umbral submotor observado, ya sea al 40 % o al 50 % de la salida del estimulador, y la intensidad del pulso de prueba debe establecerse en un 40 % por encima del nivel del umbral submotor, es decir, al 80 % o al 90 % de la salida del estimulador. A continuación, para cuantificar la inhibición intracortical de intervalo corto, utilice el mismo procedimiento descrito para medir la facilitación intracortical, con la excepción de que el intervalo interestímulo entre los dos pulsos debe reducirse a tres milisegundos. Cuando el experimento haya finalizado, ayude a retirar los electrodos y la gorra, y asegúrese de agradecer al sujeto por su participación.

Los trazos de EMG que se observan aquí representan la respuesta del potencial evocado motor a intensidades de estímulo crecientes gradualmente, representadas como un porcentaje de la salida del estimulador o SO. Obsérvese que, con intensidades más bajas, se elicitaron MEPs muy pequeños, pero que al 32 %SO se obtuvo un MEP que alcanzó el umbral motor. El período silencioso se observa cuando un sujeto realiza una contracción ligera y se aplica un estímulo único a la corteza motora.

La primera parte del período silencioso se debe a la inhibición de la médula espinal, y la parte posterior se atribuye a la inhibición cortical, específicamente a los receptores GABA B. Aquí observamos el cambio en el tamaño de los potenciales motoevocados con estimulación magnética transcraneal de doble pulso, en la medición de la inhibición intracortical de intervalo corto o SICI y la facilitación intracortical o ICF. Y aquí vemos un ejemplo de trazas de EMG provenientes de los músculos erectores espinales y la medición de la inhibición intracortical de intervalo corto y la facilitación intracortical.

Finalmente, aquí vemos un ejemplo de medición de la inhibición intracortical de intervalo largo o LICI. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar TMS de pulso único y TMS de pulso doble aplicado al músculo flexor radial del carpo, así como a la musculatura erectora de la espina. Cabe señalar que estas demostraciones en estos grupos musculares son solo ejemplos seleccionados del uso de TMS para estudiar el sistema neuromuscular humano.

No olvide que trabajar con sujetos humanos puede poner en riesgo la salud individual. Es importante asegurarse de que sea seguro que una persona se exponga a un campo magnético intenso, y siempre se debe tener cuidado al realizar este procedimiento.