febrero 10, 2019

Parapléjicos Vuelven a Andar con Implantes Inalámbricos en la Médula – Sin Estimulación Eléctrica





Las lesiones de la médula espinal suelen causar cambios permanentes en la fortaleza, la sensibilidad y otras funciones corporales debajo del sitio de la lesión. Una lesión de la médula espinal corta los nervios que transportan las señales desde el cerebro hasta las extremidades. Los nervios no vuelven a crecer.

Desde hace años, los médicos han estado experimentando con la posibilidad de que ‘puentear’ ese daño gracias a implantes de estimulación eléctrica pueda restaurar esas funciones en las personas.

Tres parapléjicos que sufrieron lesiones de la médula espinal cervical hace muchos años ahora pueden caminar con la ayuda de muletas o un andador gracias a los nuevos protocolos de rehabilitación que combinan la estimulación eléctrica dirigida de la médula espinal lumbar y la terapia asistida por peso.

El estudio STIMO  STImulation Movement Overground  dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) y el Hospital Universitario de Lausana (CHUV) en Suiza es objeto de dos artículos publicados en la edición del 31 de octubre 2018 de las revistas Nature y Nature Neuroscience.

Este estudio STIMO establece un nuevo marco terapéutico para mejorar la recuperación de una lesión de la médula espinal. Todos los pacientes involucrados en el estudio recuperaron el control voluntario de los músculos de las piernas que habían estado paralizados durante muchos años.

Grégoire Courtine, neurocientífico de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, lleva años investigando cómo hacer que personas con la médula espinal dañada vuelvan a andar. Ya ha demostrado previamente sus avances en monos y ratas.

Ahora, en colaboración con la neurocirujana Jocelyne Bloch, del Centro hospitalario Universitario de Vaud, ha logrado que tres hombres parapléjicos puedan caminar con ayuda de muletas o andadores gracias a implantes inalámbricos en la médula, que se pueden activar y desactivar mediante un dispositivo en forma de reloj que obedece a la voz del usuario.

Los electrodos están conectados por un cable al neuroestimulador, colocado en el abdomen bajo la piel. Un reloj con reconocimiento de voz permite al paciente activar su estimulador.

El hecho que después de varios meses de estimulación, estos tres hombres hayan podido retomar el control de sus músculos paralizados, sin activar la estimulación, es una prueba sólida de que el cerebro y la médula espinal restablecieron conexiones naturales.

Estudios estadounidenses previos, publicados en setiembre 2018 en Nature Medicine y en Nature Reviews Neurology, con enfoques más empíricos, como los protocolos de estimulación eléctrica continua, habían demostrado que algunas personas con paraplejía podían caminar con la ayuda de sistemas de soporte y estimulación, pero solo en distancias cortas y siempre que la estimulación estuviera activada. Tan pronto como se desactivaba, los pacientes regresaban a su estado de parálisis.

El equipo de la neurocientífica Kristin Zhao en la Clínica Mayo de Rochester anunció que un hombre de 29 años  que se quedó parapléjico en 2013 tras un accidente en una moto de nieve  fue capaz de caminar 100 metros con ayuda de un andador y la estimulación eléctrica continua de su médula espinal tras más de 25 semanas de sesiones.

El grupo de la neurocirujana Susan Harkema, de la Universidad de Louisville, en esa misma fecha, publicó que dos de sus pacientes parapléjicos habían logrado dar unos pasos tras 15 y 85 semanas de sesiones de rehabilitación y estimulación eléctrica continua.

A diferencia de los hallazgos de estos dos trabajos independientes, sobre un concepto similar, se ha demostrado que la función neurológica persistía más allá de las sesiones de entrenamiento, incluso cuando se desactivaba la estimulación eléctrica. Gracias a sensores en los pies de los pacientes, un programa informático envía pulsos eléctricos que intentan facilitar los movimientos voluntarios residuales imitando las señales eléctricas naturales del cerebro.

Los nuevos protocolos de rehabilitación basados en esta neurotecnología dirigida llevan a mejorar la función neurológica al permitir que los participantes entrenen activamente las capacidades naturales de andar por tierra en el laboratorio durante largos periodos de tiempo, a diferencia del entrenamiento pasivo, como el escalonamiento asistido por exoesqueleto.

Imitar cómo el cerebro activa la médula 

Los hallazgos se basan en una profunda comprensión de los mecanismos subyacentes obtenidos durante años de investigación en modelos animales. Así los científicos pudieron imitar en tiempo real cómo el cerebro activa naturalmente la médula espinal.

El momento exacto y la ubicación de la estimulación eléctrica son claves para que el paciente pueda producir el movimiento deseado. También es esta coincidencia temporal la que desencadena el crecimiento de nuevas conexiones nerviosas.

Para administrar la estimulación eléctrica, el equipo utilizó mapas de activación de las neuronas motoras y modelos para identificar los patrones óptimos en diferentes grupos musculares. La estimulación fue producida por un generador de impulsos controlado en tiempo real mediante comunicación inalámbrica, y cronometrado para coordinarla con el movimiento previsto.

A los pocos días de comenzar el tratamiento, los pacientes empezaron a caminar por una cinta de andar y en el suelo con ayuda de arneses inteligentes mientras recibían estimulación. Fueron capaces de ajustar la elevación de sus pasos y la longitud de la zancada. Con el tiempo, lograron caminar en la cinta durante una hora.

Sesiones de rehabilitación

En posteriores sesiones de rehabilitación, los tres participantes pudieron caminar con las manos libres durante más de un kilómetro con la ayuda de la estimulación dirigida y de los arneses.

Estas sesiones largas y de alta intensidad resultaron cruciales para desencadenar la plasticidad, la capacidad intrínseca del sistema nervioso para reorganizar las fibras nerviosas, que conduce a una mejor función motora. Tras meses de entrenamiento, los pacientes pudieron controlar de manera voluntaria los músculos de las piernas sin necesidad de estimulación eléctrica y dar algunos pasos por si mismos con las manos libres.

"Como un reloj suizo"

Los científicos han logrado un nivel de precisión sin precedentes. La estimulación eléctrica dirigida debe ser tan precisa como un reloj suizo. En este método, se implantan una serie de electrodos sobre la médula espinal que permiten apuntar a grupos musculares individuales en las piernas. Las configuraciones seleccionadas de los electrodos activan regiones específicas de la médula, imitando las señales que el cerebro emitiría para dar la orden de andar.

El desafío para los pacientes era aprender a coordinar la intención de sus cerebros de caminar con la estimulación específica, pero eso no tardó en suceder.

Los tres participantes del estudio pudieron caminar con soporte de peso corporal después de solo una semana de calibración, y el control muscular voluntario mejoró enormemente dentro de los cinco meses de entrenamiento. El sistema nervioso humano respondió al tratamiento aún más profundamente de lo que se esperaba.

Una ‘start-up’ para llevar el tratamiento a hospitales de todo el mundo

La 'startup' GTX medical, co-fundada por Courtine y Bloch, utilizará estos hallazgos para desarrollar neurotecnología a medida con el objetivo de convertir este paradigma de rehabilitación en un tratamiento disponible en hospitales y clínicas de todo el mundo.

Están desarrollando neurotecnología de próxima generación que también se probará muy pronto tras la lesión, cuando el potencial de recuperación sea alto y el sistema neuromuscular aún no haya sufrido la atrofia que sigue a la parálisis crónica. Su objetivo es desarrollar un tratamiento accesible.

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El equipo de la investigación refinó la estimulación para que funcionara junto con el sistema sensorial proprioceptivo del paciente.

La propriocepción es la capacidad de saber la posición exacta de las piernas en todo momento, lo que permite una coordinación precisa de sus movimientos. Cuando uno cierra los ojos, sabe exactamente dónde tiene la pierna, sin tener que verla. Hay una compleja red de información que vuelve a la médula espinal desde la pierna sobre dónde está la pierna en el espacio.

Los investigadores descubrieron que una estimulación nerviosa constante sobrecarga al sistema proprioceptivo de una persona. Si se estimula toda la médula espinal, se activan todos los músculos a la vez y el movimiento de la pierna se bloquea.

Cuando la estimulación se administró en pulsos que funcionaban en conjunto con el sistema proprioceptivo, los pacientes lograron una mejora sorprendente en su capacidad de mover de forma coordinada las piernas que habían estado paralizadas.

Averiguaron cómo administrar esos pulsos de estimulación en la médula espinal al paso adecuado, al ritmo adecuado, que no perturbaría el sistema sensorial proprioceptivo. Unas largas sesiones de entrenamiento de alta intensidad parecen haber activado la capacidad del sistema nervioso de reorganizar las vías nerviosas alrededor de los nervios dañados. Como resultado, los pacientes tienen una mejor función motora incluso cuando la estimulación nerviosa se ha apagado.

La experiencia incluye dos fases:

* En la primera, la estimulación permite una activación de los músculos y aumenta la resistencia en el entrenamiento.

* En una segunda fase, se empieza a ver una recuperación neurológica, es decir, que ciertos movimientos se han vuelto posibles sin estimulación.


Estimulación eléctrica funcional para lesiones de la médula espinal

La estimulación eléctrica funcional puede beneficiar a las personas que tienen una lesión de la médula espinal. Este tratamiento utiliza tecnología informática para enviar señales eléctricas de bajo nivel a músculos específicos de las piernas, los brazos, las manos u otras zonas.

La estimulación eléctrica puede provocar que los músculos se contraigan, y esto fomenta el aumento de la masa muscular o al control muscular. La actividad muscular también puede ayudar a reducir los espasmos musculares.

La estimulación eléctrica funcional puede mejorar lo siguiente:

* La amplitud del movimiento
* El tamaño y la fuerza del músculo
* El uso funcional de las manos, los brazos o las piernas
* La circulación sanguínea y la salud del corazón
El acondicionamiento aeróbico y el estado físico en general
* La capacidad para prevenir la pérdida de densidad ósea.


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