Avaliação Não-invasiva de Alterações na Transmissão Corticomotoneuronal em Humanos
24 de maio de 2017
O objetivo do presente estudo foi avaliar as alterações na transmissão nas sinapses corticomotoneurônicas em humanos após estimulação magnética transcraniana repetitiva. Para isso, é introduzido um método eletrofisiológico que permite a avaliação da transmissão corticoespinal específica da via, ou seja , a diferenciação de vias rápidas e diretas do corticospinal de conexões polisinápticas.
O objetivo geral deste experimento neurofisiológico é avaliar as mudanças na transmissão nas sinapses corticomotoneuronais em humanos após estimulação magnética transcraniana repetitiva. A técnica de condicionamento H-Reflex pode ajudar e questões psiquasiadas no campo da neurociência, tais como, entender melhor os mecanismos básicos e locais de neuroplasticidade. Estávamos especialmente interessados na plasticidade que ocorre entre o trato corticoespinhal e o neurônio motor, a sinapse corticomotoneuronal.
A principal vantagem desta técnica, em comparação com a medição e os potenciais compostos, é que é possível medir a entrada sináptica produzida por conexões corticoespinhais distintas com os neurônios motores espinhais. Existem pelo menos duas vantagens adicionais dos reflexos H condicionados em comparação com os potenciais compostos. Primeiro, é possível detectar influências até mesmo de voleios corticoespinhais fracos e, segundo, é possível avaliar os efeitos de voleios corticoespinhais de latência mais longa.
Antes do experimento, primeiro faça a triagem do sujeito quanto a riscos médicos de EMT, como histórico de crises epilépticas, obtenha consentimento informado e por escrito e informe o sujeito sobre o objetivo do experimento. Prepare a pele para a colocação do eletrodo de superfície sobre o músculo sóleo barbear, desinfetar com propanol e aplicar leve abrasão na pele. Em seguida, coloque eletrodos de superfície para medir as respostas eletrofisiológicas.
Verifique os sinais EMG na tela, enquanto o sujeito realiza a flexão plantar e dorsiflexão. Para o condicionamento do H-Reflex, primeiro use fita adesiva para fixar um ânodo de cinco por cinco centímetros na face anterior do joelho, logo abaixo da patela. Aplique a estimulação com pulsos de onda quadrada com duração de um milissegundo e mova o cátodo na fossa poplítea, até que a posição ideal para a estimulação seja localizada.
Em seguida, coloque um eletrodo autoadesivo na pele e fixe no lugar com fita adesiva. Antes do experimento, primeiro registre uma curva de recrutamento de HM. Calcule os reflexos H e as ondas M como amplitudes EMG pico a pico online no software de gravação.
Ajuste o tamanho do H-Reflex para 20% da onda M máxima. Primeiro, execute o procedimento de calibração para o sistema de neuronavegação. Use uma bobina em forma de oito para estimular a área cortical motora do sujeito, contralateral aos eletrodos colocados.
Para encontrar o ponto de estimulação ideal, primeiro coloque a bobina um centímetro à frente do vértice. Aponte a alça da bobina para trás para evocar um fluxo posterior para anterior de corrente induzida no centro da bobina. Identifique a posição em que os potenciais evocados motores podem ser evocados com intensidade mínima de estimulação.
Neste ponto, coloque a cabeça do sujeito sobre a mesa e use espuma rígida para evitar movimentos. Use um sistema de navegação TMS guiado por imagem para monitorar a bobina e a posição da cabeça durante todo o experimento. Em seguida, fixe a bobina em um suporte e a cabeça do sujeito na cadeira e fixe a bobina com tiras de Velcro na cabeça.
Em seguida, determine a intensidade mínima necessária para evocar potenciais evocados motores com amplitudes EMG pico a pico maiores que 50 micro-volts em seis de 10 tentativas consecutivas. Este é o limiar motor em repouso do sujeito. Coloque também uma bobina magnética de cone duplo na junção cervicomedular para excitar os axônios do trato corticoespinhal.
Posicione a bobina de forma que a primeira derivada da corrente induzida seja direcionada cranialmente e que sua posição central esteja sobre ou perto do ênio. Para começar, primeiro tome cuidado para garantir que o tamanho do H-Reflex de controle permaneça constante durante todo o experimento. Se for detectado um desvio, ajuste a intensidade da estimulação antes da tentativa consecutiva.
Agora, ajuste a intensidade de estimulação da bobina TMS sobre o córtex motor para entre 90% e 100% do limiar motor do sujeito. Defina também a intensidade da estimulação cervicomedular para 100% da saída máxima do estimulador. Comece condicionando o reflexo H com estimulação sobre o córtex motor em repouso.
Aplique TMS e estimulação de nervos periféricos variando o tempo entre os dois estímulos para permitir a avaliação das mudanças na transmissão corticomotoneuronal. Comece com um intervalo interestímulo de cinco milissegundos negativos, o que significa que a estimulação do nervo periférico é ilicitada cinco segundos antes da EMT, depois altere esse intervalo em etapas de milissegundos de cinco milissegundos negativos para um milissegundo. Dependendo do intervalo entre estímulos, o reflexo H pode ser deslocado para frente em relação ao voleio descendente, onde pode ser deslocado para a direita, de modo que as vias corticoespinhais mais lentas possam ser testadas.
Varie o intervalo aleatoriamente de tentativa para tentativa, para eliminar o viés devido à ordem dos estímulos e defina a pausa entre as tentativas de estimulação para quatro segundos. A facilitação precoce deve ocorrer em intervalos de menos quatro a menos dois milissegundos. Em seguida, condicione o reflexo H usando estimulação magnética sobre a junção cervicomedular.
Use intervalos entre estímulos entre menos nove e menos três milissegundos em passos de um milissegundo. Aplique esses intervalos TMS em ambos os locais juntos em cada tentativa e registre o reflexo H de controle resultante e os potenciais evocados motores. Use o reflexo H de controle como referência para os reflexos H condicionados e o potencial evocado motor de controle para garantir condições de estimulação comparáveis.
Assim que a pré-medição for concluída, defina a intensidade da estimulação para 1.2 vezes o limiar motor do sujeito e aplique a intervenção lenta e repetitiva de TMS. Estimule sobre o córtex motor primário a um hertz por 20 minutos para induzir a supressão duradoura da excitabilidade corticoespinhal. Uma curva de condicionamento H-Reflex após o condicionamento M1 é exibida aqui, enquanto a curva de condicionamento H-Reflex após o condicionamento CMS é mostrada aqui.
A facilitação precoce com EMT sobre o córtex motor primário ocorre em torno de intervalos interestímulos de três milissegundos negativos. Observe que a facilitação precoce após o condicionamento do CMS está ocorrendo aproximadamente três a quatro milissegundos antes em um intervalo entre estímulos de cerca de sete milissegundos negativos. Aqui, são exibidas as médias de 10 traços para um sujeito representativo antes e depois da intervenção da EMTr.
Pode-se observar que os reflexos H condicionados, representando a facilitação precoce, são reduzidos após o condicionamento M1 e CMS. Considerando que, os reflexos H de controle permanecem inalterados. E aqui, a média de dois sujeitos é exibida mostrando a mesma redução de padrão em M1 e CMS condicionados a H-Reflexos sem qualquer alteração no controle H-Reflex.
Uma vez dominado, este protocolo pode ser feito em cerca de 90 a 120 minutos. Ao realizar este procedimento, é importante manter o tamanho do H-Reflex constante. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como aplicar estímulos condicionantes sobre o córtex motor primário e a junção cervicomedular.
Isso é usado para detectar a facilitação precoce, que representa a entrada sináptica para os neurônios motores espinhais mediada pelas conexões corticoespinhais mais rápidas.
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Visão Geral
Este estudo investiga alterações na transmissão em sinapses corticomotoneuronais em humanos após estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS). Um método eletrofisiológico é introduzido para diferenciar entre vias corticospinais rápidas e diretas e conexões polissinápticas.
Componentes Principais do Estudo
Área de Ciência
- Neurociência
- Eletrfisiologia
- Neuroplasticidade
Contexto
- As sinapses corticomotoneuronais desempenham um papel crucial no controle motor.
- A estimulação magnética transcraniana repetitiva é utilizada para estudar a neuroplasticidade.
- A técnica de condicionamento do reflexo H fornece informações sobre a transmissão sináptica.
- Compreender esses mecanismos pode aprimorar o conhecimento sobre a função dos neurônios motores.
Objetivo do Estudo
- Avaliar alterações na transmissão sináptica após estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS).
- Diferenciar entre vias corticoespinais diretas e indiretas.
- Explorar a plasticidade na sinapse corticomotoneuronal.
Métodos Utilizados
- Avaliação eletrofisiológica da transmissão corticoespinal.
- Técnica de condicionamento do reflexo H para avaliar a entrada sináptica.
- Comparação de vias rápidas e diretas com conexões polissinápticas.
- Análise das influências provenientes de ondas corticoespinais.
Resultados Principais
- Identificação de conexões corticoespinais distintas com neurônios motores espinais.
- Detecção de descargas corticoespinais fracas.
- Avaliação de descargas corticoespinais de latência mais longa.
- Compreensão dos mecanismos de neuroplasticidade na sinapse.
Conclusões
- O estudo aprimora a compreensão da transmissão sináptica corticomotoneuronal.
- Os achados contribuem para o conhecimento dos mecanismos de neuroplasticidade.
- Métodos eletrofisiológicos podem diferenciar eficazmente as vias sinápticas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O entendimento da transmissão sináptica no nível corticomotoneuronal fornece uma compreensão mecanicista dos mecanismos de neuroplasticidade relevantes para a validação de alvos na descoberta de fármacos para o sistema nervoso central. A técnica de condicionamento do reflexo H permite a diferenciação das vias corticospinais rápidas e polissinápticas, auxiliando na redução de riscos de hipóteses terapêuticas que envolvem a modulação de circuitos motores. Esta abordagem oferece uma ponte translacional entre modelos pré-clínicos e a fisiologia humana, aumentando a confiança preditiva no engajamento de alvos e na modulação de vias.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas mediante a avaliação da entrada sináptica proveniente de conexões corticoespinais distintas aos neurônios motores espinais.
- Valor Operacional: Detecta influências de estímulos corticoespinais fracos e avalia vias de latência mais longa, aumentando a sensibilidade a efeitos neurofarmacológicos sutis.
- Valor Traducional: Diferencia efeitos corticais de efeitos espinais utilizando estimulação em dois locais (córtex motor e junção cervicomedular), apoiando a desmistificação mecanicista de alvos do SNC.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Prontidão do ensaio: Fornece leituras quantitativas e eletrofisiológicas (curvas de condicionamento do reflexo H) que são estáveis e reprodutíveis entre ensaios quando o tamanho basal do reflexo H é mantido.
- Aplicação no triagem: Permite a avaliação confiável de alterações na transmissão corticoespinal após intervenções como estimulação magnética transcraniana repetitiva, treinamento comportamental ou modulação farmacológica.
- Utilidade da plataforma: Possibilita a avaliação de mecanismos de plasticidade neural em sistemas relevantes para doenças, incluindo modelos de disfunção motora, envelhecimento ou neuroreabilitação.
Pesquisa Translacional e Pré-Clinica
- Relevância para Doenças: Aplicável ao estudo de alterações na transmissão corticoespinal em patologias, envelhecimento ou após intervenções terapêuticas, apoiando a validação de alvos alinhada a biomarcadores.
- Continuidade Pré-clínica: Conecta a eletrofisiologia invasiva em animais com avaliação humana não invasiva, melhorando a previsibilidade translacional de compostos ativos no SNC.
- Avanço Ajustado ao Risco: Apoia decisões de avançar/não avançar ao quantificar alterações na transmissão sináptica na sinapse corticomotoneuronal, um local-chave para a modulação do circuito motor.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere no continuum de descoberta, desde a validação do alvo até a validação pré-clínica, especialmente para programas do SNC focados no controle motor, mecanismos de neuroplasticidade ou neuroreparação.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses por meio da medição da entrada sináptica proveniente de vias corticoespinais monossinápticas e polissinápticas, esclarecendo o mecanismo de ação de alvos neuromoduladores.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas prontas para ensaio (amplitudes condicionadas do reflexo H) que permitem a comparação dos efeitos de intervenções entre diferentes pontos temporais ou grupos de tratamento.
- Análises: Gera medidas eletrofisiológicas (curvas de condicionamento do reflexo H, amplitudes pico-a-pico) que possibilitam a comparação estatística da transmissão sináptica sob diferentes condições de estimulação.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se ao trabalho pré-clínico ao avaliar a transmissão na sinapse corticomotoneuronal, um sítio conservado de regulação dos motoneurônios relevante entre espécies.
- Reutilização Corporativa: Representa uma capacidade eletrofisiológica padronizada e não invasiva, aplicável a múltiplos projetos de descoberta no sistema nervoso central que envolvam modulação das vias motoras.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Fornece confiança preditiva na validação de alvos ao isolar alterações na transmissão sináptica na sinapse corticomotoneuronal, reduzindo a ambiguidade mecanicista na modulação do circuito motor.
- Valor Operacional: Garante padronização e reprodutibilidade por meio do controle fixo do tamanho do reflexo H e do protocolo de estimulação em dois locais, permitindo comparabilidade entre estudos.
- Valor Estratégico: Melhora a eficiência do capital ao permitir a detecção precoce do engajamento do alvo em circuitos neurais relevantes para humanos, reduzindo o risco de falha em estágios avançados do desenvolvimento do SNC.
- Impacto no Portfólio: Orienta a priorização ajustada ao risco ao quantificar os efeitos de neuroplasticidade em sítios sinápticos definidos, apoiando decisões de avanço baseadas em biomarcadores.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neurofisiologia, triagem de segurança para estimulação magnética transcraniana (TMS) e aquisição e análise de sinais eletromiográficos.
- Depende de instrumentação especializada, incluindo sistemas de TMS com navegação, estimuladores de nervos periféricos e configurações de gravação de EMG de alta fidelidade.
- Necessita padronização entre equipes de neurologia, eletrofisiologia e farmacologia para execução consistente do protocolo e interpretação dos dados.
- Envolve considerações de adaptação ao ser aplicado a diferentes grupos musculares ou populações de pacientes com excitabilidade corticoespinal basal alterada.
- As limitações práticas incluem a necessidade de controle estável do reflexo H de linha de base e a sensibilidade ao estado do sujeito (por exemplo, atenção, fadiga), o que pode afetar a reprodutibilidade.
