Evaluación neurofisiológica de pie de los músculos de las extremidades inferiores después del accidente cerebrovascular
Summary
Este protocolo describe el proceso para realizar una evaluación neurofisiológica de los músculos de las extremidades inferiores, tibial anterior y sóleo, en posición de pie utilizando TMS en personas después del accidente cerebrovascular. Esta posición proporciona una mayor probabilidad de provocar una respuesta TMS posterior al accidente cerebrovascular y permite el uso de un poder estimulador reducido durante las evaluaciones neurofisiológicas.
Abstract
La estimulación magnética transcraneal (EMT) es una herramienta común utilizada para medir el comportamiento de los circuitos motores en poblaciones sanas y neurológicamente deterioradas. TMS se utiliza ampliamente para estudiar el control motor y la respuesta a la neurorrehabilitación de las extremidades superiores. Sin embargo, la EMT ha sido menos utilizada en el estudio del control motor postural y específico de la marcha de las extremidades inferiores. El uso limitado y los desafíos metodológicos adicionales de las evaluaciones de EMT de extremidades inferiores han contribuido a la falta de consistencia en los procedimientos de EMT de extremidades inferiores dentro de la literatura. Inspirado por la disminución de la capacidad para registrar los potenciales evocados motores de TMS (MEP) de las extremidades inferiores, este informe metodológico detalla los pasos para permitir las evaluaciones de TMS posteriores al accidente cerebrovascular en una postura de pie. La postura de pie permite la activación del sistema neuromuscular, reflejando un estado más parecido al estado del sistema durante las tareas posturales y de caminar. Usando placas de fuerza de doble parte superior, instruimos a los participantes a distribuir equitativamente su peso entre sus piernas paréticas y no paréticas. Se proporcionó retroalimentación visual de la distribución del peso de los participantes. Utilizando un software de guía de imágenes, entregamos pulsos TMS individuales a través de una bobina de doble cono a los hemisferios lesionados y no lesionados de los participantes y medimos la respuesta corticomotora de los músculos tibial anterior y sóleo paréticos y no paréticos. La realización de evaluaciones en la posición de pie aumentó la tasa de respuesta de TMS y permitió el uso de las intensidades de estimulación más bajas en comparación con la posición estándar de sentado / descanso. La utilización de este protocolo TMS puede proporcionar un enfoque común para evaluar la respuesta corticomotora de las extremidades inferiores después del accidente cerebrovascular cuando la neurorrehabilitación de las deficiencias posturales y de la marcha son de interés.
Introduction
La estimulación magnética transcraneal (EMT) es un instrumento utilizado para medir el comportamiento de los circuitos neuronales. La mayoría de las investigaciones de TMS centradas en el estudio del control / rendimiento motor se han realizado en las extremidades superiores. El desequilibrio entre los estudios de extremidades superiores e inferiores se debe en parte a los desafíos adicionales en la medición de la respuesta corticomotora (CMR) de las extremidades inferiores. Algunos de estos obstáculos metodológicos incluyen las representaciones corticales más pequeñas de los músculos de las extremidades inferiores dentro de la corteza motora y la ubicación más profunda de las representaciones en relación con el cuero cabelludo1. En las poblaciones con lesiones neurológicas, también hay obstáculos adicionales. Por ejemplo, aproximadamente la mitad de los individuos después del accidente cerebrovascular no muestran respuesta a la EMT en reposo en los músculos de las extremidades inferiores2,3. La falta de respuesta posterior al accidente cerebrovascular a la EMT se observa incluso cuando los pacientes mantienen cierto control volitivo de los músculos, lo que indica al menos un tracto corticoespinal parcialmente intacto.
La falta de respuestas medibles de EMT con función motora mantenida contribuye a nuestra menor comprensión del control motor postural y específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y los efectos neurofisiológicos de la neurorrehabilitación. Sin embargo, se han superado algunos de los desafíos de las evaluaciones neurofisiológicas posteriores al accidente cerebrovascular de las extremidades inferiores. Por ejemplo, se puede utilizar una bobina de doble cono para activar de forma fiable las motoneuronas de las extremidades inferiores situadas en lo profundo de la fisura interhemisférica1. La bobina de doble cono produce un campo magnético más grande y más fuerte que penetra más profundamente en el cerebro que la bobina de figura de ocho más comúnmente utilizada4. Otro cambio metodológico que se puede implementar para aumentar la capacidad de respuesta a TMS es medir la CMR durante una ligera contracción voluntaria5. En general, esta contracción se realiza a un nivel predeterminado de par articular voluntario máximo o actividad muscular electromiográfica máxima (EMG). La estimulación nerviosa periférica también se puede utilizar para provocar una respuesta muscular máxima y la EMG registrada de esta respuesta se puede utilizar para establecer la activación voluntaria dirigida del músculo.
Realizar una evaluación de TMS después del accidente cerebrovascular durante la contracción muscular activa es bastante común en las extremidades superiores, donde las tareas isométricas pueden imitar actividades funcionales, por ejemplo, agarrar / sostener objetos. Por el contrario, caminar se logra a través de la activación bilateral de múltiples grupos musculares a través de estructuras corticales, subcorticales y de la médula espinal y requiere activación muscular postural para resistir los efectos de la gravedad. Es probable que este estado de activación no se refleje cuando se miden músculos aislados que producen una contracción isométrica. Varios estudios previos dirigidos a comprender el control motor postural y específico de la caminata han entregado pulsos de EMT mientras los participantes caminaban6,7,8 y estaban de pie9,10,11, 12,13,14,15 . La medición de la CMR en posición vertical permite la activación de los músculos posturales y los componentes subcorticales de las redes de control motor postural y de la marcha. Hasta la fecha, no ha habido ningún informe de realizar evaluaciones de TMS de pie en individuos después de un accidente cerebrovascular.
Este estudio propone una metodología estandarizada, construida sobre el cuerpo existente de literatura de los métodos de EMT de pie6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,para la evaluación de TMS de pie de la CMR después del accidente cerebrovascular. Esta metodología puede ser utilizada por grupos de investigación que estudian, pero no se limitan a, los déficits posturales y el control motor específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y establecer una mayor consistencia de los procedimientos de EMT. El propósito de esta investigación metodológica fue determinar si las evaluaciones de EMT de pie son factibles en individuos después del accidente cerebrovascular con alteraciones moderadas de la marcha. Planteamos la hipótesis de que la realización de evaluaciones en la posición de pie 1) aumentaría la probabilidad de obtener una respuesta medible (potencial evocado motor, MEP) y 2) que el poder / intensidad del estimulador utilizado para realizar evaluaciones de TMS de pie sería menor que el de las evaluaciones sentadas / en reposo que se realizan normalmente. Creemos que la finalización exitosa y el uso generalizado de este protocolo pueden conducir a una mayor comprensión de los aspectos neurofisiológicos del control motor postural y específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y los efectos de la neurorrehabilitación.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo experimental fue bien tolerado por la mayoría de los participantes. Un individuo no pudo completar la evaluación de TMS de pie debido a úlceras de decúbito preexistentes secundarias a complicaciones diabéticas y problemas ortopédicos que involucran dolor de rodilla preexistente. La cantidad de carga/descarga del peso corporal de las piernas fue mínima. Sin embargo, hubo, en promedio, una fuerza descendente ligeramente mayor medida durante la aplicación de los pulsos TMS. Esto probablemente se deba al…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer al Sr. Brian Cence y a la Sra. Alyssa Chestnut por sus contribuciones al reclutamiento de participantes y la recopilación de datos.
El financiamiento para este proyecto fue proporcionado en parte por un Premio de Desarrollo Técnico del Centro Nacional de Neuromodulación para rehabilitación (NM4R) de los NIH (HD086844) y por el Premio de Desarrollo profesional de investigación y desarrollo de rehabilitación de Asuntos de Veteranos 1 (RX003126) y el premio al Mérito (RX002665).
El contenido de este informe no representa las opiniones del Departamento de Asuntos de Veteranos de los Estados Unidos, los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos o el Gobierno de los Estados Unidos.
Materials
| Data Acquisition Software | MathWorks | MatLab | The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal) |
| Double-cone coil | Magstim | D110 | Double-cone coil for TMS pulse delivery |
| Dual force plate | Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) | Dual-top Accusway | Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently. |
| Dual-pulse TMS | Magstim | Bistim 200 | Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications |
| EMG pre-amplifiers | Motion Labs Inc | MA-422 | Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes |
| EMG system | Motion Labs Inc | MA400 | EMG system for data collection |
| Neuronavigation System | Rogue Research | Brainsight | Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software. |
| Recruitment Database | N/A | N/A | Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies. |
| TMS unit (x2) | Magstim | Magstim 200 | Delivers TMS pulses |
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