Neuromodulacja (medycyna) - Neuromodulation (medicine)

Ten artykuł dotyczy terapii. Aby zapoznać się z procesem fizjologicznym, zobacz Neuromodulacja .
Neuromodulacja

Neuromodulacja to „zmiana aktywności nerwów poprzez ukierunkowane dostarczanie bodźca, takiego jak stymulacja elektryczna lub środki chemiczne, do określonych miejsc neurologicznych w ciele”. Jest wykonywany w celu normalizacji – lub modulacji – funkcji tkanki nerwowej . Neuromodulacja to rozwijająca się terapia, która może obejmować szereg bodźców elektromagnetycznych, takich jak pole magnetyczne ( rTMS ), prąd elektryczny lub lek wprowadzony bezpośrednio do przestrzeni podtwardówkowej (dooponowe dostarczanie leku). Nowe zastosowania obejmują ukierunkowane wprowadzanie genów lub regulatorów genów i światła ( optogenetyka ), a do 2014 r. zostały one co najmniej zademonstrowane na modelach ssaków lub uzyskano pierwsze dane dotyczące ludzi. Najbardziej kliniczne doświadczenie dotyczyło stymulacji elektrycznej.

Neuromodulacja, czy to elektryczna, czy magnetyczna, wykorzystuje naturalną odpowiedź biologiczną organizmu poprzez stymulację aktywności komórek nerwowych, która może wpływać na populacje nerwów poprzez uwalnianie przekaźników, takich jak dopamina lub innych przekaźników chemicznych, takich jak peptyd Substancja P , który może modulować pobudliwość i odpalanie wzorce obwodów neuronowych. Mogą również występować bardziej bezpośrednie efekty elektrofizjologiczne na błonach nerwowych jako mechanizm działania interakcji elektrycznej z elementami nerwowymi. Efektem końcowym jest „normalizacja” funkcji sieci neuronowej z jej stanu zaburzonego. Domniemywa mechanizmy działania dla neurostymulacja to depolaryzację blokady stochastyczny normalizację neuronowych odpalania , aksonów blokadę , zmniejszenie nerwowej wypalania rogowacenia oraz tłumienie drgań sieci neuronowych. Chociaż dokładne mechanizmy neurostymulacji nie są znane, empiryczna skuteczność doprowadziła do znacznego zastosowania klinicznego.

Istniejące i powstające terapie neuromodulacyjne obejmują również zastosowanie w padaczce lekoopornej , przewlekłych stanach bólowych głowy i terapii funkcjonalnej, począwszy od kontroli pęcherza i jelit lub oddychania, po poprawę deficytów czuciowych, takich jak słuch ( implanty ślimakowe i implanty słuchowego pnia mózgu ) i wzrok ( implanty siatkówki ). Udoskonalenia techniczne obejmują trend w kierunku minimalnie inwazyjnych (lub nieinwazyjnych) systemów; jak również mniejsze, bardziej zaawansowane urządzenia, które mogą mieć automatyczną kontrolę sprzężenia zwrotnego i warunkową zgodność z obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego.

Terapia neuromodulacyjna była badana w przypadku innych przewlekłych stanów, takich jak choroba Alzheimera , depresja , przewlekły ból i jako leczenie wspomagające w powrocie do zdrowia po udarze .

Inwazyjne metody neuromodulacji elektrycznej

Stymulacja elektryczna za pomocą urządzeń wszczepialnych weszła do nowoczesnego użytku w latach 80. XX wieku, a jej techniki i zastosowania wciąż się rozwijały i rozszerzały. Są to metody, w których wymagana jest operacja w celu ustawienia elektrody. Stymulator z baterią, podobnie jak rozrusznik serca, może być również wszczepiony lub może pozostać poza ciałem.

Ogólnie rzecz biorąc, systemy neuromodulacji dostarczają prądy elektryczne i zazwyczaj składają się z następujących elementów: elektrody nadtwardówkowej, podtwardówkowej lub miąższowej umieszczanej za pomocą minimalnie inwazyjnych technik igłowych (tak zwanych elektrod przezskórnych) lub otwartej ekspozycji chirurgicznej na cel (łopatka chirurgiczna) lub elektrody siatkowe) lub implanty stereotaktyczne dla ośrodkowego układu nerwowego oraz wszczepiony generator impulsów (IPG). W zależności od odległości od punktu dostępu do elektrody do systemu można również dodać przedłużacz. IPG może mieć baterię jednorazową wymagającą wymiany co 2–5 lat (w zależności od parametrów stymulacji) lub baterię wielokrotnego ładowania, która jest uzupełniana przez zewnętrzny system ładowania indukcyjnego.

Chociaż większość systemów działa poprzez dostarczanie ciągłego ciągu stymulacji, obecnie pojawia się tak zwana stymulacja „feed-forward”, w której aktywacja urządzenia jest uzależniona od zdarzenia fizjologicznego, takiego jak napad padaczkowy. W takiej sytuacji urządzenie jest aktywowane i dostarcza impuls desynchronizujący do obszaru korowego, który jest poddawany napadowi padaczkowemu. Ta koncepcja stymulacji ze sprzężeniem do przodu prawdopodobnie stanie się bardziej rozpowszechniona, gdy zostaną odkryte i zweryfikowane fizjologiczne markery chorób docelowych i zaburzeń nerwowych. Stymulacja na żądanie może przyczynić się do wydłużenia żywotności baterii, jeśli wymagania systemu w zakresie wykrywania i przetwarzania sygnału są wystarczająco energooszczędne. Nowe konstrukcje elektrod mogą zapewnić bardziej wydajną i precyzyjną stymulację, wymagając mniej prądu i minimalizując niepożądaną stymulację boczną. Ponadto, aby sprostać wyzwaniu, jakim jest zapobieganie migracji elektrody w obszarach ciała, które podlegają ruchowi, takiemu jak obracanie i zginanie, naukowcy badają rozwój małych systemów stymulacji, które są ładowane bezprzewodowo, a nie przez elektrodę elektryczną.

Stymulacja rdzenia kręgowego

Główny artykuł: Stymulacja rdzenia kręgowego

Stymulacja rdzenia kręgowego jest formą inwazyjnej terapii neuromodulacyjnej, która jest powszechnie stosowana od lat 80. XX wieku. Jego głównym zastosowaniem jest odwracalna, niefarmakologiczna terapia do leczenia przewlekłego bólu, która dostarcza łagodne impulsy elektryczne do rdzenia kręgowego . Pacjentom, u których podczas tymczasowego badania odczuwa się zmniejszenie bólu o 50% lub więcej, można zaproponować implant stały, w którym, podobnie jak w przypadku rozrusznika serca , pod skórą na tułowiu umieszczany jest wszczepialny generator impulsów wielkości stopera. Dostarcza łagodne impulsy wzdłuż cienkich przewodów elektrycznych prowadzących do małych styków elektrycznych, mniej więcej wielkości ziarna ryżu, w obszarze kręgosłupa, który ma być stymulowany.

Stymulacja zwykle mieści się w zakresie 20–200 Hz, chociaż obecnie pojawia się nowa klasa parametrów stymulacji, która wykorzystuje ciąg stymulacji 10 kHz oraz „stymulację impulsową” 500 Hz. Pociągi stymulacji Kilohertza zastosowano zarówno do właściwego rdzenia kręgowego, jak i do zwoju korzenia grzbietowego u ludzi. Wykazano, że wszystkie formy stymulacji rdzenia kręgowego mają różny stopień skuteczności w leczeniu różnych farmakologicznie opornych zespołów bólu neuropatycznego lub mieszanego (neuropatycznego i nocyceptywnego), takich jak zespół po laminektomii, ból krzyża, złożony zespół bólu regionalnego, neuropatia obwodowa, choroba naczyń obwodowych i dusznica bolesna.

Ogólny proces stymulacji rdzenia kręgowego polega na tymczasowym przeciągnięciu odpowiednich pacjentów z zewnętrznym generatorem impulsów podłączonym do elektrod nadtwardówkowych umieszczonych w dolnej części rdzenia kręgowego w odcinku piersiowym. Elektrody są umieszczane za pomocą minimalnie inwazyjnej techniki igłowej (tzw. elektrody przezskórne) lub otwartej ekspozycji chirurgicznej (elektrody „łopatkowe” chirurgiczne).

Wybór pacjentów jest kluczowy, a kandydaci powinni przejść rygorystyczne testy psychologiczne, a także badania lekarskie, aby upewnić się, że ich zespół bólowy jest naprawdę odporny na leki. Po powrocie do zdrowia po zabiegu implantacji pacjent powróci, aby włączyć i zaprogramować system. W zależności od systemu, program może wywoływać uczucie mrowienia, które obejmuje większość bolesnego obszaru, zastępując niektóre bolesne odczucia bardziej delikatnym uczuciem masowania, chociaż inne nowsze systemy nie wywołują uczucia mrowienia. Pacjent jest wysyłany do domu z ręcznym pilotem, aby wyłączyć lub włączyć system lub przełączać się między wstępnie ustawionymi parametrami stymulacji, i może śledzić, aby dostosować parametry.

Głęboka stymulacja mózgu

Główny artykuł: Głęboka stymulacja mózgu

Innym inwazyjnym leczeniem neuromodulacyjnym opracowanym w latach 80. jest głęboka stymulacja mózgu , która może być stosowana w celu ograniczenia objawów zaburzeń ruchowych w chorobie Parkinsona , dystonii lub drżeniu samoistnym . Głęboka stymulacja mózgu została zatwierdzona przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków w 1997 r. na drżenie samoistne, w 2002 r. na chorobę Parkinsona, aw 2003 r. otrzymała od FDA zwolnienie urządzenia humanitarnego z tytułu motorycznych objawów dystonii. Został zatwierdzony w 2010 roku w Europie do leczenia niektórych rodzajów ciężkiej padaczki. DBS okazał się również obiecujący, chociaż wciąż w badaniach, w odniesieniu do medycznie nieuleczalnych psychiatrycznych zespołów depresji, zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych, nieuleczalnej wściekłości, demencji i chorobliwej otyłości. Wykazał również obiecujący zespół Tourette'a, kręcz szyi i późną dyskinezę. Terapia DBS, w przeciwieństwie do stymulacji rdzenia kręgowego, ma wiele celów dla centralnego układu nerwowego, w zależności od docelowej patologii. W przypadku choroby Parkinsona cele na centralny układ nerwowy obejmują jądro podwzgórzowe, gałkę bladą wewnętrzną i jądro środkowe wzgórza. Dystonie często leczy się implantami wycelowanymi w gałkę bladą wewnętrzną lub rzadziej w części brzusznej grupy wzgórza. Przedni wzgórze jest celem padaczki.

Cele badań DBS obejmują między innymi następujące obszary: Cg25 w przypadku depresji, przednia kończyna torebki wewnętrznej w przypadku depresji, a także zaburzenia obsesyjno-kompulsywne (OCD), centromedia/parafasicularis, centromedialne jądra wzgórza i jądro podwzgórzowe w przypadku OCD , anoreksja i zespół Tourette'a, jądro półleżące i prążkowie brzuszne zostały również zbadane pod kątem depresji i bólu.

Inne inwazyjne metody elektryczne

Nieinwazyjne metody elektryczne

Metody te wykorzystują zewnętrzne elektrody do doprowadzania prądu do ciała w celu zmiany funkcjonowania układu nerwowego.

Metody obejmują:

Nieinwazyjne metody magnetyczne

Magnetyczne metody neuromodulacji są zwykle nieinwazyjne: nie jest wymagana żadna operacja, aby pole magnetyczne dostało się do organizmu, ponieważ przepuszczalność magnetyczna tkanki jest podobna do przepuszczalności powietrza. Innymi słowy: pola magnetyczne bardzo łatwo wnikają w ciało.

Dwie główne techniki są ściśle powiązane, ponieważ obie wykorzystują zmiany natężenia pola magnetycznego do indukowania pól elektrycznych i prądów jonowych w ciele. Istnieją jednak różnice w podejściu i sprzęcie. W rTMS stymulacja ma dużą amplitudę (0,5–3 tesli ), niską złożoność i swoistość anatomiczną uzyskuje się dzięki silnie ogniskowemu polu magnetycznemu. W tPEMF stymulacja ma niską amplitudę (0,01–500 militesla), wysoką złożoność i specyficzność anatomiczną uzyskuje się dzięki zawartości określonej częstotliwości sygnału.

Inwazyjne metody chemiczne

Neuromodulacja chemiczna jest zawsze inwazyjna, ponieważ lek dostarczany jest w ściśle określone miejsce ciała. Wariantem nieinwazyjnym jest tradycyjna farmakoterapia , np. połknięcie tabletki.

  • Dooponowe układy dostarczania leków (ITD, które mogą dostarczyć mikro dawki środka przeciwbólowego (na przykład zykonotydem ) lub lek przeciw skurcz (takie jak baklofen ) bezpośrednio do miejsca jego działania)

Historia

Elektryczna stymulacja układu nerwowego ma długą i złożoną historię. Wcześniejsi praktykujący głęboką stymulację mózgu w drugiej połowie XX wieku (Delgado, Heath, Hosbuchi. Patrz Hariz et al. dla przeglądu historycznego) byli ograniczeni dostępną technologią. Heath w latach pięćdziesiątych stymulował obszary podkorowe i dokonywał szczegółowych obserwacji zmian behawioralnych. Nowe rozumienie percepcji bólu zostało wprowadzone w 1965 roku wraz z Teorią Bramy Muru i Melzacka. Chociaż obecnie uważa się ją za zbyt uproszczoną, teoria głosiła, że ​​transmisje bólu z małych włókien nerwowych można przezwyciężyć lub bramę „zamknąć” poprzez konkurujące transmisje wzdłuż szerszych włókien nerwowych dotyku. Opierając się na tej koncepcji, w 1967 roku dr Norm Shealy z Western Reserve Medical School zademonstrował pierwszy stymulator kolumny grzbietowej do kontroli bólu, wykorzystując projekt zaadaptowany przez Toma Mortimera, absolwenta Case Institute of Technology, dotyczący stymulatorów nerwów sercowych przez Medtronic, Inc., gdzie miał profesjonalnego znajomego, który udostępnił schemat obwodu. W 1973 roku Hosbuchi doniósł o złagodzeniu odnerwiającego bólu twarzy wywołanego znieczuleniem dolorosa poprzez ciągłą stymulację elektryczną wzgórza somatosensorycznego, co oznacza początek wieku głębokiej stymulacji mózgu.

Pomimo ograniczonego doświadczenia klinicznego w tych dziesięcioleciach, ta epoka jest niezwykła, jeśli chodzi o zademonstrowanie roli technologii w neuromodulacji i istnieją doniesienia o przypadkach głębokiej stymulacji mózgu dla różnych problemów; rzeczywiste lub postrzegane. Delgado zasugerował moc neuromodulacji za pomocą swoich implantów w okolicy przegrody bydlęcej i zdolności stymulacji elektrycznej do tępienia lub zmiany zachowania. Dalsze próby tej „modyfikacji behawioralnej” u ludzi były trudne i rzadko wiarygodne, i przyczyniły się do ogólnego braku postępu w neuromodulacji ośrodkowego układu nerwowego z tamtej epoki. Próby nieuleczalnych zespołów bólowych spotkały się z większym sukcesem, ale ponownie były utrudnione przez jakość technologii. W szczególności tak zwana elektroda „zerowa” DBS (składająca się z pętli kontaktowej na swoim końcu) miała niedopuszczalny wskaźnik awaryjności, a rewizje były obarczone większym ryzykiem niż korzyściami. Ogólnie rzecz biorąc, próby wykorzystania stymulacji elektrycznej do „modyfikacji behawioralnej” były trudne i rzadko wiarygodne, spowalniając rozwój DBS. Próby radzenia sobie z nieuleczalnymi zespołami bólowymi za pomocą DBS spotkały się z większym sukcesem, ale ponownie były utrudnione przez jakość technologii. Wielu lekarzy, którzy mieli nadzieję rozwiązać dotychczas nierozwiązywalne problemy, szukało opracowania bardziej specjalistycznego sprzętu; na przykład w latach sześćdziesiątych kolega Walla, Bill Sweet, zatrudnił inżyniera Rogera Avery'ego do stworzenia wszczepialnego stymulatora nerwów obwodowych. Avery założył firmę Avery, która wyprodukowała wiele wszczepialnych stymulatorów. Krótko przed przejściem na emeryturę w 1983 r. przedstawił dane, o które poprosiła FDA, która zaczęła regulować urządzenia medyczne po spotkaniu w 1977 r. na ten temat, dotyczące DBS w przewlekłym bólu. Medtronic i Neuromed w tamtym czasie produkowali również głębokie stymulatory mózgu, ale podobno uważali, że złożone badanie kliniczne dotyczące bezpieczeństwa i skuteczności u pacjentów, które były trudne do oceny, byłoby zbyt kosztowne w stosunku do wielkości potencjalnej bazy pacjentów, więc nie przedstawili danych klinicznych dotyczących DBS w przypadku bólu przewlekłego do FDA, a wskazanie to zostało odrzucone.

Jednak w tym czasie we Francji i gdzie indziej DBS był badany jako substytut uszkodzenia jąder mózgowych w celu kontrolowania objawów motorycznych zaburzeń ruchowych, takich jak choroba Parkinsona, a do połowy lat 90. ta odwracalna, nieniszcząca terapia stymulacyjna stała się podstawowe zastosowanie DBS u odpowiednich pacjentów w celu spowolnienia postępu upośledzenia ruchowego spowodowanego chorobą i zmniejszenia skutków ubocznych długotrwałego, nasilającego się stosowania leków.

Równolegle z opracowywaniem systemów neuromodulacji do zwalczania upośledzenia ruchowego, implanty ślimakowe były pierwszym systemem neuromodulacji, który osiągnął szeroką skalę komercyjną w celu rozwiązania deficytu funkcjonalnego; zapewniają percepcję dźwięku użytkownikom z wadą słuchu z powodu braku lub uszkodzenia komórek czuciowych (rzęsek) w uchu wewnętrznym. Podejście do stymulacji elektrycznej stosowanej w implantach ślimakowych zostało wkrótce zmodyfikowane przez jednego z producentów, firmę Boston Scientific Corporation, w celu projektowania przewodów elektrycznych do stosowania w leczeniu przewlekłych stanów bólowych stymulacją rdzenia kręgowego.

Związek z elektroceutykami

W 2012 roku globalna firma farmaceutyczna GlaxoSmithKline ogłosiła inicjatywę w medycynie bioelektrycznej, w której wpływ autonomicznego układu nerwowego na układ odpornościowy i choroby zapalne można leczyć za pomocą stymulacji elektrycznej, a nie środków farmaceutycznych. Pierwsza inwestycja firmy w 2013 r. dotyczyła małej firmy startowej SetPoint Medical, która opracowywała neurostymulatory do leczenia zapalnych zaburzeń autoimmunologicznych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów.

Ostatecznie, misja elektroceutyków ma na celu znalezienie elektro-neurowej sygnatury choroby i na poziomie komórkowym, w czasie rzeczywistym, odtworzenie bardziej normalnej elektro-podpisu, aby pomóc utrzymać sygnaturę neuronalną w normalnym stanie. W przeciwieństwie do poprzednich metod terapii neuromodulacyjnej, podejście to nie obejmuje przewodów elektrycznych stymulujących duże nerwy, rdzeń kręgowy lub ośrodki mózgowe. Może obejmować metody, które pojawiają się w ramach rodziny terapii neuromodulacyjnych, takich jak optogenetyka lub jakaś nowa nanotechnologia. Stany i stany chorobowe, które zostały omówione jako cele przyszłej terapii elektroceutycznej, obejmują cukrzycę, niepłodność, otyłość, reumatoidalne zapalenie stawów i zaburzenia autoimmunologiczne.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki