Estudio neurofisiológico de la función motora de las extremidades superiores: una aproximación traslacional para la evaluación de terapias neuromoduladoras en personas con lesión medular

Abstract

La pèrdua funcional produïda després d’una lesió medul·lar disminueix en major o menor grau l’autonomia dels pacients per desenvolupar tasques de la vida diària. La recerca i desenvolupament de teràpies restauradores de la funció nerviosa estan dirigides a la reconectivitat i reparació de la funció cortico- medul·lar que permetin al pacient recuperar el control de la mobilitat i de la sensibilitat. En els últims anys s’han presentat avenços en noves estratègies neuromoduladores que han permès en gran mesura la recuperació de la funció locomotora en pacients paraplègics. No obstant això, la implementació i eficàcia d’aquestes tecnologies en les extremitats superiors encara no està garantida i està començant a ser estudiada. La present tesi està organitzada en dos blocs; En primer lloc, es presenten els resultats de dos estudis en què s’ha avaluat els efectes funcionals i neurofisiològics després de l’estimulació transcutània de la medul·la espinal cervical en subjectes sans. Els resultats constaten la neuromodulació de la circuiteria cortico-medul·lar després de l’aplicació de l’estimulació, i la necessitat de definir els paràmetres d’estimulació i de la concomitant activitat física de les extremitats superiors per optimitzar els efectes neuromoduladors. En segon lloc, s’ha realitzat un estudi neurofisiològic en rosegadors sans per avaluar el reclutament dels músculs de les extremitats davanteres durant la realització d’abast i agafada d’objectes. Per això s’han desenvolupat eines per a l’anàlisi i processament de l’activitat elèctrica muscular. Els resultats evidencien una seqüenciació temporal i un alt grau de correlació de l’activitat muscular entre animals, el que suggereix la presència de circuits medul·lars responsables del control d’aquests moviments. La seva caracterització augmenta el coneixement de la fisiologia d’aquests circuits per desenvolupar en el futur protocols neuromoduladors que permetin la restitució funcional dels braços i mans en persones amb lesió de la medul·la espinal cervical.

La pérdida funcional producida tras una lesión medular disminuye en mayor o menor grado la autonomía de los pacientes para desarrollar tareas de la vida diaria. La búsqueda y desarrollo de terapias restauradoras de la función nerviosa están dirigidas a la reconectividad y reparación de la función cortico-medular que permitan al paciente recuperar el control de la movilidad y de la sensibilidad. En los últimos años se han presentado avances en nuevas estrategias neuromoduladoras que han permitido en gran medida la recuperación de la función locomotora en pacientes parapléjicos. No obstante, la implementación y eficacia de estas tecnologías en las extremidades superiores aún no está garantizada y está comenzando a ser estudiada. La presente tesis está organizada en dos bloques. En primer lugar, se presentan los resultados de dos estudios en los que se ha evaluado los efectos funcionales y neurofisiológicos tras la estimulación transcutánea de la médula espinal cervical en sujetos sanos. Los resultados constatan la neuromodulación de la circuitería cortico-medular tras la aplicación de la estimulación, y la necesidad de definir los parámetros de estimulación y de la concomitante actividad física de las extremidades superiores para optimizar los efectos neuromoduladores. En segundo lugar, se ha realizado un estudio neurofisiológico en roedores sanos para evaluar el reclutamiento de los músculos de las extremidades delanteras durante la realización de alcance y agarre de objetos. Para ello se han desarrollado herramientas para el análisis y procesado de la actividad eléctrica muscular. Los resultados evidencian una secuenciación temporal y un alto grado de correlación de la actividad muscular entre animales, lo que sugiere la presencia de circuitos medulares responsables del control de estos movimientos. Su caracterización aumenta el conocimiento de la fisiología de estos circuitos para desarrollar en el futuro protocolos neuromoduladores que permitan la restitución funcional de los brazos y manos en personas con lesión de la médula espinal cervical.

The functional loss produced after a spinal cord injury decreases to a greater or lesser degree the autonomy of patients to carry out tasks of daily living. The search and development of restorative therapies for nerve function are aimed at the reconnectivity and repair of the cortico-medullary function that allow the patient to regain control of mobility and sensitivity. In recent years, advances have been made in new neuromodulatory strategies that have largely allowed the recovery of locomotor function in paraplegic patients. However, the implementation and efficacy of these technologies in the upper extremities is not yet guaranteed and is beginning to be studied. This thesis is organized in two blocks; First, the results of two studies are presented in which the functional and neurophysiological effects have been evaluated after transcutaneous stimulation of the cervical spinal cord in healthy subjects. The results confirm the neuromodulation of the cortico-medullary circuitry after the application of stimulation, and the need to define the stimulation parameters and the concomitant physical activity of the upper extremities to optimize the neuromodulatory effects. Second, a neurophysiological study has been carried out in healthy rodents to assess the recruitment of the muscles of the forelimbs during reaching and grasping objects. For this, it has been developed for the analysis and processing of muscular electrical activity. The results show a temporal sequencing and a high degree of correlation of muscle activity between animals, which suggests the presence of spinal circuits responsible for the control of these movements. Their characterization increases the knowledge of the physiology of these circuits in order to develop neuromodulatory protocols in the future that allow the functional restoration of the arms and hands in people with cervical spinal cord injury .