Mensuração do Período de Silêncio Contralateral Induzido por Estimulação Magnética Transcraniana de Pulso Único para Investigação da Inibição Corticoespinhal M1

Resumo

A avaliação do período de silêncio contralateral (PSC) é um biomarcador promissor para indexar a excitabilidade cortical e a resposta ao tratamento. Demonstramos um protocolo de avaliação da CPc destinado ao estudo da inibição corticoespinhal M1 de membros superiores e inferiores.

Resumo

O período de silêncio contralateral (CPc) é um período de supressão da atividade elétrica muscular de fundo captada pela eletromiografia (EMG) após um potencial evocado motor (PEmáx). Para obtê-lo, uma PEmáx é eliciada por um pulso de estimulação magnética transcraniana (EMT) supralimiar entregue ao córtex motor primário (M1) do músculo alvo selecionado, enquanto o participante fornece uma contração voluntária padronizada do músculo alvo. A CPc é resultado de mecanismos inibitórios que ocorrem após a PEmáx; Ele fornece uma avaliação temporal ampla da inibição espinhal em seus ~50 ms iniciais, e inibição cortical depois. Os pesquisadores tentaram compreender melhor o mecanismo neurobiológico por trás do cSP para validá-lo como um potencial diagnóstico, substituto, e biomarker preditivo para diferentes doenças neuropsiquiátricas. Portanto, este artigo descreve um método para medir a CPc M1 de membros inferiores e superiores, incluindo uma seleção do músculo alvo, colocação de eletrodos, posicionamento da bobina, método de medição da estimulação da contração voluntária, configuração da intensidade e análise de dados para obter um resultado representativo. Tem o objetivo educativo de fornecer uma orientação visual na realização de um protocolo de CPc factível, confiável e reprodutível para membros inferiores e superiores e discutir os desafios práticos dessa técnica.

Introdução

O período de silêncio (PS) é um período de silêncio eletromiográfico (EMG) que segue um potencial evocado motor (PEmáx) induzido por estimulação magnética transcraniana (EMT) aplicada durante a contração muscular sustentada. O pulso supralimiar da EMT pode ser aplicado no córtex motor primário (M1) contralateral ou ipsilateral do músculo alvo a partir do qual a atividade EMG está sendo registrada, obtendo-se dois fenômenos: período de silêncio contralateral (CPc) e período de silêncio ipsilateral (iSP).

Embora o iSP e o cSP compartilhem recursos semelhantes, eles podem refletir componentes ligeiramente diferentes. Acredita-se que a primeira reflita a inibição transcalosa e, portanto, seja inteiramente de origem cortical ^1,2. Por outro lado, a CSc é investigada como um possível substituto da inibição corticoespinhal, provavelmente mediada por receptores B do ácido gama-aminobutírico (GABA) dentro de M1 ^3,4,5.

Apoiando o papel da CPc nas vias mediadas por GABA, trabalhos anteriores encontraram um aumento na duração da PSc após a administração oral de componentes potencializadores de GABA 5,6,7,8. Ainda assim, os processos espinhais também estão envolvidos na alteração de sua duração. A fase mais precoce (<50 ms) da CPc está associada à diminuição dos valores do reflexo H^3-um reflexo que é produto de circuitos neurológicos periféricos e que quantifica a excitabilidade dos neurônios espinhais⁹. Acredita-se que o processamento espinhal seja mediado pela ativação das células de Renshaw, pós-hiperpolarização dos motoneurônios e inibição pós-sináptica pelos interneurônios espinhais 10,11,12,13,14.

Apesar da contribuição espinhal, a CPc resulta principalmente da ativação de neurônios inibitórios corticais, que são responsáveis por gerar a parte posterior da CPc (50-200 ms)3,10,13,15,16. Nesse aspecto, a parte precoce da duração da CSP tem sido associada a mecanismos de inibição espinhal, enquanto as CPFs longas requerem mecanismos inibitórios corticais maiores 3,13,17,18.

Portanto, a CPc é uma candidata promissora a biomarcadores para má adaptação corticoespinhal devido a distúrbios neurológicos, enquanto durações mais significativas da PSCc potencialmente refletem um aumento na inibição corticoespinhal e vice-versa ^5,11. Nesse sentido, trabalhos anteriores encontraram associação entre a duração da CPc e patologias como distonia, doença de Parkinson, dor crônica, acidente vascular cerebral e outras condições neurodegenerativas e psiquiátricas 19,20,21,22. Para ilustrar, em uma coorte de osteoartrite de joelho, uma maior inibição intracortical (indexada por cSP) foi associada com idade mais jovem, maior degeneração da cartilagem e menor desempenho cognitivo na escala de avaliação cognitiva de^Montreal23. Além disso, alterações na CSP também poderiam indexar longitudinalmente a resposta ao tratamento e a recuperação motora 24,25,26,27,28,29,30.

Por mais promissor que seja o papel da CPC no campo da neuropsiquiatria, um aspecto desafiador de sua avaliação é que ela pode ser muito sensível a variações de protocolo. Por exemplo, a duração do CSP (~100-300 ms)¹¹ é distinguível entre membros superiores e inferiores. Salerno e col. encontraram tempo médio de cPS de 121,2 ms (± 32,5) para o primeiro músculo interósseo dorsal (IDF) e 75,5 ms (± 21) para o músculo tibial anterior (TA), em uma amostra de fibromiálgicos31. Assim, a literatura veicula uma miríade de divergências nos parâmetros utilizados para eliciar CPs, o que, por sua vez, compromete a comparabilidade entre os estudos e retarda a tradução para a prática clínica. Em uma população semelhante, os protocolos têm sido heterogêneos em relação ao ajuste do pulso TMS supralimiar usado para estimular M1 e o músculo alvo, por exemplo. Além disso, os pesquisadores não conseguiram relatar adequadamente os parâmetros usados em seus protocolos.

Portanto, o objetivo é fornecer uma diretriz visual sobre como aplicar um protocolo de CSPc factível, confiável e facilmente reprodutível para avaliar a excitabilidade corticoespinhal M1 de membros superiores e inferiores e discutir os desafios metodológicos práticos desse procedimento. Além disso, para ajudar a ilustrar o raciocínio para a escolha dos parâmetros, realizamos uma revisão não exaustiva da literatura no Pubmed/MEDLINE para identificar artigos publicados sobre cSP em populações de dor crônica e reabilitação, usando o termo de busca: Reabilitação (Mesh) ou reabilitação ou dor crônica ou acidente vascular cerebral e termos como estimulação magnética transcraniana e pulso único ou período de silêncio cortical. Nenhum critério de inclusão foi definido para a extração, e os resultados agrupados são apresentados na Tabela 1 apenas para fins ilustrativos.

Protocolo

Este protocolo envolve pesquisas com seres humanos e está em aliança com as diretrizes institucionais e éticas dos comitês de ética locais e com a Declaração de Helsinque. Consentimento informado foi obtido dos sujeitos para a utilização de seus dados no estudo.

1. Procedimentos pré-experimentais

1. Triagem do sujeito. Rastreie o indivíduo para implantes intracranianos, epilepsia, história de convulsões e gravidez. Use as diretrizes do questionário para garantir o cumprimento das precauções de segurança atualizadas³².
   1. A entrega de pulsos eletromagnéticos com EMT é contraindicada para indivíduos com implantes intracranianos de material ferromagnético, como estilhaços, clipes de aneurisma ou fragmentos de soldagem. Tome precauções com indivíduos com maior probabilidade de convulsões.
   2. A avaliação da EMT não apresenta risco fetal para as gestantes, que são aconselhadas a adotar uma postura conservadora ao lidar com essa população. É seguro aplicar a EMT em populações pediátricas, proceder cautelosamente em certos estágios de desenvolvimento (i.e., fechamento da fontanela, maturação da excitabilidade cortical e crescimento do canal auditivo externo)³³.
2. Preparação de materiais. Para este procedimento, além dos aparelhos de EMG e EMG, tenha à sua disposição uma touca de natação, almofadas de álcool (com a preparação de álcool isopropílico a 70%), gel condutor e um computador ligado com a configuração do software EMG e um dinamômetro apropriado para o músculo investigado (ver Tabela de materiais).
   OBS: As toucas têm a vantagem de ser a opção mais barata e acessível que ainda permite avaliações confiáveis e reprodutíveis da EMT sem causar o desconforto de marcar a cabeça dos sujeitos.

2. Instruções adequadas aos pacientes

1. Explique as etapas básicas do procedimento e quanto tempo levará.
2. Instrua o participante a permanecer acordado, mas não a realizar atividades cognitivas que exijam atenção e/ou foco extra (por exemplo, cálculos matemáticos, meditação, etc.) e antecipe que ele pode experimentar contrações nas mãos/mandíbulas ou efeitos colaterais plausíveis. Tais eventos podem parecer inesperados para um sujeito inexperiente e, assim, comprometer o procedimento.
   NOTA: A EMT de pulso único e pareada foi associada apenas a eventos adversos leves e transitórios, incluindo cefaleia, dor local, dor cervical, dor de dente e parestesia. As convulsões são raras, e nenhum outro evento adverso grave foi associado³³. Para maior segurança, recomenda-se a oferta de protetores auriculares, devido à possibilidade de sons nocivos, e bloqueios de mordida para possível contração dos masseteres³⁴.

3. Procedimentos experimentais (Figura 1)

1. Selecione o músculo para posicionamento dos eletrodos.
   1. Peça ao sujeito que coloque a mão sobre a mesa, em decúbito ventral. Selecionar o músculo IDF, localizado entre o primeiro e o segundo metacarpo ósseo. Para identificar o IDF, peça ao sujeito que abduzisse o dedo indicador contra resistência, mantendo o restante da mão imóvel e deitado sobre a mesa, enquanto você está palpando a área.
   2. Exponha a área selecionada. Use uma navalha descartável para raspar a área para melhorar o contato do eletrodo com a pele, se necessário, e limpe a área com almofadas de álcool para remover a oleosidade da pele e outros fatores que podem aumentar a impedância. Certifique-se de que há pele livre para garantir o contato com o eletrodo.
      OBS: Se for avaliar a atividade dos membros inferiores, utilizar o músculo TA para colocação dos eletrodos. Localiza-se na face lateral da tíbia e encontra-se próximo à superfície da pele. Pode ser identificada pela dorsiflexão do tornozelo.
2. Coloque os eletrodos EMG de superfície
   1. Com a área exposta e limpa, aplique o gel condutor em cada eletrodo do canal para garantir boa impedância.
   2. Coloque o eletrodo negativo no ventre do músculo IDE (o centro ou a protuberância mais proeminente do ventre muscular) e o positivo na articulação interfalangeana distal, com uma distância intereletrodos de pelo menos 1,5 cm. Colocar o eletrodo de referência (neutro) sobre o punho, sobre o processo estiloide ulnar.
      OBS: A presença de desfechos motores, tendões musculares ou outros músculos ativos pode afetar a estabilidade dos registros, por isso é importante evitar esses locais³⁵. Para o músculo TA, os eletrodos devem ser colocados em um terço da linha que liga a ponta da fíbula e a ponta do maléolo medial. Fornecer uma distância de 20 mm entre os polos de cada eléctrodo e colocar o eléctrodo de referência no tornozelo.
3. Determinar a força de contração muscular necessária
   1. Use um dinamômetro de pinça digital e um suporte de pirâmide quadrangular para minimizar distorções mecânicas e elevar a sensibilidade para contrações mínimas.
   2. Coloque o dinamômetro entre o primeiro e o segundo dedos com a ajuda do suporte piramidal. Certifique-se de que o terceiro, quarto e quinto dedos fiquem parados sobre a mesa, enquanto o 1º e o^2º geram as forças do movimento de pinçamento.
   3. Com a posição fixa, peça ao participante que pressione o dinamômetro com o primeiro dedo e o lado da pirâmide com o indicador, apertando o sistema dinamômetro-pirâmide com sua força máxima e criando uma forte contração do músculo IDE.
   4. Usando esse valor como referência, determine os 20% de força máxima. O participante deve praticar a manutenção da meta em 20% de contração sustentada. Permitir variações de 15%-25% da MVC.
      NOTA: Alternativamente, em caso de indisponibilidade de um dinamômetro que possa captar a atividade muscular isolada que está sendo investigada, use o feedback EMG para padronizar a força. O software de registro medirá a amplitude máxima pico-a-pico que corresponde à força máxima do sujeito e, utilizando esse valor como referência, determinará a CVM de 20%. Os sujeitos podem receber pistas visuais e/ou auditivas de quando 20% é alcançado.
4. Identificação do local inicial para pesquisa de hotspots
   1. Coloque uma touca de natação na cabeça do sujeito. Todos os pontos de referência serão marcados nele.
   2. Meça a circunferência sagital da cabeça desde o násio (o ponto entre a testa e o nariz) até o ínion (o ponto mais proeminente da região occipital). Divida esse valor por dois e marque aquele ponto do meio na cabeça.
   3. Marcar a localização do nariz, do ínion, da hélice das orelhas externa direita e esquerda e do rebordo supraorbital direito e esquerdo. Isso é para certificar que a touca não escorregou durante o procedimento e/ou que em experimentos futuros ela será igualmente posicionada na cabeça do paciente.
   4. Como descrito acima, meça a distância tragus-tragus e adicione uma marca no meio do caminho. Marque a interseção entre eles, um ponto identificado como vértice (Cz).
   5. A partir do vértice, deslocar-se 5 cm lateralmente paralelamente à linha sagital média, no lado contralateral ao músculo selecionado. Essa marca identifica aproximadamente o (M1), no mesmo nível coronal do córtex motor da mão. Use isso como o primeiro local para iniciar a busca pelo ponto de acesso.
   6. O hotspot é a área do córtex motor onde o limiar motor mais baixo é detectável. Configure uma intensidade baixa (por exemplo, 30% da saída máxima do estimulador [MSO]) e inicie a pesquisa fornecendo vários pulsos para o primeiro ponto.
   7. Prosseguir com pequenos incrementos de intensidade até identificar o estímulo mais baixo que detecta uma resposta indexada à EMG (i.e., PEmáx). Para a entrega dos estímulos, inclinar a bobina figura oito a 45° em relação à linha sagital média com a alça apontada para a posterior do paciente.
   8. Para garantir que o melhor ponto foi identificado, movimente-se ao redor do primeiro ponto e teste os ~3 MEPs subsequentes a 1 cm anterior, 1 cm lateral, 1 cm medial e 1 cm posterior a ele. Repita este procedimento quantas vezes forem necessárias para uma resposta consistente; Fique com o lugar que provoca o maior eurodeputado³⁶.
   9. Uma vez encontrado o ponto crítico, marque esse ponto na cabeça do paciente (touca de natação). Use este local durante este experimento e as possíveis visitas de acompanhamento. Seja cauteloso para não causar desconforto ao sujeito devido à pressão extra. Use as duas mãos para apoiar a bobina na cabeça do sujeito.
5. Determinar o limiar motor de repouso (TMR)
   1. Estimar o limiar motor como a intensidade mínima necessária para promover uma PEmáx de uma amplitude mínima detectável (geralmente pelo menos 50-100 μV).
   2. Para determinar o limiar motor, aplicar dez estímulos consecutivos no hotspot e selecionar a menor intensidade que produziu uma PEmáx com amplitude pico-a-pico de pelo menos 50 μV no músculo alvo, em 50% das tentativas.
      OBS: Este protocolo pode ser feito com o músculo alvo em repouso (limiar motor de repouso [TMR]) ou durante a contração ativa (limiar motor ativo [TMA]). Ambos podem ainda ser usados como referência para os pulsos supralimiares da EMT. A aquisição do TMA é mais propensa à variabilidade, pois depende da padronização da CVM, o que pode ser um problema para estudos longitudinais com múltiplas avaliações.
6. Protocolo CSP
   1. Fornecer estímulos supralimiares para eliciar PEmáx durante a contração voluntária tônica do músculo alvo.
   2. Entregar 10 estímulos com a intensidade de estimulação (IE) de 120% do TMR com 10 s de intervalo entre eles. Durante a aplicação dos estímulos, solicitar ao paciente que mantenha 20% da contração motora máxima do músculo alvo, conforme praticado com o dinamômetro.
   3. Para garantir a captura de toda a controladora de armazenamento, certifique-se de que a janela de tempo do EMG é longa o suficiente para capturar até 400 ms de atividade do EMG. Não raro - dependendo da doença em estudo - os indivíduos podem necessitar de IEs mais altos para que um CPC bem-sucedido seja obtido.

Resultados

Após o procedimento passo a passo, a entrega de um pulso de EMT supralimiar (120% do TMT) provocará uma PEmáx observável no registro EMG do músculo alvo e um período subsequente de supressão da atividade EMG de fundo de aproximadamente 150 ms a 300 ms (Figura 2). A partir desse padrão EMG, é possível calcular as métricas do cSP. Os desfechos mais relatados são a duração (na faixa de ms) do PE relativo e absoluto. A PS relativa é medida desde o início da PEmáx até o reaparec...

Discussão

O SI padrão para eliciar PEs e PEs pode variar de acordo com a população. Demonstrou-se que intensidades tão baixas quanto 80% de TMR provocam CS em indivíduos saudáveis³⁹, mas estudos em populações saudáveis e doentes têm utilizado intensidades tão altas quanto 150% de TMR 49,50,51. Embora essa fonte de heterogeneidade possa ser inerente à natureza da população-alvo, ela não deve ser negli...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol pads	Medline		Preparation with 70% isopropyl alcohol
Conductive gel	Weaver and Company		Used on the electrode
Echo Pinch	JTECH medical	0902A302	Digital dynamometer.
Mega-EMG	Soterix Medical	NS006201	Digital multiple channel EMG with built in software.
MEGA-TMS coil	Soterix Medical	NS063201	8 shaped TMS coil
Mega-TMS stimulator	Soterix Medical	6990061	Single Pulse TMS
Neuro-MEP.NET	Soterix Medical		EMG software used to analyse the muscles eletrical activity.
Swim cap	Kiefer