Las diferentes etapas del proceso de volver a caminar. Foto: © EPFL / Jamani Caillet
Tres pacientes con paraplejía crónica han podido caminar de nuevo gracias a la estimulación eléctrica precisa de su médula espinal lumbar a través de un implante inalámbrico. Después de unos meses de entrenamiento, pudieron controlar los músculos de las piernas que estaban paralizados, incluso en ausencia de estimulación eléctrica.
La paraplejia es una enfermedad que deja la parte inferior del cuerpo paralizada y sin funcionalidad alguna. Frecuentemente es el resultado de lesiones traumáticas que afectan a la médula espinal, cuya función principal es transmitir los impulsos nerviosos a todo el cuerpo.
Los tres parapléjicos habían sufrido lesiones de la médula espinal hace muchos años, pero han vuelto a caminar con la ayuda de muletas o un andador gracias a los nuevos protocolos de rehabilitación que combinan la estimulación eléctrica dirigida de la médula espinal lumbar, con la terapia asistida por peso.
Este resultado establece un nuevo marco terapéutico para mejorar la recuperación de una lesión de la médula espinal. Todos los pacientes involucrados en el estudio recuperaron el control voluntario de los músculos de las piernas que habían estado paralizados durante muchos años.
A diferencia de los hallazgos de dos estudios independientes publicados recientemente en Estados Unidos sobre un concepto similar, esta investigación ha demostrado que la función neurológica perdura después de las sesiones de entrenamiento, incluso cuando se desactiva la estimulación eléctrica.
Este estudio, llamado STIMO (STImulation Movement Overground), está dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) y el Hospital Universitario de Lausanne (CHUV), ambos de Suiza. Sus resultados se publican en Nature Neuroscience .
“Nuestros hallazgos se basan en una profunda comprensión de los mecanismos subyacentes que obtuvimos a través de años de investigación en modelos animales. Así pudimos imitar en tiempo real cómo el cerebro activa naturalmente la médula espinal", explica uno de los artífices de esta investigación, Grégoire Courtine, en un comunicado.
“El momento y la ubicación exactos de la estimulación eléctrica son cruciales para la capacidad del paciente de producir un movimiento intencional. También es esta coincidencia espaciotemporal la que desencadena el crecimiento de nuevas conexiones nerviosas”, añade Courtine.
Alta precisión
Este estudio logra un nivel de precisión sin precedentes en la estimulación eléctrica de las médulas espinales. “La estimulación dirigida debe ser tan precisa como un reloj suizo. En nuestro método, implantamos una serie de electrodos sobre la médula espinal que nos permiten apuntar a grupos musculares individuales de las piernas”, explica por su parte Jocelyne Bloch, otra de las protagonistas. Y añade: "las configuraciones seleccionadas de los electrodos activan regiones específicas de la médula espinal, imitando las señales que el cerebro emitiría para caminar".
El desafío para los pacientes era aprender a coordinar la intención de sus cerebros de caminar con la estimulación eléctrica específica. Pero eso no llevó mucho tiempo. "Los tres participantes del estudio pudieron caminar con soporte de peso corporal después de solo una semana de calibración, y el control muscular voluntario mejoró enormemente a los cinco meses de entrenamiento", dice Courtine. "El sistema nervioso humano respondió al tratamiento incluso más profundamente de lo que esperábamos".
La paraplejia es una enfermedad que deja la parte inferior del cuerpo paralizada y sin funcionalidad alguna. Frecuentemente es el resultado de lesiones traumáticas que afectan a la médula espinal, cuya función principal es transmitir los impulsos nerviosos a todo el cuerpo.
Los tres parapléjicos habían sufrido lesiones de la médula espinal hace muchos años, pero han vuelto a caminar con la ayuda de muletas o un andador gracias a los nuevos protocolos de rehabilitación que combinan la estimulación eléctrica dirigida de la médula espinal lumbar, con la terapia asistida por peso.
Este resultado establece un nuevo marco terapéutico para mejorar la recuperación de una lesión de la médula espinal. Todos los pacientes involucrados en el estudio recuperaron el control voluntario de los músculos de las piernas que habían estado paralizados durante muchos años.
A diferencia de los hallazgos de dos estudios independientes publicados recientemente en Estados Unidos sobre un concepto similar, esta investigación ha demostrado que la función neurológica perdura después de las sesiones de entrenamiento, incluso cuando se desactiva la estimulación eléctrica.
Este estudio, llamado STIMO (STImulation Movement Overground), está dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) y el Hospital Universitario de Lausanne (CHUV), ambos de Suiza. Sus resultados se publican en Nature Neuroscience .
“Nuestros hallazgos se basan en una profunda comprensión de los mecanismos subyacentes que obtuvimos a través de años de investigación en modelos animales. Así pudimos imitar en tiempo real cómo el cerebro activa naturalmente la médula espinal", explica uno de los artífices de esta investigación, Grégoire Courtine, en un comunicado.
“El momento y la ubicación exactos de la estimulación eléctrica son cruciales para la capacidad del paciente de producir un movimiento intencional. También es esta coincidencia espaciotemporal la que desencadena el crecimiento de nuevas conexiones nerviosas”, añade Courtine.
Alta precisión
Este estudio logra un nivel de precisión sin precedentes en la estimulación eléctrica de las médulas espinales. “La estimulación dirigida debe ser tan precisa como un reloj suizo. En nuestro método, implantamos una serie de electrodos sobre la médula espinal que nos permiten apuntar a grupos musculares individuales de las piernas”, explica por su parte Jocelyne Bloch, otra de las protagonistas. Y añade: "las configuraciones seleccionadas de los electrodos activan regiones específicas de la médula espinal, imitando las señales que el cerebro emitiría para caminar".
El desafío para los pacientes era aprender a coordinar la intención de sus cerebros de caminar con la estimulación eléctrica específica. Pero eso no llevó mucho tiempo. "Los tres participantes del estudio pudieron caminar con soporte de peso corporal después de solo una semana de calibración, y el control muscular voluntario mejoró enormemente a los cinco meses de entrenamiento", dice Courtine. "El sistema nervioso humano respondió al tratamiento incluso más profundamente de lo que esperábamos".
Ayudando al cerebro a ayudarse a sí mismo
Los nuevos protocolos de rehabilitación basados en esta neurotecnología dirigida mejoran la función neurológica, al permitir que los participantes entrenen activamente las capacidades naturales de andar durante largos períodos de tiempo, a diferencia del entrenamiento pasivo, como el entrenamiento asistido por exoesqueleto.
Durante las sesiones de rehabilitación, los tres participantes pudieron caminar con las manos libres durante más de un kilómetro con la ayuda de estimulación eléctrica dirigida y un sistema inteligente de soporte de peso corporal.
Además, no mostraron fatiga en los músculos de las piernas, por lo que no hubo deterioro en la calidad del paso. Las sesiones de entrenamiento largas y de alta intensidad resultaron ser cruciales para desencadenar la plasticidad dependiente de la actividad (la capacidad intrínseca del sistema nervioso para reorganizar las fibras nerviosas), lo que obtiene una mejor función motora, incluso cuando la estimulación eléctrica está apagada, destacan los científicos.
Los investigadores se proponen utilizar estos resultados para desarrollar neurotecnología a medida con el objetivo de convertir este paradigma de rehabilitación en un tratamiento disponible en hospitales y clínicas de todo el mundo.
“Estamos desarrollando una neurotecnología de próxima generación que también se evaluará muy pronto después de la lesión, cuando el potencial de recuperación sea alto y el sistema neuromuscular aún no haya sufrido la atrofia que sigue a la parálisis crónica. Nuestro objetivo es desarrollar un tratamiento ampliamente accesible”, concluye Courtine.
Los nuevos protocolos de rehabilitación basados en esta neurotecnología dirigida mejoran la función neurológica, al permitir que los participantes entrenen activamente las capacidades naturales de andar durante largos períodos de tiempo, a diferencia del entrenamiento pasivo, como el entrenamiento asistido por exoesqueleto.
Durante las sesiones de rehabilitación, los tres participantes pudieron caminar con las manos libres durante más de un kilómetro con la ayuda de estimulación eléctrica dirigida y un sistema inteligente de soporte de peso corporal.
Además, no mostraron fatiga en los músculos de las piernas, por lo que no hubo deterioro en la calidad del paso. Las sesiones de entrenamiento largas y de alta intensidad resultaron ser cruciales para desencadenar la plasticidad dependiente de la actividad (la capacidad intrínseca del sistema nervioso para reorganizar las fibras nerviosas), lo que obtiene una mejor función motora, incluso cuando la estimulación eléctrica está apagada, destacan los científicos.
Los investigadores se proponen utilizar estos resultados para desarrollar neurotecnología a medida con el objetivo de convertir este paradigma de rehabilitación en un tratamiento disponible en hospitales y clínicas de todo el mundo.
“Estamos desarrollando una neurotecnología de próxima generación que también se evaluará muy pronto después de la lesión, cuando el potencial de recuperación sea alto y el sistema neuromuscular aún no haya sufrido la atrofia que sigue a la parálisis crónica. Nuestro objetivo es desarrollar un tratamiento ampliamente accesible”, concluye Courtine.
Referencias
Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature, Nov. 1st, 2018. DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2
Electrical spinal cord stimulation must preserve proprioception to enable locomotion in humans with spinal cord injury. Nature Neuroscience, Nov. 1st, 2018. DOI:https://doi.org/10.1038/s41593-018-0262-6
Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature, Nov. 1st, 2018. DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2
Electrical spinal cord stimulation must preserve proprioception to enable locomotion in humans with spinal cord injury. Nature Neuroscience, Nov. 1st, 2018. DOI:https://doi.org/10.1038/s41593-018-0262-6