Cronaxia - Chronaxie
Chronaxie es el tiempo mínimo requerido para que una corriente eléctrica duplique la fuerza de la reobase para estimular un músculo o una neurona. Rheobase es la intensidad más baja con una duración de pulso indefinida que solo estimula los músculos o los nervios. La cronaxia depende de la densidad de los canales de sodio activados por voltaje en la célula, que afectan la excitabilidad de esa célula . La cronaxia varía según los diferentes tipos de tejido: los músculos de contracción rápida tienen una cronaxia más baja, los músculos de contracción lenta tienen una más alta. Chronaxie es el parámetro de excitabilidad del tejido que permite elegir la duración óptima del pulso de estímulo para la estimulación de cualquier tejido excitable. Chronaxie (c) es el descriptor Lapicque de la duración del impulso de estímulo para una corriente de dos veces la fuerza reobásica (b), que es el umbral de corriente para un impulso de estímulo de duración infinitamente larga. Lapicque mostró que estas dos cantidades (c, b) definen la curva fuerza-duración de la corriente: I = b (1 + c / d), donde d es la duración del pulso. Sin embargo, hay otros dos parámetros eléctricos que se utilizan para describir un estímulo: energía y carga. La energía mínima se produce con una duración de pulso igual a la cronaxia. La carga mínima (bc) ocurre con un pulso de duración infinitamente corta. La elección de una duración de pulso igual a 10c requiere una corriente de solo un 10% por encima de la reobase (b). La elección de una duración de pulso de 0.1c requiere una carga del 10% por encima de la carga mínima (bc).
Historia
Los términos cronaxia y reobase se acuñaron por primera vez en el famoso artículo de Louis Lapicque sobre Définition expérimentale de l'excitabilité que se publicó en 1909.
La curva I (d) anterior se suele atribuir a Weiss (1901); véase, por ejemplo, (Rattay 1990). Es el más simplista de los 2 descriptores matemáticos 'simples' de la dependencia de la intensidad de la corriente en la duración, y conduce a la progresión de carga lineal de Weiss con d:
Tanto los propios escritos de Lapicque como el trabajo más reciente están en desacuerdo con la aproximación de carga lineal. Ya en 1907 Lapicque estaba usando una aproximación lineal de primer orden de la membrana celular, modelada usando un circuito equivalente de RC simple. Por lo tanto:
donde es la constante de tiempo de la membrana - en el modelo de membrana lineal de primer orden:
- dónde
Observe que la cronaxia (c) no está explícitamente presente aquí. Observe también que, con una duración muy corta , mediante la descomposición en serie de Taylor del exponente (alrededor de d = 0):
lo que conduce a una aproximación de carga constante. Este último puede encajar bien también en modelos más complejos de la membrana excitable, que tienen en cuenta los mecanismos de activación del canal iónico, así como el flujo de corriente intracelular, que pueden ser los principales contribuyentes a las desviaciones de ambas fórmulas simples.
Estas 'sutilezas' están claramente descritas por Lapicque (1907, 1926 y 1931), pero no demasiado bien por Geddes (2004) quien enfatizó el nivel de Weiss, atribuyéndolo a Lapicque.
Medición
Se inserta un electrodo en el músculo de interés, que luego se estimula con corriente superficial. El aumento de los valores de cronaxia resultante de la hiperventilación puede atribuirse a un cambio en la impedancia de la piel , estando los factores fisiológicos responsables de este cambio bajo la influencia del sistema nervioso autónomo. Este ejemplo de la influencia preponderante que pueden ejercer la condición de la piel y los tejidos subyacentes obliga a ser cautelosos al juzgar los resultados de las mediciones de la cronaxia mediante estimulación percutánea . Un sartorio fresco y normal colocado directamente en una solución de Ringer y estimulado a través de la solución sin ningún contacto directo con los electrodos está sujeto a dar dos curvas de fuerza-duración muy distintas, una de ellas distribuida en varias centésimas de segundo.
Valores
Los valores de cronaxia para los ventrículos de mamíferos a la temperatura corporal oscilan entre 0,5 ms (humano) y 2,0 a 4,1 ms (perro); esta es una proporción de 8.2 / 1. Se ha informado que los axones mielinizados de gran diámetro tienen tiempos de cronaxia que varían de 50 a 100 µs y de 30 a 200 µs, y los cuerpos de células neuronales y las dendritas tienen tiempos de cronaxia que varían de 1 a 10 ms o incluso hasta 30 ms. Se informó que los tiempos de cronaxia de la materia gris eran 380 +/- 191 ms y 200 ± 700 ms. Las interpretaciones de los tiempos de cronaxia se confunden aún más por factores adicionales. Los tiempos de cronaxia informados para el soma y las dendritas se han establecido utilizando pulsos intracelulares que no pueden extrapolarse fácilmente a estímulos extracelulares. Los datos publicados en la literatura utilizan la respuesta motora como umbral fisiológico en humanos o la generación de potencial de acción en animales. Estos se basan en gran medida en la estimulación a través de un macroelectrodo, que en el caso de los humanos es un electrodo DBS de 1,5 × 1,2 mm. Los datos derivados de la estimulación con microelectrodos y el mapeo fisiológico del tálamo sensorial son escasos. Los dos métodos de estimulación pueden dar lugar a resultados significativamente diferentes. Pocos estudios han intentado correlacionar los tiempos de cronaxia con la percepción sensorial, aunque comprender los elementos neuronales que están involucrados en una percepción subjetiva, como el hormigueo , tiene importantes implicaciones fisiológicas. Las medidas se tomaron con diferentes tipos de electrodos y con estimuladores que tenían impedancias de salida desconocidas. Los valores de cronaxia para los nervios sensoriales del brazo humano oscilan entre 0,35 y 1,17 ms, una proporción de 3,3. Los valores se obtuvieron con información insuficiente para establecer la causa de la variabilidad. Los valores de cronaxia para el músculo esquelético denervado humano oscilan entre 9,5 y 30 ms a la temperatura corporal, lo que representa una proporción de 3,16. Se produce una reducción de la cronaxia durante la reinervación. Los valores publicados de cronaxia tienen un amplio rango. Si la cronaxia es el mejor descriptor de la excitabilidad del tejido en una muestra de tejido homogénea, a una temperatura conocida, debe determinarse con un estimulador de corriente constante que proporcione una forma de onda de estímulo catódico rectangular. La cronaxia se deriva de la curva fuerza-duración de la corriente y muestra que si la duración del estímulo es más corta que la cronaxia, se requiere más corriente para estimular, con cualquier tipo o ubicación de electrodos con un estimulador de cualquier impedancia de salida conocida o desconocida. Además, el valor de cronaxia, independientemente de cómo se determine, identifica la duración del pulso para la energía mínima. Además, la carga entregada en la cronaxia, independientemente de cómo se determine, es 2, el doble de la carga mínima. Por lo tanto, si se busca el suministro de carga mínima para prolongar la vida útil de una batería en un estimulador implantado, se debe seleccionar una duración de pulso menor que la cronaxia medida; una duración de una décima parte de la cronaxia proporciona una carga que está solo un 10% por encima de la carga mínima.
Estímulo
La estimulación eléctrica y magnética producía diferentes sensaciones. Para la estimulación eléctrica, la sensación se describió típicamente como localizada directamente debajo de los electrodos en la superficie de la piel. Para la estimulación magnética, la sensación se describía típicamente como distribuida por la palma y los dedos de la mano. En particular, la mayoría de los sujetos informaron sensaciones en los dedos medial o lateral. Estas observaciones sugieren que la estimulación eléctrica puede activar preferentemente las fibras nerviosas aferentes cutáneas, mientras que la estimulación magnética puede activar preferentemente nervios más profundos, como el nervio cubital o mediano.
Motor vs sensorial
Otros estudios han comparado la activación de fibras sensoriales y motoras mediante estimulación eléctrica y magnética, demostrando mediante la estimulación del tejido nervioso y muscular que la activación magnética de las fibras nerviosas intramusculares en el brazo y la pierna se produce en un umbral más bajo que para la estimulación eléctrica. Además, se demostró que las fibras sensoriales tienen un umbral más bajo para la estimulación eléctrica. La estimulación eléctrica de la muñeca determinó que cuando se utilizan pulsos cortos (menos de 200 μs), las fibras motoras son más fácilmente excitables, mientras que para duraciones de pulso largas (mayores de 1000 μs), las fibras sensoriales son más propensas a la despolarización. Una observación relacionada es que la estimulación eléctrica activa preferentemente las fibras sensoriales en comparación con las fibras motoras para duraciones de pulso largas y lo contrario para duraciones de pulso cortas. Para la estimulación magnética, el umbral de la fibra motora fue más bajo que el de las fibras sensoriales.
Significado
El valor principal de la cronaxia es comparar la excitabilidad en diferentes experimentos y mediciones utilizando el mismo estándar, lo que facilita las comparaciones de datos. La estimulación eléctrica basada en la cronaxia podría regular la expresión del gen myoD en las fibras musculares desnervadas. 20 contracciones musculares, inducidas por estimulación eléctrica mediante electrodos de superficie y aplicadas en días alternos en función de la excitabilidad muscular, similares a los protocolos utilizados en la rehabilitación clínica humana, consiguieron reducir la acumulación de ARNm en el mioD y atrogina-1 de los músculos desnervados, estos expresiones relacionadas con el crecimiento muscular y la atrofia, respectivamente. El aumento de los niveles de myoD después de la denervación posiblemente esté relacionado no solo con la activación y proliferación de las células satélite, sino también con la regulación del ciclo celular. Varios estudios han sugerido que la función de la mioD inducida por la denervación puede ser prevenir la atrofia muscular inducida por la denervación. Para evaluar la contractilidad de los músculos denervados de las piernas, se determinaron la reobase y la cronaxia en ratas anestesiadas mediante estimulación eléctrica de superficie y palpación de los músculos de las piernas. Los valores de cronaxia del músculo TA medidos hasta 9 meses después de la sciatectomía. La excitabilidad muscular disminuyó poco después de la denervación. La cronaxia de 0,1 a 0,2 ms en el músculo inervado cambió a 0,5 a 1 ms en uno o dos días después de la denervación (es decir, después de la degeneración walleriana del nervio) y aumentó progresivamente a unos 20 ms durante el mes siguiente. La cronaxia permaneció en este nivel hasta 6 meses después de la ciatectomía (etapa de denervación a medio plazo en el modelo de rata: de 2 a 6 meses de sciatectomía). Posteriormente, la contracción de la contracción se volvió cuestionablemente palpable y, por lo tanto, la cronaxia aumentó a valores mucho más largos (desde 50 ms hasta el infinito, es decir, la contracción muscular no era palpable). Esta tercera etapa se define como la "etapa de denervación a largo plazo" del modelo de rata, es decir, el tiempo de denervación superior a seis meses). En 3 de los 36 músculos de las piernas, la reinervación se produjo de forma espontánea y la cronaxia se acortó a 0,1 ms, que es el valor del músculo inervado normal.
Uso medico
La aplicación médica de los valores de cronaxia y excitabilidad es la electromiografía , una técnica para evaluar y registrar la actividad eléctrica producida por el músculo esquelético. Es posible que Rheobase no sea necesariamente la corriente eléctrica de elección. La electromiografía se utiliza para diagnosticar neuropatías, miopatías y enfermedades de la unión neuromuscular.
Dado que las personas afectadas por SCI pueden ser tratadas con FES para mantener y / o mejorar el trofismo / función muscular, la presencia de fibras musculares excitables en el músculo denervado a largo plazo podría ser extremadamente importante para su tratamiento con FES. Por supuesto, el grupo de pacientes a largo plazo supera en número a los casos nuevos por año, la opción de comenzar incluso a largo plazo después de una lesión de la médula espinal, es decir, en un momento en el que las contracciones musculares mecánicas no se pueden detectar mediante estimulación eléctrica directa, ya sea por superficie o por electrodos intramusculares y podrían respaldar fuertemente la elección de comenzar y la motivación para realizar ejercicios de FES de por vida en estos sujetos críticos.
Enfermedades
La cronaxia aumenta en la tetania del hipoparatiroidismo. Debe recordarse, sin embargo, que es la reobase la que corresponde a la xcc de las reacciones eléctricas y la que sí muestra una reducción definida. La reobase depende, por su valor, de la resistencia eléctrica entre los dos electrodos así como del estado de excitabilidad del punto motor estimulado y, por tanto, la disminución de la reobase en la tetania podría implicar nada más que una disminución de la resistencia eléctrica de la piel. . Sin embargo, es difícil ver cómo tal alteración de la resistencia podría conducir a una mayor excitabilidad a los estímulos mecánicos, a menos que estas reacciones sean reflejos a través de los nervios propioceptivos. La cronaxia, en cambio, no depende de la resistencia entre electrodos sino de las relaciones temporales del proceso de excitación, y cuando la cronaxia aumenta, como en la paratiroidectomía , significa que la intensidad del doble de la reobase debe actuar sobre los tejidos. durante un período más largo de lo normal antes de que se inicie el proceso de excitación.
Interacciones farmacológicas y toxinas
La intoxicación aguda de ratas con aldrin disminuye la cronaxia, mientras que la exposición crónica a este insecticida de hidrocarburo clorado tiene el efecto inverso. Se ha sugerido que la exposición crónica de ratas al epóxido estrechamente relacionado, el dieldrín , reduce su eficiencia muscular al realizar un ejercicio de trabajo. La dieldrina es un insecticida de hidrocarburo clorado que alguna vez se usó ampliamente en la protección y conservación de cultivos. Entre los diversos síntomas que resultan de la intoxicación se encuentran los espasmos musculares, que aumentan en severidad a convulsiones epileptiformes con pérdida del conocimiento. La estricnina , que tiene un locus de actividad espinal, provoca una extensión tónica de las extremidades traseras en ratones, que se cree que se debe a la eliminación del efecto de las interneuronas inhibidoras en la vía nerviosa hacia los músculos extensores. El leptazol, por otro lado, produce una extensión tónica similar mediante una acción excitadora predominantemente sobre las estructuras cerebrales. La difenilhidantoína elevó selectivamente la dosis convulsiva umbral de leptazol pero no la de clorhidrato de estricnina, lo que indica una actividad anticonvulsiva en la vía nerviosa entre el locus de actividad predominante del leptazol y las extremidades traseras.