Neuromodulering (medicin)

Den här artikeln handlar om terapin. För den fysiologiska processen, se Neuromodulering .
Neuromodulering

Neuromodulering är "förändringen av nervaktivitet genom riktad leverans av en stimulans, såsom elektrisk stimulering eller kemiska medel, till specifika neurologiska platser i kroppen". Det utförs för att normalisera – eller modulera – nervvävnadsfunktionen . Neuromodulering är en terapi som utvecklas och kan involvera en rad elektromagnetiska stimuli såsom ett magnetfält ( rTMS ), en elektrisk ström eller ett läkemedel som instillerats direkt i det subdurala utrymmet (intratekal läkemedelstillförsel). Framväxande applikationer involverar riktad introduktion av gener eller genregulatorer och ljus ( optogenetik ), och 2014 hade dessa åtminstone demonstrerats i däggdjursmodeller, eller först-i-mänskliga data hade förvärvats. Den mest kliniska erfarenheten har varit med elektrisk stimulering.

Neuromodulering, vare sig den är elektrisk eller magnetisk, använder kroppens naturliga biologiska respons genom att stimulera nervcellsaktivitet som kan påverka populationer av nerver genom att frigöra sändare, såsom dopamin , eller andra kemiska budbärare, såsom peptiden Substans P , som kan modulera excitabilitet och avfyring. mönster av neurala kretsar. Det kan också finnas mer direkta elektrofysiologiska effekter på neurala membran som verkningsmekanismen för elektrisk interaktion med neurala element. Sluteffekten är en "normalisering" av en neural nätverksfunktion från dess störda tillstånd. Förmodade verkningsmekanismer för neurostimulering inkluderar depolariserande blockad, stokastisk normalisering av neural avfyring , axonal blockad, minskning av neural avfyrande keratos och undertryckande av neurala nätverksoscillationer. Även om de exakta mekanismerna för neurostimulering inte är kända, har den empiriska effektiviteten lett till betydande tillämpning kliniskt.

Befintliga och framväxande neuromodulationsbehandlingar inkluderar även användning vid läkemedelsresistent epilepsi , kroniska huvudsmärtatillstånd och funktionell terapi som sträcker sig från urinblåsa och tarm eller andningskontroll till förbättring av sensoriska underskott, såsom hörsel ( cochleaimplantat och hörselimplantat i hjärnstammen ) och syn ( retinala implantat ). Tekniska förbättringar inkluderar en trend mot minimalt invasiva (eller icke-invasiva) system; såväl som mindre, mer sofistikerade enheter som kan ha automatiserad återkopplingskontroll och villkorad kompatibilitet med magnetisk resonanstomografi.

Neuromodulationsterapi har undersökts för andra kroniska tillstånd, såsom Alzheimers sjukdom , depression , kronisk smärta och som en tilläggsbehandling vid återhämtning från stroke .

Invasiva elektriska neuromoduleringsmetoder

Elektrisk stimulering med implanterbara enheter kom i modern användning på 1980-talet och dess tekniker och tillämpningar har fortsatt att utvecklas och expandera. Detta är metoder där en operation krävs för att placera en elektrod. Stimulatorn, med batteriet, som liknar en pacemaker, kan också implanteras, eller kan förbli utanför kroppen.

I allmänhet levererar neuromoduleringssystem elektriska strömmar och består vanligtvis av följande komponenter: En epidural, subdural eller parenkymal elektrod placerad via minimalt invasiva nåltekniker (så kallade perkutana ledningar) eller en öppen kirurgisk exponering för målet (kirurgisk "paddel" eller "grid"-elektroder), eller stereotaktiska implantat för det centrala nervsystemet, och en implanterad pulsgenerator (IPG). Beroende på avståndet från elektrodens accesspunkt kan en förlängningskabel också läggas till i systemet. IPG:n kan ha antingen ett icke-uppladdningsbart batteri som behöver bytas vartannat till vart femte år (beroende på stimuleringsparametrar) eller ett uppladdningsbart batteri som fylls på via ett externt induktivt laddningssystem.

Även om de flesta system fungerar via leverans av ett konstant stimuleringståg, finns det nu uppkomsten av så kallad "feed-forward"-stimulering där enhetens aktivering är beroende av en fysiologisk händelse, såsom ett epileptiskt anfall. I detta fall aktiveras enheten och levererar en desynkroniseringspuls till det kortikala området som genomgår ett epileptiskt anfall. Detta koncept med feed-forward-stimulering kommer sannolikt att bli mer utbrett när fysiologiska markörer för riktade sjukdomar och neurala störningar upptäcks och verifieras. Stimuleringen på begäran kan bidra till längre batterilivslängd om systemets avkännings- och signalbehandlingskrav är tillräckligt energieffektiva. Nya elektroddesigner kan ge effektivare och exaktare stimulering, kräver mindre ström och minimerar oönskad sidostimulering. Dessutom, för att övervinna utmaningen att förhindra blymigrering i områden av kroppen som är föremål för rörelse, såsom vändning och böjning, undersöker forskare att utveckla små stimuleringssystem som laddas trådlöst snarare än genom en elektrisk ledning.

Ryggmärgsstimulering

Huvudartikel: Ryggmärgsstimulering

Ryggmärgsstimulering är en form av invasiv neuromodulationsterapi som är vanligt förekommande sedan 1980-talet. Dess huvudsakliga användning är som en reversibel, icke-farmakologisk behandling för kronisk smärtbehandling som ger milda elektriska pulser till ryggmärgen . Hos patienter som upplever smärtreduktion med 50 procent eller mer under en tillfällig prövning, kan ett permanent implantat erbjudas där, som med en pacemaker , en implanterbar pulsgenerator ungefär lika stor som ett stoppur placeras under huden på stammen. Den levererar milda impulser längs smala elektriska ledningar som leder till små elektriska kontakter, ungefär lika stora som ett riskorn, vid det område av ryggraden som ska stimuleras.

Stimulering är vanligtvis i intervallet 20–200 Hz, även om en ny klass av stimuleringsparametrar nu växer fram som använder ett 10 kHz-stimuleringståg såväl som 500 Hz "burst-stimulering". Kilohertz-stimuleringståg har applicerats på både den egentliga ryggmärgen och dorsalrotgangliet hos människor. Alla former av ryggmärgsstimulering har visat sig ha olika grader av effekt för att hantera en mängd olika farmakorresistenta neuropatiska eller blandade (neuropatiska och noiciceptiva) smärtsyndrom såsom postlaminektomisyndrom, ländryggssmärta, komplext regionalt smärtsyndrom, perifer neuropati, perifer kärlsjukdom och angina.

Den allmänna processen för ryggmärgsstimulering involverar en tillfällig efterföljning av lämpliga patienter med en extern pulsgenerator kopplad till epidurala elektroder placerade i den nedre bröstryggmärgen. Elektroderna placeras antingen via en minimalt invasiv nålteknik (så kallade perkutana ledningar) eller en öppen kirurgisk exponering (kirurgiska "paddel"-elektroder).

Patienturval är nyckeln, och kandidater bör genomgå rigorös psykologisk screening såväl som en medicinsk genomgång för att försäkra sig om att deras smärtsyndrom verkligen är läkemedelsresistent. Efter att ha återhämtat sig från implantationsproceduren kommer patienten att återvända för att ha systemet påslaget och programmerat. Beroende på systemet kan programmet framkalla en stickande känsla som täcker det mesta av det smärtsamma området, och ersätta några av de smärtsamma förnimmelserna med en mer mild masserande känsla, även om andra nyare system inte skapar en stickande känsla. Patienten skickas hem med en handhållen fjärrkontroll för att stänga av eller på systemet eller växla mellan förinställda stimuleringsparametrar, och kan följa upp för att justera parametrarna.

Djup hjärnstimulering

Huvudartikel: Djup hjärnstimulering

En annan invasiv neuromodulationsbehandling utvecklad på 1980-talet är djup hjärnstimulering , som kan användas för att begränsa symtom på rörelsestörningar vid Parkinsons sjukdom, dystoni eller essentiell tremor . Djup hjärnstimulering godkändes av US Food and Drug Administration 1997 för essentiell tremor, 2002 för Parkinsons sjukdom, och fick ett humanitärt undantag från FDA 2003 för motoriska symtom på dystoni. Det godkändes 2010 i Europa för behandling av vissa typer av svår epilepsi. DBS har också visat lovande, även om det fortfarande är i forskning, för medicinskt svårlösta psykiatriska syndrom av depression, tvångssyndrom, svårbehandlad ilska, demens och sjuklig fetma. Det har också visat lovande för Tourettes syndrom, torticollis och tardiv dyskinesi. DBS-terapi, till skillnad från ryggmärgsstimulering, har en mängd olika mål i centrala nervsystemet, beroende på målpatologin. För Parkinsons sjukdom inkluderar mål för centrala nervsystemet den subthalamuskärna, globus pallidus interna och den ventrala intermiduskärnan i thalamus. Dystonier behandlas ofta med implantat riktade mot globus pallidus interna, eller mer sällan, delar av den ventrala thalamusgruppen. Den främre thalamus är målet för epilepsi.

DBS forskningsmål inkluderar, men är inte begränsade till följande områden: Cg25 för depression, den främre delen av den inre kapseln för depression samt tvångssyndrom (OCD), centromedian/parafasicularis, centromedian thalamic nuclei och subthalamic nucleus för OCD , anorexi och Tourettes syndrom, nucleus accumbens och ventral striatum har också analyserats för depression och smärta.

Andra invasiva elektriska metoder

Icke-invasiva elektriska metoder

Dessa metoder använder externa elektroder för att applicera en ström till kroppen för att förändra nervsystemets funktion.

Metoder inkluderar:

Icke-invasiva magnetiska metoder

Magnetiska metoder för neuromodulering är normalt icke-invasiva: ingen operation krävs för att tillåta ett magnetfält att komma in i kroppen eftersom den magnetiska permeabiliteten hos vävnad liknar den för luft. Med andra ord: magnetiska fält tränger mycket lätt in i kroppen.

De två huvudteknikerna är starkt besläktade genom att båda använder förändringar i magnetfältstyrka för att inducera elektriska fält och jonströmmar i kroppen. Det finns dock skillnader i tillvägagångssätt och hårdvara. I rTMS har stimuleringen en hög amplitud (0,5–3 tesla ), en låg komplexitet och anatomisk specificitet nås genom ett starkt fokalt magnetfält. I tPEMF har stimuleringen en låg amplitud (0,01–500 millitesla), en hög komplexitet och anatomisk specificitet uppnås genom det specifika frekvensinnehållet i signalen.

Invasiva kemiska metoder

Kemisk neuromodulering är alltid invasiv, eftersom ett läkemedel levereras på en mycket specifik plats i kroppen. Den icke-invasiva varianten är traditionell farmakoterapi , t.ex. att svälja en tablett.

  • Intratekala läkemedelstillförselsystem (ITDS, som kan leverera mikrodoser av smärtstillande medel (till exempel ziconotid ) eller anti-spasmmedicin (som baklofen ) direkt till verkningsstället)

Historia

Elektrisk stimulering av nervsystemet har en lång och komplex historia. Tidigare utövare av djup hjärnstimulering under senare hälften av 1900-talet (Delgado, Heath, Hosbuchi. Se Hariz et al. för historisk genomgång) var begränsade av den tillgängliga tekniken. Heath, på 1950-talet, stimulerade subkortikala områden och gjorde detaljerade observationer av beteendeförändringar. En ny förståelse av smärtuppfattning inleddes 1965, med Gate Theory of Wall and Melzack. Även om den nu anses vara alltför förenklad, ansåg teorin att smärtöverföringar från små nervfibrer kan åsidosättas, eller porten "stängas", genom konkurrerande överföringar längs de bredare beröringsnervfibrerna. Byggande på det konceptet demonstrerades den första ryggpelarstimulatorn för smärtkontroll 1967 av Dr. Norm Shealy vid Western Reserve Medical School, med en design anpassad av Tom Mortimer, doktorand vid Case Institute of Technology, från hjärtnervstimulatorer av Medtronic, Inc., där han hade en professionell bekant som delade kretsschemat. År 1973 rapporterade Hosbuchi att han lindrade denerverande ansiktssmärtan vid anestesi dolorosa genom pågående elektrisk stimulering av den somatosensoriska thalamus, vilket markerade början på en ålder av djup hjärnstimulering.

Trots den begränsade kliniska erfarenheten under dessa decennier, är den eran anmärkningsvärd för demonstrationen av teknologins roll i neuromodulering, och det finns några fallrapporter om djup hjärnstimulering för en mängd olika problem; verklig eller uppfattad. Delgado antydde kraften i neuromodulering med sina implantat i bovint septumregion och förmågan hos elektrisk stimulering att trubba eller ändra beteende. Ytterligare försök till denna "beteendemodifiering" hos människor var svåra och sällan tillförlitliga, och bidrog till den övergripande bristen på framsteg i centrala nervsystemets neuromodulering från den eran. Försök till svårlösta smärtsyndrom möttes med större framgång, men försvårades återigen av teknikens kvalitet. I synnerhet hade den så kallade DBS "noll"-elektroden (bestående av en kontaktslinga på dess ände) en oacceptabel felfrekvens och revisioner var fyllda med mer risk än nytta. Sammantaget var försök att använda elektrisk stimulering för "beteendemodifiering" svåra och sällan tillförlitliga, vilket saktade utvecklingen av DBS. Försök att ta itu med svårlösta smärtsyndrom med DBS möttes med större framgång, men hämmades återigen av teknikens kvalitet. Ett antal läkare som hoppades kunna ta itu med hittills svårlösta problem sökte utveckling av mer specialiserad utrustning; till exempel, på 1960-talet, rekryterade Walls kollega Bill Sweet ingenjören Roger Avery för att göra en implanterbar perifer nervstimulator. Avery startade Avery Company, som tillverkade ett antal implanterbara stimulatorer. Strax före sin pensionering 1983 lämnade han in uppgifter som begärts av FDA, som hade börjat reglera medicinsk utrustning efter ett möte 1977 om ämnet, angående DBS för kronisk smärta. Medtronic och Neuromed tillverkade också djupa hjärnstimulatorer vid den tiden, men enligt uppgift ansåg att en komplex säkerhets- och effektstudie på patienter som var svåra att utvärdera skulle bli för kostsam för storleken på den potentiella patientbasen, så de lämnade inte in kliniska data om DBS för kronisk smärta till FDA, och den indikationen godkändes inte.

Men nära den här tiden i Frankrike och på andra håll undersöktes DBS som ett substitut för lesion av hjärnkärnor för att kontrollera motoriska symtom på rörelsestörningar som Parkinsons sjukdom, och i mitten av 1990-talet hade denna reversibla, oförstörande stimuleringsterapi blivit den primära tillämpningen av DBS hos lämpliga patienter, för att bromsa utvecklingen av rörelsestörningar från sjukdomen och minska biverkningar från långvarig, eskalerande läkemedelsanvändning.

Parallellt med utvecklingen av neuromoduleringssystem för att hantera motorisk funktionsnedsättning, var cochleaimplantat det första neuromoduleringssystemet som nådde ett brett kommersiellt stadium för att åtgärda ett funktionellt underskott; de ger ljuduppfattning hos användare som är hörselskadade på grund av saknade eller skadade sensoriska celler (cilier) i innerörat. Tillvägagångssättet för elektrisk stimulering som används i cochleaimplantat modifierades snart av en tillverkare, Boston Scientific Corporation, för design av elektriska ledningar som ska användas vid behandling av ryggmärgsstimulering av kroniska smärttillstånd.

Förhållande till elektroceutika

2012 tillkännagav det globala läkemedelsföretaget GlaxoSmithKline ett initiativ inom bioelektrisk medicin där det autonoma nervsystemets påverkan på immunsystemet och inflammatoriska sjukdomar kan behandlas genom elektrisk stimulering snarare än farmaceutiska medel. Företagets första investering 2013 involverade ett litet nystartat företag, SetPoint Medical, som utvecklade neurostimulatorer för att hantera inflammatoriska autoimmuna sjukdomar som reumatoid artrit.

I slutändan syftar elektroceuticals-uppdraget till att hitta sjukdomens elektroneurala signatur och på cellnivå, i realtid, spela upp den mer normala elektrosignaturen för att bibehålla den neurala signaturen i normalt tillstånd. Till skillnad från tidigare neuromodulationsterapimetoder skulle tillvägagångssättet inte involvera elektriska ledningar som stimulerar stora nerver eller ryggmärg eller hjärncentra. Det kan handla om metoder som växer fram inom neuromodulationsfamiljen av terapier, såsom optogenetik eller någon ny nanoteknik. Sjukdomstillstånd och tillstånd som har diskuterats som mål för framtida elektroceutisk terapi inkluderar diabetes, infertilitet, fetma, reumatoid artrit och autoimmuna sjukdomar.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neuromodulation_(medicine)&oldid=1136122149 "