Nöromodülasyon (tıp) - Neuromodulation (medicine)

nöromodülasyon

Nöromodülasyon , "elektriksel stimülasyon veya kimyasal ajanlar gibi bir uyaranın vücuttaki belirli nörolojik bölgelere hedefli olarak verilmesi yoluyla sinir aktivitesinin değiştirilmesidir". Sinir dokusu fonksiyonunu normalleştirmek veya modüle etmek için gerçekleştirilir . Nöromodülasyon, bir manyetik alan ( rTMS ), bir elektrik akımı veya doğrudan subdural boşluğa verilen bir ilaç (intratekal ilaç dağıtımı) gibi bir dizi elektromanyetik uyarıyı içerebilen gelişen bir terapidir . Gelişen uygulamalar, genlerin veya gen düzenleyicilerin ve ışığın ( optogenetik ) hedeflenen girişini içerir ve 2014 yılına kadar bunlar en azından memeli modellerinde gösterilmiş veya insanda ilk veriler elde edilmiştir. En klinik deneyim elektrik stimülasyonu ile olmuştur.

İster elektriksel ister manyetik olsun, nöromodülasyon, dopamin gibi vericileri veya uyarılabilirliği ve ateşlemeyi modüle edebilen peptid Substance P gibi diğer kimyasal habercileri serbest bırakarak sinir popülasyonlarını etkileyebilecek sinir hücresi aktivitesini uyararak vücudun doğal biyolojik tepkisini kullanır. sinir devrelerinin kalıpları. Nöral elementlerle elektriksel etkileşimin etki mekanizması olarak sinir zarları üzerinde daha doğrudan elektrofizyolojik etkiler de olabilir. Son etki, bir sinir ağı fonksiyonunun bozuk durumundan "normalleştirilmesi" dir. Nörostimülasyon için varsayılan etki mekanizmaları arasında depolarizan blokaj, nöral ateşlemenin stokastik normalizasyonu , aksonal blokaj , nöral ateşleme keratozunun azaltılması ve sinir ağı salınımlarının baskılanması yer alır. Nörostimülasyonun kesin mekanizmaları bilinmemekle birlikte, ampirik etkinliği klinik olarak önemli uygulamalara yol açmıştır.

Mevcut ve ortaya çıkan nöromodülasyon tedavileri ayrıca ilaca dirençli epilepsi , kronik baş ağrısı durumları ve mesane ve bağırsak veya solunum kontrolünden işitme ( koklear implantlar ve işitsel beyin sapı implantları ) ve görme gibi duyusal eksikliklerin iyileştirilmesine kadar değişen fonksiyonel tedaviyi içerir. retina implantları ). Teknik iyileştirmeler, minimal invaziv (veya invaziv olmayan) sistemlere yönelik bir eğilimi içerir; otomatik geri besleme kontrolüne ve manyetik rezonans görüntüleme ile koşullu uyumluluğa sahip olabilen daha küçük, daha karmaşık cihazların yanı sıra.

Nöromodülasyon tedavisi, Alzheimer hastalığı , depresyon , kronik ağrı gibi diğer kronik durumlar için ve felçten kurtulmada yardımcı bir tedavi olarak araştırılmıştır .

İnvaziv elektriksel nöromodülasyon yöntemleri

İmplante edilebilir cihazlar kullanılarak elektrik stimülasyonu 1980'lerde modern kullanıma girdi ve teknikleri ve uygulamaları gelişmeye ve genişlemeye devam etti. Bunlar, bir elektrotu konumlandırmak için bir işlemin gerekli olduğu yöntemlerdir. Pilli stimülatör, kalp piline benzer şekilde implante edilebilir veya vücudun dışında kalabilir.

Genel olarak, nöromodülasyon sistemleri elektrik akımları iletir ve tipik olarak aşağıdaki bileşenlerden oluşur: Minimal invaziv iğne teknikleri (perkütan elektrotlar olarak adlandırılır) yoluyla yerleştirilen bir epidural, subdural veya parankimal elektrot veya hedefe açık cerrahi maruz bırakma (cerrahi "kürek" veya "ızgara" elektrotları) veya merkezi sinir sistemi için stereotaktik implantlar ve implante edilmiş bir puls üreteci (IPG). Elektrot erişim noktasından olan mesafeye bağlı olarak sisteme bir uzatma kablosu da eklenebilir. IPG, her 2-5 yılda bir değiştirilmesi gereken (stimülasyon parametrelerine bağlı olarak) yeniden şarj edilemeyen bir pile veya harici bir endüktif şarj sistemi aracılığıyla doldurulan yeniden şarj edilebilir bir pile sahip olabilir.

Çoğu sistem sabit bir stimülasyon dizisi ile çalışmasına rağmen, şimdi, cihazın aktivasyonunun epileptik nöbet gibi fizyolojik bir olaya bağlı olduğu "ileri beslemeli" stimülasyonun ortaya çıkması var. Bu durumda, cihaz etkinleştirilir ve epileptik nöbet geçiren kortikal alana senkronize olmayan bir nabız gönderir. Bu ileri beslemeli uyarım kavramı, hedeflenen hastalıkların ve nöral bozuklukların fizyolojik belirteçleri keşfedilip doğrulandıkça muhtemelen daha yaygın hale gelecektir. Sistemin algılama ve sinyal işleme talepleri yeterince güç verimliyse, isteğe bağlı uyarı daha uzun pil ömrüne katkıda bulunabilir. Yeni elektrot tasarımları, daha az akım gerektiren ve istenmeyen yan stimülasyonu en aza indiren daha verimli ve hassas stimülasyon sağlayabilir. Ek olarak, vücudun dönme ve bükülme gibi harekete maruz kalan bölgelerinde kurşun yer değiştirmesini önleme zorluğunun üstesinden gelmek için araştırmacılar, elektrik kablosu yerine kablosuz olarak şarj edilen küçük stimülasyon sistemleri geliştirmeyi araştırıyorlar.

Omurilik stimülasyonu

Omurilik stimülasyonu , 1980'lerden beri yaygın olarak kullanılan bir invaziv nöromodülasyon tedavisi şeklidir. Başlıca kullanımı, omuriliğe hafif elektrik darbeleri ileten kronik ağrı yönetimi için geri dönüşümlü, farmakolojik olmayan bir tedavidir . Geçici bir deneme sırasında yüzde 50 veya daha fazla ağrı azalması yaşayan hastalarda, kalp pilinde olduğu gibi, gövde üzerinde derinin altına yaklaşık bir kronometre boyutunda implante edilebilir bir puls üretecinin yerleştirildiği kalıcı bir implant önerilebilir . Omurganın uyarılacak bölgesinde yaklaşık bir pirinç tanesi büyüklüğünde küçük elektrik temaslarına yol açan ince elektrik kabloları boyunca hafif darbeler iletir.

Stimülasyon tipik olarak 20–200 Hz aralığındadır, ancak şimdi 10 kHz stimülasyon dizisinin yanı sıra 500 Hz "patlama stimülasyonu" kullanan yeni bir stimülasyon parametreleri sınıfı ortaya çıkmaktadır. Kilohertz stimülasyon trenleri, insanlarda hem uygun omuriliğe hem de dorsal kök gangliyonuna uygulanmıştır. Tüm omurilik uyarım biçimlerinin, post-laminektomi sendromu, bel ağrısı, karmaşık bölgesel ağrı sendromu, periferik nöropati gibi çeşitli farmako-dirençli nöropatik veya karma (nöropatik ve noisiseptif) ağrı sendromlarını ele almak için değişen derecelerde etkinliğe sahip olduğu gösterilmiştir. periferik vasküler hastalık ve anjina.

Omurilik stimülasyonu için genel süreç, alt torasik omurilikte bulunan epidural elektrotlara bağlı harici bir puls üreteci ile uygun hastaların geçici olarak takip edilmesini içerir. Elektrotlar ya minimal invaziv bir iğne tekniği (perkütan elektrotlar olarak adlandırılır) ya da açık cerrahi maruz bırakma (cerrahi "kürek" elektrotları) yoluyla yerleştirilir.

Hasta seçimi anahtardır ve adaylar, ağrı sendromunun gerçekten ilaca dirençli olduğundan emin olmak için tıbbi muayenenin yanı sıra titiz bir psikolojik taramadan geçmelidir. İmplant prosedüründen iyileştikten sonra hasta, sistemin açılması ve programlanması için geri dönecektir. Sisteme bağlı olarak, program ağrılı bölgenin çoğunu kaplayan bir karıncalanma hissi uyandırabilir ve bazı ağrılı hislerin yerine daha hafif bir masaj hissi verebilir, ancak daha yeni sistemler bir karıncalanma hissi yaratmaz. Hasta, sistemi kapatmak veya açmak veya önceden ayarlanmış stimülasyon parametreleri arasında geçiş yapmak için elde tutulan bir uzaktan kumanda ile eve gönderilir ve parametreleri ayarlamak için takip edebilir.

Derin beyin uyarımı

1980'lerde geliştirilen bir başka invaziv nöromodülasyon tedavisi , Parkinson hastalığı , distoni veya esansiyel tremordaki hareket bozukluğu semptomlarını sınırlamaya yardımcı olmak için kullanılabilen derin beyin stimülasyonudur . Derin beyin stimülasyonu ABD Gıda ve İlaç Dairesi tarafından 1997'de esansiyel tremor, 2002'de Parkinson hastalığı için onaylandı ve distoninin motor semptomları için 2003'te FDA'dan insani cihaz muafiyeti aldı. 2010 yılında Avrupa'da bazı şiddetli epilepsi türlerinin tedavisi için onaylanmıştır. DBS ayrıca, halen araştırmalarda olmasına rağmen, tıbben inatçı psikiyatrik depresyon sendromları, obsesif kompulsif bozukluklar, inatçı öfke, demans ve morbid obezite için umut vaat etmiştir. Ayrıca Tourette sendromu, tortikolis ve tardif diskinezi için umut vaat ediyor. DBS tedavisi, omurilik stimülasyonunun aksine, hedef patolojiye bağlı olarak çeşitli merkezi sinir sistemi hedeflerine sahiptir. Parkinson hastalığı için merkezi sinir sistemi hedefleri, subtalamik çekirdek, globus pallidus interna ve talamusun ventral intermidus çekirdeğini içerir. Distoniler genellikle globus pallidus interna'yı veya daha az sıklıkla ventral talamik grubun kısımlarını hedef alan implantlarla tedavi edilir. Epilepsinin hedefi anterior talamustur.

DBS araştırma hedefleri aşağıdaki alanları içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir: Depresyon için Cg25, depresyon için iç kapsülün ön ekstremitesinin yanı sıra obsesif kompulsif bozukluk (OKB), sentromedyen/parafasicularis, sentromedyan talamik çekirdekler ve OKB için subtalamik çekirdek , anoreksiya ve Tourette sendromu, çekirdek akumbens ve ventral striatum da depresyon ve ağrı için test edilmiştir.

Diğer invaziv elektriksel yöntemler

İnvaziv olmayan elektrik yöntemleri

Bu yöntemler, sinir sisteminin işleyişini değiştirmek için vücuda bir akım uygulamak için harici elektrotlar kullanır.

Yöntemler şunları içerir:

İnvaziv olmayan manyetik yöntemler

Manyetik nöromodülasyon yöntemleri normalde non-invazivdir: Dokunun manyetik geçirgenliği havanınkine benzer olduğundan, bir manyetik alanın vücuda girmesine izin vermek için herhangi bir ameliyat gerekmez . Başka bir deyişle: manyetik alanlar vücuda çok kolay nüfuz eder.

İki ana teknik, her ikisinin de vücutta elektrik alanlarını ve iyonik akımları indüklemek için manyetik alan gücündeki değişiklikleri kullanması bakımından oldukça ilişkilidir . Ancak yaklaşım ve donanımda farklılıklar vardır. rTMS'de stimülasyon yüksek bir genliğe (0,5-3 tesla ) sahiptir, düşük karmaşıklığa ve anatomik özgüllüğe yüksek düzeyde odaklı bir manyetik alan yoluyla ulaşılır. tPEMF'de stimülasyon düşük bir genliğe (0.01-500 militesla) sahiptir, sinyalin spesifik frekans içeriği yoluyla yüksek bir karmaşıklığa ve anatomik özgünlüğe ulaşılır.

İnvaziv kimyasal yöntemler

Kimyasal nöromodülasyon her zaman invazivdir, çünkü bir ilaç vücudun oldukça spesifik bir yerinde verilir. İnvaziv olmayan varyant geleneksel farmakoterapidir , örneğin bir tabletin yutulması.

Tarih

Sinir sisteminin elektriksel uyarımı uzun ve karmaşık bir geçmişe sahiptir. 20. yüzyılın ikinci yarısında derin beyin stimülasyonunun önceki uygulayıcıları (Delgado, Heath, Hosbuchi. Tarihsel inceleme için bkz. Hariz ve diğerleri ) mevcut teknoloji ile sınırlıydı. Heath, 1950'lerde subkortikal alanları uyardı ve davranış değişikliklerinin ayrıntılı gözlemlerini yaptı. 1965 yılında Gate Theory of Wall ve Melzack ile ağrı algısına ilişkin yeni bir anlayış başlatıldı. Şimdi aşırı basitleştirilmiş olarak kabul edilse de, teori, küçük sinir liflerinden gelen ağrı iletimlerinin, daha geniş dokunma sinir lifleri boyunca rekabet eden iletimlerle geçersiz kılınabileceğini veya kapının "kapatılabileceğini" savundu. Bu konsepte dayanarak, 1967'de, ağrı kontrolü için ilk dorsal kolon stimülatörü, Case Institute of Technology'de yüksek lisans öğrencisi olan Tom Mortimer tarafından kardiyak sinir stimülatörlerinden uyarlanan bir tasarım kullanılarak Western Reserve Tıp Okulu'nda Dr. Norm Shealy tarafından gösterildi. devre şemasını paylaşan profesyonel bir tanıdığı olduğu Medtronic, Inc. tarafından yazılmıştır. 1973'te Hosbuchi, derin beyin stimülasyonu çağının başlangıcını işaret ederek, somatosensoriyel talamusun devam eden elektriksel uyarımı yoluyla anestezi dolorosa'nın denervasyon yüz ağrısını hafiflettiğini bildirdi.

Bu onyıllardaki sınırlı klinik deneyime rağmen, o dönem teknolojinin nöromodülasyondaki rolünün gösterilmesi açısından dikkate değerdir ve çeşitli problemler için derin beyin stimülasyonu ile ilgili bazı vaka raporları vardır; gerçek veya algılanan Delgado, sığır septal bölgesindeki implantlarıyla nöromodülasyonun gücüne ve elektrik stimülasyonunun davranışı köreltme veya değiştirme yeteneğine işaret etti. İnsanlarda bu "davranışsal modifikasyon" için daha ileri girişimler zordu ve nadiren güvenilirdi ve o dönemden itibaren merkezi sinir sistemi nöromodülasyonunda genel ilerleme eksikliğine katkıda bulundu. İnatçı ağrı sendromlarına yönelik girişimler daha fazla başarı ile karşılandı, ancak yine de teknolojinin kalitesi tarafından engellendi. Özellikle, sözde DBS "sıfır" elektrotu (ucunda bir temas döngüsünden oluşur) kabul edilemez bir başarısızlık oranına sahipti ve revizyonlar faydadan çok riskle doluydu. Genel olarak, "davranışsal modifikasyon" için elektrik stimülasyonu kullanma girişimleri zordu ve nadiren güvenilirdi ve DBS'nin gelişimini yavaşlattı. DBS ile inatçı ağrı sendromlarını ele alma girişimleri daha fazla başarı ile karşılandı, ancak yine de teknolojinin kalitesi tarafından engellendi. Şimdiye kadar çözülmesi zor sorunları çözmeyi umut eden bir dizi doktor, daha özel ekipmanların geliştirilmesini istedi; örneğin, 1960'larda, Wall'ın meslektaşı Bill Sweet, implante edilebilir bir periferik sinir uyarıcısı yapmak için mühendis Roger Avery'yi işe aldı. Avery, bir dizi implante edilebilir uyarıcı yapan Avery Company'yi kurdu. 1983'te emekli olmadan kısa bir süre önce, 1977'de yapılan bir toplantının ardından tıbbi cihazları düzenlemeye başlayan FDA'nın kronik ağrı için DBS ile ilgili talep ettiği verileri sundu. Medtronic ve Neuromed de o sırada derin beyin stimülatörleri yaptı, ancak bildirildiğine göre, değerlendirilmesi zor olan hastalarda karmaşık bir güvenlik ve etkinlik klinik denemesinin potansiyel hasta tabanının boyutu için çok maliyetli olacağını hissetti, bu nedenle DBS hakkında klinik veriler sunmadı. FDA'ya kronik ağrı için ve bu endikasyon onaylanmadı.

Ancak, bu zamanlara yakın bir zamanda Fransa'da ve başka yerlerde, DBS, Parkinson hastalığı gibi hareket bozukluklarının motor semptomlarını kontrol etmek için beyin çekirdeklerinin lezyonlanmasının bir ikamesi olarak araştırıldı ve 1990'ların ortalarında, bu geri dönüşümlü, tahribatsız stimülasyon tedavisi haline geldi. DBS'nin uygun hastalarda birincil uygulaması, hastalıktan kaynaklanan hareket bozukluğunun ilerlemesini yavaşlatmak ve uzun süreli, artan ilaç kullanımından kaynaklanan yan etkileri azaltmaktır.

Motor bozukluğuna yönelik nöromodülasyon sistemlerinin geliştirilmesine paralel olarak, koklear implantlar, işlevsel bir eksikliği gidermek için geniş bir ticari aşamaya ulaşan ilk nöromodülasyon sistemiydi; iç kulakta eksik veya hasarlı duyu hücreleri (kirpikler) nedeniyle işitme engelli kullanıcılarda ses algısı sağlarlar. Koklear implantlarda kullanılan elektrik stimülasyonu yaklaşımı, kısa süre sonra, bir üretici olan Boston Scientific Corporation tarafından, kronik ağrı durumlarının omurilik stimülasyon tedavisinde kullanılacak elektrik elektrotlarının tasarımı için değiştirildi.

Elektrosötiklerle ilişkisi

2012 yılında, küresel ilaç şirketi GlaxoSmithKline, otonom sinir sisteminin bağışıklık sistemi ve inflamatuar hastalık üzerindeki etkisinin farmasötik ajanlardan ziyade elektrik stimülasyonu yoluyla tedavi edilebileceği biyoelektrik tıpta bir girişim duyurdu. Şirketin 2013'teki ilk yatırımı, romatoid artrit gibi inflamatuar otoimmün hastalıkları ele almak için nörostimülatörler geliştiren küçük bir başlangıç ​​şirketi SetPoint Medical'i içeriyordu.

Sonuç olarak, elektro-imza araştırması, hastalığın elektro-nöral imzasını bulmayı ve hücresel düzeyde, gerçek zamanlı olarak, normal durumda nöral imzanın korunmasına yardımcı olmak için daha normal elektro-imzayı oynatmayı amaçlar. Önceki nöromodülasyon terapi yöntemlerinden farklı olarak, yaklaşım, büyük sinirleri veya omurilikleri veya beyin merkezlerini uyaran elektrik kablolarını içermeyecektir. Optogenetik veya bazı yeni nanoteknoloji gibi nöromodülasyon tedavileri ailesi içinde ortaya çıkan yöntemleri içerebilir. Gelecekteki elektrosötik tedavi için hedef olarak tartışılan hastalık durumları ve koşulları diyabet, kısırlık, obezite, romatoid artrit ve otoimmün bozuklukları içerir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar