Neuromodulation (medicin) - Neuromodulation (medicine)

Denne artikel handler om terapien. For den fysiologiske proces, se Neuromodulation .
Neuromodulation

Neuromodulation er "ændringen af ​​nerveaktivitet gennem målrettet levering af en stimulus, såsom elektrisk stimulering eller kemiske midler, til specifikke neurologiske steder i kroppen". Det udføres for at normalisere - eller modulere - nervevævsfunktion . Neuromodulation er en terapi i udvikling, der kan involvere en række elektromagnetiske stimuli, såsom et magnetfelt ( rTMS ), en elektrisk strøm eller et lægemiddel, der er indpodet direkte i det subdurale rum (intratekal lægemiddeltilførsel). Fremvoksende applikationer involverer målrettet introduktion af gener eller genregulatorer og lys ( optogenetik ), og i 2014 var disse mindst blevet påvist i pattedyrsmodeller, eller der var indsamlet først-i-menneskelige data. Den mest kliniske erfaring har været med elektrisk stimulering.

Neuromodulation, uanset om den er elektrisk eller magnetisk, anvender kroppens naturlige biologiske respons ved at stimulere nervecelleaktivitet, der kan påvirke populationer af nerver ved at frigive sendere, såsom dopamin eller andre kemiske budbringere, såsom peptidet Substans P , der kan modulere ophidselse og affyring mønstre af neurale kredsløb. Der kan også være mere direkte elektrofysiologiske virkninger på neurale membraner som virkningsmekanisme for elektrisk interaktion med neurale elementer. Sluteffekten er en "normalisering" af en neural netværksfunktion fra dens forstyrrede tilstand. Formodede virkningsmekanismer til neurostimulering omfatter depolariserende blokade, stokastisk normalisering af neural affyring , aksonal blokade , reduktion af neural affyringskeratose og undertrykkelse af neurale netværksoscillationer. Selvom de nøjagtige mekanismer for neurostimulering ikke er kendt, har den empiriske effektivitet ført til betydelig anvendelse klinisk.

Eksisterende og nye neuromodulationsbehandlinger omfatter også anvendelse i medicinresistent epilepsi , kroniske hovedpine og funktionel terapi lige fra blære og tarm eller respiratorisk kontrol til forbedring af sensoriske underskud, såsom hørelse ( cochleaimplantater og auditive hjernestammeimplantater ) og syn ( nethindeimplantater ). Tekniske forbedringer omfatter en tendens til minimalt invasive (eller ikke -invasive) systemer; samt mindre, mere sofistikerede enheder, der kan have automatisk feedback -kontrol og betinget kompatibilitet med magnetisk resonansbilleddannelse.

Neuromodulationsterapi er blevet undersøgt for andre kroniske tilstande, såsom Alzheimers sygdom , depression , kroniske smerter og som en supplerende behandling ved genopretning efter slagtilfælde .

Invasive elektriske neuromodulationsmetoder

Elektrisk stimulering ved hjælp af implanterbare enheder kom til moderne brug i 1980'erne, og dens teknikker og applikationer er fortsat med at udvikle og ekspandere. Dette er metoder, hvor en operation er nødvendig for at placere en elektrode. Stimulatoren med batteriet ligner en pacemaker kan også implanteres eller forblive uden for kroppen.

Generelt leverer neuromodulationssystemer elektriske strømme og består typisk af følgende komponenter: En epidural, subdural eller parenkymal elektrode placeret via minimalt invasive nåleteknikker (såkaldte perkutane ledninger) eller en åben kirurgisk eksponering for målet (kirurgisk "padle" eller "grid" -elektroder) eller stereotaktiske implantater til centralnervesystemet og en implanteret pulsgenerator (IPG). Afhængigt af afstanden fra elektrode -adgangspunktet kan der også tilføjes et forlængerkabel til systemet. IPG kan enten have et ikke-genopladeligt batteri, der skal udskiftes hvert 2.-5. år (afhængigt af stimuleringsparametre) eller et genopladeligt batteri, der genopfyldes via et eksternt induktivt opladningssystem.

Selvom de fleste systemer fungerer via levering af et konstant tog af stimulation, er der nu fremkomst af såkaldt "feed-forward" stimulation, hvor enhedens aktivering er betinget af en fysiologisk begivenhed, såsom et epileptisk anfald. Under denne omstændighed aktiveres enheden og afgiver en desynkroniserende puls til det kortikale område, der gennemgår et epileptisk anfald. Dette koncept om fremadrettet stimulering vil sandsynligvis blive mere udbredt, efterhånden som fysiologiske markører for målrettede sygdomme og neurale lidelser opdages og verificeres. Stimulering på forespørgsel kan bidrage til længere batterilevetid, hvis systemets krav til registrering og signalbehandling er tilstrækkeligt strømeffektive. Nye elektrodedesign kan give mere effektiv og præcis stimulation, hvilket kræver mindre strøm og minimerer uønsket sidestimulering. For at overvinde udfordringen med at forhindre blymigration i områder af kroppen, der er udsat for bevægelse, såsom drejning og bøjning, undersøger forskere udviklingen af ​​små stimuleringssystemer, der oplades trådløst snarere end gennem en elektrisk ledning.

Rygmarvsstimulering

Hovedartikel: Rygmarvsstimulering

Rygmarvsstimulering er en form for invasiv neuromodulationsterapi i almindelig brug siden 1980'erne. Dets vigtigste anvendelse er som en reversibel, ikke-farmakologisk behandling til kronisk smertebehandling , der afgiver milde elektriske impulser til rygmarven . Hos patienter, der oplever smertereduktion på 50 procent eller mere under et midlertidigt forsøg, kan der tilbydes et permanent implantat, hvor der, som med en hjertestarter , placeres en implanterbar pulsgenerator på størrelse med et stopur under huden på bagagerummet. Det leverer milde impulser langs slanke elektriske ledninger, der fører til små elektriske kontakter, omtrent på størrelse med et riskorn, i det område af rygsøjlen, der skal stimuleres.

Stimulation er typisk i området 20-200 Hz, selvom der nu dukker en ny klasse af stimuleringsparametre op, der anvender et 10 kHz stimuleringstog samt 500 Hz "burststimulering". Kilohertz -stimuleringstog er blevet anvendt på både den rigtige rygmarv såvel som den dorsale rodganglion hos mennesker. Alle former for rygmarvsstimulering har vist sig at have forskellige grader af effektivitet til at behandle en række farmakoresistente neuropatiske eller blandede (neuropatiske og noiciceptive) smertesyndromer såsom post-laminektomisyndrom, lændesmerter, komplekst regionalt smertesyndrom, perifer neuropati, perifer vaskulær sygdom og angina.

Den generelle proces for rygmarvsstimulering involverer en midlertidig efterfølgende behandling af passende patienter med en ekstern pulsgenerator fastgjort til epiduralelektroder placeret i den nedre thoracale rygmarv. Elektroderne placeres enten via en minimalt invasiv nåleteknik (såkaldte perkutane ledninger) eller en åben kirurgisk eksponering (kirurgiske "padle" elektroder).

Patientvalg er nøglen, og kandidater bør bestå streng psykologisk screening samt en medicinsk behandling for at sikre, at deres smertesyndrom virkelig er medicinresistent. Efter at være kommet sig efter implantatproceduren, vender patienten tilbage for at få systemet tændt og programmeret. Afhængigt af systemet kan programmet fremkalde en prikkende fornemmelse, der dækker det meste af det smertefulde område, og erstatte nogle af de smertefulde fornemmelser med mere af en blid masserende fornemmelse, selvom andre nyere systemer ikke skaber en prikkende fornemmelse. Patienten sendes hjem med en håndholdt fjernbetjening for at slukke eller tænde for systemet eller skifte mellem forudindstillede stimuleringsparametre og kan følge op for at justere parametrene.

Dyb hjernestimulering

Hovedartikel: Dyb hjernestimulering

En anden invasiv neuromodulationsbehandling udviklet i 1980'erne er dyb hjernestimulering , som kan bruges til at begrænse symptomer på bevægelsesforstyrrelse ved Parkinsons sygdom , dystoni eller essentiel tremor . Dyb hjernestimulering blev godkendt af US Food and Drug Administration i 1997 for essentiel tremor, i 2002 for Parkinsons sygdom, og modtog en humanitær enhedsfritagelse fra FDA i 2003 for motoriske symptomer på dystoni. Det blev godkendt i 2010 i Europa til behandling af visse former for alvorlig epilepsi. DBS har også vist løfte, selvom det stadig er i forskning, for medicinsk uhåndterlige psykiatriske syndromer med depression, tvangslidelser, utrætteligt raseri, demens og sygelig fedme. Det har også vist løfte om Tourettes syndrom, torticollis og tardiv dyskinesi. DBS -terapi har i modsætning til rygmarvsstimulering en række forskellige mål i centralnervesystemet, afhængigt af målpatologien. For Parkinsons sygdom omfatter mål i centralnervesystemet subthalamikernen, globus pallidus interna og den ventrale intermiduskerne i thalamus. Dystonier behandles ofte med implantater målrettet mod globus pallidus interna eller sjældnere dele af den ventrale thalamiske gruppe. Den forreste thalamus er målet for epilepsi.

DBS forskningsmål omfatter, men er ikke begrænset til, følgende områder: Cg25 for depression, den forreste del af den indre kapsel til depression samt obsessiv kompulsiv lidelse (OCD), centromedian/parafasicularis, centromediske thalamiske kerner og den subthalamiske kerne for OCD , anoreksi og Tourettes syndrom, nucleus accumbens og ventral striatum er også blevet analyseret for depression og smerter.

Andre invasive elektriske metoder

Ikke-invasive elektriske metoder

Disse metoder bruger eksterne elektroder til at påføre en strøm til kroppen for at ændre nervesystemets funktion.

Metoder inkluderer:

Ikke-invasive magnetiske metoder

Magnetiske neuromodulationsmetoder er normalt ikke-invasive: ingen operation er nødvendig for at tillade et magnetfelt at komme ind i kroppen, fordi vævs magnetiske permeabilitet ligner luftens. Med andre ord: magnetfelter trænger meget let ind i kroppen.

De to hovedteknikker er stærkt relaterede, idet begge bruger ændringer i magnetfeltstyrken til at fremkalde elektriske felter og ioniske strømme i kroppen. Der er dog forskelle i tilgang og hardware. I rTMS har stimuleringen en høj amplitude (0,5–3 tesla ), en lav kompleksitet og anatomisk specificitet nås gennem et stærkt fokalt magnetfelt. I tPEMF har stimuleringen en lav amplitude (0,01–500 millitesla), en høj kompleksitet og anatomisk specificitet nås gennem signalets specifikke frekvensindhold.

Invasive kemiske metoder

Kemisk neuromodulation er altid invasiv, fordi et lægemiddel afleveres på et meget specifikt sted i kroppen. Den ikke-invasive variant er traditionel farmakoterapi , fx synke en tablet.

  • Intratekale lægemiddelleveringssystemer (ITDS, som kan levere mikrodoser af smertestillende medicin (f.eks. Ziconotid ) eller antispasmedicin (f.eks. Baclofen ) direkte til virkningsstedet)

Historie

Elektrisk stimulering af nervesystemet har en lang og kompleks historie. Tidligere udøvere af dyb hjernestimulering i sidste halvdel af det 20. århundrede (Delgado, Heath, Hosbuchi. Se Hariz et al. For historisk gennemgang) var begrænset af den tilgængelige teknologi. Heath i 1950'erne stimulerede subkortikale områder og foretog detaljerede observationer af adfærdsændringer. En ny forståelse af smerteopfattelse blev indledt i 1965 med Gate Theory of Wall og Melzack. Selvom det nu betragtes som forenklet, fastslog teorien, at smertetransmissioner fra små nervefibre kan tilsidesættes eller porten "lukkes" ved at konkurrere transmissioner langs de bredere berøringsfibrer. Baseret på dette koncept, i 1967, blev den første dorsale kolonnestimulator til smertebekæmpelse demonstreret af Dr. Norm Shealy ved Western Reserve Medical School ved hjælp af et design tilpasset af Tom Mortimer, en kandidatstuderende ved Case Institute of Technology, fra hjertestimulatorer af Medtronic, Inc., hvor han havde en professionel bekendt, der delte kredsløbsdiagrammet. I 1973 rapporterede Hosbuchi lindring af denervation ansigtssmerter ved anæstesi dolorosa gennem løbende elektrisk stimulering af den somatosensoriske thalamus, hvilket markerede starten på en alder af dyb hjernestimulering.

På trods af den begrænsede kliniske erfaring i disse årtier er denne æra bemærkelsesværdig for demonstrationen af ​​den rolle, teknologien har i neuromodulation, og der er nogle sagsrapporter om dyb hjernestimulering for en række problemer; ægte eller opfattet. Delgado antydede kraften i neuromodulation med sine implantater i kvægsegmentområdet og elektrisk stimulations evne til at stumpe eller ændre adfærd. Yderligere forsøg på denne "adfærdsændring" hos mennesker var vanskelige og sjældent pålidelige og bidrog til den generelle mangel på fremskridt i centralnervesystemets neuromodulation fra den æra. Forsøg på uhåndterlige smertesyndromer blev mødt med større succes, men igen hæmmet af teknologiens kvalitet. Især den såkaldte DBS "zero" -elektrode (bestående af en kontaktsløjfe på dens ende) havde en uacceptabel fejlfrekvens, og revisioner var fyldt med mere risiko end fordel. Samlet set var forsøg på at bruge elektrisk stimulering til "adfærdsændring" vanskeligt og sjældent pålideligt, hvilket bremsede udviklingen af ​​DBS. Forsøg på at løse uhåndterlige smertesyndromer med DBS blev mødt med større succes, men igen hæmmet af teknologiens kvalitet. En række læger, der håbede på at løse hidtil vanskelige problemer, søgte udvikling af mere specialiseret udstyr; for eksempel i 1960'erne rekrutterede Walls kollega Bill Sweet ingeniør Roger Avery til at lave en implanterbar perifer nervestimulator. Avery startede Avery Company, som lavede en række implanterbare stimulatorer. Kort før sin pensionering i 1983 indsendte han data, som FDA anmodede om, og som var begyndt at regulere medicinsk udstyr efter et møde i 1977 om emnet vedrørende DBS for kroniske smerter. Medtronic og Neuromed lavede også dybe hjernestimulatorer på det tidspunkt, men efter sigende følte et komplekst klinisk forsøg med sikkerhed og effekt hos patienter, der var vanskelige at evaluere, ville være for dyrt for størrelsen af ​​den potentielle patientbase, så forelagde ikke kliniske data om DBS for kroniske smerter til FDA, og den indikation blev de-godkendt.

Men nær denne tid i Frankrig og andre steder blev DBS undersøgt som en erstatning for læsion af hjernekerner for at kontrollere motoriske symptomer på bevægelsesforstyrrelser som Parkinsons sygdom, og i midten af ​​1990'erne var denne reversible, ikke-destruktive stimuleringsterapi blevet den primære anvendelse af DBS hos passende patienter, til at bremse udviklingen af ​​bevægelsesnedsættelse fra sygdommen og reducere bivirkninger fra langvarig, eskalerende medicinbrug.

Parallelt med udviklingen af ​​neuromodulationssystemer til at afhjælpe motorisk svækkelse var cochleaimplantater det første neuromoduleringssystem, der nåede et bredt kommercielt stadie for at imødegå et funktionelt underskud; de giver lydopfattelse hos brugere, der er hørehæmmede på grund af manglende eller beskadigede sanseceller (cilia) i det indre øre. Tilgangen til elektrisk stimulation, der anvendes i cochleaimplantater, blev hurtigt ændret af en producent, Boston Scientific Corporation, til design af elektriske ledninger, der skal bruges til behandling af rygmarvsstimulering af kroniske smertetilstande.

Forholdet til elektroelektronik

I 2012 annoncerede det globale medicinalfirma GlaxoSmithKline et initiativ inden for bioelektrisk medicin, hvor det autonome nervesystems indvirkning på immunsystemet og inflammatoriske sygdomme kan behandles gennem elektrisk stimulering frem for farmaceutiske midler. Virksomhedens første investering i 2013 involverede et lille opstartsfirma, SetPoint Medical, som udviklede neurostimulatorer til at behandle inflammatoriske autoimmune lidelser såsom leddegigt.

I sidste ende har den elektroceutiske søgen til formål at finde den neurale signatur af sygdom og på mobilniveau i realtid afspille den mere normale elektriske signatur for at hjælpe med at opretholde den neurale signatur i normal tilstand. I modsætning til de foregående neuromodulationsterapimetoder ville fremgangsmåden ikke involvere elektriske ledninger, der stimulerer store nerver eller rygmarv eller hjernecentre. Det kan indebære metoder, der dukker op inden for neuromodulationsfamilien af ​​terapier, såsom optogenetik eller ny nanoteknologi. Sygdomstilstande og tilstande, der er blevet diskuteret som mål for fremtidig elektroceutisk behandling, omfatter diabetes, infertilitet, fedme, leddegigt og autoimmune lidelser.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links