UNIVERSIDAD DE ALCALÁ DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Ingeniería en Electrónica Instrumentación Biomédica Tema 5 Electroneurografía
1.- INTRODUCCIÓN. El término de Electroneurografía se refiere a la parte de la neurofisiología que tiene por objeto el estudio de los potenciales de acción del nervio sometido a estimulación y el cálculo de la velocidad de conducción de las fibras que constituyen los nervios periféricos. La electroneurografía incluye una serie de técnicas que permiten determinar: 1.- La velocidad de conducción motora por medio del estudio del potencial evocado a nivel del músculo (Potencial de acción Muscular). 2. La velocidad de conducción en los nervios sensitivos, así como los parámetros de los potenciales de acción sensitivos evocados a diferentes niveles del nervio peri férico. 3.- Registro de los potenciales de acción obtenidos por estímulos a nivel de un tronco nervioso y el estudio de la velocidad de conducción mixta en un nervio completo. 4. Registro de potenciales evocados somestésicos a nivel medular (potenciales evocados espinales) y a nivel cortical (potenciales evocados somestésicos corticales). El estudio de las conducciones motriz y sensitiva es una técnica muy útil, si se emplea conjuntamente con la electromiografía para el reconocimiento y exacta 1ocalización de patología en los nervios periféricas. El estudio de los potenciales reflejos constituye una ayuda complementaria. Breve reseña histórica. La primera referencia bibliográfica que se tiene sobre el tema data de 1850 y su autor fue Helmholtz, quien midió la velocidad de conducción de un nervio periférico de una rana, y posteriormente, de un hombre, aunque no fue hasta mucho más tarde que Berry (1944), trabajando con animales, le dio valor clínico a estas mediciones al darse cuenta de que la velocidad de conducción de fibras nerviosas que se están regenerando, después de una compresión o sutura, disminuye. En 1948, Hodes confirmó estos resultados para el caso del hombre. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 2
2.- INSTRUMENTACIÓN TÉCNICA. El equipo es esencialmente similar al descrito para el registro electromiográfico con varios canales de amplificación, registro por osciloscopio y por papel y con un estimulador capaz de entregar pulsos de estímulo de amplitud o intensidad, duración y frecuencia ajustables. La intensidad del estímulo se mide en miliamperios (ma). La intensidad máxima de los equipos actuales oscila entre 30 y 50 ma y viene determinada por la resistencia existente entre los electrodos de estimulación y por la tensión de salida del estimulador, según la ley de Ohm. La tensión máxima de salida es de unos 250-300 voltios y está limitada por razones de seguridad del paciente. La frecuencia del estímulo varía entre l y 2 Hz de forma rutinaria, pudiendo ser a demanda (mediante un mando manual) o ajustada automáticamente. La duración del estímulo oscila entre 0,05 ms y 1 ms consistiendo en un pulso cuadrado. Los estímulos de mayor duración pueden inducir una despolarización de otros nervios a distancias importantes del punto de estímulo, y falsear los resultados. En muchos sistemas se ofrecen diferentes tipos de estímulos ya preprogramados. Para el registro se utiliza un osciloscopio. El eje horizontal mide tiempos (s/div), el eje vertical mide las amplitudes en voltios (V/div). En el momento de la estimulación se activa el barrido del osciloscopio. El osciloscopio debe tener capacidad para almacenar al menos dos trazados y para poder comparar el estímulo proximal y el distal. El momento del estímulo se capta en el sistema de registro y el artefacto de estimulación sirve para disparar el barrido oscilográfico. El tiempo transcurrido entre la aparición del artefacto y el potencial evocado es la latencia del mismo. Además de estas características, el sistema debe poder realizar el promediado de una serie de registros sucesivos, ya que los potenciales registrados suelen ser de muy baja amplitud. Para esto, en la pantalla se puede apreciar la respuesta actual en uno de los canales y en el otro la respuesta ya promediada. Cuando ésta última alcanza a presentar unas características tales que permiten la discriminación de sus componentes mas importantes, ya se ha alcanzado el promediado de un número suficiente de casos. La medida de las latencias se hace desplazando cursores sobre diferentes puntos del registro, tal como se indicó en el capítulo dedicado a la electromiografía. 3.- TÉCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCCIÓN NERVIOSA. 3.1.- VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN MOTORA (VCM). Puede calcularse en todos los troncos nerviosos cuyas fibras motoras, al ser superficiales, sean accesibles a la estimulación. La VCM se calcula como el cociente entre la longitud del segmento nervioso estudiado y el tiempo de conducción obtenido para este segmento. La longitud se calcula en milímetros por medio de una cinta métrica. El tiempo se obtiene restando la latencia del potencial de acción Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 3
muscular en el extremo proximal (latencia proximal = tiempo transcurrido entre el estímulo y el potencial de acción proximal) de la misma latencia en el extremo distal del tronco nervioso (latencia distal). Al restar estas dos latencias se consigue conocer exactamente el tiempo de conducción, eliminandose el efecto del retardo sináptico en la sinapsis neuromuscular ya que ésta no ha llegado a intervenir en el análisis. El tiempo de latencia se mide en milisegundos, obteniéndose la VCM en metros/segundo (mm/ms = m/s). Los puntos de registro y de estimulación, distales y proximales para los principales músculos se presentan en la tabla T1. El registro del potencial de acción muscular puede efectuarse con electrodos de superficie o por electrodos de aguja. Los electrodos de superficie tienen la ventaja de ser indoloros y a través de la amplitud del potencial de acción muscular permiten una estimación del grado de pérdida de unidades motoras. Sin embargo, la deflexión negativa inicial del potencial de acción muscular no es tan nítida como con los electrodos de aguja y por lo tanto la medida de las latencias no es tan precisa. Sin embargo, cuando los electrodos de superficie se colocan sobre la misma placa motora del músculo se mejora la medición. Por su parte, el electrodo de aguja tiene como principal ventaja el que permite la realización de un estudio electromiográfico en la misma sesión. Además, dada la precisión con que se puede medir la latencia de la deflexión negativa inicial, se puede medir la VCM de unidades motoras individualizadas. La técnica de la medida de la VCM permite reconocer las fibras motoras de conducción mas rápida y también determina el tiempo de latencia distal que, como se verá, tiene valor diagnóstico. Además, los parámetros del potencial de acción muscular pueden informar sobre el grado de afectación de las unidades motoras no funcionales por lesión de sus axones: un potencial de acción muscular de baja amplitud indicará pérdida de unidades motoras y su causa será una lesión periférica si se acompaña de polifasia y si su duración es excesiva. Sin embargo, en la aplicación de esta técnica cabe la ocurrencia de algunos errores que conviene conocer. Pueden ocurrir fallos en las medidas de las latencias o en las de la longitud del segmento; también pueden aparecer los errores si el estímulo aplicado es de intensidad insuficiente (no supramáximo) o si su duración es excesiva. También hay que saber que le VCM es fuertemente dependiente de la temperatura, ya que disminuye en 2.4 m/s por cada grado ºC por debajo de los 37 ºC. Igualmente, con estímulos excesivamente altos la señal puede dispersarse, y por último existe la posibilidad de variaciones anatómicas que pueden determinar graves errores de apreciación. La VCM es menor en la extremidades inferiores que en las superiores y también, en los nervios periféricos es menor en los extremos distales que en los proximales. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 4
NERVIO REGISTRO ESTIMULACIÓN DISTAL ESTIMULACIÓN PROXIMAL Mediano Eminencia tenar Muñeca Flexura del codo Cubital Eminencia hipotenar Muñeca Canal epitrocleoolecraneano Radial Músculo extensor Canal de torsión Punto Erb común de dedos Peroneo Músculo extensor Garganta del pie Cabeza del peroné común Tibial Flexor dedos del pie Región maleolar interna Hueco poplíteo Tabla 1.- Registro y estimulación distal y proximal en la determinación de la VCM. Ejemplo: Determinación de la velocidad de conducción motora en el nervio ulnar. La figura 1 representa un ejemplo de determinación de la velocidad de conducción motora en el nervio ulnar. Se conectan los electrodos al paciente que estará cómodo y relajado. Normalmente se utilizan electrodos de superficie para la estimulación. El electrodo de tierra se sumergirá en agua y se envolverá alrededor de la muñeca del paciente, entre los electrodos de estimulación y los electrodos de registro. A continuación se conectará el cable de la conexión de tierra al punto correspondiente de la caja de entradas. La figura 2 representa un ejemplo de registro obtenido con el montaje de la figura 1. La medida de la VCM se usa ampliamente como un método objetivo en el diagnóstico de los desórdenes de nervios periféricos. La velocidad de conducción se calcula considerando la latencia de los potenciales del nervio en relación con la distancia a los electrodos de registro. Así la diferencia entre las dos latencias es el tiempo, en milisegundos, preciso para que la onda de despolarización recorra el tracto nervioso S2-Sl (fig. 1). Dividiendo la distancia en milímetros por el tiempo en milisegundos, se obtiene la velocidad de conducción motora en metros por segundo. La tabla 2 presenta los valores normales de conducción motora. NERVIO LATENCIA (ms) AMPLITUD (mv) VELOCIDAD (m/s) Mediano 2.0-4.5 5-14 49-65 Ulnar 2.0-3.5 4-15 45-69 Ciático Poplíteo externo 3.5-6.5 5-9 45-55 Tibial posterior 3.0-5.0 5-9 45-65 Tabla 2.- Valores normales de Velocidad Conducción motora. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 5
Figura l.- Electrodo activo (-R): sobre el músculo abductor del dedo meñique. Electrodo de referencia (+R): porción media de la falange proximal del dedo meñique. Tierra (E): en la muñeca. Estimulación distal (S1): nervio ulnar (muñeca). Estimulación proximal (S2): nervio ulnar (codo). Distancia: entre los electrodos de estimulación proximal (S1) y distal (S2). Figura 2.- Ejemplo de registro de la de- terminación de la VCM. LD, latencia distal, corresponde a la estimulación por los electrodos distales. LP, latencia proximal corresponde a la estimulación por los electrodos proximales. AE, artefacto del estímulo. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 6
3.2.- VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN SENSITIVA (VCS). La VCS se puede calcular tanto en el miembro superior como en el inferior. En éste último se hace sobre el nervio safeno tibial (sural). Se obtiene estimulando fibras exclusivamente sensitivas a partir de los tegumentos cutáneos distales. El potencial de acción sensitivo se registra en dos o mas puntos (distales y proximales) del tronco nervioso. La diferencia en latencias es el tiempo de conducción. El estímulo se aplica sobre el nervio safeno tibial (sural) a nivel retromaleolar externo y el registro se hace en dos puntos diferentes del recorrido del nervio. A diferencia del la VCM, en el que esta implicada la placa motora, no existe ningún retardo sináptico y por lo tanto no es imprescindible la determinación de dos latencias, salvo que se sospeche una lesión a cierto nivel específico y se desee estudiar un segmento nervioso concreto. De otra forma, en muchos casos basta con estudiar la latencia distal. La VCS se calcula dividiendo la distancia en milímetros entre el punto de estimulación y el de registro, por la latencia en milisegundos, obteniendose la VCS en metros. En la extremidad superior se estimulan los ramos digitales sensitivos mediante electrodos metálicos anulares y se registra al potencial de acción sensitivo distal y proximal en el codo y la muñeca, respectivamente, con electrodos de aguja. Puede realizarse para el nervio mediano, para el cubital y para el radial. En el registro de la VCS cabe la posibilidad de cometer los mismos errores que se explicaron para la VCM, con la diferencia que en la VCS el efecto de la temperatura es aún mucho mayor. La VCS es mayor en los extremos proximales del nervio que en los distales y la extremidad superior conduce unos 10 m/s mas rápidamente que la inferior. En el análisis de la VCS los factores de importancia para el diagnóstico son la amplitud, las latencias, la morfología y la duración. Ejemplo: Determinación de la velocidad de conducción sensitiva en el nervio mediano. La figura 3 representa el procedimiento para medir la velocidad de conducción sensitiva del nervio mediano. Los electrodos de estimulación se colocarán rodeando un dedo mediante dos electrodos anulares distantes entre sí dos o tres centímetros. La onda de despolarización (S) se recoge por medio de dos electrodos dispuestos sobre el nervio mediano, espaciados unos tres centímetros. La figura 4 representa un ejemplo de registro obtenido. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 7
Figura 3.- Localización de electrodos y esti- mulación. Electrodo activo (-R): nervio mediano (periférico). Electrodo de referencia (+R): nervio mediano. Tierra (E): en la muñeca. Estimulación (S): en el dedo índice. Distancia: entre R(-) y S(-). Figura 4.- Registro de la determinación de la velocidad de conducción sensitiva del nervio mediano. La VCNS se usa ampliamente como un método objetivo en la diagnosis de los desordenes de nervios periféricos. La velocidad de conducción se calcula dividiendo la distancia en milimetros entre los electrodos por la latencia en milisegundos. En la tabla 3 se presentan los valores normales de la VCNS en distintos troncos nerviosos. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 8
NERVIO LATENCIA (ms) AMPLITUD (µv) VELOCIDAD (m/s) Mediano 2.5-4.0 8-15 60-70 Ulnar 2.5-4.0 7-20 60-70 Tabla 3.- Valores normales de las neurografías sensitivas. 4.- VALOR DIAGNÓSTICO DE LAS TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE LA CONDUCCIÓN NERVIOSA. La patología del nervio periférico tiene diversas formas de expresión según el grado de alteración. En las enfermedades de las vías nerviosas periféricas (neuropatías) en las cuáles predomina la desmielinización segmentaria (mielinopatías), la VCM está reducida en más del_ 40% de su valor normal. En cambio, en aquellas en las que predomina la degeneración axonal se altera mas la VCS, con valores de VCM reducida menos de un_ 30% del quote valor normal. Además en las mielinopatías se afecta más la conducción, en cambio, en las axonopatías lo que se afecta es la amplitud. En las miopatías (enfermedades de la fibra muscular) ambas velocidades serán normales. En las alteraciones de la transmisión neuromuscular las pruebas de estimulación repetitiva y el «Jitter» son anormales, pero se conserva una VCM dentro de la normalidad. En casos de degeneración de las motoneuronas del asta anterior medular, la VCM puede estar algo disminuida; generalmente sin ser inferior a 40 m/s en extremidades superiores, debido a la degeneración de los troncos nerviosos más mielinizados, que son los que conducen el estímulo a mayor velocidad. En estos casos la VCS es normal. La VCS estará alterada siempre que se afecte la porción distal del axón (porción postganglionar) de la neurona sensitiva del ganglio raquídeo, e incluso cuando la lesión radique en el soma de esta neurona. Se conservará normal cuando este axón distal y el cuerpo celular de esta neurona sensitiva están indemnes (lesión preganglionar). Este estudio tiene particular importancia en el diagnóstico de la patología del plexo braquial. Respuestas tardías La estimulación de las fibras nerviosas motoras periféricas produce impulsos que viajan tanto proximalmente (antidrómicos) como distalmente (ortodrómicos) (fig. 5). Los impulsos conducidos de forma ortodrómica excitan el músculo y producen la onda M, o respuesta «directa», la cual se utiliza para llevar a cabo los cálculos de rutina ya descritos sobre la amplitud y la velocidad de conducción. Los impulsos conducidos de forma antidrómica viajan hacia las motoneuronas localizadas en el asta anterior de la médula, despolarizando las dendritas. A partir de aquí, la despolarización puede ser conducida nuevamente a lo largo del axón produciendo una nueva despolarización, que se transmite otra vez hacia el músculo. Se obtiene así una respuesta tardía que representa Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 9
una medición de la velocidad de conducción en las partes más proximales del nervio periférico. Esta respuesta se conoce como onda F. Es de muy baja amplitud_ (5% de la onda de respuesta directa), poliforma (la señal cruza varias veces la línea de base) y no siempre reproducible en individuos normales. Su morfología es variable, dependiendo de los diversos subgrupos de células, de diferente excitabilidad, activadas de forma antidrómica. Se observa mejor mediante estímulos supramáximos. Su utilidad clínica reside en el estudio de radiculopatías y poliradiculopatías (síndrome de Guillain Barre)quote. Su semiología estriba en su ausencia unilateral o bilateral y en la asimetría de su latencia y/o amplitud. La onda H es otro tipo de respuesta tardía. Se registra por estímulo submáximo del nervio tibial posterior, concretamente en la fosa poplítea, recogiendose el potencial evocado motor, en adultos en reposo, en el tríceps sural. También se puede registrar en los músculos flexores del antebrazo, pero no en otros músculos. Es el equivalente electrofisiológico del reflejo de estiramiento. Esta respuesta es debida a la estimulación de la terminaciones sensitivas que existen en los músculos, sobre todo las que recogen el estado de estiramiento en el huso muscular. Este estímulo entra en la médula por las raíces dorsales y conecta monosinápticamente o polisinápticamente con la motoneurona del asta anterior que activa el mismo músculo estimulado. La onda H se diferencia de la onda F en que posee una mayor amplitud con estimulaciones mas débiles y que disminuye al aumentar la intensidad del estímulo. La onda H del tríceps sural es una respuesta específica del arco simpático del segmento espquote mal. Sl, lo que puede utilizarse en el diagnóstico de la radiculopatías Sl. La respuesta H además es una medida del estado de actividad de las influencias suprasegmentarias que regulan el arco reflejo miotáctico. La relación de amplitud entre la respuesta directa (es decir la M) y la respuesta H es una medida de la actividad del sistema gamma y por ende de la espasticidad (fig. 6). Figura 5.- Estimulación de las fibras motoras periféricas que puede producir tanto impulsos antidrómicos como impulsos ortodrómicos. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 10
Figura 6.- Obtención de respuesta directa, M, y tardías, H y F, con la aplicación de estímulos de intensidad_1 creciente. Reflejo de parpadeo. El reflejo de parpadeo («blink reflex») es otro reflejo de respuesta tardía. Es utilizado para el estudio de patologías de los pares craneales V (trigémino) y VII (facial) así como sus conexiones. La técnica consiste en la colocación del electrodo activo en el músculo orbicular del párpado de cada uno de los ojos, y el referencial en el nasion (fig. 7). Figura 7.- Colocación de electrodos en el «blink reflex». Gl, electrodo de registro activo; G2, electrodo referencial; El, estimulación del nervio facial; E2, estimulación del nervio supraorbitario; E, toma de tierra. En el esquema se presentan los electrodos de un solo lado de la cara, aunque deben colocarse de la misma forma en el otro lado. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 11
En el «blink reflex» se aplican estímulos de 0.1 ms (o aún mas cortos) sobre el nervio supraorbitario mientras se efectúan registros simultáneos en ambos músculos orbiculares de los ojos. Previo, por tanto, a la determinación del reflejo de parpadeo se obtiene una respuesta directa que corresponde a la respuesta evocada del nervio facial sobre el orbicular de los párpados con latencia igual a unos 3 ms, no excediendo de 4 ms. Posteriormente, estimulando el nervio supraorbitario, se obtiene una respuesta ipsilateral precoz, Rl, seguida de una respuesta posterior bilateral, R2 que forman parte ya del «Blink reflex». Las latencias se miden desde el momento del estímulo hasta el inicio de la deflexión negativa. En condiciones normales las latencias obtenidas son de 10 ms, no excediendo de 13,0 ms, en el caso de Rl, y de unos 30ms, como máximo 40 ms, en el caso de R2 (fig. 8). Figura 8. «Blink reflex»; registro normal. Rl, respuesta precoz; R2, respuesta tardía, con las latencias respectivas. Cuando existe una afectación del par craneal V (trigémino) tanto la respuesta ipsilateral como la contralateral están prolongadas. Una prolongación de la respuesta ipsilateral únicamente indica afectación del par craneal VII (facial). Ausencia de la respuesta Rl indica afectación del núcleo sensorial primario del par craneal V. La ausencia de la respuesta tardía ipsilateral o contralateral indican lesiones en las interneuronas no cruzadas o cruzadas respectivamente; la ausencia de ambas respuestas a la vez indican afectación del tracto espinal (fig. 9). La respuesta también puede ser anormal en las lesiones que interrumpen las conexiones centrales del arco reflejo. Varios investigadores han informado que la respuesta R1 está prolongada aproximadamente en el 50% de los pacientes con esclerosis múltiple sin signos clínicos de enfermedad del tronco cerebral; también es frecuente que se prolongue cuando hay neurinoma del nervio acústico. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 12
Figura 9.- Patrones normales y patológicos del «blink reflex». a) Respuestas ipsilaterales y cotralaterales normales. b) Prolongación de todas las respuestas. c) Prolongación de las respuestas ipsilaterales. d) Ausencia de Rl ipsilateral. e) Ausencia de ambas respuestas tardías. f) Ausencia de R2 ipsilateral. g) Ausencia de R2 contralateral. R1, respuesta precoz; R2, respuesta tardía. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 13