Estimulación eléctrica para atenuar la atrofia muscular

Introducción:

El músculo esquelético responde al estímulo de la carga mecánica para su crecimiento y mantenimiento. Las reducciones prolongadas en la actividad muscular y la carga mecánica, como los vuelos espaciales, la inmovilización de las extremidades, el reposo en cama y/o la inactividad, alteran el equilibrio entre la síntesis y la degradación de las proteínas, lo que da como resultado la atrofia del músculo esquelético (1-3). Esto se caracteriza por una disminución de la masa muscular, el área transversal de las miofibras, la fuerza y ​​velocidad contráctiles, así como una transformación lenta a rápida del tipo de fibra (4,5). Se han informado muchas contramedidas para atenuar la pérdida de atrofia muscular y la estimulación eléctrica neuromuscular (NMES, por sus siglas en inglés) se ha utilizado con frecuencia en condiciones tales como lesión de la médula espinal, inmovilización y desuso muscular después de la cirugía (6,7). De hecho, una revisión Cochrane reciente sobre la eficacia de NMES para la debilidad muscular en adultos con enfermedades progresivas como EPOC, insuficiencia cardíaca crónica y cáncer indicó que NMES es un medio eficaz para mejorar la debilidad muscular (8). Los metanálisis incluyeron once estudios de ensayos controlados aleatorios (ECA) con un total de 218 participantes. NMES mejoró significativamente la fuerza del cuádriceps por una diferencia de medias estandarizada (SMD) de 0,9 (intervalo de confianza (IC) del 95%: 0,33 a 1,46). Esto equivale aproximadamente a 25 Newton metros (Nm) y debe considerarse clínicamente significativo. De manera similar, otra revisión sistemática reciente también mostró que NMES es eficaz para prevenir la debilidad del músculo esquelético en pacientes críticos. Se incluyeron en el análisis ocho estudios elegibles con 172 pacientes. De los ocho estudios, cinco estudios informaron un aumento en la fuerza o una mejor conservación de la fuerza con NMES, y un estudio tuvo un tamaño del efecto grande (1,44). Dos estudios encontraron una mejor conservación de la masa muscular con NMES, con tamaños de efecto pequeños a moderados (0.11-0.39), mientras que otros dos estudios no encontraron beneficios significativos (9).

La efectividad de NMES depende de la condición clínica y está influenciada por diferentes parámetros de estimulación, particularmente la frecuencia y duración de la estimulación. Tradicionalmente, la EENM se ha considerado como la aplicación de una corriente eléctrica transcutánea a la unión neuromuscular, con el objetivo de despolarizar el potencial de acción de la unidad motora e inducir la contracción muscular (10). Esta contracción muscular inducida eléctricamente simula el fortalecimiento muscular activo y se basa en el principio del entrenamiento muscular de que, mediante la carga adecuada, se incrementará la fuerza muscular. Para lograr este efecto de entrenamiento, los parámetros de estimulación empleados normalmente tienen como objetivo producir una contracción tetánica con una densidad de corriente que el sujeto pueda tolerar al máximo (8,9). Sin embargo, este protocolo de estimulación actualmente adoptado (es decir, la alta frecuencia a 50 Hz o más, la amplitud en el límite máximo tolerado por los sujetos y la corta duración (30 min a 1 h) para contrarrestar la atrofia muscular tiene dos inconvenientes principales. En primer lugar, está bien establecido que la descarga mecánica se asocia con cambios perjudiciales en la estructura y función de los músculos esqueléticos, caracterizados por una reducción de la masa muscular, el área de sección transversal de las miofibras, la fuerza y ​​velocidad contráctiles, así como la disminución de la velocidad de lentitud a rapidez. transformación del tipo de fibra (para revisión, ver 11). Por lo tanto, las fibras musculares de contracción lenta son más susceptibles al efecto de descarga o desuso que las fibras musculares de contracción rápida. El protocolo tradicional de estimulación de alta frecuencia (50 Hz) no coincide con el patrón de activación de la unidad motora de un músculo de contracción lenta. Además, la alta densidad de corriente inevitablemente causaría incomodidad, si no dolor, a los sujetos durante la estimulación eléctrica. Los sujetos no pueden tolerar la estimulación eléctrica durante horas. Este es particularmente el caso si la aplicación es para sujetos con atrofia muscular por desuso o sujetos con debilidad muscular provocada por enfermedades progresivas. Muy a menudo, la tolerancia al dolor de este grupo de sujetos es generalmente más baja que la de los sujetos sanos normales. Por lo tanto, el protocolo actualmente adoptado podría no necesariamente generar el mejor resultado posible de NMES para mejorar la función muscular. Los efectos beneficiosos de la NMES para contrarrestar la atrofia muscular no se habían utilizado por completo. Una revisión sistemática reciente que examina los cambios metabólicos y estructurales en el músculo esquelético de las extremidades inferiores después de la estimulación eléctrica neuromuscular identificó solo 18 estudios. Ocho de estos estudios investigaron actividades enzimáticas, siete estudios sobre la composición de la fibra muscular y 14 sobre el tamaño de la fibra muscular. Entre estos 18 estudios, solo 9 son estudios de ECA y, en general, la calidad metodológica fue deficiente. Los autores concluyeron que la NMES parece ser capaz de producir cambios favorables en la actividad de las enzimas oxidativas, el tipo de fibra muscular esquelética y el tamaño de la fibra muscular esquelética. En vista de la gran heterogeneidad en los protocolos de NMES, los autores concluyeron que no había un consenso definitivo con respecto a las frecuencias de estimulación para cambios musculares óptimos (12). Por ejemplo, Theriault et al. (13) habían realizado una estimulación eléctrica prolongada en el extensor de la rodilla de 8 adultos sanos. El protocolo de estimulación eléctrica fue de 8 semanas de duración durante 8 horas por día y 6 días por semana. El parámetro de estimulación fue de baja frecuencia (8 Hz) con intensidad apenas capaz de producir vibración visible. Los resultados sugirieron una mejora significativa en el rendimiento de los extensores de la rodilla después de 4 semanas de estimulación. Sin embargo, el estudio no es un estudio RCT y hay un grupo de control en el estudio. Por otro lado, uno de los estudios RCT que investigó los efectos de NMES e incorporó alta frecuencia (50 Hz) pero muy baja amplitud (sin contracción muscular) como el grupo de placebo reveló incidentalmente que el placebo produjo un mejor efecto que el grupo de intervención. El grupo NMES frente al grupo placebo por una DME de -0,12 (IC del 95 %: -0,63, 0,39) (8,14). Banerjee y su grupo también han demostrado que un protocolo de estimulación eléctrica de baja frecuencia (4 Hz) pero de alta amplitud (300 mA), 1 h/día durante 6 semanas, puede aumentar significativamente la fuerza del cuádriceps de adultos sanos sedentarios y pacientes con insuficiencia cardíaca crónica estable ( 15, 16). Por lo tanto, los hallazgos de la ciencia básica y estos estudios clínicos sugirieron la necesidad de una mayor exploración de un protocolo de estimulación NMES más efectivo para atenuar la atrofia muscular.

Objetivos e hipótesis a probar:

Para abordarlos, los investigadores de esta propuesta han desafiado el pensamiento tradicional de que la NMES debería ser de alta frecuencia y alta amplitud. Los investigadores probaron la hipótesis de que la baja frecuencia y la baja amplitud son efectivas para atenuar la atrofia muscular e investigaron los mecanismos celulares asociados con la descarga muscular. Usando el modelo animal de suspensión de las patas traseras, los investigadores demostraron previamente que, durante la suspensión de las patas traseras, la aplicación de estimulación eléctrica de baja frecuencia a 20 Hz en los músculos sóleo con parámetros definidos de tiempo y pulso rescató parcialmente la pérdida de células satélite y mejoró el cruce de fibras. áreas seccionales (17). Los investigadores han demostrado además que el uso de un paradigma de estimulación eléctrica de frecuencia: 20 Hz; duración: 3 h, dos veces al día a ratones BALB/c macho de ocho semanas de edad que fueron sometidos a una descarga de patas traseras (HU) de 14 días. Este paradigma de estimulación puede mejorar el potencial proliferativo de las células satélite, así como suprimir la muerte celular apoptótica en la atrofia muscular inducida por desuso. Morfológicamente, la extremidad posterior con estimulación eléctrica mostró una mejora significativa en la masa muscular, el área transversal y la fuerza tetánica máxima en relación con la extremidad HU (18). Recientemente, los investigadores investigaron más a fondo el protocolo de estimulación óptimo y demostraron que entre tres protocolos de baja frecuencia, 2, 10 y 20 Hz, la estimulación a 2 Hz durante 2 × 3 h/día logró el mejor efecto para atenuar la pérdida de fibras musculares cruzadas. área de sección y fuerza. Este parámetro de estimulación condujo a un aumento de 1,2 veces en la proliferación de células satélite y fue eficaz para rescatar células de la apoptosis (19). Con todos estos hallazgos alentadores de la investigación científica básica, los investigadores creen que el nuevo paradigma propuesto de NMES se puede probar en sujetos con atrofia muscular progresiva. Los investigadores plantean la hipótesis de que la NMES a 2 Hz durante 2 × 3 h/día es eficaz para atenuar/mejorar la atrofia muscular postural de las extremidades inferiores, es decir, el cuádriceps y el complejo muscular gastrocnemio y sóleo.

Plan de Investigación:

Con base en los hallazgos de la literatura existente sobre el protocolo de estimulación NMES adoptado actualmente para atenuar la atrofia muscular o mejorar el rendimiento muscular en varias poblaciones, los investigadores plantearon la hipótesis de que el nuevo paradigma propuesto de NMES sería más efectivo para mejorar el área transversal del músculo (CSA ), fuerza, resistencia, tolerancia al ejercicio, y es más aceptable para los sujetos que necesitan NMES para atenuar la atrofia muscular con diversas afecciones médicas, en particular, pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).