Os danos na medula espinal, seja por lesão ou doença, podem ter impactos devastadores na saúde, incluindo perda de funções motoras ou sensoriais, ou dores crónicas nas costas, que afectam cerca de 540 milhões de pessoas em determinado momento. Uma equipa de investigação sediada nos EUA utilizou agora imagens de ultra-sons funcionais (fUSI) para visualizar a medula espinal e mapear a sua resposta à estimulação eléctrica em tempo real, uma abordagem que pode melhorar o tratamento da dor crónica nas costas.
Apesar de desempenhar um papel central nas funções sensoriais, motoras e autonômicas, pouco se sabe sobre a arquitetura funcional da medula espinhal humana. As técnicas tradicionais de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional (fMRI), são impedidas por fortes artefatos de movimento gerados pela pulsação do coração e pela respiração.
Em contraste, o fUSI é menos afetado por artefatos de movimento e pode gerar imagens da medula espinhal com alta resolução espaço-temporal (cerca de 100 µm e até 100 ms) e alta sensibilidade ao fluxo lento de sangue durante a cirurgia. Ele funciona emitindo ondas ultrassônicas em uma área de interesse e detectando o sinal ecoado das células sanguíneas que fluem naquela região (o sinal Doppler de potência). Outra vantagem é que o scanner fUSI é móvel, eliminando a extensa infraestrutura necessária para sistemas fMRI.
“A medula espinhal abriga o circuito neural que controla e modula algumas das funções mais importantes da vida, como respiração, deglutição e micção. No entanto, tem sido frequentemente negligenciado no estudo da função neural”, explica o contato principal Vasileios Christopoulos da Universidade da Califórnia Riverside. “A ultrassonografia funcional supera as limitações das tecnologias tradicionais de neuroimagem e pode monitorar a atividade da medula espinhal com maior resolução e sensibilidade espaço-temporal do que a fMRI.”
Pesquisas anteriores demonstraram que o fUSI pode medir a atividade cerebral em animais e pacientes humanos, incluindo um estudo que mostra que as flutuações de baixa frequência no sinal Doppler de potência estão fortemente correlacionadas com a atividade neuronal. Mais recentemente, os pesquisadores usaram o fUSI para obter imagens das respostas da medula espinhal à estimulação elétrica em animais.
Neste último trabalho, Christopoulos e colegas – também do Centro de Neurorestauração da USC na Keck School of Medicine – usou fUSI para caracterizar a atividade hemodinâmica (mudanças no fluxo sanguíneo) na medula espinhal em resposta à estimulação elétrica epidural da medula espinhal (ESCS) – uma ferramenta de neuromodulação empregada para tratar condições de dor que não respondem ao tradicional terapias.
Num primeiro estudo em humanos, a equipe monitorou a atividade hemodinâmica em seis pacientes submetidos à implantação de um dispositivo terapêutico ESCS para tratar dores crônicas nas costas, relatando as descobertas em Neurônio.
Utilizando um mecanismo semelhante ao fMRI, o fUSI depende do fenômeno de acoplamento neurovascular, no qual o aumento da atividade neural causa alterações localizadas no fluxo sanguíneo para atender às demandas metabólicas dos neurônios ativos. A equipe usou um transdutor linear miniaturizado de 15 MHz para realizar o fUSI, inserindo-o cirurgicamente na medula espinhal na décima vértebra torácica (T10), com os eletrodos de estimulação colocados para abranger os segmentos espinhais T8-9. As imagens gravadas tinham resolução espacial de 100 x 100 µm, espessura de corte de cerca de 400 µm e campo de visão de 12.8 x 10 mm.
Quatro pacientes receberam 10 ciclos ON-OFF de estimulação de baixa corrente (3.0 mA), compreendendo 30 s com estimulação e depois 30 s sem estimulação. A estimulação causou alterações regionais na hemodinâmica da medula espinhal, com algumas regiões exibindo aumentos significativos no fluxo sanguíneo e outras apresentando reduções significativas. Uma vez desligada a estimulação, o fluxo sanguíneo voltou à condição inicial.
Para avaliar se o fUSI pode detectar alterações hemodinâmicas associadas a diferentes protocolos de estimulação, os dois pacientes restantes receberam cinco ciclos ON-OFF de estimulação de 3.0 mA seguidos de cinco ciclos de estimulação de 4.5 mA, com uma pausa de 3 minutos entre os dois. Os pesquisadores descobriram que aumentar a amplitude da corrente de 3.0 para 4.5 mA não alterou a distribuição espacial das regiões ativadas da medula espinhal. No entanto, a estimulação de alta corrente induziu alterações hemodinâmicas mais fortes na medula espinhal.
Esta capacidade do fUSI de diferenciar respostas hemodinâmicas evocadas por diferentes correntes ESCS é um passo importante no desenvolvimento de um sistema de monitoramento clínico baseado em ultrassom para otimizar os parâmetros de estimulação. Christopoulos explica que, como os pacientes ficam anestesiados durante a cirurgia da medula espinhal, eles não conseguem informar se o protocolo de estimulação elétrica aplicado realmente reduz a dor. Como tal, o neurocirurgião não pode avaliar com precisão os efeitos da neuromodulação em tempo real.
Matriz de microeletrodos pode permitir cirurgia da medula espinhal mais segura
“Nosso estudo fornece uma primeira prova de conceito de que a tecnologia fUSI pode ser usada para desenvolver sistemas de neuromodulação clínica de circuito fechado, permitindo que os neurocirurgiões ajustem os parâmetros de estimulação (largura do pulso, formato do pulso, frequência, amplitude da corrente, localização da estimulação, etc.) durante a cirurgia”, conta Mundo da física.
No futuro, a equipe espera estabelecer o fUSI como uma plataforma para investigar a função da medula espinhal e desenvolver sistemas de neuromodulação clínica de circuito fechado em tempo real. “Recentemente submetemos para publicação um estudo clínico demonstrando que o fUSI é capaz de detectar redes na medula espinhal humana onde a atividade está fortemente correlacionada com a pressão da bexiga”, diz Christopoulos. “Esta descoberta abre novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias de interface de máquina medular para restaurar o controle da bexiga em pacientes com incontinência urinária, como aqueles com lesão medular.”
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
