2.8: Velocidad de Conducción Nerviosa Humana (NCV)

Antecedentes

La conducción de un impulso en los nervios humanos depende de la actividad electroquímica de las fibras neuronales individuales dentro del nervio. Cada fibra (axón) dentro del nervio es capaz de propagar un potencial de acción si el estímulo es lo suficientemente fuerte como para llevar el potencial de membrana de la neurona al valor umbral. Dependiendo de la fuerza del estímulo, no todas las fibras de un nervio pueden dispararse. A pesar de ello, el potencial de acción es un fenómeno de todo o ninguno, donde siempre tendrá la misma amplitud y curso temporal para una sola neurona. Cuando los potenciales de acción se registran a través de electrodos de grabación en la piel, el resultado es un “potencial de acción compuesto”, que es una suma algebraica de potenciales de acción de muchas células. Ya hemos observado potenciales de acción muscular compuesta (CMAP) en los EMG de laboratorios anteriores.

Transmisión de señales dentro y entre neuronas

El potencial de acción es el inverso del potencial de reposo de la membrana celular, que, para las neuronas registra -70 mV en el voltímetro. El potencial de acción implica varios pasos, comenzando con el inicio de un estímulo. La mayoría de las veces, los estímulos que generan potenciales de acción son químicos, donde un ligando, un neurotransmisor, se une a un canal iónico regulado por ligando en la membrana celular de la dendrita o cuerpo celular de la neurona. Si el potencial gradual es excitatorio y suficientemente fuerte, la disipación de carga a través de la membrana del cuerpo celular alcanza el montículo axónico y despolariza la membrana celular a -55 mV. El montículo axón es una región de alta densidad de canales iónicos dependientes de voltaje.

Los canales de voltaje se abren en respuesta a la despolarización umbral de la membrana, lo que conduce a una afluencia de sodio (a través del canal de sodio regulado por voltaje), provocando el inicio de la Fase 1 del potencial de acción (Figura 1). La afluencia de sodio conduce el potencial de membrana a +30 mV, que es el pico del potencial de acción en una gráfica. A partir de aquí, los canales de potasio controlados por voltaje, que se abren lentamente cerca del final de la Fase 1 del potencial de acción, permiten el eflujo de potasio de la celda. La membrana se repolariza en respuesta al flujo de salida de potasio, y el potencial de la membrana alcanza el potencial de reposo al final de la Fase 2. Sin embargo, debido a que los canales de potasio se cierran muy lentamente en comparación con los canales de sodio, la continua fuga de potasio de la célula da como resultado una hiperpolarización de membrana, durante la cual el potencial de membrana alcanza -90 mV. Al final de la fase 3, la actividad del transportador activo de ATPasa sodio/potasio, que exporta tres iones sodio e importa dos iones potasio, ayuda a devolver el potencial de membrana a -70 mV (junto con canales pasivos de fuga de sodio y potasio).

Para comunicar la señal del potencial de acción a otra célula, debe ocurrir la transmisión sináptica. La transmisión sináptica es el paso limitante de velocidad de la transmisión neuronal, lo que significa que es la parte más lenta de la transmisión de señal. Durante la transmisión sináptica, el potencial de acción alcanza los extremos axones de la célula presináptica. La afluencia de sodio despolariza la membrana de los extremos y abre canales de calcio controlados por voltaje. El calcio ingresa a la célula, resultando en la fusión de vesículas llenas de neurotransmisores con la membrana presináptica.

El neurotransmisor se difunde a través de la hendidura sináptica y se une a un receptor en la célula possináptica. La unión del neurotransmisor a un receptor provocará un potencial possináptico (PSP) (un potencial graduado). Los potenciales post-sinápticos pueden ser excitadores o inhibidores, dependiendo de la interacción del neurotransmisor con el receptor.

Figura 1. Fases y curso temporal del potencial de acción.

Velocidad de transmisión neuronal

La velocidad de transmisión de las neuronas depende generalmente de dos factores: el tamaño del axón y el grado de mielinización. Los axones de mayor diámetro transmiten la señal más rápido debido a la menor resistencia al flujo de carga dentro del axón. Los axones mielinizados (materia blanca) transmiten potenciales de acción más rápido, hasta aproximadamente 150 m/s, debido a la conducción salatoria (Figura 2). En la conducción saltatoria, los canales iónicos solo son necesarios entre regiones de mielinización (Nodos de Ranvier); así, la señal se disipa rápidamente bajo regiones de mielinización a cada nodo y se restablecerá allí, hasta que la señal llega al término. Por otro lado, en los axones no mielinizados (materia gris), la conducción es continua. Esto significa que la transmisión de la señal es relativamente lenta debido a que las bombas de iones con compuerta de voltaje deben estar presentes, y usarse, en todas las regiones de la membrana axonal. Las velocidades de conducción continua rara vez alcanzan los 10 m/s. Las velocidades de conducción nerviosa, que se calculan como resultado de la transmisión de cientos o miles de potenciales de acción que disparan a lo largo de los axones de las neuronas dentro de los nervios, pueden verse afectadas por la salud del sistema nervioso, la edad, el sexo e incluso temperatura.

Figura 2. Conducción saltatoria de un potencial de acción saltando nodo a nodo. En la conducción salutatoria, las velocidades de transmisión son mayores que en las neuronas no mielinizadas debido a que la señal rápidamente “salta” entre los nodos de Ranvier, regenerándose en los canales de sodio controlados por voltaje de cada nodo. Imagen CC by SA 4.0.

Enfermedad y transmisión neural

Los electromiogramas (EMG) son una forma no invasiva de determinar las velocidades de conducción nerviosa en el ámbito clínico. En un tipo de prueba de velocidad de conducción nerviosa (NCV), un electrodo de grabación EMG detecta la contracción de un músculo en respuesta a la estimulación neural directa mediante un electrodo estimulante colocado sobre la piel. Se registra el tiempo desde el inicio del estímulo (disparo del electrodo estimulante) hasta la contracción muscular. Luego se mueve el electrodo de estimulación y se vuelve a tomar la medición. A partir de esta información, se puede determinar la velocidad de conducción nerviosa.

Las velocidades de conducción nerviosa nos informan sobre la salud relativa de los nervios periféricos. El daño a los nervios o enfermedades que causan desmielinización (como la esclerosis múltiple — EM) o la degeneración nerviosa (como la esclerosis lateral amiotrópica — ELA) son preocupaciones principales cuando las velocidades de conducción son indetectables o están por debajo del rango normal. Los nervios periféricos de los brazos generalmente tienen velocidades de conducción entre 50-60 m/s.

Interpretación de EMG resultantes de la estimulación eléctrica directa de un nervio

Debido a que hay fibras sensoriales y motoras en el nervio cubital, ambas serán estimuladas tras la aplicación de electrodos estimulantes a la piel. La activación de las fibras sensoriales iniciará el “reflejo H”, para lo cual la vía incluye las neuronas sensoriales, el centro integrador (médula espinal) y las neuronas motoras. Esto es muy parecido a lo que vimos la semana pasada en los experimentos de reflejo del huso muscular. La aplicación de corriente al nervio cubital también da como resultado una onda M, una onda EMG debido a la activación directa de las neuronas motoras, que producirá rápidamente una respuesta muscular. En este laboratorio, tomaremos mediciones a partir de las ondas M, solamente. Tenga en cuenta que la transmisión pasiva de corriente en los tejidos corporales a partir de los electodos estimulantes también produce un artefacto de estímulo en el EMG. Por favor vea la figura a continuación (Figura 3).

Figura 3. Durante la aplicación del estímulo óptimo con los electrodos estimulantes, un artefacto de estímulo, onda M y reflejo H serán evidentes en el EMG. Mida la onda M, solo, en los experimentos de esta semana.

El experimento de esta semana:

Esta semana, realizaremos un experimento (ejercicio de laboratorio 1) y una evaluación clínica (ejercicio de laboratorio 2). El experimento determinará los efectos del aumento de la fuerza de estímulo en el EMG. El estímulo (medido en miliamperios, mA) se aplica directamente a las fibras del nervio cubital con electrodos estimulantes en la piel. La amplitud EMG resultante se registra en mV. La amplitud EMG mide la fuerza de contracción por el músculo inervado, la cual es relativa al número de unidades motoras activadas por el estímulo. El reclutamiento de más unidades motoras (activación de neuronas motoras adicionales y sus células musculares inervadas) se logra aumentando el estímulo.

A continuación, realizaremos un estudio de conducción nerviosa utilizando EMG. Aquí, utilizaremos la fuerza de estímulo óptima del Experimento 1 para reestimular el nervio cubital. Después de registrar la ubicación del electrodo estimulante en el brazo y obtener el EMG, el estimulador se moverá a una posición secundaria, reestimulando el nervio cubital. Aquí dividiremos la distancia física entre los estimuladores (en mm) por la diferencia de tiempo entre las ondas M de los dos ensayos en el EMG. Este método de cálculo de la velocidad de conducción se llama el método de diferencia.

Mediciones en este laboratorio:

En el laboratorio de esta semana, mediremos el efecto de la fuerza del estímulo sobre la amplitud del potencial de acción muscular compuesto visualizado en el electromiograma. Luego utilizaremos la información de nuestro experimento para determinar la velocidad de conducción (velocidad de transmisión) del nervio cubital en un estudio de conducción nerviosa.

Para ayudar a prepararse para el laboratorio de esta semana, responda lo siguiente:

1. ¿Cuál es la variable dependiente probada en el experimento de esta semana (ejercicio de laboratorio 1)?
2. ¿Qué variable independiente se prueba en el experimento de esta semana (ejercicio de laboratorio 1)?
3. ¿Se te ocurre un experimento que podrías realizar usando los métodos del estudio de conducción nerviosa (ejercicio de laboratorio 2)? Pista: ¿qué tipo de variables podrían afectar la velocidad de transmisión nerviosa?

Métodos de Laboratorio

Aspectos destacados de métodos de laboratorio

· Esta semana, en lugar de estimular un nervio con un martillo reflejo a través de receptores de estiramiento, estimularemos un nervio directamente con electrodos estimulantes.

· Por favor, use mangas cortas o mangas que se puedan enrollar por encima del codo, hasta la mitad del braquio.

· Un electrodo estimulante produce una descarga eléctrica leve, la cual, si es suficientemente fuerte, despolariza las membranas de las neuronas, provocando que se disparen.

· Las neuronas estimuladas con electrodos estimulantes se comportan como otras neuronas, excepto que al estimular las fibras de un nervio, podemos provocar potenciales de acción tanto en fibras sensoriales como motoras al mismo tiempo.

· En este laboratorio estimularemos el nervio cubital y determinaremos el resultado del aumento de la fuerza del estímulo (en MAMP).

· Posteriormente, reestimularemos el nervio cubital desde dos ubicaciones diferentes a lo largo del brazo para determinar la velocidad de conducción.

Equipo requerido: Unidad de adquisición de datos IXTA, cable IWire-B3G y tres cables conductores EMG, electrodos a presión desechables, cables conductores de estimulador HV.

I. Configuración del equipo: Iniciar el software

Encienda la caja de hardware de iWorx en el interruptor en la parte posterior y seleccione el archivo Week7_NerveConduction.iwxset de la unidad P.

II. Configuración del equipo: Colocación de electrodos

1. El sujeto debe quitarse todas las joyas de su mano y muñeca izquierda o derecha.
2. Estudiar la vía del nervio cubital en la imagen (abajo).

Figura 1. Vía del Nervio Cubital. En este experimento se evaluará la velocidad de conducción del nervio cubital. Vía del Nervio Cubital. En este experimento se evaluará la velocidad de conducción del nervio cubital.

3. Limpie las áreas donde se unirán los electrodos con una almohadilla de alcohol. Ligeramente erosionar la piel en esas zonas.

Figura 2. Colocación de los electrodos en el borde medial de la mano izquierda o derecha y brazo siguiendo la trayectoria del Nervio Cubital.

4. Obtén siete electrodos desechables. Rótelos 5 en la pestaña puntiaguda con las letras A a E.
5. Corta los electrodos para que solo se muestre el logotipo de Medline. Mantenga el respaldo de plástico sobre ellos para reducir la acumulación de adhesivo en las tijeras.

• Coloque A en el borde medial del dedo meñique de la mano derecha, de manera que el botón de electrodo/broche quede justo encima del primer nudillo. Esto es para el electrodo de grabación RED (+) en la Figura HN-3-S2.
• Coloca B en el borde medial de la palma, de manera que el botón de electrodo/broche quede en la base del dedo meñique. Esto es para el electrodo de grabación NEGRO (-) en la mano.
• Coloque C de manera que el botón del electrodo esté en el borde medial de la muñeca justo por encima del pliegue de la muñeca. Esto es para el electrodo de tierra VERDE en la mano.
• Advertencia: Antes de conectar los electrodos estimulantes IXTA al sujeto, verifique el Panel de Control del Estimulador en la barra de herramientas LabScribe para asegurarse de que el valor de amplitud esté establecido en cero (0 AMP).

A continuación, conecte los 2 electrodos restantes al brazo del sujeto para que se coloquen en la vía del Nervio Cubital en la siguiente configuración:

• Coloque D el borde medial del antebrazo, de modo que el botón del electrodo esté por encima del pliegue de la muñeca. Adjuntar el electrodo estimulante NEGRO (-).
• Colocar E, el electrodo estimulante positivo, justo encima del electrodo estimulante negativo hacia el lado medial del antebrazo. Adjuntar el electrodo estimulante RED (+).
• Los electrodos F y G (en la foto) se colocarán más tarde para el Ejercicio 2.
• Los videos de la colocación adecuada de los electrodos para los Ejercicios 1 y 2 se encuentran en el P-Drive.

Precauciones de seguridad para este laboratorio:

Entregarás descargas eléctricas leves a ti mismo o a un sujeto experimental voluntario. El equipo que usas para hacer esto está cuidadosamente diseñado para mantener los parámetros de los electrochoques bien dentro de un rango seguro, y este experimento es seguro y divertido. Sin embargo, te pedimos que coloques electrodos estimulantes solo en los brazos, y solo coloques electrodos en el mismo lado del cuerpo (nunca en ambos brazos al mismo tiempo).

Si crees que puedes estar embarazada o si sufres de afecciones cardíacas conocidas o tienes un marcapasos cardíaco artificial por favor no te ofrezcas como sujeto experimental esta semana.

Ejercicio 1: Fuerza de estímulo y respuesta muscular

Objetivo: Determinar el efecto de la fuerza del estímulo sobre la respuesta del músculo abductor digiti minimi inervado.

Descripción general: Estimulará la neurona motora abductora digiti minimi con cantidades crecientes de corriente (medida en miliamperios, leído como AMP en LabScribe). Medirás la respuesta muscular EMG cada vez (en mV) y registrarás el valor en tu reporte de laboratorio. Continuarás hasta obtener tres lecturas seguidas con el mismo valor (+/- 0.2 mV). De esas tres lecturas, pon una marca junto al valor de corriente más bajo (Amplitud) en tu reporte de laboratorio; estarás usando este valor para el ejercicio 2.

Comprobación de la colocación de los electrodos y preparación para registrar datos

1. Pídale al sujeto que coloque su mano derecha en la banqueta con la palma hacia abajo o deje que cuelgue relajada a su lado. Dile al sujeto que se relaje. Nota: El sujeto debe asegurarse de relajar completamente su antebrazo y mano. Al principio, deberá continuar aumentando la amplitud del pulso hasta que se genere una respuesta. El estímulo que no crea una contracción muscular está por debajo del umbral.
2. Al comenzar este experimento, verifique para asegurarse de que 0 es el número en la ventana AMP. Si no lo es, por favor cambie el valor a cero. Haga clic en el botón Grabar en la ventana principal de LabScribe. LabScribe grabará un solo barrido con un tiempo de visualización de 50 milisegundos. Dado que la amplitud de salida se establece en cero, no debe haber respuesta del músculo digiti abductor (sin contracción muscular en el dedo meñique).
3. Aumente la amplitud de salida a 1 miliamperio en la barra de herramientas usando las flechas arriba/abajo o colocando 1 en el cuadro resaltando y cambiando el número a 1 (AMP). Haga clic en “APLICAR”. Vuelva a hacer clic en el botón Grabar y grabar otro barrido. Haga clic en el botón AutoScale del canal Muscle para mejorar la visualización de la respuesta del músculo (Métodos Figura 1).

Continúe aumentando la amplitud de salida en un incremento de 1 MAMP (1 “AMP” en el botón del estimulador LabScribe) hasta que obtenga una contracción muscular y una onda M EMG para el sujeto. Haga clic en aplicar.

Recuerda, después de cada aumento de amplitud, debes hacer clic en “APLICAR” antes de hacer otra grabación!

• • 1 AMP — APLICAR — Registro
  • 2 AMP — APLICAR — Registro
  • 3 AMP — APLICAR — Registro
  • 4 AMP — APLICAR — Registro... etc.

• Si no obtiene ninguna Onda Potencial de Acción en la pantalla EMG en 10 AMP, vuelva a colocar las almohadillas de electrodo comenzando con D.
• Mantenga los broches en línea y mueva D & E ligeramente hacia un lado de la posición anterior.
• Pide ayuda a tu TA.

Figura 3a.

Figura 3b. Respuesta muscular a la estimulación del nervio cubital mostrada en el software LabScribe.

Iniciar la recolección de datos para el Experimento 1

• Ahora que sabemos que la colocación del electrodo es óptima, abra un nuevo archivo de datos. CADA PARTICIPANTE debe tener su propio archivo de datos para este laboratorio.
• Vuelva a AMP 1 para comenzar a recopilar datos.
• Después de grabar cada “barrido” (cada vez que haga clic en REGISTRAR), realice inmediatamente el análisis de datos en la Ventana Principal (ver más abajo). No registrar todos los barridos y volver a hacer análisis, ya que puede hacer más tiempo.
• Continúe aumentando la amplitud de salida en 1 AMP siempre haciendo clic en “APLICAR” y luego registrando la respuesta hasta que el impulso muscular alcance un máximo (la amplitud de los picos de la Onda M de su análisis ya no aumenta con el estímulo aplicado adicional): una vez que obtiene tres lecturas seguidas con el mismo valor (+/- 0.2 mV), anotar el más bajo de los tres valores AMP. Usarás este valor para el ejercicio 2. Es posible un máximo de 19; no pase de 19 AMP.
• Cuando haya terminado, asegúrese de seleccionar Guardar como en el menú Archivo y asignarle un nombre al archivo. Elija un destino en la computadora en el que guardar el archivo (por ejemplo, su carpeta). Haga clic en el botón Guardar para guardar el archivo (como un archivo*.iwxdata).

Ejercicio 1 Análisis de datos

Se pueden seleccionar diferentes barridos en cualquier momento haciendo clic en la lista de Barridos en la parte inferior de la Pantalla Principal (1:1, 2:1, etc.). Si analiza datos en la Pantalla Principal mientras graba, el barrido que necesitas analizar ya está seleccionado. La barra de tareas Barridos se muestra a continuación.

1. Grabar V2-V1, la amplitud de la onda M
   • Para encontrar la amplitud: Haga clic y arrastre un cursor a la base de la onda EMG y el segundo cursor a la onda EMG de pico superior. En el caso de ondas múltiples seleccionar la primera onda EMG (no el artefacto de estímulo), la onda M se muestra en la imagen, a continuación. El valor V2-V1 que se encuentra en la tabla en la parte superior derecha de la ventana Principal es la amplitud de la respuesta muscular. Registre la amplitud de cada respuesta (en mV) con su correspondiente fuerza de estímulo aplicada (en mA) en la tabla de su reporte de laboratorio. Mida todas las ondas EMG visibles (potenciales de acción). Si no hay registro EMG M-Wave “Subthreshold” en su reporte de laboratorio.

Figura 4A. Mida la M-Wave V2-V1 (en mV).

Figura 4B.

Figura 4C.

Ejercicio 2: Velocidad de conducción del nervio cubital

Objetivo: Medir la velocidad de conducción (velocidad de transmisión) del nervio cubital.

Visión general

Utilizará el valor AMP que excitó la respuesta máxima en el experimento 1 y estimulará la misma neurona motora abductora digiti minimi más arriba del brazo. Entonces usarás ese experimento previo y el que realizarás aquí para comparar el tiempo entre la inervación y la provocación de la respuesta para dos puntos en el nervio. Medirás la distancia entre los electrodos de estimulación y calcularás la velocidad de transmisión en m/s.

Procedimiento

1. Pídale al sujeto que coloque su mano derecha sobre el banco con la palma hacia abajo. Dile al sujeto que se relaje.
2. Mueva el cable estimulante rojo (+) del Electrodo E al Electrodo G, y el cable estimulante negro (-) del Electrodo D al Electrodo F. Video disponible en el P-Drive.

Figura 5.

Pruebe la colocación ajustando la Amplitud al número que produjo previamente el Potencial de Acción óptimo. Haga clic en Aplicar y en Grabar. Si obtiene un Potencial de Acción en la pantalla EMG, continúe con el Paso 1 a continuación.

Si no obtiene un Potencial de Acción, vuelva a colocar las almohadillas de electrodo F y G y vuelva a probar. Pide ayuda a tu TA. Vuelva a colocar los electrodos estimuladores hasta que obtenga un Potencial de Acción y luego continúe con el paso 1 a continuación.

Figura 6.

1. Establezca la Amplitud en la barra de herramientas Labscribe en el primer valor de AMP que entregó una respuesta muscular máxima en el Ejercicio 1. Haga clic en Aplicar.
2. Haga clic en el botón Grabar en la ventana principal de LabScribe para registrar un solo barrido con esta fuerza de estímulo.
3. Seleccione Guardar en el menú Archivo.
4. Usa una cinta métrica y mide la distancia real, en milímetros, entre la colocación de los electrodos estimulantes negros (-) (Electrodos D y F) en los ejercicios 1 y 2: Mida desde el centro del snap en D hasta el centro del estimulador negro en F, en línea recta.

Ejercicio 2 Análisis de datos

1. Haga clic en Cursores Dobles.
2. Haga clic en el icono Análisis en la barra de herramientas LabScribe para ver los barridos grabados. De la lista Barridos, seleccione el barrido que había entregado la respuesta muscular máxima en el Ejercicio 1, junto con el barrido del Ejercicio 2. Esto superpondrá los barridos entre sí (ver Métodos Fig. 6, a continuación). La línea roja es la suma algebraica de ambos, ignora esa línea.
3. Ahora mida pico a pico colocando un cursor en el pico de onda M de la línea gris y el otro cursor en el pico de onda M de la línea negra. Si los cursores no se mueven y se quedan donde los desee Vuelva a hacer clic en el Doble Cursor.
4. Si T2-T1 no está en la barra de herramientas, seleccione agregar función en la barra de herramientas, luego General en el menú desplegable y luego seleccione T2-T1.
5. El valor para T2-T1 que se muestra en la barra de herramientas en la ventana Análisis es la diferencia en el tiempo de respuesta entre las dos posiciones del electrodo estimulante negativo (por ejemplo, tarda más en provocar la onda M cuanto más lejos están los electrodos estimulantes del músculo que se está midiendo). Tenga en cuenta que el tiempo en la barra de herramientas de análisis es en segundos y necesita convertirlo a milisegundos. (ejemplo, 0.004seg = 4ms)
6. Calcular la velocidad de conducción (en m/seg) dividiendo la distancia (en mm) entre las dos posiciones del electrodo estimulante negativo por el tiempo (T2-T1) entre los picos de las respuestas musculares de esas dos posiciones.
7. Por ejemplo: 225 mm entre posiciones de electrodo (-)/4 ms = 56.25mm/ms = 56.25m/s Informa la velocidad y muestra todos tus cálculos en tu reporte de laboratorio.

Figura 6. Los cursores marcan la diferencia de tiempo entre los picos de las respuestas musculares causadas por electrodos estimulantes en dos posiciones diferentes en el nervio cubital.