Componenti precoci dei potenziali evocati cerebrali da stimolazione selettiva dell’afferenza nocicettiva mediante 150IDE

Rebekka Fiori-Relatore Prof. Andrea Truini-Correlatrice Dott.ssa Giulia Di Stefano

Università La Sapienza

 

 Premesse e obiettivi:

Il presente studio, per la prima volta, ha come obiettivo la registrazione di componenti precoci dei potenziali evocati cerebrali, da stimolazione selettiva dell’afferenza nocicettiva.

Tale selettività di attivazione è stata possibile grazie all’utilizzo del nuovo elettrodo di stimolazione elettrica 150IDE (disegnato da Leandri M., Pellegrino L. e Siri A.), introdotto nel 2017 dall’articolo Micropatterned surface electrode for massive selective stimulation of intraepidermal nociceptive fibres (Leandri M. et al.)^[1].

L’utilizzo del 150IDE per la registrazione di potenziali cerebrali evocati da una stimolazione elettrica nocicettiva, rappresenta un punto di svolta, per una possibile applicazione di tale elettrodo, nella normale pratica clinica oltre che nella ricerca e nello studio del sistema nocicettivo.

Infatti, per la prima volta, vi è la possibilità di superare l’utilizzo di una costosa e invasiva stimolazione laser, con una più vantaggiosa stimolazione elettrica con stessa selettività di attivazione delle fibre nocicettive.

L’utilizzo del laser presenta infatti due limitazioni principali: la prima è che l’area di stimolazione della superficie cutanea è ridotta, e ciò si riflette su una conseguente attivazione di poche afferenze nocicettive. La seconda limitazione è il fatto che si renda necessario lo spostamento del punto di stimolazione tra gli impulsi consecutivi, per evitare lesioni cutanee e per ridurre l'affaticamento dei nocicettori periferici (Cruccu et al.)[2].

Il meccanismo principale, che si trova alla base del danno tissutale, è l’aumento della temperatura con i conseguenti cambiamenti biochimici del tessuto (Barnes et al.)[3].

Questo evento può provocare transitori segni di ustione di primo grado sulla pelle del paziente e sparire in pochi giorni, oppure avere effetti indesiderati più gravi in pazienti predisposti a ulcere della pelle (come nella neuropatia diabetica), tanto che può arrivare ad essere sconsigliato l’utilizzo dei LEP (Treede et al.)[4].

Nonostante queste limitazioni, finora il laser si è dimostrato lo strumento di diagnostica più affidabile e ampiamente accettato nell’ambito del sistema nocicettivo (Truini et al., Cruccu et al.)[5], rispetto anche alla stimolazione termica da contatto (CHEPs), metodica selettiva ma limitata dalla minor riproducibilità ed ampiezza dei segnali rispetto al LEP.

Al contrario, le altre tipologie di stimolazione, come la stimolazione meccanica e quella elettrica transcutanea, non hanno soddisfatto i requisiti di attivazione selettiva delle fibre del sistema nocicettivo, venendo quindi escluse dalle possibili alternative al laser (Plaghky et al.)[6].

Ricercando dunque una valida alternativa al laser, è stato ideato un nuovo stimolatore elettrico transcutaneo, 150IDE, che grazie alla sua particolare struttura riesce a superare il limite della co-attivazione delle fibre Aβ.

L’elettrodo è costituito da piste conduttive disposte in un micropattern a pettine, situate a una distanza di 150 µm l’una dall’altra, e collegate ai poli opposti dello stimolatore.

Il nome 150IDE deriva dunque dalla sua struttura “interdigitated” (IDE), data dal micropattern alternato delle guide conduttive, e dalla distanza tra queste ultime (150).

Grazie alla breve distanza tra anodo e catodo, l’elettrodo, una volta applicato sulla superficie cutanea, è in grado di generare un campo elettrico confinato entro i 100 µm di profondità nella cute, in modo da attivare selettivamente le terminazioni nervose libere intraepidermiche.

La registrazione dei potenziali corticali, evocati da stimolazione con il 150 IDE a bassa intensità, ha evocato esclusivamente risposte a lunga latenza (e nessuna componente Aβ  mediata), confermando la selettività di attivazione della stimolazione. (Di Stefano et al.)[7]

Il nostro studio, proprio nell’ambito della ricerca e partendo da risultati preliminari, vuole indagare sulla presenza di componenti precoci dei potenziali cerebrali evocati dalla stimolazione elettrica selettiva del 150IDE.

Metodi:

Lo studio è stato condotto su una popolazione di dieci soggetti sani (4 F, 6 M, tra i 22-31 anni), sottoposti ad una registrazione EEG a 32 canali (con cuffia precablata), durante la stimolazione con 150IDE.

Per ogni soggetto sono stati erogati 3 blocchi di 200 stimoli ad 1 Hz sul dorso della mano destra, a bassa intensità di stimolazione (2,3-9 mA). Ciascuno stimolo consisteva di un treno di 10 stimoli elettrici della durata di 0.2 msec a 1000 Hz.

La registrazione EEG è stata poi analizzata attraverso l’utilizzo del software Letswave6 e mediante tecnica di time domain averaging, dalla derivazione C3-Fz, sono state estrapolate le componenti evocate dalla stimolazione nocicettiva. I restanti canali, della registrazione elettroencefalografica, sono stati comunque analizzati per visualizzare la distribuzione delle componenti precoci a livello dello scalpo, e ottenere poi un mappaggio cerebrale con delle mappe in ampiezza.

Risultati:

In tutti i soggetti, sono state registrate delle componenti precoci lateralizzate, controlaterali alla stimolazione selettiva da 150IDE.

E’ stato possibile registrare una prima componente positiva con latenza pari a 34.3 ± 5.5 msec e di ampiezza pari a 0.7 ± 0.6 μV (registrata in 9 soggetti su 10); una seconda componente negativa con latenza di 45 ± 7.3 msec ed ampiezza di 0.6 ±. 0.4 μV, ed infine, una componente tardiva di latenza pari a 97.5 ± 8.5 msec ed ampiezza pari a 2.3 ± 1.9 μV.

 

(Componenti estrapolate dalla derivazione C3-Fz di un soggetto esemplificativo, mediante time domain averaging)

 

Conclusioni:

Questo studio, per la prima volta, acconsente all’identificazione di componenti precoci controlaterali alla stimolazione selettiva delle vie dolorifiche. Tali componenti potrebbero riflettere la prima elaborazione, in corteccia somatosensoriale, dell’input nocicettivo. La nostra ricerca ha ottenuto dei risultati preliminari che presentano ottime prospettive future per approfondire lo studio di queste componenti precoci e per confermarne l’eziogenesi esclusivamente nocicettiva.

^[1] Leandri M., Marinelli L., Siri A., Pellegrino L., (2017). Micropatterned surface electrode for massive selective stimulation of intraepidermal nociceptive fibres. Journal of Neuroscience Methods.

[2] Cruccu G., Aminoff M.J., Curio G., Guerit J.M., Kakigi R., Mauguiere F., Rossini P.M., Treede R. D., Garcia-Larrea L., (2008). Reccomendations for the clinical use of somatosensory-evoked potentials. Clinicl Neurophysiology.

[3] Barnes FS. Biological damage resulting from thermal pulses. Laser applications in medicine and biology, vol. III. New York: Plenum Press; 1974. p. 205–21.

[4] Treede, R.D., Lorenz, J., Baumgärtner, U. (2003). Clinical usefulness of laser- evoked potentials. Neurophysiol Clin, 33, 303-314.

[5] Truini A, Galeotti F, Romaniello A, Virtuoso M, Iannetti GD, Cruccu G.

Laser-evoked potentials: normative values.(2005) Clin Neurophysiol.

Cruccu G, Garcia-Larrea L. Clinical utility of pain–laser evoked potentials.

Suppl Clin Neurophysiol (2004);57:101–10.2005;116:821–6.

[6] Plaghki L., Mouraux A. How do we selectively activate skin nociceptors

with a high power infrared laser? Physiology and biophysics of laser (2003) Neurophysiologie Clinique.

[7] Di Stefano G., Di Lionardo A., La Cesa S., Di Pietro G., Fasolino A., Galosi E., Leone C., Cruccu G., Marinelli L., Leandri M., Truini A. (2020). The new micropatterned interdigitated electrode for selective assessment of the nociceptive system. European Journal of Pain.