Galleria di immagini del cervello Questa illustrazione mostra come è posizionato un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda all'interno del corpo. Guarda altre immagini del cervello. Per gentile concessione di Medtronic, Inc. Immagina per un momento di avere un disturbo del movimento come il morbo di Parkinson. Il leggero tremore che hai notato per la prima volta sulla punta delle dita è gradualmente peggiorato. Ora compiti semplici, come sollevare un bicchiere d'acqua o addirittura allacciarsi le scarpe, sono diventati quasi impossibili. I tuoi farmaci su prescrizione sono stati utili per un po', ma ora gli effetti collaterali stanno diventando un problema.
Un giorno, il tuo medico suggerisce che potresti essere un buon candidato per una terapia relativamente nuova chiamata stimolazione cerebrale profonda . Descrive come un piccolo elettrodo verrebbe impiantato in un'area specifica del tuo cervello, dove fornirebbe brevi impulsi di elettricità. Questi impulsi elettrici, lui spiega, altererebbe i modelli di attività nel cervello responsabili dei sintomi della malattia.
Decidi di sottoporti all'intervento chirurgico necessario per impiantare il dispositivo, e solo poche settimane dopo la differenza è sorprendente. L'attivazione della stimolazione elettrica riduce immediatamente i tremori muscolari e ripristina il controllo sui movimenti fini. Anche se la tua malattia è ancora presente, ora puoi gestire i suoi sintomi in modo molto più efficace.
Questo scenario è molto reale per le decine di migliaia di persone in tutto il mondo a cui è stato impiantato un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda (DBS). In questo articolo, impareremo esattamente come funziona la DBS per ottenere i suoi effetti terapeutici. Esploreremo anche quali condizioni possono essere trattate con la DBS e daremo un'occhiata ai rischi e ai limiti di questa forma di trattamento.
Nella pagina successiva, impareremo le origini della stimolazione cerebrale profonda e scopriremo come la tecnologia alla base della DBS è stata in grado di avanzare così rapidamente.
Tecnologia di condivisioneI progressi nello sviluppo di dispositivi DBS impiantabili sono avanzati rapidamente, grazie a una tecnologia simile esistente:pacemaker cardiaci. Infatti, questi due dispositivi sono così simili nel design che i dispositivi DBS sono spesso chiamati pacemaker cerebrali.
Contenuti
All'inizio degli anni Cinquanta, i medici hanno scoperto che lesione, o distruggere, aree specifiche all'interno del cervello potrebbero aiutare a trattare alcuni disturbi del movimento. Quando le aree del cervello coinvolte nel disturbo sono state lese, i sintomi spesso miglioravano. Prossimamente, gli interventi chirurgici di lesione sono diventati un trattamento standard per ridurre i problemi nel controllo motorio causati da condizioni come il morbo di Parkinson.
Sfortunatamente, la chirurgia lesione non era una soluzione ideale. Non erano sempre efficaci nel ridurre i sintomi negativi, e talvolta hanno provocato effetti collaterali dannosi. Uno dei problemi principali degli interventi chirurgici con lesioni è che i loro effetti non possono essere annullati; una struttura cerebrale lesa viene definitivamente distrutta. Di conseguenza, gli effetti collaterali indesiderati sono generalmente irreversibili.
Negli anni '70 è stata introdotta una nuova terapia farmacologica per i disturbi del movimento. Trattamento con il nuovo farmaco, chiamato levodopa , potrebbe essere usato per controllare alcuni degli stessi tipi di sintomi della lesione, ma senza il rischioso intervento al cervello. La terapia con levodopa ha iniziato rapidamente a sostituire gli interventi chirurgici di lesioni, principalmente per i vantaggi che offriva ai pazienti. Uno dei vantaggi erano i dosaggi che potevano essere regolati in base alle esigenze individuali.
Dopo molti anni, però, si è scoperto che la terapia a lungo termine con levodopa causa nuovi problemi. Il cervello alla fine compensa gli effetti dei farmaci. Il risultato era spesso grave. I pazienti stavano sviluppando nuovi problemi di controllo del movimento che erano considerati peggiori dei sintomi originali.
Quindi, alla fine degli anni '80, è stata fatta una nuova scoperta. Gli esperti hanno scoperto che gli stessi effetti causati dalla lesione del tessuto cerebrale potrebbero essere ottenuti stimolando il tessuto con impulsi elettrici innocui. È stata una scoperta entusiasmante, perché gli effetti della stimolazione elettrica sono completamente reversibili. Infatti, quando la stimolazione è disattivata, il cervello riprende il suo comportamento normale. Simile ai trattamenti farmacologici, i medici potrebbero adattare la stimolazione elettrica alle esigenze esatte di ciascun paziente. A differenza dei trattamenti farmacologici, la stimolazione elettrica poteva essere localizzata in modo tale da interessare solo le parti del cervello previste.
I trattamenti con stimolazione cerebrale profonda (DBS) sono stati utilizzati in via sperimentale per diversi anni, e sono stati osservati risultati positivi del trattamento. Nel 2002, l'uso della DBS per condizioni come il morbo di Parkinson è stato approvato dalla Food and Drug Administration (FDA). La DBS rimane il trattamento standard per diversi disturbi cerebrali simili a, e compreso, Parkinson.
Nella sezione successiva, ti mostreremo come si presenta un dispositivo DBS impiantabile e scopriremo come funziona ciascuna parte.
Lo sapevate?Nel 1817, un medico inglese, Dott. James Parkinson, è stato il primo a descrivere una malattia che ha le seguenti caratteristiche:
La malattia era, come avrai intuito, chiamato morbo di Parkinson. Affinché a un paziente venga diagnosticato il morbo di Parkinson, devono essere presenti almeno due dei suddetti sintomi. Se sono presenti altri sintomi non caratteristici, potrebbe essere necessaria una diagnosi alternativa [fonte:The National Parkinson Foundation].
Per saperne di più
Un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda impiantabile fornisce impulsi elettrici attentamente controllati ad aree del cervello mirate con precisione coinvolte nel controllo motorio. Per gentile concessione di Medtronic, Inc. Un dispositivo impiantabile di stimolazione cerebrale profonda (DBS) è costituito da tre parti principali:il elettrodo , il generatore di impulsi e il estensione . Ecco per cosa è progettata ogni parte del dispositivo:
Il elettrodo è un piccolo dispositivo a forma di punta (immaginate la spina per un paio di cuffie) che viene impiantato in profondità nella regione del cervello coinvolta con i sintomi della malattia. La superficie dell'elettrodo ha quattro cuscinetti metallici utilizzati per trasmettere impulsi di elettricità. Questi impulsi di elettricità sono piccoli e stimolano il tessuto cerebrale solo a distanza ravvicinata dall'elettrodo. Ciò consente alla stimolazione elettrica di mirare specificamente solo alla regione del cervello più vicina a dove è impiantato l'elettrodo.
Il generatore di impulsi (chiamato anche stimolatore) è un piccolo, dispositivo scatolare che genera i segnali elettrici che vengono inviati all'elettrodo. Il generatore di impulsi viene solitamente impiantato sotto la pelle in uno spazio vicino al torace del paziente. Include una batteria con una durata che varia da due a sette anni. I modelli elettrici sono generati in rapidi impulsi on-off forniti a frequenze molto alte, di solito oltre 100 volte al secondo. Solo a queste alte frequenze la stimolazione aiuta a ridurre i sintomi indesiderati.
L'ultimo componente di un dispositivo DBS impiantato è il estensione , che è semplicemente un cavo isolato che trasporta i segnali elettrici dal generatore di impulsi all'elettrodo impiantato nel cervello. Se una qualsiasi parte del dispositivo DBS passa attraverso la pelle creerebbe un rischio di infezione, quindi il chirurgo in genere scava un piccolo percorso sotto la pelle dal generatore di impulsi all'elettrodo.
Ai pazienti viene in genere fornito un dispositivo portatile che utilizza un magnete per comunicare attraverso la pelle con il generatore di impulsi. Ciò consente al paziente di controllare i dosaggi di stimolazione elettrica che riceve. Un medico imposta la gamma di dosaggi di stimolazione entro certi limiti, ma il paziente in realtà esegue la messa a punto del dispositivo in base alle proprie esigenze individuali.
Ora che sai quali parti compongono un dispositivo DBS, scopriamo come produce l'effetto desiderato.
Chi trae vantaggio da DBS?Secondo la Cleveland Clinic, i pazienti a cui è stato diagnosticato un disturbo del movimento non sono automaticamente idonei per un intervento di stimolazione cerebrale profonda. Allora chi è un candidato? Qualsiasi paziente che:
Prima di continuare, avremo bisogno di rivedere alcuni fatti sul cervello. Potresti già sapere che il cervello è diviso in molte aree specializzate, ciascuno responsabile di compiti diversi. Ci sono regioni separate del tuo cervello che svolgono un ruolo nel controllo dei movimenti muscolari, memoria e anche emozioni. Queste regioni separate del cervello lavorano insieme per raggiungere obiettivi più grandi. Quando una lesione o una malattia impedisce a una regione del cervello di svolgere il proprio ruolo, gli obiettivi più grandi potrebbero non essere raggiunti.
Un buon esempio di questo è il gangli della base . I gangli della base sono un gruppo di strutture cerebrali che lavorano insieme per aiutare a controllare i movimenti del corpo. Poiché i movimenti sono pianificati e coordinati nel cervello, le informazioni sotto forma di attività elettrica del cervello fluiscono tra le strutture dei gangli della base. Ogni struttura svolge un ruolo nel modificare e perfezionare le informazioni per aiutare a mettere a punto i movimenti muscolari. Quando una qualsiasi parte dei gangli della base è danneggiata, il normale flusso di informazioni è alterato. Il risultato è spesso un problema diffuso di controllo del movimento, come nel caso del morbo di Parkinson.
Per scoprire dove entra in gioco la stimolazione cerebrale profonda, rimaniamo sull'esempio dei gangli della base.
Come menzionato sopra, il normale flusso elettrico dell'attività cerebrale attraverso i gangli della base è interrotto dagli effetti della malattia di Parkinson. Lo scopo di un elettrodo DBS impiantato è contrastare questa attività cerebrale anormale, alterandolo in modo da diminuire i sintomi della malattia.
L'elettrodo realizza questo prendendo di mira una delle diverse possibili strutture all'interno dei gangli della base. Per il morbo di Parkinson, questo è più comunemente il nucleo subtalamico (STN) . Un elettrodo di stimolazione cerebrale profonda impiantato nel STN invia impulsi di elettricità, modificandone il comportamento. Alterando il comportamento del STN, l'elettrodo sta in definitiva alterando tutta l'attività cerebrale che il STN normalmente colpisce. Questo rende l'elettrodo DBS molto influente, poiché il STN è una delle numerose strutture nei gangli della base che lavorano tutte insieme.
Sembra abbastanza semplice, Giusto? Bene, ciò che gli esperti non hanno ancora completamente capito è esattamente come la DBS influenza le strutture cerebrali che stimola, anche se ci sono diverse possibilità probabili. Per esempio, i segnali elettrici che si ripetono rapidamente emessi dall'elettrodo DBS possono agire per bloccare l'attività cerebrale irregolare. In questo scenario, gli effetti della stimolazione elettrica possono essere pensati come un cancello che blocca determinati percorsi di informazioni corrotte. Un'altra possibilità è che il modello regolare di impulsi elettrici dall'elettrodo DBS impiantato agisca per ignorare i flussi irregolari di informazioni. In altre parole, la stimolazione elettrica del dispositivo DBS agisce per attutire i modelli anormali dell'attività cerebrale.
La storia completa di come la DBS ottiene i suoi effetti è probabilmente molto più complessa. È probabile che lo stesso modello di stimolazione cerebrale profonda influenzi parti diverse della stessa struttura cerebrale in modi completamente opposti. Sebbene i meccanismi della DBS non siano ancora del tutto chiariti, i medici hanno abbastanza esperienza nell'uso della DBS per sentirsi sicuri della sua sicurezza ed efficacia.
Ora che hai un'idea di come funziona un dispositivo DBS, diamo un'occhiata a come viene impiantato nel cervello.
Quiz sulla risonanza magneticaLe macchine per la risonanza magnetica sono comunemente usate per studiare il cervello. Guarda quanto ne sai nel nostro Quiz sulla risonanza magnetica .
Le scansioni MRI vengono utilizzate per aiutare il chirurgo a localizzare con precisione le strutture all'interno del cervello del paziente. Luis Carlos Torres/iStockphoto Uno degli obiettivi più impegnativi per un chirurgo che impianta un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda è quello di impiantare in sicurezza l'elettrodo nella posizione target precisa all'interno del cervello. Perché non tutti i cervelli hanno la stessa forma, il compito di localizzare e accedere a una specifica struttura cerebrale senza disturbare le strutture circostanti richiede l'uso di strumenti e tecniche speciali.
Uno strumento standard che viene utilizzato per gli interventi chirurgici al cervello più delicati è un cornice stereotassica . Questo dispositivo è fondamentalmente una struttura metallica che tiene ferma la testa del paziente e offre ai medici un punto di partenza stabile per effettuare le misurazioni. Il chirurgo farà affidamento anche su sofisticate tecniche di imaging per aiutare a individuare la posizione di strutture specifiche all'interno del cervello. Per esempio, il chirurgo può fare affidamento sulla risonanza magnetica (MRI) o sulla tomografia computerizzata (TC), che possono essere entrambi vagamente pensati come scansioni a raggi X tridimensionali.
Il modo migliore per il chirurgo di assicurarsi che l'elettrodo sia nel posto giusto è accendere il dispositivo e osservarne gli effetti sui sintomi del paziente. Per questa ragione, il paziente viene solitamente tenuto sveglio per la parte dell'impianto dell'elettrodo dell'intervento. Poiché il cervello stesso non ha recettori del dolore, il paziente non sentirà alcun dolore. È necessaria solo l'anestesia locale per intorpidire la posizione in cui viene praticato un piccolo foro nel cranio. Il paziente sarà inoltre tenuto a interrompere l'uso di tutti i farmaci prima dell'intervento. Questo requisito è affinché si possano osservare gli effetti della sola stimolazione elettrica sui sintomi della malattia.
Dopo che l'elettrodo è saldamente in posizione, il generatore di impulsi viene impiantato altrove nel corpo del paziente dove c'è più spazio. Generalmente, questo è in una posizione all'interno del torace del paziente. Poiché non è più necessario che il paziente sia sveglio, il paziente viene posto in anestesia generale per questa parte dell'intervento. Un altro passaggio coinvolto nell'intervento è quello di incanalare un filo sotto la pelle dal generatore di impulsi all'elettrodo nel cervello.
Diversi giorni dopo l'intervento, i medici accendono il dispositivo di stimolazione cerebrale profonda e lo programmano in base alle esigenze individuali del paziente. Diversi aspetti del modello di stimolazione elettrica, come la forza del suo polso, forma e frequenza, può essere regolato secondo necessità. Il paziente è inoltre tenuto a venire ogni pochi mesi in modo che i medici possano regolare questo schema per garantire prestazioni ottimali del dispositivo.
Ascolta il tuo cervelloQualche volta, il chirurgo identifica le strutture cerebrali utilizzando una tecnica aggiuntiva, conosciuto come registrazione con microelettrodi . In questa tecnica, un elettrodo all'estremità di un filo molto sottile viene fatto passare attraverso diverse aree del cervello, dove è in grado di registrare schemi elettrici dalle strutture cerebrali circostanti. Questi schemi elettrici possono essere convertiti in suono, permettendo al chirurgo di ascoltare l'attività cerebrale che circonda l'elettrodo. Diverse strutture cerebrali hanno modelli unici di attività elettrica, e un neurochirurgo esperto può distinguere queste strutture semplicemente ascoltando questi schemi.
L'attore Michael J. Fox partecipa a "A Funny Thappened On The Way To Cure Parkinson's" -- Una serata di beneficenza per la Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research. Matthew Peyton/Getty Images DBS è forse il più famoso utilizzato nel trattamento del morbo di Parkinson. L'attore di spicco Michael J. Fox ha contribuito a portare il Parkinson agli occhi del pubblico quando ha rivelato la sua diagnosi con la malattia. Il tremore essenziale e la distonia sono altri due disturbi del movimento che sono anche comunemente trattati con DBS. Il tremore essenziale è caratterizzato da tremori durante i movimenti muscolari ed è in realtà il disturbo del movimento più comune negli Stati Uniti. Di solito il farmaco da solo è sufficiente per trattare il tremore essenziale, ma a volte i casi gravi richiedono un trattamento con DBS.
La distonia è un disturbo che provoca contrazioni muscolari indesiderate. In particolare, l'intervento di impianto di DBS viene eseguito diversamente in caso di distonia. Poiché i pazienti con distonia non sono in grado di sopprimere i movimenti della testa e del collo che fanno parte dei loro sintomi, i pazienti devono essere posti in anestesia generale durante l'intervento di impianto degli elettrodi. Come impareremo in seguito, questa situazione può rendere più difficile per il medico il corretto impianto degli elettrodi.
Morbo di Parkinson, il tremore essenziale e la distonia sono tutti disturbi del movimento che condividono sintomi curabili con la stimolazione della DBS ai gangli della base. La DBS può essere utilizzata anche su regioni del cervello al di fuori dei gangli della base per trattare altre condizioni causate da una funzione cerebrale anormale. L'uso più comune della DBS è in realtà per il trattamento del dolore cronico.
La DBS ha anche mostrato risultati promettenti nel trattamento sperimentale di altre condizioni tra cui la sindrome di Tourette, sclerosi multipla (SM), depressione, epilessia e disturbo ossessivo compulsivo (DOC). Esiste anche una vasta gamma di altre possibili applicazioni future per la terapia di stimolazione cerebrale profonda. Il trattamento di alcuni tipi di mal di testa, la depressione e persino l'obesità sono solo alcune delle possibili applicazioni della DBS attualmente in fase di studio.
Abbiamo visto che aspetto ha un dispositivo DBS e quali condizioni può trattare, ma quali sono alcuni dei rischi e degli effetti collaterali?
Ricerca e risultatiNel 1998 la celebrità Michael J. Fox annunciò pubblicamente che gli era stato diagnosticato il morbo di Parkinson nel 1991. Da allora, ha continuato a fondare la Fondazione Michael J. Fox per la ricerca sul Parkinson. Al momento della pubblicazione di questo articolo, la fondazione ha raccolto oltre 120 milioni di dollari per lo sviluppo di cure per il morbo di Parkinson.
L'intervento chirurgico necessario per impiantare un dispositivo DBS è una procedura costosa e potenzialmente rischiosa che i medici raccomanderanno solo a determinati pazienti. Prima di tutto, il paziente deve essere in buone condizioni fisiche e in grado di sopportare le sollecitazioni causate da un intervento chirurgico importante.
È anche importante garantire che la terapia DBS abbia buone possibilità di produrre risultati efficaci. Un'indicazione che la DBS sarà un trattamento efficace è se i sintomi del paziente rispondono alla terapia farmacologica. Le terapie farmacologiche agiscono su alcune delle stesse vie cerebrali della DBS, quindi se i farmaci stanno avendo un buon effetto, anche la stimolazione cerebrale profonda potrebbe essere utile.
Quindi, in quale fase dovrebbe essere considerata la stimolazione cerebrale profonda? La maggior parte degli specialisti concorda sul fatto che l'impianto di DBS dovrebbe avvenire dopo che le terapie farmacologiche iniziano a produrre i loro effetti collaterali negativi, ma prima che il paziente inizi a sperimentare una forte diminuzione della qualità della vita. La qualità della vita è talvolta misurata dalla capacità del paziente di svolgere le attività della vita quotidiana.
Il paziente deve anche avere aspettative realistiche riguardo agli esiti della terapia DBS. Deve essere chiaro al paziente che la DBS non è una cura per la sua condizione, ma piuttosto un trattamento che potrebbe alleviare i sintomi della condizione. Certo, il paziente deve inoltre essere pienamente consapevole dei rischi e dei possibili effetti collaterali associati all'impianto di DBS.
Sebbene la DBS sia generalmente riconosciuta come un trattamento molto sicuro, qualsiasi intervento chirurgico importante, in particolare la chirurgia cerebrale, comporta alcuni rischi. Uno dei rischi maggiori è l'emorragia, o sanguinamento eccessivo causato da danni ai vasi sanguigni. Il tessuto cerebrale è molto delicato, e navigare nel cervello per impiantare un dispositivo può essere difficile. La probabilità di danni maggiori dovuti all'emorragia è bassa, ma se si verifica un'emorragia, le complicazioni risultanti possono essere gravi e permanenti.
L'infezione è un altro rischio associato alla chirurgia di impianto di DBS. I problemi causati dall'infezione sono generalmente lievi e curabili, ma a volte le infezioni possono causare seri problemi. Un altro rischio degno di nota è la rottura del dispositivo. Le rotture nel filo di prolunga o il movimento dell'elettrodo stimolante sono due delle principali cause di guasto del dispositivo.
Gli effetti collaterali causati dalla stimolazione elettrica dall'elettrodo DBS variano da paziente a paziente e comunemente includono problemi di controllo sensoriale o motorio minori. Gli effetti collaterali psicologici potrebbero includere cambiamenti di umore o sentimenti di depressione. Fortunatamente, tutti questi effetti collaterali sono generalmente temporanei o possono essere invertiti disattivando la stimolazione. Nella maggior parte dei casi, il medico può regolare i modelli di stimolazione elettrica del dispositivo per ridurre al minimo gli effetti collaterali.
Se hai trovato questo articolo interessante e vorresti saperne di più sulla stimolazione cerebrale profonda, segui i link nella pagina successiva. Possono fornirti molte ottime informazioni.
Affare rischioso...?Qualsiasi forma di chirurgia cerebrale comporta rischi, e la stimolazione cerebrale profonda non fa eccezione. Oltre ai rischi e agli effetti collaterali sopra elencati, ci sono anche rischi legati alla procedura di impianto stessa. Alcuni altri problemi di salute e gli effetti collaterali della stimolazione cerebrale profonda sono elencati qui:
Nel tentativo di curare il morbo di Parkinson, alcuni pazienti che hanno ricevuto un intervento chirurgico di stimolazione cerebrale profonda hanno riscontrato altri effetti collaterali indesiderati. Questi effetti variano in gravità da attacchi di panico, difficoltà di parola e problemi di movimento, fino al suicidio [fonte:MayoClinic.com].
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Fonti
