Cap 1 ESPAS
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Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 1 Capítulo 1 Neurofisiología de la espasticidad Xavier Navarro Acebes Esther Udina Bonet La espasticidad es un trastorno motor caracterizado por un aumento dependiente de velocidad del tono muscular, con reflejos de estiramiento exagerados, que resulta de un procesamiento anormal de las aferencias espinales.1,2 La espasticidad es una alteración presente en el síndrome de la motoneurona superior, como consecuencia de lesiones de las vías corticofugas, y es una manifestación frecuente de ictus, esclerosis múltiple, traumatismos cerebrales, lesiones de la médula espinal y otras afectaciones del sistema nervioso central (SNC). El síndrome de neurona motora superior cursa con síntomas negativos, como paresia, pérdida de destreza y fatiga rápida, y síntomas positivos, que incluyen espasticidad, espasmos flexores, distonía, hiperactividad de reflejos cutáneos y autonómicos. Desde un punto de vista clínico, es frecuente que estos diferentes signos positivos se consideren integrantes de la espasticidad,3 lo que produce cierta confusión ya que estos síntomas pueden existir independientemente y no comparten la misma fisiopatología. De hecho, los pacientes con paresia espástica presentan muchas variaciones sindrómicas, dependiendo de la región del SNC lesionada y del tipo de lesión. La espasticidad es un ejemplo relevante de cambios plásticos que ocurren a nivel espinal tras lesiones centrales, y el conocimiento de sus mecanismos fisiopatológicos puede aportar claves importantes hacia su tratamiento efectivo. Las principales alteraciones subyacentes a la espasticidad son el aumento del tono contráctil muscular y la hiperactividad de los reflejos miotáticos espinales, debidos bien a la liberación del control descendente o bien como adaptación de los reflejos a la falta de control supraespinal.4 La hiperexcitabilidad refleja se desarrolla a lo largo de meses tras la lesión central primaria e implica mecanismos de adaptación en la circuitería neuronal espinal caudal a la lesión. Lo que no está claro es el significado funcional de la espasticidad ni su papel en los movimientos voluntarios. De hecho, la espasticidad podría ser beneficiosa en algunas situaciones; por ejemplo, la espasticidad que presenta la extremidad inferior en pacientes hemiplégicos favorece la locomoción. En contraste, la espasticidad que estos mismos pacientes sufren en la extremidad superior dificulta el uso funcional de la mano afectada. Por otro lado, los tratamientos antiespásticos actuales, que principalmente intentan reducir la retroalimentación sensorial que reciben las motoneuronas, también pueden afectar a la función motora residual de los pacientes. Por lo tanto, el tratamiento de la espasticidad debe plantearse cuidadosamente, sobre todo en pacientes con espasticidad moderada o leve y cierto grado de funcionalidad remanente. En este capítulo se revisan las bases generales de la neurofisiología del control motor y los principales mecanismos fisiopatológicos relacionados con la espasticidad. Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN 2 Página 2 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD NEUROFISIOLOGÍA DEL CONTROL MOTOR Los músculos esqueléticos son los órganos efectores que permiten el mantenimiento de la postura y la realización de los movimientos. Los centros de control del movimiento y la postura están localizados a diferentes niveles del SNC, siguiendo una organización jerárquica. El esquema global de los sistemas de control motor (Fig. 1-1) indica una visión cooperativa, además de jerárquica, entre los distintos niveles de control, con bucles de procesamiento de información entre córtex y centros subcorticales para la regulación conjunta de la actividad de las motoneuronas espinales que inervan la musculatura esquelética.5,6 Además, la información sensorial y la acción motora están íntimamente ligadas. Las influencias sensoriales sobre la motricidad tienen lugar por circuitos locales (reflejos espinales) y por circuitos largos que llegan a nivel cerebral. Motoneuronas y unidades motoras Las motoneuronas se agrupan en columnas longitudinales en la lámina IX medular, a nivel de las astas anteriores. Cada columna de motoneuronas que inervan un músculo constituye el núcleo motor de dicho músculo. Los núcleos motores de los músculos de las extremidades se localizan en la región lateral e intermedia del asta anterior, mientras que aquellos que proyectan a músculos axiales lo hacen en la región medial e intermedia. Las motoneuronas envían sus axones por las raíces anteriores y los nervios periféricos para ramificarse dentro del músculo correspondiente. El conjunto de una motoneurona, su axón y todas las fibras musculares que inerva constituye una unidad motora, que es la unidad básica de acción motora. Existe una correspondencia entre el tipo de motoneurona ␣ y el tipo de células musculares que inerva, distinguiéndose: • Unidades motoras S: con fibras musculares de tipo I, que efectúan contracción lenta, de poca fuerza y resistente a la fatiga. • Unidades motoras FR: con fibras musculares de tipo IIa, de contracción rápida pero resistente a la fatiga. • Unidades motoras FF: con fibras musculares de tipo IIb, rápidas y fácilmente fatigables. Cada músculo está constituido por unidades motoras de distintos tipos según su función. El grado de contracción muscular depende del número y tipo de unidades motoras que se activen por unidad de tiempo. El incremento de fuerza de con- Córtex asociativo Plan motor Córtex premotor Información sensorial Cerebelo Tálamo G basales Programas motores Córtex motor Tronco del encéfalo Órdenes de ejecución Médula espinal Músculos Figura 1-1. Organización esquemática de las estructuras neurales de control motor. Ejecución Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 3 NEUROFISIOLOGÍA tracción de un músculo viene dado por la activación progresiva de unidades motoras, siguiendo un orden de tamaño de menor a mayor, y que, a su vez, van aumentando su frecuencia de excitación. Es el fenómeno de reclutamiento de unidades motoras.7 El reclutamiento ordenado se debe a diferencias en la excitabilidad de las motoneuronas. Reflejos motores espinales Reflejo miotático o de estiramiento El reflejo miotático, monosináptico, tiene por función el mantenimiento de la longitud adecuada de cada músculo. Cuando se estira un músculo, los receptores sensoriales de los husos musculares, situados en paralelo a las fibras musculares, se excitan y transmiten impulsos por las fibras aferentes hacia la médula espinal, donde sinaptan excitatoriamente con las motoneuronas ␣ homónimas, despolarizándolas (Fig. 1-2). Los impulsos eferentes causan la contracción refleja del músculo estirado, con lo que éste se acorta. Las terminaciones primarias (fibras Ia) de los husos musculares presentan una respuesta de tipo dinámico; son los receptores responsables del reflejo miotático, que excitan de forma rápida e intensa a las motoneuronas ␣. Las terminaciones secundarias (fibras II) tienen una respuesta estática, importante cuando el músculo es sometido a estiramientos prolongados o lentos, ya que consiguen un aumento del tono contráctil prolongado. Las aferencias II hacen conexiones oligosinápticas sobre las motoneuronas, a través de interneuronas II excitatorias. Las fibras aferentes, además, hacen sinapsis colaterales con interneuronas inhibitorias Ia y II, que van a conectar con motoneuronas antagonistas, de manera que se produce la relajación del músculo antagonista. Las motoneuronas ␥ inervan las fibras musculares intrafusales, constituyendo un mecanismo de servoayuda de la contracción muscular. Al activarse las motoneuronas ␥, se contraen las fibras intrafusales con lo que aumenta la ganancia de los receptores sensoriales del huso. Existen dos tipos de motoneuronas ␥: dinámicas y estáticas. Las motoneuronas ␥ dinámicas inervan las fibras musculares intrafusales en bolsa nuclear, de forma que cuando producen su contracción se aumenta la respuesta dinámica de los husos musculares. Por su parte, las motoneuronas ␥ estáticas, que primariamente causan la contracción de las fibras intra- DE LA ESPASTICIDAD 3 fusales en cadena nuclear, incrementan la respuesta estática pero tienen poco efecto sobre la respuesta dinámica del reflejo de estiramiento. Reflejo tendinoso El reflejo tendinoso controla la tensión de los músculos durante el movimiento. Su finalidad es evitar variaciones bruscas y súbitas de la tensión que los músculos realizan sobre sus puntos de inserción durante el movimiento. La tensión, generada por contracción o por estiramiento intenso, es captada por los receptores tendinosos de Golgi. Los receptores, situados en serie con el músculo, Ia Huso muscular + + – MN␣ II Huso muscular + + + – MN␣ Ib + + – + MN␣ Órgano de Golgi MN: motoneurona Figura 1-2. Representación de los reflejos espinales de estiramiento fásico (aferentes Ia) y tónico (aferentes II), y del reflejo tendinoso (aferentes Ib). Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN 4 Página 4 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD se excitan ante aumentos de tensión, con una doble respuesta: dinámica y estática. Los receptores excitados envían impulsos por fibras aferentes Ib a la médula, donde sinaptan con interneuronas Ib que a su vez inhiben a las motoneuronas ␣ del músculo homónimo (Fig. 1-2). En consecuencia, se produce una reducción de la tensión muscular. En paralelo, para colaborar con esta acción, se induce la contracción del músculo antagonista. La excesiva tensión inducida en un músculo espástico conduce, en cierto momento, a la excitación intensa de los receptores tendinosos, que determina una relajación súbita del músculo; es el denominado reflejo en navaja. Reflejos de retirada El reflejo de retirada se puede desencadenar por una gran variedad de estímulos externos, pero sobre todo por estímulos dolorosos. Las fibras aferentes nociceptivas (III y IV) sinaptan con interneuronas en el asta posterior medular, ubicadas principalmente en las láminas II y III de Rexed y, a través de varias interneuronas, influyen sobre las motoneuronas ipsi y contralaterales. A nivel segmentario, los estímulos dolorosos provocan excitación de las motoneuronas que inervan músculos flexores ipsilaterales e inhibición de las que inervan los músculos extensores ipsilaterales, provocando un reflejo flexor. Además, son capaces de activar circuitos contralaterales, desencadenando el reflejo extensor cruzado. En animales espinalizados, los impulsos aferentes pueden irradiar a segmentos medulares diversos, consiguiendo activar a las motoneuronas ␣ correspondientes a extremidades de otro nivel, produciendo respuestas motoras contrarias (o en espejo) a las del nivel segmentario de la estimulación. En conjunto, el reflejo de retirada representa una reacción refleja de huida, con participación de todas las extremidades. En el sujeto intacto, la influencia de los centros de control superiores limita la expresión del reflejo de retirada al reflejo flexor. En casos de lesiones de vías corticoespinales, la respuesta refleja queda liberada y se puede expresar en forma completa. El reflejo de retirada supone una rutina elemental espinal que determina el patrón de locomoción, constituyendo la base del generador de patrón central medular. Interneuronas espinales La integración de órdenes supraespinales por las diversas vías descendentes, de señales aferentes segmentarias y de señales propioespinales está regulada por un complejo de interneuronas y redes espinales. Estas interneuronas actúan como centros de integración premotoneuronal, más que como simples relevos. La actuación del conjunto de interneuronas espinales (Tabla 1-1) sirve así para modular la excitación de las motoneuronas, Tabla 1-1 Características de distintos tipos de interneuronas espinales que participan en el control motor Interneurona Transmisor Inputs Outputs IN Ia Glicina Supraespinales, IN Renshaw, red locomotora MN antagonistas, IN Ia antagonistas IN presináptica Ia GABA Reticuloespinales Aferentes Ia antagonistas IN II (excitadora) ? Ia y II, propioespinales MN flexoras IN II (inhibidora) ? Ia y II, propioespinales MN extensoras IN Ib Glicina Ib, Ia, cutáneas (excitatorias), supraespinales (inhibitorias) MN sinérgicas, IN Ib IN Renshaw Glicina, GABA MN, supraespinales MN sinergistas, IN Ia IN: interneuronas; MN: motoneuronas; GABA: ácido gamma-aminobutínico Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 5 NEUROFISIOLOGÍA principalmente con carácter inhibitorio. Las alteraciones en su actividad se encuentran implicadas en la fisiopatología de la espasticidad. Los principales tipos de interneuronas son: • Interneuronas inhibitorias Ia: reciben conexiones sinápticas de aferencias Ia de los husos musculares, de aferencias cutáneas y de vías corticoespinales. Su excitación provoca la inhibición de las motoneuronas antagonistas (inhibición recíproca), de forma que reduce la posibilidad de que la musculatura antagonista se coactive primariamente o en respuesta al estiramiento cuando la musculatura agonista se contrae y se acorta. • Interneuronas II: las aferencias de tipo II de los husos musculares influyen en las respuestas reflejas a través de vías di- o trisinápticas, con intervención de interneuronas II espinales. Éstas reciben también entradas de aferencias Ia, así como modulación inhibitoria de vías reticuloespinales. • Interneuronas inhibitorias Ib: reciben sinapsis de aferencias de los órganos de Golgi, cutáneas y articulares. Inhiben las motoneuronas de músculos sinergistas al movimiento (inhibición no recíproca o autogénica), pudiendo contribuir al freno del movimiento. Su actividad depende del estado motriz. • Interneuronas de inhibición presináptica: la inhibición presináptica axo-axónica es mediada por el ácido gamma-aminobutínico (GABA) y reduce la cantidad de transmisor liberado por las terminaciones sensoriales a nivel de la médula. Diferentes tipos de interneuronas median la inhibición presináptica de aferentes Ia, Ib y II, de forma que permiten el control de los diferentes circuitos reflejos. Las interneuronas implicadas en la inhibición presináptica Ia presentan una actividad tónica, regulada por vías descendentes. • Interneuronas de Renshaw: reciben sinapsis excitatorias de colaterales axonales de las motoneuronas y envían sus axones de forma recurrente a inhibir las mismas motoneuronas y las sinergistas. Además, ejercen una acción inhibitoria sobre las interneuronas Ia. La inhibición de Renshaw favorece la actividad de las motoneuronas que intervienen en el movimiento sobre las relacionadas con la postura. DE LA ESPASTICIDAD 5 • Interneuronas de los reflejos flexores: la excitación de diversas aferentes, de tipo II, III y IV, musculares, cutáneas y articulares promueve respuestas reflejas de flexión. Éstas dependen de circuitos polisinápticos, con diferentes subgrupos de interneuronas capaces de producir los componentes temprano y tardío del reflejo. Aunque el papel y la nomenclatura de las interneuronas espinales se ha asociado primariamente a su implicación en alguno de los circuitos reflejos, la mayor parte recibe conexiones de varias vías aferentes y descendentes, y participa en diversas actividades motoras durante el movimiento voluntario y la locomoción.8 Córtex cerebral motor El córtex motor tiene como funciones dar las órdenes para la ejecución de movimientos voluntarios, de precisión y complejidad variable, y el control y modulación de los programas motores de niveles subcorticales y espinales. Se compone de 4 áreas: • Área motora primaria (MI), en la circunvolución precentral, presenta una distribución somatotópica contralateral (homúnculo motor de Penfield), en la que cada columna cortical envía sus axones descendentes a controlar la actividad de un núcleo motor espinal determinado. A través de las vías corticoespinales, envía las órdenes de realización de movimientos voluntarios precisos, mediante la contracción de uno o pocos músculos. La intensidad y fuerza del movimiento están en relación con la frecuencia y el patrón de excitación de las neuronas corticales. • Área motora posrolándica (SI), en la circunvolución posrolándica, está implicada en la integración sensoriomotora de la acción motora, interviniendo en guiar espacialmente el movimiento hacia el objeto. • Área motora suplementaria (SMA), situada en la cara interna del hemisferio frontal, por encima y delante del área primaria. Presenta una representación musculotópica poco diferenciada y bilateral. Tiene un papel importante en la programación de la secuencia de movimientos complejos, preferentemente de la mano, y en la ejecución de programas de movimiento. Cap 1 ESPAS 6 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN Página 6 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD • Área premotora (PMA), por delante del área MI, presenta una regionalización de zonas que integran programas motores complejos, como las áreas responsables de la formación de palabras (área de Broca), de los movimientos oculares, de movimientos manuales o de movimientos cefálicos. El córtex motor recibe conexiones de: áreas somatosensoriales, córtex visual y auditivo, hemisferio contralateral, núcleos talámicos, que aportan información táctil y propioceptiva, y proyecciones del tálamo que aportan influencias del cerebelo y de los ganglios basales. Por su parte, el córtex motor envía sus eferencias a través del tracto corticoespinal, que a nivel bulbar se divide en el fascículo corticoespinal lateral, que baja por la médula contralateralmente, y el fascículo corticoespinal anterior, que desciende ipsilateral para cruzarse a nivel cervical o torácico. Las fibras corticoespinales del fascículo lateral van a controlar las motoneuronas de músculos de las extremidades, mientras que las del fascículo anterior lo hacen sobre la musculatura axial. El tracto corticobulbar finaliza en los núcleos motores de los pares craneales situados en el tronco del encéfalo. De las mismas áreas corticales surgen también fibras descendentes que conectan con núcleos motores subcorticales, de los cuales se originan los fascículos extrapiramidales (Fig. 1-3). Las fibras nerviosas corticoespinales actúan sobre las motoneuronas espinales, tanto ␣ como ␥, principalmente a través de interneuronas, aunque en primates una proporción sinapta directamente sobre las motoneuronas, particularmente para el control de movimientos finos de las extremidades. Así, las vías descendentes influyen en la función motora espinal de dos maneras: pueden comandar la actividad de las motoneuronas para la realización de movimientos voluntarios y pueden facilitar o inhibir los circuitos reflejos espinales. La acción sobre las eferentes ␥ ayuda en el mantenimiento de la actividad excitatoria de los receptores de los husos musculares y, de esta forma, contribuye por vía del bucle ␥-motor a la excitación de las motoneuronas ␣ en la producción del tono muscular. Núcleos motores del tronco encefálico Existen 3 estructuras en el tronco encefálico que dan origen a tractos motores que actúan sobre las motoneuronas espinales: núcleo rojo, núcleos vestibulares y formación reticular (Fig. 1-3). Núcleo rojo Por su parte rostral parvocelular se interconecta con la oliva inferior y el cerebelo, mientras que por su parte caudal magnocelular recibe vías de entrada del córtex motor y de núcleos cerebelosos. Envía el fascículo rubroespinal que desciende por la médula espinal relacionado con el fascículo corticoespinal lateral, y va a influir sobre las motoneuronas de músculos de las extremidades. Constituye una conexión entre córtex motor y motoneuronas espinales con escala sináptica en el núcleo rojo. Los grupos de neuronas del núcleo rojo y de la formación reticular pontina y bulbar presentan una actividad bioeléctrica rítmica durante la locomoción. Constituyen un generador de patrón central de la marcha. Las secuencias locomotoras que generan son automáticas y están reguladas por conexiones descendentes del córtex motor. Núcleos vestibulares Los núcleos vestibulares reciben señales procedentes de receptores vestibulares, cerebelo, formación reticular y núcleo cuadrigémino superior. El principal tracto descendente es el fascículo vestibuloespinal (lateral, procedente del núcleo de Deiters), cuyas fibras tienen un efecto excitador sobre las motoneuronas de la musculatura axial extensora e inhibidor sobre las de la musculatura flexora, por lo que contribuyen a la contracción postural antigravitatoria. Formación reticular Las neuronas reticulares proyectan, tanto por vías ascendentes como descendentes, a casi la totalidad de estructuras del SNC realizando numerosas escalas sinápticas. Las aferencias a la formación reticular proceden de: córtex sensoriomotor, ganglios basales, cerebelo (núcleo fastigio), hipotálamo, complejo vestibular, vías sensoriales de receptores musculares y cutáneos. Las neuronas de la porción pontina envían sus axones por el fascículo reticuloespinal anterior, que tiene un efecto activador de las motoneuronas extensoras, mientras que las neuronas de la porción bulbar inhibir las motoneuronas extensoraspor el fascículo lateral. En conjunto, terminan en las astas anteriores, más densamente en las par- Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 7 NEUROFISIOLOGÍA DE LA ESPASTICIDAD 7 Córtex motor (+) F. CE lat (–) (–) F. CE ant FR pontina Núcleo Rojo FR bulbar N. vestibulares F. RubroE F. RetE lat (–) Distales Distales F. RetE ant (+) Axiales F. VE lat (+) Axiales Motoneuronas espinales ␣ y ␥ Músculos Figura 1-3. Principales vías descendentes supraespinales que controlan la actividad de las motoneuronas espinales. tes mediales (núcleos de músculos axiales y proximales). La formación reticular interviene en el mantenimiento de la postura erecta y del equilibrio en movimientos que afectan a múltiples músculos. Las fibras descendentes de los núcleos motores troncoencefálicos terminan a nivel espinal sinaptando sobre neuronas internunciales de las láminas VI a VIII de Rexed. Los comandos provinientes de los centros superiores no sólo se encargan de dar ordenes específicas a las motoneuronas, sino que también pueden modular la excitabilidad intrínseca de éstas. Los tractos aminérgicos descendentes provinientes del núcleo del rafe (serotoninérgico) o del ceruleus (noradrenérgico) controlan el grado de excitabilidad de las motoneuronas espinales mediante la apertura de receptores metabotrópicos que activan canales de calcio y sodio dependendientes de voltaje que provocan corrientes internas y persistentes (PIC, persistant inward currents) capaces de amplificar la respuesta de las motoneuronas a los impulsos sinápticos excitadores. Como los tractos monoaminérgicos del tronco del encéfalo son muy dependientes del comportamiento y el arousal, se sugiere que, en situaciones donde se activen estos tractos (por ejemplo, en situaciones de estrés), sólo serán necesarios impulsos sinápti- cos moderados en las motoneuronas espinales para que se desarrollen grandes fuerzas musculares.9 FISIOPATOLOGÍA DE LA ESPASTICIDAD Alteraciones supraespinales Las neuronas motoras superiores envían fibras, tanto excitadoras como inhibidoras, que descienden por la médula espinal para controlar la actividad de las motoneuronas espinales, de las neuronas premotoneuronales y de los reflejos espinales. Las vías supraespinales incluyen las vías corticoespinales (o piramidales) y las vías cortico-troncoespinales. Estudios en animales han demostrado que las lesiones puras de la vía corticoespinal producen déficit motores leves (síndrome piramidal puro), pero no desencadenan espasticidad o hiperactividad muscular. El síndrome de la motoneurona superior, con sus fenómenos negativos y positivos, está debido en gran medida a la disfunción de las vías corticotroncoespinales, con contribución de las vías corticoespinales de forma más importante en primates y humanos.10,11 Experimentos históricos realizados por Magoun et al. y Sprague et al.12,13 demostraron que la rigidez de descerebración y la espasticidad dependían Cap 1 ESPAS 8 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN Página 8 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD no sólo de la abolición de influencias supraespinales inhibitorias, sino también de otras vías descendentes facilitadoras de las respuestas reflejas espinales. El principal tracto que inhibe la actividad refleja espinal es el fascículo reticuloespinal lateral, que se origina en la formación reticular bulbar (Fig. 1-3) y desciende por el funículo lateral, próximo al fascículo corticoespinal lateral. Por tanto, las lesiones que afecten a esta zona causarán con frecuencia disfunción mixta piramidal y reticuloespinal. La región bulboreticular inhibitoria recibe influencias de córtex cerebral motor, del lóbulo anterior del cerebelo y de los ganglios basales. Las vías excitadoras también se originan en el tronco del encéfalo. La principal es el fascículo reticuloespinal medial, procedente de la región pontina de la formación reticular, mientras que el fascículo vestibuloespinal no parece tan importante en la producción de espasticidad. El hecho de que exista un sistema equilibrado de inhibición y excitación, y de que las vías descendentes se sitúen en diferentes áreas de la médula espinal ofrece explicaciones a las variaciones en el patrón clínico y en la fisiopatología de la espasticidad de origen medular o cerebral en función del nivel de lesión de la motoneurona superior.14 La formación reticular bulbar está bajo un continuo control facilitador del córtex motor, que, por tanto, aumenta las órdenes de inhibición del tono muscular hacia la médula espinal en paralelo a las órdenes de actividad motora voluntaria. Una lesión de las fibras corticobulbares, a nivel del córtex o de la cápsula interna, elimina esta facilitación cortical, conduciendo a una leve reducción de las influencias inhibitorias y una supremacía de las excitatorias a nivel espinal. Por otro lado, la lesión espinal que afecta al funículo lateral, pero no al medial, dejará la actividad medular distal completamente desinhibida, originando importante espasticidad e hiperreflexia. En lesiones completas de la médula espinal, los circuitos reflejos espinales pierden todo el control superior, tanto inhibidor como excitador, y devienen hiperactivos a la estimulación. En cuanto a la contribución del córtex cerebral motor, parecen existir influencias diversas según las áreas motoras.10 Así, las lesiones experimentales delimitadas al córtex precentral resultan en parálisis flácida contralateral, acompañada de hipotonía e hiporreflexia. Por su parte, las lesiones confinadas al área 6 determinan espasticidad sin notable parálisis. Cambios de las motoneuronas espinales Existen evidencias experimentales y clínicas de que la excitabilidad de las motoneuronas espinales se ve modificada tras lesiones supraespinales y espinales. Tras lesiones espinales experimentales, la ganancia del reclutamiento de unidades motoras aumenta, de forma que todas las motoneuronas exhiben un patrón de descarga propio de las motoneuronas de bajo umbral.15 En consecuencia, aumenta el número de unidades motoras activadas para una reducida señal descendente. Por otro lado, las motoneuronas pueden modular su grado de excitabilidad mediante la mayor o menor activación de canales de sodio y calcio persistentes, que a su vez están modulados por los tractos monoaminérgicos descendentes (Fig. 1-4). La activación de estos canales explica los fenómenos de potenciales en meseta observados en las motoneuronas (plateau potentials), que pueden representar un mecanismo eficiente para activar la musculatura utilizada en el mantenimiento postural. Se ha observado que, en lesiones medulares crónicas, estos canales de calcio y sodio persistentes son capaces de activarse sin necesidad de las vías monoaminérgicas, hecho que podría explicar la aparición de espasmos en los lesionados medulares. Ante un estímulo cutáneo leve, la motoneurona empezaría a disparar de forma incontrolada debido a la falta de las vías descendentes que modulan estas corrientes iónicas persistentes.16-18 En pacientes lesionados medulares, las unidades motoras requieren una menor activación sináptica para ser desreclutadas al final de un espasmo muscular que la requerida para reclutarlas al inicio de éste.19 Estos hallazgos son parecidos a los observados en modelos animales, que demuestran que la excitabilidad aberrante de las motoneuronas en lesiones medulares crónicas desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de los espasmos.20 Investigaciones en otros modelos experimentales de espasticidad apuntan a un importante papel de los receptores glutamatérgicos de tipo AMPA a nivel espinal, dado que la administración de antagonistas selectivos de AMPA reduce la resistencia muscular y los reflejos tónicos y fásicos de estiramiento.21 Las motoneuronas e interneuronas espinales muestran una reducción de la expresión de la subunidad GluR2 tras la lesión, lo que implicaría un aumento de entrada de calcio y la consiguiente hiperexcitabilidad.22 Además, los astrocitos Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 9 NEUROFISIOLOGÍA Movimiento voluntario rítmico, postura, reflejos 9 Arousal, estrés, ejercicio, motivación Vías descendentes supraespinales Vías aminérgicas Canales ionotrópicos Glu Circuitos espinales DE LA ESPASTICIDAD Propiedades intrínsecas de las motoneuronas Flujo iónico GABA Gly Canales metabotrópicos Canales de calcio y sodio persistentes Potenciales de acción Figura 1-4. Mecanismos de modulación de las propiedades intrínsecas de excitabilidad de las motoneuronas espinales que pueden verse alteradas en la espasticidad. reactivos aumentan su expresión de receptores AMPA, que incrementan la liberación de glutamato, contribuyendo a facilitar la exagerada actividad de las motoneuronas. Alteraciones de los reflejos espinales La mayor parte de los fenómenos positivos del síndrome de motoneurona superior se deben a alteraciones en la regulación de los reflejos motores espinales. En primer lugar, la lesión central aguda se asocia con una pérdida de los reflejos miotáticos, atribuible a una reducida excitabilidad de las motoneuronas ␣ y ␥ debida a la súbita pérdida de influencias supraespinales. Al cabo de unas semanas, se establece una situación de hiperreflexia por desinhibición de los reflejos espinales normales, implicados en el mantenimiento de la postura y la regulación del movimiento. Así, la exageración de los reflejos miotáticos causa hipertonía y clonus, y la de los reflejos nociceptivos de retirada produce espasmos flexores, mientras que la liberación de reflejos primitivos, suprimidos durante el desarrollo, determina la aparición del signo de Babinski y una reacción de soporte positiva.14 La hipertonía en la espasticidad se atribuye a un procesamiento anormal en la médula espinal de la información propioceptiva que integra el reflejo miotático tónico. En contraste con los sujetos normales, en los pacientes con espasticidad se desarrolla una notable actividad electromiográfica en el músculo sometido a estiramiento, incluso a velocidades bajas como las usualmente empleadas en la exploración clínica. La cantidad de actividad muscular aumenta con la velocidad del estiramiento siguiendo una relación lineal, ofreciendo una progresiva resistencia al estiramiento. El estiramiento muscular excita los receptores primarios (Ia) y secundarios (II) de los husos musculares, que conducen impulsos a la médula espinal donde, a través de circuitos reflejos mono- y oligosinápticos, producen la excitación de las motoneuronas homónimas y la inhibición de las antagonistas para conseguir la respuesta de contracción del músculo estirado. La espasticidad resulta de una hiperexcitabilidad del reflejo de estiramiento, que puede deberse a diversas alteraciones (Tabla 1-2). Múltiples vías espinales contribuyen a modular el reflejo excitatorio: excitación e inhibición de las Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN 10 Página 10 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD Tabla 1-2 Posibles mecanismos fisiopatológicos de la circuitería espinal en la espasticidad • • • • • • • • Hiperactividad de las motoneuronas ␣. Hiperactividad de las motoneuronas ␥. Hiperexcitabilidad de las interneuronas excitadoras Ia. Hiperactividad de los efectos facilitadores de aferentes II. Reducción de la inhibición presináptica de aferentes Ia. Reducción de la inhibición recíproca Ia. Reducción de la inhibición autogénica Ib. Reducción de la inhibición recurrente (neuronas de Renshaw). aferentes Ia y II del huso muscular; inhibición autogénica de los receptores tendinosos de Golgi (vía aferentes Ib); inhibición recurrente vía colaterales de los axones motores e interneuronas de Renshaw; inhibición presináptica de las terminaciones de las aferentes Ia e inhibición recíproca de las aferentes fusales de músculos antagonistas.4,23 Los cambios en la transmisión de estas vías reflejas pueden depender tanto de la alteración de influencias supraespinales como de cambios secundarios a nivel neuronal en la médula espinal por debajo de la lesión. En respuesta a desplazamientos, los músculos normales presentan un característico patrón de respuesta refleja compensatoria, registrable electromiográficamente. La primera fase corresponde al reflejo de estiramiento de corta latencia, monosináptico, mediado por fibras aferentes Ia, al que sigue una respuesta refleja de más larga latencia durante el movimiento, pero no en reposo. Los reflejos oligosinápticos de larga latencia serían mediados por las fibras II a nivel espinal.24 Se ha sugerido que la espasticidad podría depender de una exageración del reflejo monosináptico de estiramiento combinada con una reducida facilitación de los reflejos polisinápticos.25 La aplicación de vibración en el tendón muscular excita las aferencias primarias de los husos musculares, pero no las secundarias.26 Cuando se aplica vibración en el tendón y se estira el músculo, disminuye el reflejo de estiramiento, ya que la vibración bloquea la excitación de las aferentes Ia y promueve la inhibición presináptica Ia. En pacientes hemipléjicos con espasticidad se ha demostrado una ausencia del efecto inhibitorio de la vibración sobre el reflejo de estiramiento de corta latencia (mediado por las aferentes Ia), confirmando una reducida capacidad de inhibición del reflejo monosináptico, pero, por el contrario, aumenta la amplitud del reflejo de larga latencia (mediado por las aferentes II), indicando una desinhibición de estas aferentes en los pacientes.27 El circuito reflejo de las aferentes II está normalmente bajo el control inhibitorio de influencias descendentes monoaminérgicas, procedentes principalmente del locus ceruleus.28 Por tanto, la disminución de las influencias cerulo-espinales producirá una desinhibición de la vía interneuronal II. Los estudios electrofisiológicos indican que la hiperreflexia y la hipertonía dependen, al menos en parte, de distintos mecanismos fisiopatológicos.29 La hipertonía espástica parece depender más de la liberación de las vías reflejas II que de las Ia, mientras que la hiperreflexia se correlaciona más con afectación de la inhibición espinal de aferentes Ia. Aumento de actividad de los receptores de los husos musculares Inicialmente se creyó que en situaciones de espasticidad, los receptores de los husos musculares aumentaban su sensibilidad, dando lugar a descargas de impulsos a mayor frecuencia en el arco reflejo.30 Sin embargo, mediante estudios electrofisiológicos y de microneurografía no ha sido posible demostrar cambios en el patrón de descarga de las aferentes fusales en pacientes espásticos,31,32 por lo que esta hipótesis se ha descartado. Neurotransmisión de las aferentes fusales La aplicación de estímulos de vibración en el tendón de Aquiles produce una inmediata depresión de la amplitud del reflejo H registrado en el músculo sóleo por un mecanismo inicialmente atribuido a inhibición presináptica de las terminales espinales de las aferentes Ia.33 La inhibición por vibración se halló reducida en pacientes con espasticidad por ictus y lesiones medulares,30,34 por lo que se aceptó que la inhibición presináptica de aferentes Ia se encontraba reducida en la espasticidad. Sin embargo, estudios más recientes Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 11 NEUROFISIOLOGÍA han comprobado que el mecanismo más probable de este efecto sería la modulación a la baja de la transmisión sináptica central de las aferencias fusales. Así, la activación de las aferentes Ia de la musculatura flexora plantar evoca una potente y duradera reducción de la liberación de neurotransmisor, circunscrita a las aferentes activadas.35 Esta reducción presináptica determina la consiguiente depresión de los potenciales postsinápticos excitatorios en las motoneuronas. La depresión posactivación se encuentra reducida en pacientes espásticos36,37 y sigue un curso temporal similar al de los cambios de la inhibición vibratoria tras lesiones medulares.38 DE LA ESPASTICIDAD 11 nismos de inhibición presináptica, inhibición recíproca, inhibición recurrente e inhibición autogénica desempeñan un papel en la fisiopatología de la espasticidad. Cambios en interneuronas espinales Inhibición presináptica Estudios, tanto experimentales como clínicos, han confirmado la existencia de una reducción en la inhibición presináptica de aferentes Ia en reposo en situaciones de paresia espástica de origen espinal y cerebral.37,39 Una disminuida inhibición presináptica de aferentes Ia puede incrementar los impulsos excitadores de los receptores fusales a las motoneuronas, aumentando así la contracción en respuesta a un estiramiento tónico (distonía espástica) o fásico (espasticidad). Varias vías inhibitorias contribuyen en el control de la actividad de las motoneuronas espinales en relación con el mantenimiento postural y la realización de movimientos voluntarios (Fig. 1-5). Entre ellas, existen evidencias de que las interneuronas inhibitorias responsables de los meca- Inhibición recíproca La inhibición recíproca disináptica Ia tiene como finalidad mantener relajados los músculos antagonistas a aquellos que son activados voluntariamente. Se ha descrito una reducción de inhibición recíproca en la musculatura flexora plantar del pie en Vías supraespinales Ia II Ib Ia antag PrIa InIb InII ␣ MN␣ InIa nR Sinapsis Excitatoria Inhibitoria ␣: motoneuronas ␣. InIa, InIb, InII: Interneuronas; PrIa: presináptica Ia; nR: de Renshaw; MN␣ Figura 1-5. Esquema de las principales vías aferentes e interneuronas espinales que participan en la regulación de la excitación de las motoneuronas ␣ y cuyas disfunciones pueden contribuir al aumento del tono muscular y la exageración de los reflejos de estiramiento en la espasticidad. Cap 1 ESPAS 12 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN Página 12 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD pacientes con espasticidad secundaria a diversas patologías.40,41 La reducción de la inhibición recíproca puede, por tanto, contribuir al desarrollo de hiperreflexia, espasticidad y cocontracción de músculos antagonistas. El hecho de que no exista correlación entre el grado de espasticidad medido clínicamente y el grado de reducción de la inhibición recíproca puede deberse a la falta de sensibilidad de las escalas de valoración clínica habituales.40 Durante el movimiento voluntario, la inhibición recíproca de las motoneuronas activadas está reducida, al igual que la inhibición presináptica de las aferentes Ia.42 Estos cambios son responsables de la facilitación de los reflejos de estiramiento que ocurre con la contracción voluntaria de los músculos implicados. En pacientes espásticos, estos mecanismos se encuentran reducidos ya en reposo y no se ven modulados durante el movimiento voluntario.43 En consecuencia, el incremento de los reflejos de estiramiento observado en la contracción voluntaria es menos pronunciado en sujetos espásticos que en los sanos. Así, los reflejos de estiramiento de corta latencia, mediados por aferencias Ia, se encuentran aumentados en reposo pero no muestran la facilitación normal durante la contracción en los pacientes espásticos. La falta de modulación de estos reflejos puede desempeñar una función importante en el cuadro espástico, ya que el incremento en la inhibición del reflejo de estiramiento del músculo antagonista y la facilitación en el músculo agonista, son necesarias para un buen movimiento, sobre todo si es rápido.4 Inhibición recurrente La inhibición recurrente, mediada por las neuronas de Renshaw, actúa limitando la excitación de las motoneuronas, así como de las interneuronas inhibitorias Ia. Estudios electrofisiológicos han demostrado que la inhibición recurrente resulta normal en reposo, aunque parece aumentada durante movimientos voluntarios en pacientes espásticos con lesiones supraespinales y espinales,44 alteración que no contribuiría al desarrollo de la espasticidad. Inhibición autogénica La inhibición autogénica o no recíproca es causada por excitación de las aferentes Ib de los órganos tendinosos y es mediada a nivel espinal por interneuronas inhibitorias Ib, que proyectan a las motoneuronas del mismo músculo. En pacientes hemipléjicos se ha observado que esta acción inhibitoria está suprimida o incluso facilitada en casos con hiperreflexia e hipertonía, pero no aparece alterada en casos con hiperreflexia sin distonía espástica.29 Una posible explicación de este fenómeno radicaría en una incrementada excitabilidad de las aferencias Ib excitatorias.45 Las alteraciones en el equilibrio entre las vías Ib inhibitorias y excitatorias pueden, pues, ejercer una función importante en la espasticidad. Interneuronas II A diferencia del gato, donde las aferencias II excitarían la musculatura flexora e inhibirían la extensora, parece que en humanos serían excitadoras para los diferentes músculos.8 No obstante, clásicamente se ha sugerido que las aferencias del grupo II mediarían predominantemente inhibición de musculatura extensora y facilitación de la flexora en pacientes espásticos, contribuyendo así a los cambios tónicos con el estiramiento.46 Estudios más recientes han demostrado que existe una facilitación de la transmisión en vías interneuronales excitatorias coactivadas por aferencias II y Ia en pacientes con hemiplejia espástica. Por otra parte, el tratamiento con agonistas adrenérgicos produce una reducción del tono muscular concomitante a la reducción de los efectos facilitadores de las aferencias II.47,48 Estos hallazgos soportan la hipótesis de que las alteraciones en las vías II, incluyendo sus interneuronas, están implicadas en el desarrollo de la distonía espástica en músculos antigravitatorios. Alteraciones de las propiedades intrínsecas del músculo La hipertonía muscular se define clínicamente como un incremento dependiente de velocidad en la resistencia al estiramiento, que resulta particularmente evidente en los músculos antigravitatorios. La hipertonía muscular resulta de una combinación de la tensión intrínseca del músculo y la causada por vía refleja. Diversos estudios han mostrado que sujetos espásticos clínicamente no presentan signos de hiperreflexia, y que la anormal hiperactividad de los reflejos de estiramiento por sí sola no explica la hipertonía muscular en pacientes afectadass de accidentes cerebrovasculares o esclerosis múltiple.49,50 Cap 1 ESPAS 1/4/09 12:03 Página 13 NEUROFISIOLOGÍA Por ello se ha argumentado que la espasticidad puede explicarse también por cambios en las propiedades del músculo y no sólo por las alteraciones de procesamiento en la médula espinal.51 La paresia deja los músculos afectados en situación de inmovilidad, algunos en una posición de acortamiento. La inmovilización en posición acortada causa una reducción de la tensión longitudinal, que supone el primer mecanismo inductor de contractura. La contractura muscular produce la reducción de la masa muscular, pérdida de sarcómeros (acortamiento) y acumulación de tejido conectivo y grasa en el músculo, con alteraciones detectables en pocos días.52-54 El desarrollo de sobreactividad muscular en fases más tardías de paresia espástica representa un mecanismo adicional de contractura, que agrava la inicialmente debida a inmovilización. Las adaptaciones de las características contráctiles de los músculos afectados reproducen las que ocurren durante la inmovilidad. Así, se reduce la fuerza y la cantidad de actividad electromiográfica, DE LA ESPASTICIDAD 13 y aparece un nuevo tipo de unidad motora, lenta y fatigable.55,56 Análisis morfométricos e histoquímicos han demostrado una gradual transformación a lo largo de meses hacia una predominancia de fibras musculares de tipo II, con expresión de isoformas tipo II de las cadenas pesadas de la miosina.57 Sin embargo, estudios tanto en animales como en pacientes han sugerido que la dirección del cambio de tipo muscular puede depender del tipo de fibra inicial. Por ejemplo, en músculos rápidos como el gastrocnemio aparece una atrofia preferente de fibras de tipo II y predominan las de tipo I.55 En conjunto, en el músculo espástico las principales alteraciones descritas implican: 1) cambios en el tamaño y la distribución de tipos de fibras musculares; 2) proliferación de material de la matriz extracelular; 3) aumento de la rigidez de las fibras musculares y el tejido muscular, y 4) reducción de las propiedades mecánicas del material extracelular.58 Estos cambios en las propiedades biomecánicas musculares pueden contribuir al tono muscular espástico de forma directa, y también Lesión del SNC Pérdida de control supraespinal Pérdida/alteración de interneuronas Facilitación de aferentes II Hipertonía Menor inhibición de aferentes Ia Hiperreflexia Excitabilidad de motoneuronas Alteración de las propiedades mecánicas del músculo Clonus Síndrome espástico Figura 1-6. Principales mecanismos implicados en el desarrollo del síndrome espástico tras una lesión del sistema nervioso central (SNC). Cap 1 ESPAS 14 1/4/09 12:03 EVALUACIÓN Página 14 CLÍNICA Y TRATAMIENTO DE LA ESPASTICIDAD ejercer un efecto sobre respuestas reflejas mediadas a través de aferentes musculares de tipo III/IV.59 No obstante, hay autores que prefieren limitar la definición de espasticidad a los fenómenos de hipertonía relacionados con alteraciones del procesamiento central del control motor y excluir aquellos relacionados con cambios estructurales del músculo.23 Esta diferenciación sería importante para mejorar el tratamiento, ya que los medicamentos que reducen la hiperexcitabilidad del sistema nervioso serían inefectivos y hasta perjudiciales en pacientes con hipertonía debida a cambios musculares. Es interesante remarcar que, en modelos animales, la atrofia y los cambios que sufren las fibras musculares después de lesiones espinales revierten parcialmente gracias a la actividad neural, en forma de espasmos, que caracteriza el síndrome espástico.60 Es decir, el músculo no espástico se atrofia, mientras que el músculo espástico no se atrofia, hecho que de nuevo cuestionaría hasta qué punto debería tratarse la espasticidad de forma general.61 CONCLUSIÓN La localización de la lesión, la etiología y la duración tras la lesión primaria son factores cruciales para determinar qué mecanismos de control segmentario son deficientes en cada caso individual de paciente espástico. El concepto actual de la fisiopatología de la espasticidad es que es un síndrome multifactorial que puede deberse a casi cualquier combinación de lesiones de vías motoras supraespinales y deficiente función de diversos mecanismos de control espinal, incluyendo principalmente reflejos tónicos por vías II, inhibición recíproca, inhibición presináptica, inhibición autogénica y depresión posactivación (Fig. 1-6). Una mejor comprensión de la fisiopatología de la espasticidad requiere la evaluación objetiva de varios mecanismos y de su interacción en la red espinal alterada en pacientes con distintas lesiones supraespinales. El conocimiento de los mecanismos desencadenantes de la espasticidad ha de mejorar las posibilidades de desarrollar métodos de neurorrehabilitación más óptimos y diferenciados para su tratamiento. REFERENCIAS 1 Lance JW. Symposium synopsis. En: Feldman RG, Young RR, Koella WP, eds. Spasticity: disordered motor control. 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