Binecunoscuta expresie "este doar în capul tău" are într-un fel şi un fundament ştiinţific. Atunci când ne referim la durere, sub orice formă am experimenta-o, ea se află într-adevăr în capul nostru. Când simţim durere ca răspuns la un stimul, fie că ne lovim la un deget de la picior, ne ardem la mână sau experimentăm ceva şi mai sever, senzaţia de durere este rezultatul unei căi complexe de semnalizare din sistemul nervos.
Durerea începe cu un stimul care poate provoca daune organismului. Aceşti stimuli, care ne semnalizează, de exemplu, frigul sau căldura extremă, ruperea mecanică sau o simplă ciupitură, sunt cunoscuţi sub numele de stimuli nociceptivi.
Unii dintre neuronii senzoriali, cunoscuţi sub numele de nociceptori, au terminaţii nervoase nu doar în piele ci şi în organe pentru a ne face să simţim şi a produce răspuns la stimularea nociceptivă.
Nociceptorii trimit semnale măduvei spinării, care comunică apoi aceste informaţii creierului. Creierul este cel care ne spune că avem dureri şi ne face să resimţim durerea.
Bin Feng, profesor asociat în cadrul Departamentului de Inginerie Biomedicală a Şcolii de Medicină şi Inginerie Dentară a universităţii din Connecticut, a condus o cercetare care a dus la descoperirea modului în care stimularea electrică a ganglionilor rădăcinii dorsale (DRG) poate bloca transmiterea semnalului nociceptiv către măduva spinării şi poate împiedica creierul să primească semnalele de durere cronică.
DRG sunt grupuri (clustere) de corpuri de celule neuronale senzoriale situate pe ambele laturi ale fiecărei vertebre a coloanei vertebrale, şi sunt calea pentru durere pentru nervii din diferite părţi ale corpului, măduvei spinării şi creier. Stimularea acestei zone întrerupe semnalele de durere între zona dureroasă şi creier.
Cercetarea echipei americane a inspirat proiectarea unui nou protocol de stimulare neuronală care vizează ţesuturile neuronale din foramen, tunelurile osoase din vertebre, pentru a bloca selectiv semnalele nociceptive. Compania UConn Technology Commercialization Services a depus deja o cerere de brevet pentru această tehnologie.
De zeci de ani, medicii implantează dispozitive electrice la pacienţi pentru a trata durerea cronică. Dispozitivele existente livrează semnale electrice sistemului nervos periferic şi măduvei spinării pentru a bloca semnalele nociceptive să ajungă la creier.
Problema semnificativă a acestor dispozitive este că, în timp ce unii pacienţi beneficiază de ameliorarea durerii, alţii înregistrează o slabă ameliorare a durerii sau chiar deloc, şi în ciuda evoluţiilor tehnologiilor neurostimulatoare, proporţia pacienţilor cu răspunsuri benefice nu s-a îmbunătăţit semnificativ de-a lungul anilor.
Aceste probleme provin din faptul că cercetarea ştiinţifică privind mecanismele care stau la baza activităţii acestor neurostimulatori a rămas în urma aplicaţiilor lor clinice.
"Stăm pe o grămadă imensă de date clinice, dar ştiinţa neuromodulaţiei rămâne puţin studiată", spune profesorul Feng.
El şi-a dedicat cariera de cercetare pentru a înţelege mai bine acest proces în speranţa de a face din neuromodulaţie un tratament mai eficient în beneficiul unei populaţii mai largi de pacienţi.
Neurostimulatorii atenuează durerea conform teoriei porţii de control a durerii. Corpurile noastre pot detecta atât stimuli inofensivi cât şi stimuli dureroşi prin neuroni senzoriali cu prag scăzut şi, respectiv, cu prag înalt.
Poarta de control a durerii din măduva spinării poate fi închisă prin activarea neuronilor senzoriali cu prag scăzut. Când se întâmplă acest lucru, semnalele nociceptive dureroase de la neuronii senzoriali cu prag înalt nu mai pot traversa măduva spinării ca să ajungă la creier.
Astfel, neurostimulatorii reduc durerea la pacienţi prin activarea neuronilor senzoriali cu prag scăzut, cu ajutorul impulsurilor electrice. Acest lucru provoacă, de obicei, o senzaţie de furnicături non-dureroase în anumite zone ale pielii, sau parestezii, care maschează percepţia durerii.
În urma aprobării de către FDA (Administraţia americană pentru Alimente şi Medicamente) a stimulării DRG în 2016, mulţi pacienţi care au primit acest tratament au raportat ameliorarea durerii fără parestezii aşteptate.
Pentru a rezolva acest puzzle, Feng şi laboratorul său au făcut studii preclinice pe modele animale. Cercetările lor arată că stimularea electrică a DRG poate bloca transmiterea către măduva spinării a frecvenţelor de până la 20 de hertzi. Acest lucru este în contrast cu constatările anterioare din literatura de specialitate, conform cărora acest tip de blocare necesita stimulare electrică.
„Corpurile celulare ale neuronilor senzoriali formează o joncţiune T cu axonii periferici şi centrali din DRG. Această joncţiune T pare a fi regiunea care provoacă blocarea transmisiei atunci când DRG sunt stimulaţi", explică Feng.
Mai mult, echipa profesorului Feng a descoperit că fibrele nervoase senzoriale cu caracteristici diferite sunt blocate la nivelul DRG de diferite intervale de frecvenţă de stimulare electrică. Acest lucru a permis dezvoltarea de noi protocoale de stimulare neuronală, pentru a spori blocarea transmisiei selectiv, pe baza diferitelor tipuri de fibre senzoriale.
„Nociceptorii din fibrele A cu diametre mari ale axonului sunt în general responsabili pentru provocarea durerii acute şi ascuţite. Este durerea de lungă durată, sâcâitoare, care deranjează cel mai mult pacienţii cu dureri cronice. În cazul unei afecţiuni de durere cronică, nociceptorii din fibrele C cu diametru mic de axon şi fără teacă de mielină joacă un rol central în persistenţa durerii. Blocarea selectivă a fibrelor C în timp ce fibrele A sunt lăsate în pace poate fi o strategie promiţătoare pentru a ţinti cauza durerii cronice", spune prof. Feng.
Această cercetare furnizează suficiente dovezi pentru a justifica mărirea numărului de electrozi la dispozitivele care vizează DRG şi ţesuturile neuronale din jur. Acest lucru va permite medicilor să ofere o neuromodulaţie mai precisă.
„Neurostimulatorii de ultimă generaţie vor fi mai selectivi, cu mai puţine efecte în afară de cele ţintite (off-target). Aceştia ar trebui să fie, de asemenea, mai inteligenţi pentru că încorporează capacităţi senzoriale chimice şi electrice şi, de asemenea, au abilitatea de a comunica acum bidirecţional cu servere de tip cloud", spune prof. Feng.
Având în vedere selectivitatea crescută a acestei metode, prof. Feng anticipează că neurostimulatorii vor fi capabil să ajute mai multe persoane care suferă de dureri cronice.
„Toate aceste îmbunătăţiri tehnice vor spori probabil dramatic specificitatea neuromodulaţiei pentru a permite unei populaţii mai mari de pacienţi să beneficieze de acest procedeu îmbunătăţit", spune prof. Feng.
Echipa de cercetători lucrează acum la efectuarea de studii clinice cu UConn Health pentru a testa eficacitatea acestei metode şi la om.
Descoperirea a fost publicată în PAIN, un jurnal de referinţă în domeniul cercetării durerii.
