Fronteiras | Diferenças de Disfunção dos Motoneurônios Thenar e Hipotenar na Esclerose Lateral Amiotrófica |Neurociência Humana

Introdução
Materiais e Métodos
Participantes
Estudo de Condução nervosa
Estudo de onda F
Análises estatísticas
Resultados
Discussão
Autor Contribuições
Conflict of Interest Statement
Acreditações

Introdução

Esclerose Lateral Miotrófica (ELA) é uma desordem progressiva caracterizada pelo envolvimento de neurônios motores superiores e inferiores (UMNs e LMNs). Na ELA, o desperdício muscular afeta preferencialmente o abdutor policular brevis (APB) e o primeiro interósseo dorsal, com relativa preservação do abdutor digiti minimi (ADM). Esta característica específica da ELA tem sido denominada de “mão dividida” (Wilbourn, 2000). Em geral, a extensão da perda da unidade motora é significativamente maior na BPA do que na ADM em pacientes com ELA (Kuwabara et al., 1999). Tanto os mecanismos corticais como periféricos foram propostos para fundamentar os diferentes níveis de atrofia entre os músculos da mão pequena na ELA (Weber et al., 2000; Shibuya et al., 2013). Os resultados dos estudos de estimulação magnética transcraniana mostraram que a entrada corticomotoneuronal nos motoneurônios espinhais que inervam o complexo thenar é mais extensa em participantes normais (Macdonell et al., 1999; Menon et al., 2014). Tal diferença nos insumos pode fazer com que esses motoneurônios espinhais degenerem preferencialmente na ELA através de um mecanismo excitotóxico trans-sináptico anterógrado. As projecções corticomotoneuronais para o complexo thenar são preferencialmente afectadas na ELA, o que sugere que a disfunção corticomotoneuronal contribui para o sinal de mão dividida na ELA (Weber et al., 2000). Estudos de excitabilidade do nervo periférico sugeriram que os axônios motoneuronais que inervam a BPA são hiperexcitáveis e propensos à degeneração na ELA (Vucic e Kiernan, 2010; Shibuya et al., 2013). Entretanto, até o momento, existem poucos estudos que tenham comparado diretamente a disfunção ou excitabilidade dos motoneurônios que inervam a BPA e a ADM. A onda F é uma resposta tardia e de baixa amplitude que reflete a ativação antidrómica dos motoneurônios (Pastore-Olmedo et al., 2009). A onda F pode fornecer uma medida independente da excitabilidade dos motoneurões segmentares (Fisher, 1992; Milanov, 1992; Hachisuka et al., 2015). O objetivo primário deste estudo foi examinar as diferenças de disfunção entre os motoneurônios vertebrais que inervam a SPA e a ADM na ELA usando ondas F.

Materiais e Métodos

Participantes

Estudamos 40 pacientes com SPA esporádica e 20 participantes normais com idade e sexo combinados. Todos os pacientes foram atendidos no Departamento de Neurologia do Hospital Universitário Peking Union Medical College, entre agosto de 2013 e junho de 2014. Os pacientes com ALS que preencheram os critérios modificados de El Escorial para ALS definida, provável, ou provavelmente suportada pelo laboratório (Brooks et al., 2000) foram inscritos consecutivamente no estudo. Vários exames eletrofisiológicos e características clínicas, como a idade na inscrição e o tempo desde o início dos sintomas, foram analisados nestes pacientes. Nenhuma mutação genética havia sido identificada em nenhum dos pacientes com ELA. O envolvimento do UMN nos membros superiores foi sugerido pela presença de clonagem, aumento do tônus, reflexos tendinosos vivos e sinais positivos de Hoffman. Aos pacientes com ELA foram atribuídos dois grupos com base em seus sintomas físicos. Os pacientes do grupo 1 (20 pacientes com ELA) apresentavam perda e fraqueza dos músculos intrínsecos da mão. Os pacientes do grupo 2 (20 pacientes com ELA) não apresentavam desperdício ou fraqueza da musculatura intrínseca da mão e apresentavam nenhuma ou leve deficiência dos movimentos discretos dos dedos. Os dados para a mão mais afectada foram analisados para os pacientes com ELA no grupo 1, enquanto que os dados para a mão mais intacta foram analisados para os pacientes com ELA no grupo 2. Os dados para a mão esquerda foram analisados para os controlos normais (NCs). Os pacientes com ELA foram clinicamente estadiados utilizando a classificação funcional da ELA em escala (ALSFRS-R; Cedarbaum et al., 1999) e categorizados de acordo com o local de início da doença. As características eletrodiagnósticas de todos os pacientes com ELA eram consistentes com uma degeneração difusa e progressiva das células do corno anterior. Na época da investigação, nenhum dos pacientes estava tomando riluzole ou outros medicamentos anti-espasticidade. Foram excluídos os participantes com síndrome do túnel cárpico ou cubital coincidente, com base no exame clínico e estudos de condução nervosa. Todos os sujeitos forneceram consentimento informado por escrito para participar da investigação. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa Clínica do Hospital Peking Union Medical College (Beijing, China), e todos os procedimentos foram realizados de acordo com a Declaração de Helsinki.

Estudo de Condução nervosa

Os testes eletrofisiológicos foram realizados utilizando um sistema de eletromiografia Viking IV (Nicolet Biomedical, Madison, WI, EUA). Os potenciais de ação dos músculos compostos (CMAPs) foram registrados a partir dos músculos APB e ADM após a estimulação mediana ou do nervo ulnar no punho. A temperatura da pele para os membros estudados foi mantida em >32°C. A latência motora distal (DML), amplitude CMAP pico a pico, velocidade de condução motora (MCV) e relação de amplitude CMAP ADM/APB foram medidas.

Estudo de onda F

Todos os sujeitos foram supinos e relaxados ao longo dos experimentos. As ondas F dos nervos mediano e ulnar foram registradas com eletrodos de superfície ligados à pele sobre os músculos APB e ADM. Os nervos estudados foram estimulados por meio de 100 estímulos supramaximais com freqüência de 1 Hz em um local que era 7 cm proximal ao eletrodo de registro ativo com o catodo proximal ao ânodo. Um total de 100 estímulos foram considerados apropriados para explorar todo o potencial das ondas F (Fisher et al., 1994). Os ajustes do filtro foram de 20 Hz a 10 kHz, a velocidade de varredura foi de 5 ms por divisão e o ganho do amplificador foi de 0,5 mV por divisão. As ondas A, que foram definidas como respostas tardias idênticas com latências constantes que ocorreram em pelo menos 8 de 20 traços, foram excluídas do estudo da onda F (Puksa et al., 2003). Foram analisados os seguintes parâmetros da onda F: latência mínima, latência média, latência máxima, persistência da onda F, amplitude média, relação média de amplitude F/M e número de ondas F repetidoras. A amplitude de pico a pico de uma onda F foi medida se a amplitude fosse de pelo menos 40 μV. A relação de amplitude F/M média foi calculada dividindo-se a amplitude média da onda F pela amplitude CMAP máxima correspondente. Um neurônio repetidor (RN) foi um neurônio que deu origem a uma série de ondas F com latências, amplitudes e formas idênticas, e essas ondas F foram definidas como ondas F repetidoras. RNs e ondas F repetidoras foram detectadas através de inspeção visual e foram sobrepostas manualmente às outras ondas F repetidoras. As ondas F da repetidora foram medidas usando os seguintes índices: índice RN = 100 × número de RN/número de traços com diferentes formas de ondas F em uma série de 100 estímulos; índice de ondas F da repetidora (Freps) = 100 × número de ondas F da repetidora/número total de traços com ondas F no mesmo nervo (Chroni et al., 2012).

Análises estatísticas

O teste Shapiro-Wilk foi usado para avaliar a normalidade dos dados. Quando o valor de P na análise de variância alcançou significância, foi realizado o teste Student-Newman-Keuls. O teste t de amostra independente foi utilizado para avaliar as diferenças entre dois grupos. Para dados não paramétricos, as comparações entre os grupos foram realizadas através do teste Kruskal-Wallis H. Uma vez rejeitada a hipótese nula, comparações em pares dos grupos foram testadas usando o teste Mann-Whitney U e a correção de Bonferroni com nível de significância de P < 0,017. As diferenças nas variáveis categóricas foram examinadas pelo teste do qui-quadrado. A significância estatística foi definida em P < 0,05. SPSS para Windows, versão 21.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, EUA), foi utilizado para realizar as análises estatísticas.

Resultados

Os perfis clínicos dos pacientes com SLA e dos participantes do NC estão resumidos na Tabela 1. Todos os pacientes da ELA eram clinicamente predominantes na LNM. A idade ao exame, proporção de sexo e altura foram comparáveis entre os três grupos. Entre os pacientes com ELA, a doença do membro superior representou 70% dos pacientes do grupo 1 e 25% dos pacientes do grupo 2. Houve 11 pacientes com ELA no grupo 1 e 10 no grupo 2 com duas regiões corporais afetadas, e houve 9 pacientes generalizados no grupo 1 e 10 no grupo 2. A duração da doença e os escores da ELA não diferiram significativamente entre os pacientes com ELA dos grupos 1 e 2,

TABLE 1

Tabela 1. Perfis clínicos dos participantes.

Tabela 2 mostra os resultados do estudo de condução nervosa para os pacientes com ELA e os NCs. A razão de amplitude CMAP ADM/APB foi significativamente aumentada nos pacientes da ELA do grupo 1 em comparação com o grupo NC, o que foi observado consistentemente com o sinal de mão dividida nos pacientes da ELA (Kuwabara et al., 2008). Os resultados do estudo da onda F para os pacientes com ELA e NF são mostrados na Tabela 3. A amplitude média da onda F para a APB foi significativamente menor no grupo 1 do que no grupo 2, que foram comparáveis entre o grupo 2 e os NCs. As amplitudes médias da onda F do ADM nos grupos 1 e 2 foram significativamente aumentadas em comparação com as dos NCs. As amplitudes F/M do APB e ADM no grupo 1 foram significativamente maiores do que as do grupo 2 e NCs, enquanto que o grupo 2 e NCs apresentaram amplitudes F/M semelhantes. A persistência da onda F da BPA, que foi significativamente menor nos pacientes da ELA do que nos NC, foi comparável entre os grupos 1 e 2. A persistência da onda F do ADM foi significativamente menor no grupo 1 do que no grupo 2 e NCs, enquanto que a persistência da onda F do ADM foi semelhante entre o grupo 2 e NCs. O índice RN e o índice Freps do APB foram significativamente aumentados nos grupos 1 e 2, em comparação com os NCs, mas esses índices foram comparáveis entre os grupos 1 e 2. O índice RN e o índice Freps do ADM foi significativamente maior no grupo 1 do que no grupo 2 e nos NCs, enquanto que o grupo 2 e os NCs apresentaram valores semelhantes para esses índices. A Figura 1 apresenta exemplos representativos de traços de onda F para a mediana e os nervos ulnares registrados de pacientes com ALS nos grupos 1, 2 e NCs.

TABLE 2

Tabela 2. Resultados do estudo da condução nervosa.

TÁBULO 3

Tabela 3. Estudo da onda F nos pacientes com ELA e nos controles normais.

FIGURA 1

Figura 1. Exemplos representativos das ondas F registradas nos pacientes com esclerose lateral amiotrófica (ELA) e nos controles normais (NCs). (A) Ondas F registradas da mão de um paciente com ALS exibindo desperdício e fraqueza. Foram observadas uma redução da persistência da onda F e um aumento do número de ondas F repetidas nas ondas F registradas a partir dos nervos mediano e ulnar. (B) Ondas F registradas em uma mão de um paciente com ALS sem desperdício detectável ou fraqueza. A persistência da onda F foi reduzida e o número de ondas F repetidoras foi aumentado no nervo mediano, enquanto os parâmetros das ondas F registradas a partir do nervo ulnar foram relativamente normais. (C) Ondas F registradas a partir de um sujeito saudável no membro superior esquerdo. As amplitudes da onda F, latências e formas de onda foram variáveis, e a persistência da onda F foi normal tanto no nervo mediano como no ulnar. Cartas à direita do registro identificam as ondas F repetidas com base na amplitude, latência e forma de onda. As calibrações são de 0,5 mV e 5 ms para registro da onda F.

Tabela 4 mostra o desempenho diagnóstico da onda F na ALS vs. NCs. A onda F pode ser usada para ajudar a diferenciar pacientes com ALS de NCs. O índice RN e Freps do índice da APB parecem ser variáveis confiáveis para diferenciar pacientes da ALS das NCs, já que a área sob a curva (AUC) para o índice RN (0,998, intervalo de confiança 95% (IC) 0,937-1,000) e Freps do índice (1,000, IC 95% 0,940-1,000) mostraram utilidade diagnóstica “muito boa”. As demais variáveis da onda F apresentaram valores de AUC menores que o índice RN e Freps de índice da APB e, portanto, apresentaram menor utilidade diagnóstica. A razão de amplitude CMAP ADM/APB mostrou uma AUC de 0,766 (IC 95% 0,638-0,865, P < 0,001) e poderia diferenciar moderadamente os pacientes com SLA dos pacientes com IC. Usando um valor de corte de ADM/APB > 1,7 (Kim et al., 2015) para o diagnóstico da ELA produziu uma sensibilidade moderada (52,5%) e uma alta especificidade (85,0%) em comparação com os controles. A persistência da onda F (P = 0,002), índice RN (P < 0,001) e Freps índice (P < 0,001) na APB pareceu diferenciar os pacientes da ELA dos NCs de forma mais robusta do que a relação de amplitude CMAP ADM/APB.

TABLE 4

Tabela 4. Desempenho diagnóstico da onda F na esclerose lateral amiotrófica (ELA) vs. controles normais (NCs).

Discussão

O objetivo primário deste estudo foi utilizar medidas da onda F para verificar as diferenças de disfunção entre os motoneurônios APB e ADM em pacientes com ELA. De acordo com um sistema de estadiamento proposto para a ELA (Roche et al., 2012), os estágios da doença foram comparáveis entre os grupos 1 e 2. A diferença na percentagem de início do membro superior entre os grupos 1 e 2 pode estar subjacente a um padrão diferente de progressão da doença entre os dois grupos. O número estimado de unidades motoras e amplitudes CMAP são parâmetros úteis para avaliar a perda do motoneurônio, enquanto a onda F pode ser uma sonda direta de disfunção ou instabilidade nas células do corno anterior (Hachisuka et al., 2015). A persistência da onda F está relacionada ao número de LMNs e à excitabilidade do motoneurônio (Schiller e Stalberg, 1978; de Carvalho et al., 2002; Argyriou et al., 2006). Os mecanismos propostos subjacentes às ondas F de repetição são o aumento da excitabilidade em particular das células do chifre anterior, a diminuição da excitabilidade em alguns motoneurônios, ou a perda do motoneurônio (Schiller e Stalberg, 1978; Petajan, 1985; Peioglou-Harmoussi et al., 1987; Hachisuka et al., 2015). Como os motoneurônios se perdem, as ondas F repetidas de motoneurônios individuais podem ser reconhecidas mais facilmente; entretanto, tem sido argumentado que a baixa freqüência de disparos de fundo dos motoneurônios individuais torna o mecanismo bastante improvável (Chroni et al., 2012). Fisiologicamente, houve diferenças significativas na persistência da onda F e no número de ondas F repetidoras entre a APB e a ADM. Esses achados podem estar associados a um menor número de motoneurônios funcionais inervantes da BPA (Gooch et al., 2014), ou ao aumento da modulação inibitória cortical da BPA (Menon et al., 2014).

Na ALS, a disfunção dos motoneurônios vertebrais se desenvolve gradualmente antes do início dos sintomas evidentes (Bradley, 1987). No presente estudo, os pacientes com ELA que não apresentavam desperdício detectável ou fraqueza nas mãos apresentavam persistência da onda F significativamente reduzida e maiores valores de índice RN e Freps índice para a APB comparados com os de NC. Além disso, esses pacientes com ELA apresentaram valores relativamente normais da onda F na ADM. Estes dados são consistentes com uma disfunção preferencial dos motoneurões espinhais que inervam a BPA na ALS (Baumann et al., 2012). Na ALS, entretanto, os motoneurônios vertebrais que inervam a BPA podem ser mais ativos que os que inervam a ADM, e a amplitude CMAP pode não ter sensibilidade suficiente para detectar a perda de motoneurônios porque os motoneurônios remanescentes podem fornecer uma reinervação colateral compensatória das fibras musculares denervadas (van Dijk et al., 2010). A análise das ondas F, especialmente das ondas F nos nervos medianos, pode ajudar a detectar alterações sutis das células do corno anterior mesmo em pacientes com ELA sem sintomas clínicos e, portanto, pode fornecer uma abordagem útil para avaliar a progressão da doença.

LMN lesão tem mostrado reduzir a amplitude das ondas F (Fisher, 1992). A atrofia muscular pode levar a uma resposta muscular mais fraca, neutralizando parcialmente a hiperexcitabilidade da piscina de motoneurões (Drory et al., 1993). No presente estudo, os pacientes com ELA que apresentaram o sinal de mão dividida mostraram amplitudes significativamente reduzidas da onda F, menor persistência da onda F e um número maior de ondas F repetidas na BPA em comparação com a ADM, o que provavelmente reflete danos mais graves aos motoneurônios espinhais que inervam a BPA. A formação de grandes unidades motoras pós-inervação poderia contribuir para o aumento da amplitude da onda F (Drory et al., 2001). Um aumento significativo da amplitude da onda F no ADM em comparação com a APB nos pacientes com ELA é consistente com uma perda mais lenta de motoneurônios no grupo de motoneurônios do ADM (Baumann et al., 2012). A relação amplitude F/M quantifica a proporção do grupo de motoneurônios que é ativada durante uma série de ondas F (Drory et al., 2001). A razão de amplitude F/M significativamente aumentada na APB comparada com a do ADM de pacientes ALS reflete uma tendência crescente dos motoneurônios que inervam a APB para gerar as ondas F. Por outro lado, a combinação da diminuição da amplitude média da onda F e do aumento da amplitude F/M na BPA enfatiza o envolvimento preferencial da BPA na ELA. As ondas F de repetição indicam mudanças patológicas em unidades motoras (Hachisuka et al., 2015). O aumento significativo do número de ondas F repetidoras na BPA pode implicar um maior grau de hiperexcitabilidade dentro dos motoneurônios espinhais que inervam a BPA (Fang et al., 2015).

Intrigualmente, pacientes com ELA que não apresentavam atrofia detectável do músculo da mão mostraram uma amplitude média da onda F para a BPA significativamente maior do que a dos pacientes com ELA que apresentavam o sinal de mão dividida. Entretanto, a amplitude média da onda F para o ADM foi comparável entre os dois grupos de pacientes da ELA, independentemente da atrofia muscular da mão, mas foi significativamente maior nos pacientes da ELA do que nos pacientes da ECN. As diferenças nas características da onda F entre a APB e o ADM podem ser atribuídas aos efeitos concorrentes da degeneração e regeneração dentro da unidade motora. Com a degeneração dos neurônios motores, os neurônios motores sobreviventes compensam reinervando as fibras musculares desnervadas através da brotação axonal (Ibrahim e el-Abd, 1997). Na ALS, o processo de denervação pode começar mais cedo e progredir mais rapidamente na região de entãoar. A taxa de degeneração foi mais lenta nos motoneurônios que inervam a ADM do que naqueles que inervam a APB. Estudos adicionais são necessários para elucidar os mecanismos na ELA que contribuem para as diferenças de disfunção motoneuronal entre os motoneurônios que inervam a BPA e a ADM. Suspeitamos que mecanismos corticais, mecanismos axonais periféricos ou disfunção segmentar espinhal, particularmente nos circuitos inibitórios espinhais, possam contribuir para a degeneração preferencial dos motoneurônios espinhais que inervam a APB (Turner e Kiernan, 2012; Ramírez-Jarquín et al., 2014).

Pesquisas anteriores demonstraram que o sinal de mão dividida é mais freqüentemente observado na ALS, e o aumento da razão de amplitude CMAP ADM/APB é quase específico para a ALS. O presente estudo demonstrou que o critério neurofisiológico para o ADM/APB de uma razão de amplitude CMAP >1,7 (Kuwabara et al., 2008) tem uma sensibilidade moderada e uma alta especificidade na diferenciação da ELA em relação às NC, o que é consistente com estudos anteriores (Kim et al., 2015). Neste estudo, os parâmetros da onda F poderiam ajudar a diferenciar de forma confiável os pacientes com ELA dos participantes normais. Além disso, a persistência da onda F, índice RN e Freps índice na BPA poderiam diferenciar de forma confiável os pacientes da ELA das NFs, já que essas medidas mostraram valores maiores de AUC do que a razão de amplitude CMAP ADM/APB.

Nossa análise tem várias limitações. Este foi um estudo de corte transversal, e um número relativamente pequeno de participantes foi incluído. Um estudo de acompanhamento com uma população maior é necessário para determinar especificamente a extensão da disfunção vertebral associada ao sinal de mão dividida na ELA. Outra limitação potencial é a falta de um grupo de controle de pacientes composto por pacientes com síndromes que imitam a ELA. Tal grupo seria útil para avaliar o valor clínico da onda F ao discriminar a ELA de distúrbios que imitam a ELA. Além disso, outros estudos eletrofisiológicos que utilizam os métodos de avaliação da disfunção UMN, assim como a excitabilidade dos axônios motores, deveriam ser realizados nos mesmos grupos de pacientes para lançar mais luz sobre a fisiopatologia deste fenômeno.

Em conclusão, nossos achados demonstram diferenças nas características da onda F entre a APB e ADM em pacientes com SLA. Estas alterações nas ondas F são características dos pacientes com ELA e podem ser úteis para diferenciar a ELA de certos distúrbios que imitam a ELA. Elucidar os mecanismos fisiopatológicos subjacentes aos diferentes níveis de atrofia nos músculos da mão pequena lançaria luz sobre a patogénese da ELA.

Autor Contribuições

JF e LC: concebeu, realizou e desenhou os experimentos. JF, LC, ML e YG: analisaram os dados. ML, YG, XL, DL, BC, DS e QD: contribuição de reagentes/materiais/ferramentas de análise. JF e LC: contribuíram para a redação do manuscrito.

Conflict of Interest Statement

Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

Acreditações

Gostaríamos de agradecer aos pacientes da ELA e aos voluntários saudáveis que participaram deste estudo.

Argyriou, A. A, Polychronopoulos, P., Talelli, P., e Chroni, E. (2006). Estudo da onda F na esclerose lateral amiotrófica: avaliação do equilíbrio entre o envolvimento de neurônios motores superiores e inferiores. Clin. Neurophysiol. 117, 1260-1265. doi: 10.1016/j.clinph.2006.03.002