Introducere

Scleroza laterală amiotrofică (SLA) este o afecțiune progresivă caracterizată prin implicarea atât a neuronilor motori superiori, cât și a celor inferiori (UMN și LMN). În ALS, epuizarea musculară afectează în mod preferențial abductorul pollicis brevis (APB) și primul interosos dorsal, cu o prezervare relativă a abductorului digiti minimi (ADM). Această trăsătură specifică a SLA a fost denumită semnul “split-hand” (Wilbourn, 2000). În general, gradul de pierdere a unităților motorii este semnificativ mai mare în APB decât în ADM la pacienții cu ALS (Kuwabara et al., 1999). S-a propus ca atât mecanismele corticale, cât și cele periferice să stea la baza diferitelor niveluri de atrofie între mușchii mici ai mâinii în ALS (Weber et al., 2000; Shibuya et al., 2013). Rezultatele studiilor de stimulare magnetică transcraniană au arătat că aportul corticomotoneuronal la motoneuronii spinali care inervează complexul thenar este mai extins la participanții normali (Macdonell et al., 1999; Menon et al., 2014). O astfel de diferență în intrări ar putea face ca acești motoneuronii spinali să degenereze preferențial în ALS printr-un mecanism excitotoxic anterograd transsinaptic. Proiecțiile corticomotoneuronale către complexul thenar sunt afectate în mod preferențial în ALS, ceea ce sugerează că disfuncția corticomotoneuronală contribuie la semnul mâinii despicate în ALS (Weber et al., 2000). Studiile privind excitabilitatea nervilor periferici au sugerat că axonii motoneuronilor care inervează APB sunt hiperexcitabili și predispuși la degenerare în ALS (Vucic și Kiernan, 2010; Shibuya et al., 2013). Cu toate acestea, până în prezent, există puține studii care au comparat direct disfuncția sau excitabilitatea motoneuronilor care inervează APB și ADM. Unda F este un răspuns tardiv și de amplitudine scăzută care reflectă activarea antidromică a motoneuronilor (Pastore-Olmedo et al., 2009). Undele F pot oferi o măsură independentă a excitabilității motoneuronilor segmentari (Fisher, 1992; Milanov, 1992; Hachisuka et al., 2015). Scopul principal al acestui studiu a fost de a examina diferențele de disfuncție între motoneuronii spinali care inervează APB și ADM în ALS folosind undele F.

Materiale și metode

Participanți

Am studiat 40 de pacienți cu ALS sporadică și 20 de participanți normali, potriviți ca vârstă și sex. Toți pacienții au fost consultați la Departamentul de Neurologie din cadrul Peking Union Medical College Hospital între august 2013 și iunie 2014. Pacienții cu ALS care au îndeplinit criteriile El Escorial modificate pentru ALS certă, probabilă sau probabilă susținută de laborator (Brooks et al., 2000) au fost înscriși consecutiv în studiu. La acești pacienți au fost analizate diverse examinări electrofiziologice și caracteristici clinice, cum ar fi vârsta la înrolare și timpul de la debutul simptomelor. Nu a fost identificată nicio mutație genetică la niciunul dintre pacienții cu SLA. Implicarea UMN la nivelul membrelor superioare a fost sugerată de prezența clonusului, a tonusului crescut, a reflexelor tendinoase rapide și a semnelor Hoffman pozitive. Pacienții cu ALS au fost repartizați în două grupuri pe baza simptomelor lor fizice. Pacienții din grupul 1 (20 de pacienți cu ALS) prezentau irascibilitate și slăbiciune a mușchilor intrinseci ai mâinii. Pacienții din grupul 2 (20 de pacienți cu ALS) nu au prezentat nici o pierdere sau slăbiciune a mușchilor intrinseci ai mâinii și au prezentat fie nicio afectare, fie o afectare ușoară a mișcărilor discrete ale degetelor. Datele pentru mâna mai afectată au fost analizate pentru pacienții cu ALS din grupul 1, în timp ce, datele pentru mâna mai intactă au fost analizate pentru pacienții cu ALS din grupul 2. Datele pentru mâna stângă au fost analizate pentru controalele normale (CN). Pacienții cu ALS au fost stadializați clinic cu ajutorul scalei de evaluare funcțională a ALS – revizuită (ALSFRS-R; Cedarbaum et al., 1999) și clasificați în funcție de locul de debut al bolii. Caracteristicile electrodiagnostice ale tuturor pacienților cu ALS au fost în concordanță cu o degenerare difuză și progresivă a celulelor cornului anterior. La momentul investigației, niciunul dintre pacienți nu lua riluzol sau alte medicamente antispastice. Au fost excluși participanții cu sindrom de tunel carpian sau cubital coincident, pe baza examenului clinic și a studiilor de conducere nervoasă. Toți subiecții și-au dat consimțământul informat în scris pentru a participa la investigație. Studiul a fost aprobat de Comitetul de etică pentru cercetare clinică de la Peking Union Medical College Hospital (Beijing, China), iar toate procedurile au fost efectuate în conformitate cu Declarația de la Helsinki.

Studiul de conducere nervoasă

Testele electrofiziologice au fost efectuate cu ajutorul unui sistem de electromiografie (EEG) Viking IV (Nicolet Biomedical, Madison, WI, SUA). Potențialele de acțiune musculară compuse (CMAP) au fost înregistrate de la mușchii APB și ADM după stimularea nervului median sau cubital la încheietura mâinii. Temperatura pielii pentru membrele studiate a fost menținută la >32°C. Au fost măsurate latența motorie distală (DML), amplitudinea CMAP de la vârf la vârf, viteza de conducere motorie (MCV) și raportul amplitudinii CMAP ADM/APB.

Studiul undelor F

Toți subiecții au fost în decubit dorsal și relaxați pe parcursul experimentelor. Undele F ale nervilor median și ulnar au fost înregistrate cu electrozi de suprafață fixați pe piele deasupra mușchilor APB și ADM. Nervii studiați au fost stimulați prin livrarea a 100 de stimuli supramaximali cu o frecvență de 1 Hz la un loc care a fost la 7 cm proximal față de electrodul activ de înregistrare, cu catodul proximal față de anod. Un total de 100 de stimuli a fost considerat adecvat pentru explorarea întregului potențial al undelor F (Fisher et al., 1994). Setările filtrului au fost de la 20 Hz la 10 kHz, viteza de baleiaj a fost de 5 ms pe diviziune, iar câștigul amplificatorului a fost de 0,5 mV pe diviziune. Undele A, care au fost definite ca răspunsuri târzii identice cu latențe constante care au apărut în cel puțin 8 din 20 de urme, au fost excluse din studiul undelor F (Puksa et al., 2003). Au fost analizați următorii parametri ai undelor F: latența minimă, latența medie, latența maximă, persistența undelor F, amplitudinea medie, raportul mediu al amplitudinii F/M și numărul de unde F repetate. Amplitudinea vârf la vârf a unei unde F a fost măsurată dacă amplitudinea a fost de cel puțin 40 μV. Raportul mediu al amplitudinii F/M a fost calculat prin împărțirea amplitudinii medii a undei F la amplitudinea maximă corespunzătoare a CMAP. Un neuron repetitiv (RN) a fost un neuron care a dat naștere la o serie de unde F cu latențe, amplitudini și forme identice, iar aceste unde F au fost definite ca unde F repetitive. RN-urile și undele F repetate au fost detectate prin inspecție vizuală și au fost suprapuse manual peste celelalte unde F repetate. Undele F repetente au fost măsurate folosind următorii indici: indice RN = 100 × numărul de RN/numărul de urme cu forme diferite de unde F într-o serie de 100 de stimuli; indicele undelor F repetente (Freps) = 100 × numărul de unde F repetente/numărul total de urme cu unde F în același nerv (Chroni et al., 2012).

Analize statistice

Testul Shapiro-Wilk a fost utilizat pentru a evalua normalitatea datelor. Atunci când valoarea P din analiza de varianță a atins semnificația, s-a efectuat testul Student-Newman-Keuls. Testul t cu eșantioane independente a fost utilizat pentru a evalua diferențele dintre două grupuri. Pentru datele neparametrice, comparațiile între grupuri au fost efectuate cu ajutorul testului Kruskal-Wallis H. După ce ipoteza nulă a fost respinsă, comparațiile pe perechi între grupuri au fost testate cu ajutorul testului Mann-Whitney U și a corecției Bonferroni, cu un nivel de semnificație de P < 0,017. Diferențele dintre variabilele categoriale au fost examinate prin testul Chi-pătrat. Semnificația statistică a fost stabilită la P < 0,05. SPSS pentru Windows, versiunea 21.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, SUA), a fost utilizat pentru a efectua analizele statistice.

Rezultate

Profilele clinice ale pacienților cu ALS și ale participanților cu NC sunt rezumate în tabelul 1. Toți pacienții cu ALS au fost clinic LMN-predominanți. Vârsta la examinare, raportul dintre sexe și înălțimea au fost comparabile în cele trei grupuri. În rândul pacienților cu ALS, boala cu debut la nivelul membrelor superioare a reprezentat 70% dintre pacienții din grupul 1 și 25% dintre pacienții din grupul 2. Au existat 11 pacienți cu ALS în grupul 1 și 10 în grupul 2 cu două regiuni corporale afectate și au existat 9 pacienți cu ALS generalizată în grupul 1 și 10 în grupul 2. Durata bolii și scorurile ALSFRS-R nu au fost semnificativ diferite între pacienții cu ALS din grupurile 1 și 2.

Tabelul 2 prezintă rezultatele studiului de conducere nervoasă pentru pacienții cu ALS și CN. Raportul amplitudinii ADM/APB CMAP a fost semnificativ crescut la pacienții cu ALS din grupul 1 în comparație cu grupul NC, ceea ce a fost observat în concordanță cu semnul mâinii divizate la pacienții cu ALS (Kuwabara et al., 2008). Rezultatele studiului undei F pentru pacienții cu ALS și CN sunt prezentate în tabelul 3. Amplitudinea medie a undelor F pentru APB a fost semnificativ mai mică în grupul 1 decât în grupul 2, care au fost comparabile între grupul 2 și NCs. Amplitudinile medii ale undelor F pentru ADM în grupurile 1 și 2 au fost semnificativ mai mari în comparație cu cea din NC-uri. Rapoartele de amplitudine F/M ale APB și ADM în grupul 1 au fost semnificativ mai mari decât cele din grupul 2 și NCs, în timp ce grupul 2 și NCs au prezentat rapoarte de amplitudine F/M similare. Persistența undei F a APB, care a fost semnificativ mai mică la pacienții cu ALS decât la NCs, a fost comparabilă între grupurile 1 și 2. Persistența undei F a ADM a fost semnificativ mai mică în grupul 1 decât în grupul 2 și NCs, în timp ce persistența undei F a ADM a fost similară între grupul 2 și NCs. Indicele RN și indicele Freps al APB au fost semnificativ crescute în grupurile 1 și 2 în comparație cu NC-urile, dar acești indici au fost comparabili între grupurile 1 și 2. Indicele RN și indicele Freps al ADM a fost semnificativ mai mare în grupul 1 decât în grupul 2 și NCs, în timp ce grupul 2 și NCs au prezentat valori similare pentru acești indici. Figura 1 prezintă exemple reprezentative de urme ale undelor F pentru nervii median și ulnar înregistrate de la pacienții cu ALS din grupurile 1, 2 și NCs.

Tabelul 4 arată performanța de diagnosticare a undei F în ALS față de NC. Unda F ar putea fi utilizată pentru a ajuta la diferențierea pacienților cu ALS față de NC. Indicele RN și indicele Freps al APB au părut a fi variabile fiabile pentru diferențierea pacienților cu ALS de cei cu NC, deoarece aria de sub curbă (AUC) pentru indicele RN (0,998, interval de încredere (IC) de 95% 0,937-1,000) și indicele Freps (1,000, IC de 95% 0,940-1,000) a arătat o utilitate diagnostică “foarte bună”. Restul variabilelor undei F au avut valori AUC mai mici decât indicele RN și indicele Freps al APB și, prin urmare, au prezentat o utilitate diagnostică mai mică. Raportul amplitudinii ADM/APB CMAP a prezentat o AUC de 0,766 (IC 95% 0,638-0,865, P < 0,001) și ar putea diferenția moderat pacienții cu ALS de cei cu NC. Utilizarea unei valori limită de ADM/APB > 1,7 (Kim et al., 2015) pentru diagnosticarea ALS a dat o sensibilitate moderată (52,5%) și o specificitate ridicată (85,0%) în comparație cu controalele. Persistența undei F (P = 0,002), indicele RN (P < 0,001) și indicele Freps (P < 0,001) în APB a părut să diferențieze pacienții cu ALS de CN mai robust decât raportul ADM/APB CMAP amplitude ratio.

Discuție

Obiectivul principal al acestui studiu a fost de a utiliza măsurile undei F pentru a stabili diferențele de disfuncție între motoneuronii APB și ADM la pacienții cu ALS. În conformitate cu un sistem de stadializare propus pentru ALS (Roche et al., 2012), stadiile bolii au fost comparabile între grupurile 1 și 2. Diferența în ceea ce privește procentul de apariție la nivelul membrelor superioare între grupurile 1 și 2 poate sta la baza unui model diferit de progresie a bolii între cele două grupuri. Numărul estimat de unități motorii și amplitudinile CMAP sunt parametri utili pentru evaluarea pierderii motoneuronilor, în timp ce unda F poate fi o sondă directă a disfuncției sau instabilității în celulele cornului anterior (Hachisuka et al., 2015). Persistența undei F este legată de numărul de LMN-uri și de excitabilitatea motoneuronilor (Schiller și Stalberg, 1978; de Carvalho et al., 2002; Argyriou et al., 2006). Mecanismele propuse care stau la baza undelor F repetente sunt excitabilitatea crescută în anumite celule anterioare ale cornului, excitabilitatea scăzută în unele motoneuronii sau pierderea motoneuronilor (Schiller și Stalberg, 1978; Petajan, 1985; Peioglou-Harmoussi et al., 1987; Hachisuka et al., 2015). Pe măsură ce motoneuronii sunt pierduți, undele F repetate de la motoneuronii individuali pot fi recunoscute mai ușor; cu toate acestea, s-a argumentat că frecvența scăzută de backfiring a motoneuronilor individuali face ca acest mecanism să fie mai degrabă improbabil (Chroni et al., 2012). Din punct de vedere fiziologic, au existat diferențe semnificative în ceea ce privește persistența undelor F și numărul de unde F repetate între APB și ADM. Aceste constatări pot fi asociate cu un număr mai mic de motoneuronii funcționali care inverează APB (Gooch et al., 2014) sau cu o modulare inhibitorie corticală crescută a APB (Menon et al., 2014).

În SLA, disfuncția motoneuronilor spinali se dezvoltă treptat înainte de apariția simptomelor evidente (Bradley, 1987). În studiul de față, pacienții cu ALS care nu prezentau o epuizare sau o slăbiciune detectabilă la nivelul mâinilor au prezentat o persistență a undelor F semnificativ redusă și valori mai mari ale indicelui RN și ale indicelui Freps pentru APB în comparație cu cele ale CN. Mai mult, acești pacienți cu ALS au prezentat valori relativ normale ale undelor F în ADM. Aceste date sunt în concordanță cu o disfuncție preferențială a motoneuronilor spinali care inervează APB în ALS (Baumann et al., 2012). Cu toate acestea, în ALS, motoneuronii spinali care inervează APB pot fi mai activi decât cei care inervează ADM, iar amplitudinea CMAP poate să nu aibă o sensibilitate suficientă pentru a detecta pierderea motoneuronilor, deoarece motoneuronii rămași pot asigura reinervarea colaterală compensatorie a fibrelor musculare denervate (van Dijk et al., 2010). Analiza undelor F, în special a undelor F din nervii mediani, ar putea ajuta la detectarea alterărilor subtile ale celulelor cornului anterior chiar și la pacienții cu ALS fără simptome clinice și, astfel, ar putea oferi o abordare utilă pentru evaluarea progresiei bolii.

S-a demonstrat că afectarea LNM reduce amplitudinea undelor F (Fisher, 1992). Atrofia musculară poate duce la un răspuns muscular mai slab prin neutralizarea parțială a hiperexcitabilității fondului de motoneuroni (Drory et al., 1993). În studiul de față, pacienții cu ALS care au prezentat semnul mâinii divizate au prezentat amplitudini semnificativ reduse ale undelor F, o persistență redusă a undelor F și un număr crescut de unde F repetate în APB în comparație cu ADM, ceea ce reflectă probabil o afectare mai severă a motoneuronilor spinali care inervează APB. Formarea de unități motorii mari post-reinervare ar putea contribui la creșterea amplitudinii undelor F (Drory et al., 2001). O amplitudine semnificativ mai mare a undei F în ADM în comparație cu APB la pacienții cu ALS este în concordanță cu o pierdere mai lentă a motoneuronilor în grupul de motoneuronii ADM (Baumann et al., 2012). Raportul amplitudinii F/M cuantifică proporția din fondul de motoneuron care este activat în timpul unei serii de unde F (Drory et al., 2001). Raportul de amplitudine F/M semnificativ crescut în APB în comparație cu cel din ADM al pacienților cu ALS reflectă o tendință crescută a motoneuronilor care inervează APB de a genera unde F. Dimpotrivă, combinația dintre scăderea amplitudinii medii a undelor F și raportul crescut al amplitudinii F/M în APB subliniază implicarea preferențială a APB în ALS. Undele F repetate indică modificări patologice în unitățile motorii (Hachisuka et al., 2015). Creșterea semnificativă a numărului de unde F repetate în APB poate implica un grad mai mare de hiperexcitabilitate în cadrul motoneuronilor spinali care inervează APB (Fang et al., 2015).

În mod curios, pacienții cu ALS care nu prezentau o atrofie detectabilă a mușchilor mâinii au prezentat o amplitudine medie a undelor F pentru APB care a fost semnificativ mai mare decât cea a pacienților cu ALS care au prezentat semnul mâinii divizate. Cu toate acestea, amplitudinea medie a undei F pentru ADM a fost comparabilă între cele două grupuri de pacienți cu ALS, indiferent de atrofia mușchilor mâinii, dar a fost semnificativ mai mare la pacienții cu ALS decât la cei cu NC. Diferențele în caracteristicile undelor F între APB și ADM pot fi atribuite efectelor concurente ale degenerării și regenerării în cadrul unității motorii. Odată cu degenerarea neuronilor motori, neuronii motori supraviețuitori compensează prin reinervarea fibrelor musculare denervate prin intermediul germinării axonale (Ibrahim și el-Abd, 1997). În cazul SLA, procesul de denervare poate începe mai devreme și poate progresa mai rapid în regiunea thenară. Rata de degenerare a fost mai lentă în motoneuronii care inervează ADM decât în cei care inervează APB. Sunt necesare studii suplimentare pentru a elucida mecanismele din ALS care contribuie la diferențele în disfuncția motoneuronilor între motoneuronii care inervează APB și ADM. Am suspectat că mecanismele corticale, mecanismele axonale periferice sau disfuncția segmentară spinală, în special în circuitele de inhibiție spinală, ar putea contribui la degenerarea preferențială a motoneuronilor spinali care inervează APB (Turner și Kiernan, 2012; Ramírez-Jarquín et al., 2014).

Cercetarea anterioară a demonstrat că semnul mâinii divizate este mai frecvent observat în ALS, iar raportul crescut al amplitudinii CMAP ADM/APB este aproape specific ALS. Studiul de față a demonstrat că criteriul neurofiziologic pentru ADM/APB al unui raport de amplitudine CMAP >1,7 (Kuwabara et al., 2008) are o sensibilitate moderată și o specificitate ridicată în diferențierea SLA de NC, ceea ce este în concordanță cu studiile anterioare (Kim et al., 2015). În acest studiu, parametrii undelor F ar putea ajuta la diferențierea fiabilă a pacienților cu ALS de participanții normali. Mai mult, persistența undei F, indicele RN și indicele Freps în APB ar putea diferenția în mod fiabil pacienții cu ALS de CN, deoarece aceste măsuri au prezentat valori AUC mai mari decât raportul de amplitudine ADM/APB CMAP.

Analiza noastră are mai multe limitări. Acesta a fost un studiu transversal și a fost inclus un număr relativ mic de participanți. Este necesar un studiu de urmărire cu o populație mai mare pentru a determina în mod specific amploarea disfuncției spinale asociate cu semnul mâinii despicate în ALS. O altă limitare potențială este lipsa unui grup de control al pacienților format din pacienți cu sindroame care imită SLA. Un astfel de grup ar fi util pentru a evalua valoarea clinică a undei F în discriminarea SLA de tulburările care mimează SLA. Mai mult, alte studii electrofiziologice care utilizează metodele de evaluare a disfuncției UMN, precum și a excitabilității axonilor motori, ar trebui efectuate pe aceleași grupuri de pacienți pentru a face mai multă lumină asupra fiziopatologiei acestui fenomen.

În concluzie, constatările noastre demonstrează diferențe în caracteristicile undei F între APB și ADM la pacienții cu SLA. Aceste modificări ale undelor F sunt caracteristice pacienților cu ALS și pot fi utile pentru diferențierea ALS de anumite tulburări care imită ALS. Elucidarea mecanismelor fiziopatologice care stau la baza nivelurilor diferite de atrofie în mușchii mici ai mâinii ar aduce lumină asupra patogenezei ALS.

Contribuții ale autorilor

JF și LC: au conceput, realizat și proiectat experimentele. JF, LC, ML și YG: au analizat datele. ML, YG, XL, DL, BC, DS și QD: au contribuit cu reactivi/materiale/instrumente de analiză. JF și LC: au contribuit la redactarea manuscrisului.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Recunoștințe

Vrem să mulțumim pacienților cu ALS și voluntarilor sănătoși care au participat la acest studiu.

.