ES2947433T3 - Sistemas para bloqueo de conducción nerviosa - Google Patents

Abstract

En el presente documento se describen sistemas y métodos para el bloqueo de la conducción nerviosa que pueden implicar el suministro seguro de cantidades relativamente altas de carga al tejido. Dichos sistemas y métodos pueden incluir sistemas de control para monitorizar de forma segura un sistema de electrodos de corriente continua, incluyendo el suministro de corriente continua a través de un cable de electrodo a un tejido objetivo de un paciente; medir el voltaje de activación a través del electrodo; comparar el voltaje de excitación a través del electrodo con valores de rango de umbral predeterminados; medir la impedancia del cuerpo; determinar una caída de voltaje a través del cable a partir de la medición de la impedancia del cuerpo; y ajustar el voltaje de activación para mantener la caída de voltaje a través del conductor dentro de un rango de voltaje predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas para bloqueo de conducción nerviosa

Campo

Esta solicitud se refiere, en algunas realizaciones, a facilitar el bloqueo de señales biológicas a través de tejido nervioso.

Antecedentes

La teoría del control de la compuerta del dolor se desarrolló en la década de 1960 y condujo al advenimiento de las terapias de tratamiento del dolor basadas en la estimulación para reducir las entradas de dolor que llegan al cerebro estimulando de manera selectiva las fibras no nocisensibles (fibras que no transmiten el dolor) en la médula espinal para inhibir la transmisión de estímulos dolorosos al cerebro (Véase Mendell, Constructing and Deconstructing the Gate Theory of Pain, Pain, febrero de 2014 155(2): 210-216). Los sistemas de estimulación actuales para la estimulación de la médula espinal (SCS), que actúan sobre esta teoría de control de la compuerta para reducir indirectamente el dolor, normalmente se han basado en señales de estimulación en el intervalo de frecuencia de <100 Hz y, recientemente, en el intervalo de frecuencia de kHz. También se ha empleado la estimulación de los ganglios de la raíz dorsal, DRG, en un intervalo de frecuencia similar para reducir el dolor segmentario a través del mismo mecanismo.

El artículo de GENE Y FRIDMAN ETAL titulado “Safe Direct Current Stimulation to Expand Capabilities of Neural Prostheses” (publicado en IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL SYSTEMS AND REHABILITARON ENGINEERING, vol. 21, n.° 2, 1 de marzo de 2013, páginas 319-328, DOI: 10.1109 /TNSRE.2013.2245423) muestra un sistema para el bloqueo de nervios en corriente continua según el preámbulo de la reivindicación 1. Se conocen sistemas similares para el bloqueo de nervios con CC a partir de los documentos US 9008800 B2, WO 2017/044542 A1, WO 2017/062272 A1 y US 2015/174397 A1.

Sin embargo, las tecnologías basadas en esta premisa no son perfectas ya que la inhibición de la transmisión del dolor no es completa y los efectos secundarios como la parestesia pueden resultar incómodos para los pacientes. Por tanto, es deseable tener sistemas de tratamiento del dolor que bloqueen directamente la transmisión de señales de dolor por parte de las fibras del dolor, en lugar de reducir indirectamente las señales de dolor a través de la activación de la teoría de la compuerta de fibras no nocisensibles. Además, el bloqueo del tejido neural o la actividad neural se ha implicado no sólo en cuanto a la afección del dolor, sino también en el tratamiento de los trastornos del movimiento, los trastornos psiquiátricos, la salud cardiovascular, así como en el tratamiento de estados patológicos como la diabetes.

Sumario

La presente invención proporciona un sistema para el bloqueo de nervios con corriente continua según la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se definen por las reivindicaciones dependientes.

Los aspectos, las realizaciones o los ejemplos de la presente divulgación que no están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas no forman parte de la presente invención.

Los métodos descritos a continuación en el presente documento tampoco forman parte de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de la misma. En los dibujos, símbolos similares identifican normalmente componentes similares, al menos que el contexto dicte lo contrario. Por tanto, en algunas realizaciones, pueden usarse números de pieza para componentes similares en múltiples figuras, o los números de pieza pueden variar dependiendo de figura a figura. No se pretende que las realizaciones ilustrativas descritas en la descripción detallada, los dibujos y las reivindicaciones sean limitativas. Pueden utilizarse otras realizaciones, y pueden realizarse otros cambios, sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

La figura 1A muestra un ejemplo de un electrodo de EICCC en el que un electrodo se sumerge en una disolución de electrolito que está en contacto con una superficie de contacto de material conductor de iones-disolución de electrolito con un material conductor de iones que entra en contacto eléctrico con el tejido nervioso N o una zona proximal al tejido nervioso N.

La figura 1B es un gráfico que ilustra que, al impulsar una corriente constante desde la fuente de corriente, la masa del electrodo de AgCl puede disminuir durante una corriente catódica (reacción de reducción) y luego aumentar con una corriente anódica durante una reacción oxidativa.

La figura 1C muestra cómo la corriente que se suministra a la celda de electrodo (EICCC) (parte superior) puede asociarse con la carga suministrada a la superficie de contacto de celda de electrodo-nervio (parte central) para proporcionar el bloqueo de nervios (parte inferior) mientras que permite una transferencia de carga neta cero con largas fases de carga.

En la figura 1D se muestran patrones de forma de onda suministrados a una celda de electrodo para facilitar el bloqueo de nervios en la que la corriente suministrada a la celda de electrodo se muestra junto con los correspondientes periodos de bloqueo de nervios incluyendo regiones de hipersupresión en las que el bloqueo de nervios se produce independientemente de la corriente que se suministra al tejido nervioso.

La figura 1E muestra un ejemplo de una celda de conversión de corriente de electrones en iones (EICCC) que está conectada a través de una conexión eléctricamente aislada a una fuente de corriente.

La figura 1F ilustra una configuración cuando la corriente de electrones es de una polaridad tal como se designa mediante el eje positivo, se muestra que el bloqueo de nervios está activo y cuando se invierte la polaridad de la corriente tal como se designa mediante el eje negativo, se muestra que el bloqueo de nervios está inactivo. La figura 1G muestra una configuración similar a la figura 1E, pero con pantallas de secuestro que separan respectivamente el electrodo tradicional del conductor de iones y el conductor de iones del propio nervio.

La figura 1H ilustra diagramas de la corriente frente al tiempo y del estado del bloqueo de nervios frente a tiempo similares a la figura 1F.

La figura 11 muestra una configuración similar a la figura 1H, pero también incluye un sensor de retroalimentación que monitoriza el estado del tejido nervioso y/o la región proximal al nervio N.

La figura 1J ilustra diagramas de la corriente frente al tiempo y del estado del bloqueo de nervios frente a tiempo similares a la figura 1I.

La figura 2A muestra un sistema de electrodo doble en el que dos EICCC interconectan con un nervio, según algunas realizaciones.

Tal como se muestra en los gráficos de la figura 2B, se accionan dos electrodos con corrientes de polaridades opuestas en función del tiempo de modo que uno está en una fase activa de bloqueo, el otro está en una fase inactiva de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se ha invertido de nuevo la polaridad de corriente.

Las figuras 3A-B muestran una realización en la que electrodos tradicionales dobles interconectan con un nervio, pero se accionan desde una fuente de corriente a través de conexiones eléctricamente aisladas con corrientes de polaridades opuestas de modo que cuando uno está en una fase de bloqueo, el otro está en una fase de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se ha invertido de nuevo la polaridad de corriente.

Las figuras 3C-D muestran una realización en la que EICCC dobles interconectan con un nervio N, pero se accionan con corrientes de polaridades opuestas de modo que cuando una está en una fase de bloqueo, la otra está en una fase de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se ha invertido de nuevo la polaridad de corriente.

La figura 4A muestra una realización de un electrodo de EICCC en el que un electrodo se sumerge en una disolución de electrolito que entra en contacto por comunicación de fluido con un material conductor de iones tal como un hidrogel, un gel u otro polímero que entra en contacto eléctrico con el tejido nervioso o una zona proximal al tejido nervioso.

La figura 4B muestra un sistema similar al mostrado en la figura 4A con la adición de un electrodo de referencia en la proximidad del electrodo (electrodo de trabajo) para monitorizar la caída de tensión a través del electrodo de trabajo con fines de monitorización de la EICCC.

La figura 4C muestra un sistema similar al mostrado en la figura 4A con la adición de un electrodo de referencia en la proximidad de la superficie de contacto del tejido nervioso para monitorizar la caída de tensión a través de la EICCC al tejido nervioso con fines de monitorización de la EICCC.

Las figuras 4D-4F muestran una realización de una conexión de electrodo configurada para conectarse a y extenderse desde una fuente de corriente (no mostrada, cerca del extremo) que podría tomar la forma de IPG (generadores de impulsos implantables) convencionales.

La figura 4G muestra una realización esquemática de una EICCC integrada dentro de una envolvente herméticamente cerrada que contiene la fuente de corriente, una batería o una fuente de alimentación, y un controlador para accionar la EICCC.

Las figuras 5A-B muestran una realización de una configuración de electrodo en la que dos contactos de electrodo están alojados dentro de la misma envolvente eléctricamente aislada.

La figura 6A ilustra una raíz dorsal, y/o un ganglio de la raíz dorsal (DRG), a través de la cual pasan señales de dolor.

La figura 6B muestra una realización de un electrodo de bloqueo posicionado a lo largo de un DRG para facilitar el bloqueo de nervios junto con una conexión y una fuente de corriente.

La figura 6C ilustra que puede accederse a un DRG con una aguja, y la aguja puede usarse para atravesar la duramadre tal como se muestra.

Tal como se muestra en la figura 6D y la figura 6E, los contactos de superficie de contacto de electrodo-nervio pueden posicionarse luego en contacto o proximales al DRG y la aguja que se introduce puede retraerse para dejar la superficie de contacto de conexión de electrodo y tejido nervioso en la posición deseada.

La figura 7 muestra que los ganglios de la raíz dorsal asociados de cada nivel vertebral corresponden a dermatomas específicos en el cuerpo, y que el bloqueo de señales de dolor al nivel del DRG puede reducir la sensación de dolor en el dermatoma inervado para ese DRG específico.

La figura 8A ilustra la colocación de electrodos de estimulación en la proximidad del tracto espinotalámico lateral (tracto LT), que puede aprovechar una EICCC para generar un bloqueo de nervios en el nivel deseado (y/o niveles espinales distales (lejos de la cabeza) con respecto a la EICCC puesto que las señales de dolor viajan en la dirección superior) y proporcionan un bloqueo selectivo del dolor dependiente de la colocación unilateral (izquierda o derecha) o bilateral de los electrodos.

La figura 8B ilustra un procedimiento de colocación percutánea con o sin guía radioscópica tal como usando una aguja de Tuohy o similar para introducir la conexión de electrodo en el espacio epidural.

Las conexiones pueden dirigirse a lo largo de la columna vertebral dentro del espacio epidural de modo que la conexión se encuentra entre las regiones de salida del nervio raquídeo y la superficie de contacto del tejido se encuentra en la proximidad del tracto espinotalámico lateral tal como se ilustra en las figuras 8C-8E.

La figura 9A muestra un electrodo de celda de conversión de corriente de electrones en iones (EICCC) configurado para interconectar con una diana de bloqueo cerebral profundo (DBB) en el tálamo.

En la figura 9B se muestra una realización de un electrodo de bloqueo/supresión con un electrodo detector integrado.

En las figuras 10A-10C se muestra una realización de un electrodo de EICCC en el que están presentes múltiples superficies de contacto del tejido sobre el electrodo y son direccionables individualmente.

La figura 10B es una vista en primer plano de 10B-10B de la figura 10A.

La figura 10C es una vista en primer plano de 10C-10C de la figura 10A.

Tal como se muestra en la figura 11, las conexiones de electrodos de bloqueo entran en contacto con los nervios renales para facilitar un bloqueo o supresión. También se ilustra sistemáticamente una EICCC conectada de manera abierta a la fuente de corriente (no mostrada).

Tal como se muestra en la figura 12, los ganglios simpáticos relevantes, incluidos los ganglios cervical y estrellado (cervicotorácico), se muestran junto con sus dianas de inervación en el corazón.

La figura 13 ilustra una anatomía relacionada con el sistema nervioso simpático seleccionada.

La figura 14 ilustra una realización de un electrodo de EICCC colocado alrededor o en la proximidad del nervio vago derecho (y/o izquierdo) en el lado derecho del cuello y/o el tórax con una conexión de electrodo que baja hacia una fuente de corriente implantable mostrada en la región pectoral derecha.

Las figuras 15 y 16 ilustran una realización de un sistema de EICCC doble en el que cada nervio vago está envuelto en una superficie de contacto del tejido con formato de manguito en la que la corriente iónica se deposita en el sitio del tejido desde las EICCC.

La figura 17 ilustra esquemáticamente la anatomía no limitativa en la que también puede usarse la supresión o el bloqueo del nervio simpático para regular la función hepática e influir en la producción de glucosa e insulina. La figura 18 ilustra un sistema de EICCC en el que los nervios alrededor de la arteria hepática y la arteria están rodeados por una superficie de contacto del tejido con formato de manguito.

La figura 19 ilustra una forma de onda de tensión de accionamiento y los umbrales positivo y negativo a lo largo de un período de tiempo.

La figura 20 ilustra una forma de onda de tensión de accionamiento y los umbrales positivo y negativo a lo largo de un período de tiempo.

La figura 21 ilustra esquemáticamente un gráfico de tensión y corriente frente al tiempo que ilustra un procedimiento de acondicionamiento de electrodos en el que la amplitud de corriente se aumenta hasta un objetivo establecido basándose en los valores de tensión de accionamiento en relación con un umbral establecido.

La figura 22 ilustra un sistema que puede incluir una superficie de contacto de tejido nervioso operativamente conectada a un catéter configurado para contener un líquido.

La figura 23A ilustra un sistema que incluye una cámara de reacción que incluye un material de reacción.

La figura 23B ilustra un electrodo de nervio de superficie de contacto independiente que puede incluir un sensor integrado para detectar el estado electroquímico de un electrodo de trabajo/reacción.

La figura 24 ilustra que los sistemas y métodos pueden utilizar químicas de tipo batería para suministrar corriente continua al tejido, tal como una batería de plomo-ácido, níquel-cadmio, hidruro metálico de níquel, iones de litio, polímero de litio, zinc-carbono, biobaterías u otros tipos de la química de las baterías.

La figura 25 ilustra esquemáticamente un electrodo de tipo SINE modificado para permitir la unión en el sitio del paciente para reducir la longitud y la impedancia del catéter.

La figura 26A ilustra un sistema ponible que incluye un generador de CC, un cable y una cámara de reacción, con una porción de la conexión/catéter implantada en el sitio anatómico deseado. La figura 26B ilustra un sistema de estilo venda que es local con respecto al sitio de tratamiento (por ejemplo, bloqueo de nervios). La figura 26C muestra una realización esquemática de un dispositivo ponible de este tipo con dos configuraciones de salida de conexión diferentes.

Las figuras 27A-27D dan a conocer métodos para tratar el dolor u otras afecciones mediante un funcionamiento cíclico del bloqueo con CC en una pluralidad de ubicaciones separadas entre sí.

La figura 28A ilustra esquemáticamente un sistema de corriente continua que incluye un electrodo de referencia opcional para monitorizar la tensión. En el ejemplo simple mostrado en la figura 28B, la tensión del electrodo aumenta con el suministro continuo de corriente continua.

La figura 29 ilustra que la tensión puede mantenerse dentro de un intervalo deseado con bandas de umbral superior e inferior, lo que limita la electroquímica que se produce en el sitio del electrodo.

Las figuras 30A-30C ilustran realizaciones de sistemas y métodos de CC seguros de falla única.

La figura 31 ilustra esquemáticamente un electrodo de plata-cloruro de plata.

La figura 32 ilustra un contraelectrodo y un electrodo de trabajo sumergidos en un baño de electrolito y conectados a una fuente de alimentación que genera un potencial a través de los dos electrodos.

La figura 33 ilustra tensiones de accionamiento en un electrodo de trabajo.

La figura 34 ilustra que se ha demostrado que el funcionamiento cíclico de la reacción de plata/cloruro de plata a una amplitud de corriente fija y duraciones fijas conduce a disminuciones en las tensiones de accionamiento máximas con un número creciente de ciclos.

La figura 35 ilustra que la formación de un electrodo de trabajo y un contraelectrodo se procesan en la etapa de formación en la que el nivel de corriente comienza en un valor relativamente bajo y aumenta con cada ciclo cuando no se supera el umbral superior de tensión de accionamiento.

La figura 36 muestra el cambio en la microestructura que puede producirse después de construir una capa de AgCl en un electrodo de plata pura y después de realizar las etapas de formación y estabilización/acondicionamiento para acondicionar el electrodo recubierto con AgCl.

La figura 37 muestra una tensión de accionamiento que comenzó a superar el umbral inferior de tensión de accionamiento a lo largo del tiempo.

La figura 38 ilustra que el electrodo y el cuerpo pueden modelarse como una resistencia (Rconexión) y un condensador (Cconexión) en paralelo y una impedancia de cuerpo (Rcuerpo) en serie con el electrodo. A frecuencias de accionamiento bajas, el electrodo y el cuerpo pueden modelarse tal como se muestra en la figura 39 que refleja la ecuación anterior. A frecuencias de accionamiento altas, el sistema puede modelarse tal como se muestra en la figura 40 en la que el condensador se comporta como un cortocircuito y no tiene ninguna impedancia.

La figura 41 ilustra una porción de una forma de onda en la que se alcanza el umbral, la corriente se reduce para permanecer por debajo del umbral.

Descripción detallada

Aunque a continuación se describen determinadas realizaciones y ejemplos, esta divulgación se extiende más allá de las realizaciones y/o los usos dados a conocer específicamente y las modificaciones obvias y equivalentes de las mismas. Por tanto, se prevé que el alcance de esta divulgación no debe limitarse por ninguna realización particular descrita a continuación. Los aspectos, las realizaciones, los ejemplos o los métodos descritos a continuación en el presente documento que no están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas no forman parte de la presente invención.

Esta solicitud describe, en algunos aspectos, métodos y sistemas para el tratamiento de estados de dolor crónicos y agudos a través de la aplicación segura de corriente continua (CC) para facilitar el bloqueo de nervios incluyendo la hipersupresión de nervios, o el bloqueo de nervios sin reversibilidad o recuperación rápida después de haberse retirado o detenido la aplicación de corriente continua. Al interconectar con el nervio a través de vías de conducción iónicas en lugar de electrodos convencionales que no tienen un componente de conducción iónica, puede generarse un bloqueo de nervios a corto plazo y largo plazo intermitente o continuo mientras se reduce el riesgo de dañar las células nerviosas. Lo que se da a conocer en algunas realizaciones son sistemas y electrodos para suministrar de manera segura la corriente continua (CC) de bloqueo a tejido neural suministrando corriente catódica y anódica de funcionamiento cíclico a través de una química de alta carga. Puede mantenerse la seguridad del tejido separando la superficie de contacto metálica del tejido nervioso con un elemento iónicamente conductor, y haciendo funcionar el electrodo bajo potenciales de reacción para reacciones no deseadas, tales como la electrólisis del agua, o la oxidación y reducción del agua (H²O), que crea especies reactivas perjudiciales tales como OH-, H+ o radicales libres de oxígeno.

Sin limitarse a la teoría, la propagación de potenciales de acción en tejido eléctricamente excitable, por ejemplo, tejido neural, conduce a periodos refractarios en el orden de milisegundos para los canales de sodio, normalmente entre aproximadamente 1 ms y aproximadamente 20 ms, o entre aproximadamente 2 ms y aproximadamente 5 ms para los periodos refractarios absolutos y relativos combinados, por tanto, también pueden usarse formas de onda de corriente alterna de muy baja frecuencia con semiperiodos significativamente mayores que este periodo refractario (por ejemplo, mayor de aproximadamente 1 ms, 1,5 ms, 2 ms, 2,5 ms, 3 ms, o más) para crear un bloqueo del tejido, y se percibirá por el tejido eléctricamente excitable como un estímulo de corriente continua. Como tal, la corriente continua tal como se define en el presente documento incluye formas de onda de corriente alterna de baja frecuencia que se percibe como y es de manera funcional corriente continua desde la perspectiva del tejido cuyos potenciales de acción se están modulando. La frecuencia podría ser, por ejemplo, de menos de aproximadamente 1 Hz, 0,5 Hz, 0,1 Hz, 0,05 Hz, 0,01 Hz, 0,005 Hz, 0,0001 Hz, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores siempre que la dirección del flujo de corriente sea constante a lo largo de al menos el periodo refractario completo del tejido diana, o al menos dos veces mayor que la constante de tiempo del canal de membrana que provoca refractariedad (por ejemplo, constante de tiempo de compuerta de inactivación de canal de sodio rápida).

El dolor crónico es una carga importante para los individuos y la sociedad en su conjunto. Se estima que casi 50 millones de adultos tienen dolor crónico o fuerte significativo sólo en los EE. UU. (Véase Nahin, Estimates of Pain Prevalence and Severity in Adults: United States, 2012, The Journal of Pain, agosto de 201516(8): 769-780). En todo el mundo, se estima que el dolor crónico afecta a más de 1500 millones de personas. (Borsook, A Future Withouth Chronic Pain: Neuroscience and Clinical Research, Cerebrum, junio de 2012). Si bien a veces se aplican técnicas quirúrgicas para eliminar una fuente específica de dolor, normalmente debido al pinzamiento de un nervio, en muchos casos la causa precisa del dolor no está clara y no puede abordarse de manera fiable a través de un procedimiento quirúrgico. El tratamiento del dolor puede abordarse alternativamente sobrecargando el sistema nervioso central con señales de estimulación que evitan el registro de entradas de dolor (teoría de control de la compuerta del dolor). Normalmente, esta estimulación en el caso de la estimulación de la médula espinal (SCS) se realiza utilizando electrodos metálicos y estimulación con corriente alterna (CA) para producir estas señales de estimulación adicionales para evitar la sensación de dolor. Sin embargo, un inconveniente importante es la presencia de parestesia, una sensación de hormigueo en la región inervada aguas abajo del nervio estimulado. Los métodos para eliminar la parestesia que pueden resultar incómodos para los pacientes han llevado a diferentes medios de estimulación de la estimulación SCS tónica convencional (~30 - 120 Hz), incluyendo la estimulación de alta frecuencia (~10 kHz) y la estimulación en ráfaga (por ejemplo, cinco impulsos a 500 Hz entregados 40 veces por segundo). (Tjepkema-Cloostermans et al, Effect of Burst Evaluated in Patients Familiar With Spinal Cord Stimulation, Neuromodulation, julio de 201619(5): 492-497).

Un medio alternativo para manejar la señalización del dolor al sistema nervioso central es impedir la conducción de las señales de dolor desde la fuente de señales periférica bloqueando directamente las señales de dolor en comparación con el enmascaramiento de las señales de dolor generando entradas neurales alternativas para desplazar e inhibir la transmisión de señales de dolor como en la SCS tradicional y la teoría de la compuerta. Un medio para realizar esto es mediante la aplicación de una corriente continua (CC) a un nervio para impedir la generación y transmisión de un potencial de acción (AP). Puesto que esto no estimula el nervio como en la estimulación tradicional, puede evitarse la parestesia. El mecanismo que conduce al bloqueo de AP se ha atribuido a un bloqueo de despolarización que desactiva los canales de sodio requeridos para un evento de potencial de acción en el sitio del electrodo. (Véase Bhadra y Kilgore, Direct Current Electrical Conduction Block of Peripheral Nerve, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, septiembre de 2004 12(3): 313-324).

Bhadra et al. mostraron que tras la aplicación de CC a un tejido nervioso, puede bloquearse la conducción de potencial de acción (Véase Bhadra y Kilgore, Direct Current Electrical Conduction Block of Peripheral Nerve, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, septiembre de 2004 12(3): 313-324). Los autores mostraron que la retirada de suministro de CC del mismo tejido nervioso dio como resultado una restauración instantánea de la conducción nerviosa. Sin embargo, se sabe desde hace tiempo que la corriente continua es peligrosa para el tejido nervioso debido a la creación de especies tóxicas en la superficie de contacto de electrodo-nervio (Merrill, Electrical Stimulation of Excitable Tissue: Design of Efficacious and Safe Protocols, Journal of Neuroscience Methods, 2005, 141:171-198). Ackermann et al y Fridman et al han desarrollado sistemas y métodos para suministrar de manera segura CC al tejido nervioso separando las especies tóxicas creadas en la superficie de contacto de electrodo del tejido nervioso (patentes estadounidenses n.os 9.008.800 y 9.498.621; Ackermann et al, Separated Interface Nerve Electrode Prevents Direct Current Induced Nerve Damage, J Neurosci Methods, septiembre de 2011 201(1):173-176; Fridman y Santina, Safe Direct Current Stimulation to Expand Capabilities of Neural Prostheses, IEEE Transaction of Neural Systems and Rehabilitation Engineering, marzo de 2013 21(2):319-328; Fridman y Santina, Safe Direct Current Stimulator 2: Concept and Design, Conf Proc IEEE Eng Med Bio Soc, 2013:3126-3129). También enseñan que la reversibilidad rápida del bloqueo de nervios es deseable y puede lograrse a través de la suspensión del suministro de CC. Ackermann et al. enseñan que una supresión no deseada, pero reversible, de la actividad nerviosa se produce con un suministro de corriente continua a largo plazo (donde se mostró que el tejido nervioso no era conductor durante un periodo corto de tiempo tras el cese del suministro de CC) (patentes estadounidenses n.os 9.008.800 y 9.498.621; Ackermann et al, Separated Interface Nerve Electrode Prevents Direct Current Induced Nerve Damage, J Neurosci Methods, septiembre de 2011 201(1):173-176), cada uno de los cuales se incorporan como referencia en su totalidad. Esos autores enseñan específicamente métodos para reducir esta supresión de actividad nerviosa limitando la duración del suministro de CC para permitir una recuperación nerviosa rápida tras el cese del suministro de CC (por ejemplo, en el plazo de segundos) (patentes estadounidenses n.os 9.008.800 y 9.498.621; Ackermann et al, Separated Interface Nerve Electrode Prevents Direct Current Induced Nerve Damage, J Neurosci Methods, septiembre de 2011 201(1):173-176). La presente divulgación se refiere a sistemas y métodos para hacer lo opuesto de lo que enseñaron Ackermann et al: bloquear de manera intencionada la actividad nerviosa usando impulsos periódicos de CC para poner de manera intencionada tejido neural en un estado de hipersupresión sin reversibilidad rápida tras el cese del suministro de CC (la reversibilidad que se produce en de muchos minutos a horas, en lugar de segundos o menos de un minuto). Además, la presente divulgación se refiere a sistemas y métodos de tratamiento del dolor mediante los sistemas y métodos mencionados anteriormente, específicamente a través del bloqueo selectivo del tejido de columna anterolateral en la médula espinal. Además, la presente divulgación se refiere a sistemas y métodos de tratamiento del dolor mediante los sistemas y métodos mencionados anteriormente, específicamente a través del bloqueo selectivo de tejido de la raíz dorsal y/o ganglios de la raíz dorsal. Además, la presente divulgación se refiere a sistemas y métodos de tratamiento del dolor mediante los sistemas y métodos mencionados anteriormente, específicamente a través del bloqueo de uno o más nervios periféricos.

Con el bloqueo de nervios dirigido, puede tratarse el dolor de dermatomas específicos y el dolor en sitios regionales del cuerpo. Pueden abordarse varias dianas localizadas implicadas en la moderación de la transducción de señales de dolor. Por ejemplo, tanto tejidos nerviosos ubicados de manera más central tales como el tracto espinotalámico como el ganglio de la raíz dorsal pueden seleccionarse como diana para tratar la lumbalgia, la ciática y síndrome de dolor regional complejo (CPRS) entre otras consideraciones de dolor.

Los electrodos en los que se genera la corriente en forma de iones de manera proximal a al menos un nervio diana pueden comprender un material iónicamente conductor tal como un líquido (por ejemplo, solución salina u otra disolución de electrolito), gel, hidrogel, hidrocoloide, polímero o película. En una realización alternativa, los materiales iónicamente conductores pueden separarse del tejido nervioso mediante una pantalla u otro filtro o material de membrana. Esta superficie de contacto de separación puede estar configurado para permitir de manera selectiva el paso de los iones al nervio para reducir el daño nervioso tal como pantallas microporosas, pantallas no tejidas, membranas de intercambio iónico (IEM), membranas líquidas soportadas o ion geles, electrolitos poliméricos tales como poli(óxido de etileno) (PEO), poli(óxido de propileno) (PPO), copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-co-hexafluoropropileno) (PVDF-HFP), conductores de iones sólidos, y películas selectivas de iones incluyendo membranas de intercambio catiónico y membranas de intercambio aniónico.

El elemento de interconexión con el nervio del electrodo puede estar configurado además para exponerse de manera selectiva a lo largo del electrodo y puede aislarse de otro modo del nervio mediante una capa iónicamente impermeable. La capa impermeable también puede estar configurada para aislarse eléctricamente de la corriente.

El material iónicamente conductor también puede separarse en múltiples regiones que pueden contener diferentes tipos de material iónicamente conductor. Las superficies de contacto entre las diferentes regiones pueden delinearse mediante pantallas o membranas semipermeables que permiten un flujo iónico selectivo o general, pero limitan el paso de subproductos dañinos a partir de la conversión de una corriente de electrones en una corriente iónica. Este elemento de separación puede estar configurado para permitir de manera selectiva el paso de los iones al nervio para reducir el daño nervioso tal como pantallas microporosas, pantallas no tejidas, membranas de intercambio iónico (IEM), membranas líquidas soportadas o ion geles, electrolitos poliméricos tales como poli(óxido de etileno) (PEO), poli(óxido de propileno) (PPO), copolímero de poli(fluoruro de vinilidenoco-hexafluoropropileno) (PVDF-HFP), conductores de iones sólidos y películas selectivas de iones incluyendo membranas de intercambio catiónico y membranas de intercambio aniónico. Los diferentes materiales iónicamente conductores también pueden tomar diferentes formas. Como ejemplo, el nervio puede estar en contacto con un hidrogel que está en contacto con un líquido tal como una disolución de electrolito que luego está en contacto con un material de electrodo de corriente eléctrica tradicional.

En algunas realizaciones, el electrodo tradicional puede estar fabricado de un material tal como platino, platinoiridio, carbono, nitruro de titanio, cobre, tántalo, plata, cloruro de plata u otros metales y materiales o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el electrodo tradicional puede estar fabricado de carbono, grafito, carbono vítreo, carbono dendrítico u otros materiales conductores. Al usar química de alta carga, pueden aumentarse la amplitud y la duración del bloqueo con corriente continua (CC). Las químicas candidatas incluyen usar una combinación de electrodo de Ag/AgCl en un baño de electrolito (u otro material iónicamente conductor adecuado) tal como solución salina que está en contacto iónico con el tejido neural de interés. En algunas realizaciones, el electrodo es reversible y puede restablecerse a su estado inicial. En algunas realizaciones, el electrodo es de sacrificio y la reacción electroquímica que se produce en el electrodo no puede revertirse para restablecer el electrodo a su estado inicial.

Los electrodos pueden estar fabricados de una variedad de materiales. En algunas realizaciones, el electrodo puede estar fabricado de plata (Ag) y/o cloruro de plata (AgCl). En algunas realizaciones, electrodo puede estar fabricado de nitruro de titanio (TiN). En algunas realizaciones, el electrodo puede estar fabricado de carbono (C). En algunas realizaciones, el electrodo tiene una membrana o un recubrimiento selectivo para iones. En algunas realizaciones, el electrodo no tiene una membrana o un recubrimiento selectivo para iones.

En algunas realizaciones, un electrodo puede incluir un contacto que comprende un material de alta capacidad de carga. El contacto de electrodo puede tener en algunos casos un área superficial geométrica de entre aproximadamente 1 mm2 y aproximadamente 10 mm2, o aproximadamente 1 mm2, 2 mm2, 3 mm2, 4 mm2, 5 mm2, 6 mm2, 7 mm2, 8 mm2, 9 mm2, 10 mm2, 20 mm2, 50 mm2, 100 mm2, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores. El propio contacto de electrodo puede estar fabricado de un material de alta capacidad de carga, tal como los descritos, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° 10.071.241 concedida a Bhadra et al. Alternativamente, el contacto de electrodo puede comprender una base recubierta al menos parcial o completamente con un material de alta capacidad de carga. En algunas realizaciones, un material de alta capacidad de carga puede tener un valor de Q de al menos aproximadamente 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 1.000, 2.500, 5.000, 10.000, 50.000, 1000.000, 500.000, o más |iC, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores. El valor de Q de un contacto de electrodo puede referirse a la cantidad total de carga que puede suministrarse a través de un contacto de electrodo antes de que el contacto de electrodo comience a tener reacciones químicas irreversibles, tales como evolución de oxígeno o hidrógeno, o disolución de los materiales de electrodo. Ejemplos no limitativos de materiales de alta capacidad de carga son negro de platino, óxido de iridio, nitruro de titanio, tántalo, cloruro de plata, poli(etilendioxitiofeno) y combinaciones adecuadas de los mismos. Los electrodos podrían ser electrodos recubiertos en fractales en algunas realizaciones. Para generar más área superficial para que se produzcan las reacciones electroquímicas, los electrodos tradicionales pueden fabricarse a partir de estructuras de alta área superficial con respecto a volumen tales como superficies rugosas, superficies tejidas, superficies con patrón, superficies de espuma reticuladas, estructuras de perlas sinterizadas porosas, estructuras con nano o micropatrones para exponer un área superficial del material adicional. En algunas realizaciones, el electrodo puede ser un electrodo de tipo SINE (electrodo nervioso con superficie de contacto independiente) o EICCC (celda de conversión de corriente de electrones en iones) en el que un electrodo se sumerge en una disolución de electrolito que está en contacto con una superficie de contacto de material conductor de iones-disolución de electrolito con un material conductor de iones que está en contacto eléctrico con el tejido cardiaco o una zona proximal al tejido cardiaco, tal como se describe, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° 9.008.800 concedida a Ackermann et al., y la publicación estadounidense n.° 2018/0280691 de Ackermann et al.

La combinación de material de electrodo que porta electrones y material conductor iónico tradicionales y el mecanismo de conversión pueden caracterizarse de manera conjunta como una celda de conversión de corriente de electrones en iones (EICCC). Un ejemplo de este tipo podría ser un electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) sumergido en una solución salina, por ejemplo, solución salina isotónica de NaCl al 0,9 % en contacto por comunicación de fluido con un hidrogel que contiene solución salina. Al impulsar una corriente eléctrica a través del electrodo convencional, la reducción del AgCl sólido impulsará la conversión a Ag sólida y la formación de iones de Cl- que genera un flujo de iones o una corriente de iones. Este flujo de corriente iónica puede usarse para modular el potencial de membrana del nervio y, por ejemplo, crear un bloqueo de la conducción nerviosa. El potencial de membrana puede modularse de tal manera que el potencial se aumenta lo suficientemente despacio para evitar la generación de potencial de acción a medida que se despolariza el tejido nervioso. Al invertir la corriente eléctrica, la oxidación de la Ag formada anteriormente u otra Ag en el electrodo de Ag/AgCl se oxidará para generar depósitos de AgCl sobre el electrodo, impulsando la corriente de iones en la dirección opuesta. Debido a la solubilidad extremadamente baja de Ag y AgCl en solución salina, el electrodo permanece mecánicamente intacto durante el suministro de corriente directo e inverso. En combinación, las reacciones de reducción-oxidación crean una EICCC completamente reversible. Para mantener la reacción de reducciónoxidación preferida entre Ag y AgCl (u otros materiales de electrodo), la cantidad, por ejemplo, masa, volumen, densidad u otro parámetro del AgCl en el electrodo puede mantenerse dentro del 5 % - 95 %, el 10 % - 90 %, el 20 % - 80 %, el 25 % - 75 %, el 30 % - 70 % de su masa de partida original en el electrodo para asegurar que el AgCl nunca se agote o sature, lo que permite que se produzcan otras reacciones perjudiciales en el electrodo. En algunas realizaciones, la cantidad del electrodo puede mantenerse a al menos aproximadamente, o no más de aproximadamente, el 5 %, el 10 %, el 15 %, el 20 %, el 25 %, el 30 %, el 35 %, el 40 %, el 45 %, el 50 g%, el 55 %, el 60 %, el 65 %, el 70 %, el 75 %, el 80 %, el 85 %, el 90 %, el 95 %, el 100 %, o intervalos de entre aproximadamente cualesquiera dos de los valores anteriores. Dicho de otro modo, el electrodo es reversible y puede restablecerse a su estado original o sustancialmente casi original. Para generar más área superficial para que se produzcan las reacciones electroquímicas, los electrodos tradicionales pueden fabricarse de estructuras de alta área superficial con respecto a volumen tales como superficies rugosas, superficies tejidas, superficies con patrón, superficies de espuma reticuladas, estructuras de perlas sinterizadas porosas, estructuras con nano o micropatrones para exponer área superficial del material adicional. Los electrodos de química de alta carga pueden ser biocompatibles, o si no adecuadamente secuestrados a partir del cuerpo. Un material de electrodo de alta área superficial (por ejemplo Ag/AgCl) en la EICCC puede utilizarse específicamente para disminuir la caída de potencial de electrodo o para reducir el aumento en la caída de potencial de electrodo que puede producirse con un suministro de corriente prolongado. En algunas realizaciones, la corriente de accionamiento la EICCC puede ser de entre aproximadamente 0 mA y aproximadamente 1 mA, entre aproximadamente 1 mA y aproximadamente 2 mA, entre aproximadamente 2 mA y aproximadamente 4 mA, entre aproximadamente 4 mA y aproximadamente 8 mA, mayor que aproximadamente 8 mA, aproximadamente 0,5 mA, 1 mA, 2 mA, 3 mA, 4 mA, 5 mA, 6 mA, 7 mA, 8 mA, 9 mA, 10 mA, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores. En algunas realizaciones, esta corriente de accionamiento luego se usa para generar una correspondiente corriente iónica de similar magnitud, dependiendo de las reacciones electroquímicas específicas.

Otra realización de la EICCC puede comprender un material tal como tántalo o nitruro de titanio para generar una superficie de contacto de electrodo tradicional capacitiva en lugar de una superficie de contacto en la que se produce una reacción electroquímica. Los óxidos conductores transparentes (TCO) tal como óxido de estaño dopado con flúor (FTO), dióxido de níquel-titanio (Ni/TiO²), y otros constructos de dióxido de titanio (TiO²) también son materiales candidatos que tienen altas capacidades de portar carga. En esta configuración, la generación de carga en la superficie del electrodo tradicional atraería especies iónicas del material iónicamente conductor hasta que se pasiva la carga en la superficie de contacto de electrodo tradicional. La carga del material capacitivo con una corriente eléctrica de una polaridad puede generar un flujo de corriente en forma de iones. Invertir la polaridad del flujo de corriente al material capacitivo puede ponerse a cero de manera eficaz el sistema para una carga posterior para generar un flujo de corriente iónica adicional. Para generar más área superficial para que se produzca una capacidad de flujo de corriente de iones aumentada, los electrodos tradicionales pueden fabricarse de estructuras de alta área superficial con respecto a volumen tales como superficies rugosas, superficies de espuma reticuladas, estructuras de perlas sinterizadas porosas, estructuras con nano o micropatrones para exponer área superficial del material adicional. En una realización, esta estructura capacitiva está en contacto por comunicación de fluido con una disolución de electrolito que está en contacto con un hidrogel saturado en electrolito en contacto con el tejido nervioso diana para permitir el flujo de corriente de iones al tejido.

En una realización adicional de la EICCC, puede usarse una combinación de mecanismos tanto electroquímico como capacitivo para convertir la corriente en forma de electrones en corriente en forma de iones.

Para suministrar corriente iónica al nervio para facilitar un bloqueo, el electrodo tradicional puede conectarse a través de una conexión conductora a una o más fuentes de corriente. Una única superficie de contacto de nervioelectrodo puede proporcionar un bloqueo de nervios cuando se aplica corriente en una polaridad a la EICCC (fase de bloqueo). Cuando la polaridad de corriente se invierte para devolver el electrodo a su estado original (que puede ser una fase de no bloqueo o también una fase de bloqueo), el nervio puede o no seguir bloqueando el paso del estímulo nervioso a lo largo del nervio. Si el nervio se ha puesto en un estado de hipersupresión, el nervio continuará impidiendo la propagación de AP y bloqueando el dolor independientemente del estado de fase del electrodo. Fridman y Santina han descrito un medio para permitir un bloqueo continuo cuando se invierte la polaridad de corriente a medida que se acciona mediante una corriente alterna (CA) usando una serie de válvulas para dirigir la dirección de flujo de corriente (Fridman y Santina, Safe Direct Current Stimulation to Expand Capabilities of Neural Prostheses, IEEE Transaction of Neural Systems and Rehabilitation Engineering, marzo de 201321(2):319-328; Fridman y Santina, Safe Direct Current Stimulator 2: Concept and Design, Conf Proc IEEE Eng Med Bio Soc, 2013: 3126-3129). Sin embargo, en algunos casos es deseable tener un sistema más simple que no requiera el uso de válvulas que presentan puntos de falla adicionales y añadir volumen a un sistema implantable. Un sistema más simple y robusto puede estar configurado sin válvulas y tales partes móviles usando múltiples EICCC para proporcionar la estimulación constante del propio tejido nervioso. En una realización para proporcionar el bloqueo continuo, están presentes dos superficies de contacto de nervioelectrodo y están conectadas a una o más fuentes de corriente. La primera EICCC de superficie de contacto de nervio-electrodo se hace funcionar con la corriente en una polaridad para accionar un bloqueo mientras que la segunda EICCC de superficie de contacto de nervio-electrodo se hace funcionar con la polaridad opuesta. Después de un periodo de tiempo, se invierten las polaridades de corriente de las EICCC primera y segunda y la segunda superficie de contacto de nervio-electrodo proporciona un bloqueo mientras que se invierte el estado de la primera EICCC de superficie de contacto de nervio-electrodo a su estado anterior. Mediante funcionamiento cíclico de las corrientes del electrodo de EICCC doble, puede mantenerse un bloqueo continuo en el nervio diana. Tal como puede apreciarse, pueden usarse más de dos, tal como 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, o más EICCC para facilitar el mismo bloqueo continuo. También pueden hacerse funcionar electrodos en configuraciones o bien monopolares o bien bipolares. En algunas realizaciones, el sistema EICCC está configurado para no tener ninguna parte mecánicamente móvil tales como válvulas o bisagras.

Alternativamente, puede suprimirse la actividad nerviosa lo que significa que la actividad nerviosa permanece bloqueada incluso después de retirar o suspender la corriente de bloqueo. El nervio puede ponerse adicionalmente en un estado de hipersupresión en el que el nervio permanece bloqueado sin reversibilidad rápida después del cese del suministro de CC. La modulación de la corriente inicial suministrada al tejido nervioso incluyendo la velocidad de variación en rampa, amplitud de corriente, suministro de carga total y conformación de forma de onda puede usarse para poner el nervio en un estado de supresión. Durante el estado de supresión, puede devolverse la EICCC a su estado inicial invirtiendo la polaridad de corriente usada para generar el bloqueo inicial y el estado de supresión. Durante el periodo de flujo de corriente inverso, el nervio puede permanecer en un estado de hipersupresión. En otra configuración, la EICCC puede suministrar entradas de corriente de bloqueo posteriores que extienden la duración de la supresión, con periodos sin suministro de corriente, o de corriente de inversión entre dosis de corriente de bloqueo. El tejido nervioso puede permanecer en un estado de hipersupresión durante los periodos de entrada de corriente de no bloqueo. En otra configuración, la EICCC puede estar configurada para suministrar entradas de corriente posteriores según una planificación. En algunas realizaciones, la forma de onda de bloqueo con CC puede tener una amplitud de entre 0 - 250 microamperios, 250 - 500 microamperios, 500 - 1000 microamperios, 1000 - 1500 microamperios, o 2000 microamperios, o mayor, o aproximadamente, al menos aproximadamente, o no más de aproximadamente 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.700, 1800, 1.900, 2000 microamperios o más, u otros intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente. Poner un nervio en un estado hipersupresión puede facilitarse en algunas realizaciones suministrando una carga de 10 - 50 miliculombios, 50 - 100 miliculombios, 100 - 500 miliculombios, 500 - 1000 miliculombios, o 1000 miliculombios o mayor, o aproximadamente, al menos aproximadamente, o no más de aproximadamente 10, 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000 o más miliculombios, u otros intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente, y dependiendo del tamaño del nervio y la duración de hipersupresión deseada. La duración de corriente y amplitud de bloqueo con CC pueden ajustarse para permitir la hipersupresión en el intervalo de, por ejemplo, 0 - 0,5 veces la duración del bloqueo con CC inicial, 0,5 - 1 veces la duración del bloqueo con CC inicial, 1 - 1,5 veces la duración del bloqueo con CC inicial, 1,5- 2 veces la duración del bloqueo con CC inicial, y mayor de 2 veces la duración del bloqueo con CC inicial, o aproximadamente, al menos aproximadamente, o no más de aproximadamente 0,1x, 0,2x, 0,3x, 0,4x, 0,5x, 0,6x, 0,7x, 0,8x, 0,9x, 1x, 1,1x, 1,2x, 1,3x, 1,4x, 1,5x, 1,6x, 1,7x, 1,8x, 1,9x, 2x, 2,5x, 3x, 4x, 5x, o más en relación con la duración del bloqueo con CC inicial, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente.

La detección del estado local de y proximal al tejido nervioso también puede proporcionar una medida útil para determinar cuándo proporcionar entradas de corriente para extender la supresión del nervio, así como proporcionar un bucle de retroalimentación para el suministro de corriente inicial para generar el bloqueo de nervios inicial modulando el potencial nervioso de modo que no pueda transmitir potenciales de acción. En una realización, la capacidad del nervio para conducir potenciales de acción se monitoriza de modo que a medida que se suministra la corriente continua al tejido nervioso, el suministro de corriente continua puede mantenerse para asegurar que se mantenga el bloqueo de nervios, por ejemplo. La capacidad de conducción nerviosa puede monitorizarse mediante cualquier medida adecuada tal como suministrar un impulso de estímulo y medir la señal del potencial de acción compuesta.

En algunas realizaciones, la detección es en forma de un electrodo de referencia para medir diferencias de potencial en relación con los dos electrodos por las que pasa la corriente activa. En algunas realizaciones, la corriente activa se modula en respuesta a uno o más potenciales de electrodo medidos en relación con el electrodo de referencia. En algunas realizaciones, la corriente activa se modula cuando el potencial de electrodo medido indica que las reacciones electroquímicas no deseadas pueden producirse en unos o más electrodos activos. Por ejemplo, la corriente activa puede reducirse o cesarse tras la medición de un potencial de electrodo activo que indica que se está produciendo la electrólisis del agua o es posible. La EICCC puede hacerse funcionar con una entrada de corriente continua o aplicando una diferencia de potencial entre el electrodo de trabajo y un electro auxiliar o contraelectrodo. En algunas realizaciones, un electrodo de referencia puede ubicarse dentro de la EICCC o en el extremo distal de la EICCC proximal al tejido nervioso.

La figura 1A muestra una realización de un electrodo 100 de EICCC en el que un electrodo 104 se sumerge en una disolución 102 de electrolito que está en contacto con una superficie 107 de contacto de material conductor de iones-disolución de electrolito con un material 106 conductor de iones tal como un fluido, hidrogel, gel u otro polímero que está en contacto eléctrico con el tejido nervioso N o una zona proximal al tejido nervioso N. El electrodo 100 de EICCC también comprende una envolvente 108 eléctricamente aislada biocompatible que aloja un electrodo 104 tradicional, un electrolito 102 y un material 106 conductor de iones biocompatible con una abertura (cerca de 110) para permitir el contacto eléctrico con el nervio N o una zona proximal al tejido nervioso N. El sistema comprende además una conexión 112 de suministro de corriente entre la fuente 114 de corriente y el electrodo 104. La fuente 114 de corriente puede ubicarse de manera externa o interna al cuerpo dependiendo de la necesidad de aplicación. Una realización no limitativa a modo de ejemplo de la EICCC 100 comprende un electrodo de plata-cloruro de plata (Ag/AgCl) en una solución salina al 0,9 % en contacto por comunicación de fluido con un hidrogel saturado con electrolito (preparación de agar con solución salina al 0,9 %).

Con un electrodo de Ag/AgCl usado para generar corriente a través de la reducción del AgCl en el electrodo en una solución salina (NaCl), puede lograrse una reacción electroquímica sostenible y reversible para convertir corriente en forma de electrones en corriente en forma de iones. Tal como se observa en la región 1 de la figura 1B, impulsando una corriente constante desde la fuente de corriente, la masa del electrodo de AgCl disminuirá desde la masa m2 hasta la masa m1 durante una corriente catódica (reacción de reducción) y luego aumentará tal como se observa en la región 2 desde la masa m1 de vuelta a la masa m2 con una corriente anódica durante una reacción oxidativa. Además, puede apreciarse que limitando la masa máxima del AgCl a m2 de modo que la masa de Ag sin reaccionar es mayor de cero ayuda a impedir que la reacción de Ag/AgCl agote la Ag disponible para la reacción electroquímica y proporciona un factor de seguridad de reserva en el caso de suministro de corriente en exceso similar a mantener m1 por encima de cero. En la región 3, la polaridad de corriente se invierte de nuevo para que coincida con la de la región 1. Al no agotarse la masa de AgCl a cero, la reacción preferida entre la conversión de AgCl sólida a Ag sólida con generación de iones de cloro y viceversa:

AgCl(s) e- o Ag(s) Cl-

Debido a la electrólisis o hidrólisis del agua se produce un potencial de reducción mayor que AgCl, se preferirá la disolución de AgCl que impide reacciones no deseadas y la generación de OH-, H+ o radicales libres de oxígeno en la EICCC. Es notable además que el valor absoluto del área entre la amplitud de corriente y el eje x (tiempo) pueda usarse para definir la carga total suministrada (o retirada) del electrodo para permitir la determinación o predicción y/o control de la masa de AgCl del electrodo. Se apreciará que las conformaciones de forma de onda de corriente en las diferentes regiones no necesitan ser ondas perfectamente cuadradas, pero pueden incluir pendientes finitas que varían en rampa desde amplitud cero hasta su amplitud máxima final, así como desde su amplitud de forma de onda máxima de vuelta a corriente cero. Las formas de onda también pueden ser en un patrón no lineal y pueden variar entre regiones. En una realización preferida, la carga total suministrada en la región 1 es equivalente a la carga total retirada en la región 2. Dicho de otro modo, la magnitud del área debajo de la forma de onda de corriente en la región 1 es la misma que la de la región 2. También pueden estar separadas en el tiempo diferentes regiones por un periodo de corriente cero (no mostrada) en el que se conserva la masa del electrodo de AgCl mientras no se suministra corriente. Sin limitarse a la teoría, el sistema de platacloruro de plata ofrece varios posibles beneficios sobre otras reacciones electroquímicas. Por ejemplo, el potencial estándar de la reacción de plata-cloruro de plata es de aproximadamente 0,22 V, que es ventajosamente muy por debajo de la tensión a la que se produce la electrólisis. La electrólisis puede producirse cuando la magnitud de potencial o tensión usado para impulsar la reacción supera aproximadamente 1,23 voltios referenciado contra el electrodo estándar de hidrógeno. La electrólisis del agua puede detectarse a través de uno o más sensores, y cesar o modular (aumentar o disminuir) el suministro de corriente y/o la tensión de accionamiento si la electrólisis se detecta en algunos casos. En algunos casos, los sensores también pueden detectar si la reacción de plata-cloruro de plata se produce de manera exclusiva, sustancialmente de manera exclusiva, o de manera predominante en lugar de la electrólisis, hidrólisis, o una reacción redox del agua, por ejemplo. Además, la cantidad de carga que puede suministrarse mediante un sistema de este tipo no está limitada por las reacciones de área superficial tales como en el caso de electrodos de platino que forman una monocapa de hidruro de platino sobre la superficie del electrodo antes de que se agote el platino disponible para la reacción, lo que conduce a otros productos posiblemente dañinos que se forman si se continua impulsando la reacción. En cambio, en un entorno acuoso cuando se reduce el cloruro de plata, forma plata sólida y libera un ion cloruro a la disolución y viceversa. La reacción en cada dirección está solo limitada por la cantidad de reactante disponible, entonces la reacción está en efecto limitada por el volumen total de reactante disponible en comparación con estar limitada al área superficial. Como tal, la reacción puede utilizar una cantidad de reactante mayor que la del área superficial inicial sin reaccionar del electrodo, tal como aproximadamente o al menos aproximadamente el 110 %, el 120 %, el 130 %, el 140 %, el 150 %, el 160 %, el 170 %, el 180 %, el 190 %, el 200 %, el 250 %, el 300 %, el 500 %, el 1.000 %, el 5.000 %, el 10.000 %, el 25.000 %, el 50.000 %, el 100.000 %, el 500.000 %, el 1.000.000 %, el 2.500.000 %, el 5.000.000 %, el 10.000.000 %, el 25.000.000 %, el 50.000.000 %, el 100.000.000 %, el 250.000.000 %, el 500.000.000 %, el 1.000.000.000 %, o más del área superficial inicial total sin reaccionar del electrodo, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente y dependiendo del volumen de plata utilizado. Por tanto, sustancialmente más, y en algunos casos ordenes de magnitud más carga puede suministrarse ventajosamente al tejido corporal mientras se mantiene por debajo del umbral de electrólisis. Por ejemplo, un electrodo de platino o platino-iridio podría suministrar 5 microculombios por impulso en un impulso de 5 mA durante 1 milisegundo. Con una realización tal como se da a conocer en el presente documento, puede ser posible lograr aproximadamente o al menos aproximadamente 1.000x, 5.000x, 10.000x, 50.000x, 100.000x, o más veces esta carga usando un suministro de CC en forma de un impulso de 5 mA con 10 segundos de duración. Esto puede lograrse, por ejemplo, creando un recubrimiento de 1 micrómetro de AgCl sobre un electrodo de geometría nominal de 3,5 mm de longitud (o entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 10 mm de longitud, entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 5 mm de longitud, o entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 4 mm de longitud) y 1,4 mm de diámetro (o entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 5 mm de diámetro, entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 3 mm de diámetro, o entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 2 mm de diámetro) comparable a los electrodos de platino existentes. Un experto en la técnica apreciará que dependiendo de la configuración y el depósito de cloruro de plata disponible, la cantidad de carga suministrada puede aumentar en 10.000x, 100.000x, 1.000.000x, 10.000.000x, 100.000.000x o más, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente, en comparación con la que puede lograrse usando un electrodo de platino convencional. Por tanto, el complejo de plata-cloruro de plata puede situarse especialmente para su uso en entornos corporales porque la química de reacción implica iones cloruro que son unos de los iones más fácilmente disponibles en y alrededor del tejido corporal.

La figura 1C muestra cómo la corriente que se suministra a la celda de electrodo (EICCC) (parte superior) puede asociarse con la carga suministrada a la superficie de contacto de celda de electrodo-nervio (parte central) para proporcionar el bloqueo de nervios (parte inferior) mientras que permite la transferencia de carga neta cero con largas fases de carga. En la fase 1, puede suministrarse carga a la celda de electrodo con una polaridad dada y velocidad de variación en rampa (R1) constante o variable para proporcionar luego una corriente (C1) constante o variable con una variación en rampa (R2) constante o variable posterior de vuelta a la corriente cero. La fase 1 puede ser, por ejemplo, de una duración de hasta 1 segundo, 1 minuto, 1 hora, 1 día, 1 mes o 1 año, o más. En algunas realizaciones, la corriente promedio de la fase 1 no es cero, pero la corriente instantánea a veces puede ser cero. En algunas realizaciones, la fase 1 es o bien catódica o bien anódica pero no ambas. La fase inicial, fase 1, puede estar seguida por un intervalo de interfase (intervalo 1) entre las fases catódica y anódica que es mayor de o igual a cero segundos. Posteriormente a este intervalo, puede aplicarse una segunda fase de suministro de corriente (fase 2) que puede ser de una duración de hasta 1 segundo, 1 minuto, 1 hora, 1 día, 1 mes o 1 año, o más. Esta segunda fase es de polaridad opuesta a la fase 1 donde la corriente promedio no es cero, pero la corriente instantánea a veces puede ser cero. En la fase 2, puede suministrarse carga a la celda de electrodo con una polaridad dada y una velocidad de variación en rampa (R3) constante o variable para proporcionar luego una corriente (C2) constante o variable con una variación en rampa (R4) constante o variable posterior de vuelta a corriente cero. Esta fase 2 puede estar seguida luego por otro intervalo de interfase (intervalo 2) que es mayor de o igual a cero segundos. La forma de onda en la figura 1C puede repetirse con parámetros de amplitud y duración idénticos a o diferentes de la forma de onda previa mediante lo cual la forma de onda puede programarse o ajustarse por un médico y/o paciente y/o cuidador y/o sistema de control. Los ajustes pueden incluir ajustar las corrientes en la fase 1 y fase 2 de modo que las corrientes se aumentan y/o disminuyen en rampa, así como ajustar las duraciones de las fases t1 - t0 y t3 - t2, respectivamente. También pueden ajustarse los intervalos de interfase de modo que sus duraciones t2 - t1 y t4 - t3 se alargan o acortan. Cualquier periodo de suministro o interfase podría ser, por ejemplo, al menos de aproximadamente, aproximadamente, o no más de aproximadamente 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 ó 55 segundos; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 30, 60, 120 minutos; 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16, 18 ó 24 horas; 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 21, 28, 30, 45, 60, 75, 90, o más días; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 18, 24 o más meses; o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente.

En la superficie de contacto del nervio, la corriente suministrada a la celda de electrodo puede generar un aumento en la carga (positiva o negativa) suministrada a la superficie de contacto del nervio tal como se muestra y puede ser lineal tal como se muestra o aumentar generalmente de una manera lineal o no lineal en la fase 1. La carga neta suministrada permanece aproximadamente constante durante la fase de lapso o intervalo 1, luego vuelve a cero durante la fase 2. Inicialmente, el periodo de bloqueo de nervios (parte inferior de la figura 1C) se inicia en algún momento durante el comienzo de la fase 1 y el bloqueo de nervios permanecerá activo (línea continua) mientras se suministra la carga a la superficie de contacto del nervio. Sin embargo, la supresión del nervio tal como se define mediante el bloqueo de nervios continuado después de la retirada del suministro de corriente a la celda de electrodo puede continuar después de que se detiene el suministro de corriente al nervio y puede persistir en el periodo del intervalo 1 (ii), extender en la fase 2 (iii) independientemente de la corriente de polaridad opuesta que está suministrándose, o en un intervalo 2 (iv), o más allá (no representado). El ajuste de estos parámetros puede conducir a poner el nervio en un estado de hipersupresión tal como se observa en la figura 1C (ii), (iii), (iv) en el que puede producirse la supresión del nervio durante duraciones mayores de un minuto después de la retirada de suministro de CC.

En la figura 1D se muestran patrones de forma de onda suministrados a una celda de electrodo para facilitar el bloqueo de nervios en la que la corriente suministrada a la celda de electrodo se muestra junto con los periodos de bloqueo de nervios correspondientes incluyendo regiones de hipersupresión en las que el bloqueo de nervios se produce independientemente de la corriente que se suministra al tejido nervioso. El sistema de celdas de electrodo está diseñado de modo que la fase de cátodo y/o ánodo se diseña para poner el tejido neural en un estado de no ser conductor (o parcialmente conductor) después del cese de la corriente durante periodos mayores de un minuto (hipersupresión) después del suministro de corriente. En la figura 1 D(i) se ha suministrado una corriente de electrones a la celda de electrodo para generar una corriente de iones en el tejido neural que facilita un bloqueo de nervios. Después de este suministro de corriente inicial, el tejido neural entra entonces en un estado de hipersupresión por lo cual en ausencia de un suministro de corriente adicional al tejido neural, el nervio no puede conducir señales o no es completamente conductor. El estado suprimido del tejido neural también puede extenderse tal como se muestra en la figura 1D(ii) en la que se suministra una corriente secundaria al tejido neural un periodo de tiempo después de que se ha suministrado la corriente inicial donde el suministro de la corriente de extensión puede producirse hasta un minuto después de suministrarse la corriente inicial o después de periodos de más de un minuto (hipersupresión). Este patrón de extensión de supresión puede repetirse durante un periodo definido de tiempo o indefinidamente con intervalos de longitud constante o variable entre fases de suministro de corriente. Para mantener la celda de electrodo en un estado neutro de carga a lo largo de usos repetidos, puede aplicarse una corriente con polaridad opuesta después de aplicarse la corriente de bloqueo de nervios inicial y haberse puesto el nervio en un estado de hipersupresión (figura 1 D(iii)). Posteriormente, la corriente de la polaridad original puede aplicarse para inducir una extensión de hipersupresión adicional tal como se muestra. De esta manera, el tejido nervioso puede “dosificarse” de manera repetida con una corriente continua segura anódica y/o catódica para mantener el tejido neural en un estado de hipersupresión. La duración de la hipersupresión es mayor en duración que una fase de suministro catódica y/o anódica, lo que permite la inversión completa de carga neta durante la hipersupresión. En estos ejemplos, la duración y/o amplitud de la(s) fase(s) de cátodo y/o ánodo pueden programarse para influir en la duración y completitud del bloqueo de nervios después de haberse detenido el suministro de corriente.

La figura 1E muestra una realización de una celda 100 de conversión de corriente de electrones en iones (EICCC) que está conectada a una conexión 112 eléctricamente aislada a una fuente 114 de corriente. La EICCC 100 comprende un material (por ejemplo, metal, carbono, etc.) de electrodo 104 tradicional (electrodo) conectado a un material iónicamente conductor (conductor 106 de iones) que luego interconecta con el tejido nervioso N, o tejido en la proximidad del tejido nervioso. En algunas realizaciones, la superficie de contacto puede estar dentro de aproximadamente 3 cm, 2,5 cm, 2 cm, 1,5 cm, 1 cm, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,1 mm, o menos en la proximidad del tejido nervioso. Un experto en la técnica apreciará que el electrodo 104 convencional y el material 106 iónicamente conductor pueden unirse en una multitud de maneras tales como el tope mostrado o de una manera de enclavamiento y similares. El electrodo 104 puede insertarse dentro del conductor 106 de iones o viceversa. Tal como se muestra en la figura 1F, en una configuración cuando la corriente de electrones es de una polaridad tal como se designa mediante el eje positivo, el bloqueo de nervios se muestra que es activo y cuando se invierte la polaridad de la corriente tal como se designa mediante el eje negativo, el bloqueo de nervios se muestra que es inactivo. Debe apreciarse que en el caso en el que se aplica la corriente de bloqueo inicial al nervio N de tal manera para inducir un estado de hipersupresión, el nervio N puede permanecer bloqueado durante el periodo de inversión de la corriente. Durante el periodo de inversión de la corriente, la EICCC 100 está en una fase de poner a cero en la que se invierte la reacción usada para generar la corriente de iones para llevar los componentes de la EICCC 100 de vuelta a su estado original para la generación de corriente de bloqueo posterior.

La figura 1G muestra una configuración similar a la figura 1E, pero con pantallas 118, 120 de secuestro que separan respectivamente el electrodo 104 tradicional del conductor 106 de iones y el conductor 106 de iones del propio nervio N, o un tejido adyacente al nervio. Un experto habitual en la técnica apreciará que pueden usarse una, dos, o más pantallas o ninguna pantalla, o cualquier combinación de las mismas. Las pantallas 118, 120 están configuradas para permitir de manera selectiva la transferencia de determinados iones entre los respectivos materiales mientras que restringe el movimiento de otros iones cuyo movimiento no se desea, por ejemplo para mantener especies de reacción tales como Cl- cerca del electrodo. Las pantallas 118, 120 pueden estar compuestas por una membrana iónicamente selectiva tal como una membrana de intercambio aniónico que sólo permite pasar aniones a través de la misma. La figura 1H ilustra diagramas de corriente frente a tiempo y estado de bloqueo de nervios frente a tiempo similares a la figura 1F.

La figura 1I muestra una configuración similar a la figura 1G, pero también incluye un sensor 122 de retroalimentación que monitoriza el estado del tejido nervioso N y/o una región proximal al nervio N. En algunas realizaciones, un sensor 122 puede estar ubicado proximal o distal a la superficie de contacto de electrodo-nervio para permitir la medición de un potencial de acción compuesto local para proporcionar retroalimentación a la fuente 114 de corriente y la EICCC 210 para permitir modular la corriente de electrodo y el potencial de electrodo de la superficie de contacto del nervio para mantener la hipersupresión. En algunas realizaciones, el sensor 122 puede medir señales de tensión de tejido nervioso y usar esa información como retroalimentación para modular la corriente y el potencial eléctrico generado en la superficie de contacto del nervio. En algunas realizaciones, el potencial eléctrico se modula de modo que las células nerviosas se mantienen en un estado de despolarización en el que los potenciales de acción no pueden propagarse a lo largo de las células nerviosas. En algunas realizaciones, el sensor 122 comprende un electrodo de referencia mediante el cual puede monitorizarse la diferencia de potencial entre uno o más electrodos 104 de trabajo y el electrodo de referencia y usarse como retroalimentación a la fuente 114 de corriente para asegurar un intervalo de funcionamiento apropiado de la EICCC 210. El envase implantable puede contener un electrodo de referencia o contraelectrodo integrado. La figura 1J ilustra diagramas de corriente frente a tiempo y estado de bloqueo de nervios frente a tiempo similares a la figura 1H.

La figura 2A muestra un sistema de electrodo doble en el que las dos EICCC 220A, 220B interconectan con un nervio N o un tejido adyacente al nervio. Los dos electrodos 220A, 220B se accionan con corrientes de polaridades opuestas en función del tiempo de modo que cuando uno está en una fase activa de bloqueo, el otro está es una fase inactiva de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se ha invertido de nuevo la polaridad de corriente tal como se muestra en la figura 2B. Con esta configuración, puede mantenerse un bloqueo constante a lo largo del nervio N. Debe apreciarse que en el caso en el que se aplica una corriente de bloqueo al nervio N de tal manera para inducir un estado de hipersupresión, el bloqueo de nervios puede permanecer activo durante el periodo de inversión de corriente de los electrodos 220A, 220B. Un experto en la técnica apreciará que las corrientes de accionamiento para los dos electrodos 220A, 220B pueden separarse en el tiempo durante el cual ninguna corriente está accionando uno o ambos electrodos 220A, 220B y que durante este periodo puede mantenerse el bloqueo si el nervio N está en un estado de supresión. De manera similar, las corrientes de accionamiento pueden ser de diferentes duraciones dependientes de los propios electrodos 220A, 220B y cualquier tiempo de recuperación del nervio N durante el que la señal permanece bloqueada mientras que no se aplica corriente de bloqueo. Los electrodos 220A, 220B pueden estar orientados tal como se muestra en serie axialmente a lo largo de un nervio N u orientados en lados opuestos al propio tejido nervioso.

Las figuras 3A-B muestran una realización en la que los electrodos 104A, 104B tradicionales dobles interconectan con un nervio N, pero se accionan a partir de una fuente de corriente a través de conexiones 112 eléctricamente aisladas con corrientes de polaridades opuestas de modo que cuando uno está en una fase de bloqueo, el otro está en una fase de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se invierte de nuevo la polaridad de corriente. Con esta configuración, puede mantenerse un bloqueo constante a lo largo del nervio. Los electrodos 104A, 104B pueden estar orientados tal como se muestra en serie a lo largo de un nervio N u orientados en lados opuestos al propio tejido nervioso.

Las figuras 3C-D muestran una realización en la que las EICCC 230A, 230B dobles interconectan con un nervio N, pero se accionan con corrientes de polaridades opuestas de modo que cuando una está en una fase de bloqueo, la otra está en una fase de no bloqueo que pone a cero el electrodo para el bloqueo una vez que se invierte de nuevo la polaridad de corriente. Con esta configuración, puede mantenerse un bloqueo constante a lo largo del nervio N tal como se ilustra en la figura 3D. Los electrodos 230A, 230B interconectan con el nervio N a través de pantallas que secuestran subproductos perjudiciales de reacciones electroquímicas peligrosas para proteger el nervio N. Las pantallas pueden incluir una membrana iónicamente selectiva tal como una membrana de intercambio aniónico que permite sólo, por ejemplo, pasar aniones a través de la misma (pero no cationes).

La figura 4A muestra una realización de un electrodo de EICCC 240 en el que un electrodo 104 se sumerge en una disolución 102 de electrolito que está en contacto por comunicación de fluido con un material 106 conductor de iones tal como un hidrogel, un gel u otro polímero que está en contacto eléctrico con el tejido nervioso N o una zona proximal al tejido nervioso. El electrodo de EICCC 240 también comprende una envolvente 108 eléctricamente aislada que aloja el electrodo 104 tradicional, el electrolito 102, el material 106 conductor de iones con una abertura (cerca de 110) para permitir el contacto eléctrico con el nervio o una zona proximal al tejido nervioso. La superficie 107 de contacto de electrolito-hidrogel puede mediarse alternativamente mediante una pantalla selectiva de iones o un polímero conductor de iones para secuestrar subproductos de cualquier reacción electroquímica hacia la región acuosa de la célula. El sistema comprende además opcionalmente una conexión 112 de suministro de corriente entre la fuente 114 de corriente y el electrodo 104. La fuente 114 de corriente puede estar ubicada de manera externa o interna al cuerpo dependiendo de la necesidad de aplicación. Una realización a modo de ejemplo de la EICCC 240 comprende un electrodo de plata, cloruro de plata (Ag/AgCl) en una solución salina al 0,9 % en contacto por comunicación de fluido con un hidrogel saturado con electrolito (preparación de agar con solución salina al 0,9 %). En otros ejemplos, el material de electrodo puede comprender metal, carbono, materiales poliméricos conductores y puede estar configurado en una configuración de alta área superficial con respecto a volumen que puede incluir configuraciones tales como configuraciones de espuma de celda abierta, configuraciones de partículas sinterizadas, configuraciones dendríticas o similares.

La figura 4B muestra un sistema 250 similar al mostrado en la figura 4A con la adición de un electrodo 111 de referencia en la proximidad del electrodo 104 (electrodo de trabajo) para monitorizar la caída de tensión a través del electrodo 104 de trabajo con fines de monitorización de la EICCC. Por ejemplo, para asegurar que el electrodo 104 se está accionando en las condiciones deseadas para asegurar que se producen reacciones electroquímicas apropiadas.

La figura 4C muestra un sistema 260 similar al mostrado en la figura 4A con la adición de un electrodo 111 de referencia en la proximidad de la superficie de contacto del tejido nervioso para monitorizar la caída de tensión a través de la EICCC 260 al tejido nervioso con fines de monitorización de la EICCC. Por ejemplo, para asegurar que el electrodo 104 se está accionando en las condiciones deseadas para asegurar que se producen reacciones electroquímicas apropiadas.

Las figuras 4D-F muestran una realización de una conexión 212 de electrodo configurada para enchufarse y extenderse desde una fuente de corriente (no mostrada, cerca del extremo 213) que puede tomar la forma de IPG (generadores de impulsos implantables) convencionales. La figura 4F es una vista en primer plano de 4E-4E de la figura 4D. La figura 4F es una vista en primer plano de 4F-4F en la figura 4D. Esta configuración podría ser similar a la mostrada en la figura 4A excepto que se retira el hidrogel de la superficie de contacto del nervio mostrado en la figura 4A y la superficie de contacto del tejido nervioso comprende una pantalla o frita 404 porosa que contiene la disolución de electrolito pero permite pasar iones al entorno del tejido nervioso. Un conector 213 a la fuente de corriente se muestra con una porción eléctricamente conductora de la conexión 213 de electrodo que se extiende de manera distal desde el conector 213 a la EICCC 400 que acopla la corriente de electrones a una corriente iónica a través de reacciones electroquímicas. El electrodo 402 en espiral convierte corriente eléctrica en corriente iónica en la EICCC 400 que luego se transmite hacia la porción distal de la conexión que puede posicionarse en la proximidad del tejido nervioso diana. El contacto con el entorno del tejido nervioso se produce a través de la corriente iónica que sale de la pantalla/frita 404 porosa que puede manipular el entorno del nervio.

La figura 4G muestra una realización esquemática de una EICCC integrada dentro de una envolvente 410 herméticamente cerrada que contiene la fuente 412 de corriente, la batería 414 o la fuente de alimentación, y el controlador 416 para accionar la EICCC 280. La EICCC 280 está conectada directamente a la fuente 412 de corriente tal como se ilustra y comprende una conexión 418 desde la fuente 412 de corriente y un electrodo 420 sumergido en una disolución 429 de electrolito que está en contacto por comunicación de fluido con un material 422 conductor de iones tal como un hidrogel que a su vez está en contacto con el tejido nervioso N que va a bloquearse. En esta realización, el elemento 420 de electrodo de la EICCC 280 está ubicado relativamente proximal a la fuente 412 de corriente mientras que la conexión de contacto con el nervio está ubicada de manera relativamente más distal desde la fuente 412 de corriente y se extiende a la ubicación del nervio N. También se ilustra el conducto 430 conductor de iones (por ejemplo, conector de hidrogel), los elementos 432 conectores, la envolvente 420 aislada y la conexión 428 de electrodo conductora de iones.

Las figuras 5A-B muestran una realización de una configuración 500 de electrodo en la que están alojados dos contactos de electrodo dentro de la misma envolvente 504 eléctricamente aislada. Los electrodos 502A, 502B están en contacto iónico con almohadillas 512/materiales 510 conductores de iones que interconectan con el tejido nervioso N y/o una zona proximal al nervio. Cada electrodo 502A, 502B está en comunicación eléctrica a través de su propia conexión 506 conductora que se acciona mediante la fuente 508 de corriente. Los electrodos 502A, 502B internos pueden accionarse en funcionamiento cíclico con polaridades de corriente opuestas para proporcionar un bloqueo de nervios constante. La fuente 508 de corriente puede estar configurada para ser implantable dentro del cuerpo de modo que cualesquiera conexiones 506 y electrodos 502A, 502B están también completamente contenidos dentro del cuerpo. Alternativamente, la fuente 508 de corriente puede estar configurada para permanecer fuera del cuerpo y puede conectarse a través de conexiones por cable o inalámbricas en esta u otras realizaciones.

En algunas realizaciones, un sistema está configurado para el bloqueo de nervios en nervios específicos. Uno de tales nervios es la raíz dorsal, y/o el ganglio de la raíz dorsal (DRG) a través del cual pasan señales de dolor (figura 6A). Los ganglios de la raíz dorsal asociados a partir de cada nivel vertebral corresponden a dermatomas específicos en el cuerpo (figura 7), y el bloqueo de las señales de dolor al nivel del DRG puede reducir la sensación de dolor en el dermatoma inervado para ese DRG específico. El acceso al DRG puede facilitarse mediante la introducción inicial de una punta de aguja en el DRG. Puede usarse un estilete u obturador en la aguja para impedir la oclusión de la abertura o el daño tisular inadvertido debido al atrapamiento de tejidos por la abertura de la aguja. La punta de aguja puede ser radiopaca para visualizarse bajo radioscopia u otros medios radiográficos. La retirada del estilete de la aguja también puede producirse para inyectar un agente de contraste para permitir la visualización de las estructuras locales y para confirmar la ubicación de la punta de aguja. También puede aplicarse un agente de bloqueo de nervios de acción corta para confirmar que el cuerpo de ^d R₉ seleccionado como diana cuando se bloquea proporcionará un alivio adecuado del dolor. Tras la confirmación de que la aguja está posicionada de manera apropiada y el cuerpo de DRG es la diana apropiada para el bloqueo de nervios, el estilete puede retirarse si no se ha retirado ya, y puede introducirse a través de la aguja un electrodo de bloqueo que termina en una EICCC con un único o múltiples contactos de superficie de contacto de electrodo-nervio. Tal como se muestra en la figura 6C, puede accederse al DRG con una aguja 600, y la aguja 600 puede usarse para atravesar la duramadre tal como se muestra. Alternativamente, la aguja 600 puede posicionarse justo fuera de la duramadre sin puncionar el tejido. El electrodo introducido puede tener marcadores radiopacos para permitir la visualización bajo radioscopia. El electrodo introducido también puede encerrarse dentro de una cubierta secundaria que impide el despliegue de elementos de anclaje hasta que el extremo distal de la cubierta se retrae desde el extremo distal del electrodo introducido para exponer los elementos de anclaje al tejido. El electrodo encerrado también puede tener características de distensionado tales como espirales o holgura en el cuerpo de electrodo para acomodarse al movimiento corporal que puede desplazar el electrodo sin tales características. Tal como se muestra en la figura 6D y la figura 6E, los contactos 604 de superficie de contacto de electrodo-nervio luego pueden posicionarse en contacto o proximales al DRG y la aguja 600 de introducción puede retraerse para dejar la conexión 602 de electrodo y la superficie 604 de contacto del tejido nervioso en la posición deseada. El extremo proximal del electrodo puede estar conectado a una fuente de corriente para comenzar el bloqueo de nervios y asegurar un posicionamiento apropiado del electrodo. Una vez que se han logrado el posicionamiento apropiado y el bloqueo, la cubierta de electrodo opcional puede retraerse para exponer mecanismos de retención tales como lengüetas o elementos de fricción que impiden el desplazamiento del electrodo de su posición deseada. Opcionalmente, puede aplicar un gel conductor entre el contacto o contactos de electrodo y la superficie de contacto del nervio para mitigar adicionalmente la pérdida de bloqueo de conducción si los contactos de electrodo se mueven en relación con el cuerpo de DRG. En algunas realizaciones, si después del despliegue de los mecanismos de retención debe ajustarse la colocación, la cubierta puede hacerse avanzar para retraer los mecanismos de retención y volver a posicionarse el electrodo antes de volver a desplegar los mecanismos de retención. Una vez que el electrodo se posiciona de manera apropiada, el electrodo puede desconectarse de la fuente de corriente y retirarse la aguja de inserción sobre el electrodo hacia su extremo proximal. Luego puede retirarse la cubierta de una manera similar. Luego puede volver a conectarse la fuente de corriente al conector de conexión para confirmar una colocación apropiada y que no se ha producido un desplazamiento con la aguja de inserción y la retirada de la cubierta. Después de un periodo evaluativo opcional, la fuente de corriente puede implantarse en el cuerpo del paciente y los electrodos y/o conexiones pueden reemplazarse con electrodos permanentes para implantación a largo plazo. La fuente de corriente puede contener además una batería o unidad de almacenamiento de energía y conjunto de circuitos electrónicos que permite que pueda programarse la unidad a partir de una unidad de programación que pueda comunicarse con la fuente de corriente implantada cuando está en la proximidad del sitio del cuerpo cercano al sitio de implantación de la fuente de corriente. La fuente de energía de la fuente de corriente puede ser opcionalmente recargable mediante la unidad de comunicación externa tal como mediante carga inductiva. La figura 6B muestra una realización de un electrodo 100 de bloqueo posicionado a lo largo de un DRG para facilitar el bloqueo de nervios junto con la conexión 112 y la fuente 114 de corriente. Se entiende que el bloqueo de nervios puede incluir la hipersupresión del DRG.

En una realización alternativa, la fuente de corriente puede estar ubicada fuera del cuerpo del paciente permanente o temporalmente para permitir el bloqueo de nervios. Los electrodos también pueden retirarse una vez considerados innecesarios, proporcionando de ese modo un bloqueo de nervios temporal según se desea. El bloqueo de nervios también puede activarse y desactivarse de manera periódica modulando la fuente de corriente tal como se requiera para permitir una sensación durante procedimientos que requieran los comentarios del paciente, por ejemplo.

El bloqueo del DRG en dermatomas específicos puede usarse para localizar una reducción de dolor terapéutica debido a neuralgias, angina de pecho, dolor isquémico y síndrome de dolor regional complejo (CRPS). En el caso de la angina de pecho, se ha implicado que las raíces nerviosas a nivel cervical y espinal C6 y C7 están involucradas con frecuencia en el dolor asociado, y el bloqueo localizado del DRG en uno o ambos de estos niveles (con o sin bloqueo del DRG adicionales en otros niveles) podría usarse para tratar este dolor. (Nakajima et al., Cervical angina: a seemingly still neglected symptom of cervical spine disorder?, Spinal Cord, 200644:509-513.) Por ejemplo, el síndrome de dolor regional complejo (CRPS) está localizado a menudo en un único miembro y generando un bloqueo localizado puede proporcionarse un bloqueo del dolor más específico para la fuente del dolor. Por ejemplo, se ha demostrado que los ganglios de la raíz dorsal lumbar en los niveles L2, L3, L4 pueden reducir el dolor en la rodilla en el lado ipsilateral de la columna vertebral usando técnicas de estimulación convencionales del DRG. (Bussel et al., Successful Treatment of Intractable Complex Regional Pain Syndrome Type I of the Knee With Dorsal Root Ganglion Stimulation: A Case Report, Neuromodulation, enero de 2015 18(1):58-61). El dolor isquémico está localizado con frecuencia particularmente para pacientes con una circulación en los miembros deficiente y puede mitigarse de manera similar seleccionando como diana los niveles del DRG apropiados para el bloqueo.

Tal como se describió anteriormente y se ilustra en las figuras 6A - 6D y la figura 7, puede introducirse un electrodo de EICCC en la proximidad de un DRG para bloquear y/o suprimir el tejido nervioso en el DRG para prevenir que el individuo perciba señales de dolor distales. Además, pueden seleccionarse como diana múltiples ganglios de la raíz dorsal para generar bloqueos unilaterales y bilaterales o para ajustar la cobertura del dolor basándose en la presentación del dolor en el cuerpo. Pueden colocarse electrodos de EICCC en los niveles diana asociados con la presentación de dolor y ajustarse para adaptar el nivel del bloqueo y la cobertura del dolor ajustando la señal de corriente iónica tal como adaptando la amplitud de corriente en cada nivel de DRG seleccionado como diana y en contacto con un electrodo de EICCC. Localizar el bloqueo del dolor en regiones específicas del cuerpo también puede ayudar a conservar una sensibilidad normal en otras regiones del cuerpo de modo que las señales de dolor no estén ausentes y puedan usarse para señalizar una situación adversa y las condiciones ambientales al individuo.

En comparación con la SCS tradicional en la que se colocan electrodos a lo largo de la parte posterior de la médula espinal en el espacio epidural, la colocación de electrodos 800 de estimulación en la proximidad del tracto espinotalámico lateral (tracto LT) (figura 8A) puede aprovechar una EICCC para generar un bloqueo de nervios en el nivel deseado (y/o niveles espinales distales (lejos de la cabeza) a la EICCC puesto que las señales de dolor viajan en la dirección superior) y proporcionar el bloqueo del dolor selectivo dependiendo de la colocación unilateral (izquierda o derecha) o bilateral de electrodos 800. Las conexiones 802 de electrodo pueden colocarse a través de laminotomía (parte central, derecha de la figura 8A) para permitir el acceso al espacio epidural y luego las conexiones 802 de electrodo pueden introducirse y colocarse en la posición a lo largo de aspecto o aspectos laterales de la columna vertebral en el nivel o niveles deseados. Las conexiones 802 también pueden colocarse usando un procedimiento de colocación percutánea con o sin guía radioscópica tal como usando una aguja 808 de Tuohy o similar para introducir la conexión 802 de electrodo en el espacio epidural (figura 8B). Las conexiones 802 pueden dirigirse a lo largo de la columna vertebral dentro del espacio epidural de modo que la conexión 802 está entre regiones de salida del nervio raquídeo y la superficie de contacto del tejido está en la proximidad del tracto espinotalámico lateral tal como se ilustra en las figuras 8C-8E. Tal como se observa en las figuras 8C-8E, la conexión 802 de electrodo se posiciona de manera lateral para asentarse fuera del tracto espinotalámico lateral de modo que el tracto del nervio puede bloquearse con la corriente iónica generada a partir del electrodo. Las conexiones 802 también pueden colocarse de manera bilateral para facilitar el bloqueo bilateral ya que cada tracto espinotalámico lateral porta información del dolor desde el lado contralateral del cuerpo. Luego pueden conectarse las conexiones 802 a una fuente de corriente para activar el bloqueo de nervios a través de la superficie 804 de contacto del tejido para asegurar un posicionamiento y bloqueo de señales apropiados. Luego puede desconectarse la conexión 802 de la fuente de corriente y colocarse un cable de extensión opcional para conectar la conexión 802 a la fuente de corriente implantable. La fuente de corriente puede contener además una batería o unidad de almacenamiento de energía y un conjunto de circuitos electrónicos que permite que pueda programarse la unidad a partir de una unidad de programación que pueda comunicarse con la fuente de corriente implantada cuando está en la proximidad al sitio del cuerpo cercano al sitio de implantación de fuente de corriente. La fuente de energía de fuente de corriente puede ser recargable opcionalmente de manera inalámbrica mediante la unidad de comunicación externa tal como mediante carga inductiva.

En algunas realizaciones, pueden colocarse múltiples conexiones de electrodo tales como se ilustra en la figura 4D, por ejemplo, a lo largo de la médula espinal, seleccionando como diana el tracto espinotalámico tal como se muestra en la figura 8C. Además, los electrodos pueden estar configurados para tener una multitud de regiones de contacto con tejido cuyas salidas pueden ajustarse individualmente para optimizar el bloqueo de nervios de tejido. Una realización de un electrodo de EICCC se muestra en las figuras 10A-10C en la que múltiples superficies 404A, 404B de contacto del tejido están presentes en el electrodo 402 y son direccionables individualmente. La figura 10B es una vista en primer plano de 10B-10B de la figura 10A. La figura 10C es una vista en primer plano de 10C-10C de la figura 10A. En esta realización, un sistema doble de las EICCC 400 están presente y tienen luces paralelas que están asociadas individualmente con cada región de superficie de contacto del tejido nervioso. En la figura 10, la región de superficie de contacto del tejido nervioso y la EICCC asociada se designan mediante etiquetas con letras coincidentes, en este caso A y B. Ajustar la entrada de corriente y la salida correspondiente en el extremo distal del electrodo puede permitir la conformación del campo eléctrico para facilitar el bloqueo de nervios deseado mientras que se minimiza el bloqueo de estructuras no deseadas. Una realización alternativa se muestra en la figura 5 en la que los electrodos individuales también son direccionables individualmente y pueden adaptarse para permitir la generación del bloqueo deseada.

Mediante el uso de estos métodos de colocación de electrodos de bloqueo a lo largo de la columna vertebral para bloquear el tracto espinotalámico y la capacidad de adaptar el campo eléctrico para generar un bloqueo de nervios y/o una supresión, pueden facilitarse dianas específicas para el bloqueo del dolor. Por ejemplo, el dolor en el torso que es moderado por los niveles vertebrales torácicos puede modularse colocando conexiones a lo largo de la columna torácica mientras que el dolor en el cuello puede moderarse proporcionando bloqueo y/o supresión en la columna cervical. El dolor en los miembros superiores puede moderarse proporcionando una combinación de bloqueo y/o supresión a nivel cervical y torácico mientras que el dolor en los miembros inferiores puede moderarse mediante combinación de bloqueo y/o supresión a niveles lumbar y sacro en la columna vertebral.

La generación de bloqueo de dolor puede usarse para facilitar el bloqueo de dolor perioperatorio si se desean control motor y sensaciones de no dolor. Por ejemplo, en el periodo de dilatación y el parto de un hijo, uno de los desafíos en el tratamiento del dolor particularmente con la anestesia epidural es la reducción en la capacidad de ser sensible en la parte inferior del cuerpo. Debido a la naturaleza no específica de la anestesia administrada en el espacio epidural, se ven afectadas las neuronas sensitivas, del dolor y motoneuronas. La anestesia epidural puede conducir a dificultades en la generación de la fuerza de empuje durante el proceso del parto y puede conducir a entumecimiento unas pocas horas después del parto, afectando a las capacidades motoras tales como la capacidad para caminar. En algunos casos, las anestesias epidurales están implicadas adicionalmente en la salud fetal y del recién nacido incluyendo dificultad para la lactancia materna. Mediante el uso de los electrodos de bloqueo descritos anteriormente para seleccionar como diana el tracto espinotalámico y/o los ganglios de la raíz dorsal, puede seleccionarse como diana el dolor no deseado sin generar los efectos secundarios (o reduciendo los efectos secundarios) asociados con las técnicas actuales de anestesia epidural porque sólo se seleccionan como diana los tractos del dolor y no cualquier otro tractor motor o sensitivo. Además, en el caso en el que se suministra corriente iónica al tejido nervioso de una manera de bloqueo reversible, la detención del bloqueo puede permitir que el paciente se restablezca inmediatamente a una sensación de dolor normal si se desea y puede invertirse cualquier bloqueo inespecífico permitiendo un restablecimiento inmediato de la función corporal.

Mas allá de las intervenciones del sistema nervioso central, un bloqueo seguro con corriente continua también puede facilitarse en el sistema nervioso periférico en el que se colocan electrodos de EICCC en contacto con o en la proximidad de nervios periféricos para facilitar el bloqueo. Las dianas de dolor específicas incluyen dolor focal, dolor del miembro fantasma, dolor debido a neuromas y neuralgias. Seleccionar como diana los nervios periféricos de manera proximal (es decir, más cerca de la médula espinal) desde el sitio del dolor para el bloqueo puede suprimir el dolor desde el sitio distal. Específicamente para las neuralgias, puede seleccionarse como diana la neuralgia posherpética (después de zóster) basándose en la presentación del brote epidémico que trazará dermatomas específicos. Para la neuralgia del trigémino, puede seleccionarse como diana el nervio trigémino (y/o el ganglio del trigémino y/o el núcleo del trigémino en el tronco encefálico) para el bloqueo para reducir el dolor que se manifiesta habitualmente como dolor facial. Otra diana es el nervio glosofaríngeo que produce dolor en el cuello y la garganta. La neuralgia en los miembros tales como las manos, los brazos, los pies y las piernas provocada con frecuencia por neuropatías relacionadas con la diabetes también es una posible diana.

Aparte de la reducción del dolor, el bloqueo de nervios y la supresión de la actividad pueden usarse para mejorar la salud cardiovascular de maneras dirigidas específicas. Se ha descubierto que la hipertensión, que está implicada como causa principal de enfermedad cardiovascular, puede moderarse mediante la modulación de los nervios renales para reducir la activación del sistema nervioso simpático. Existen técnicas actuales para denervar o extirpar estos nervios usando una variedad de fuentes de energía tales como ultrasonido y energía de radiofrecuencia. (Krum et al., Catheter-based renal sympathetic denervation for resistant hipertension: a multicentre safety and proof-of-principle cohort study. The Lancet. 2009 373(9671):1275-1281. Solicitud de patente estadounidense: 2012/0016226). Usando las herramientas descritas en el presente documento, puede usarse el bloqueo de nervios selectivo para facilitar la reducción de la actividad en los nervios renales y los sistemas nerviosos simpáticos para facilitar la reducción de la hipertensión. Tal como se muestra en la figura 11, las conexiones 1100A, 1100B de electrodos de bloqueo están en contacto con los nervios renales para facilitar un bloqueo o supresión. También se ilustra sistemáticamente la EICCC 1104 conectada de manera abierta en 1106 a la fuente de corriente (no mostrada). El contacto también puede estar configurado en un formato de manguito para rodear la arteria renal y proporcionar una corriente continua circunferencial al perímetro exterior de la arteria renal y bloquear el tejido nervioso que rodea la arteria. La corriente de bloqueo suministrada también puede ajustarse para adaptarse a la respuesta fisiológica individual al bloqueo del nervio simpático que no puede realizarse actualmente con métodos destructivos como la extirpación.

La insuficiencia cardiaca es otro estado patológico diana con una asociación conocida con la regulación por incremento del sistema nervioso simpático. Mediante el uso de un electrodo de bloqueo para moderar los ganglios simpáticos, particularmente reduciendo la actividad de los ganglios simpáticos cervicales, puede reducirse la actividad cardiaca excesiva para mitigar el trabajo excesivo del corazón. De manera similar al acceso al ganglio de la raíz dorsal, puede accederse a los ganglios cervicales para el bloqueo. Tal como se muestra en la figura 12, se muestran los ganglios simpáticos relevantes, incluyendo los ganglios cervical y estrellado (cervicotorácico), junto con sus dianas de inervación en el corazón. Los métodos de acceso incluyen el acceso posterior, así como a través de la cavidad pleural.

La taquicardia u otras taquiarritmias, tales como la fibrilación auricular, el aleteo auricular, la taquicardia auricular multifocal, la taquicardia supraventricular paroxística, la taquicardia ventricular y la fibrilación ventricular, por ejemplo, también pueden regularse mediante la modulación del sistema nervioso simpático y pueden verse influidas hacia un estado más normal seleccionando como diana los ganglios simpáticos cervicales (figura 13) para proporcionar un bloque de los ganglios simpáticos. Los métodos de acceso incluyen el acceso posterior, así como a través de la cavidad pleural.

La modulación de la inervación parasimpática del corazón puede usarse para regular la función cardiaca. Se sabe que la estimulación del nervio vago provoca bradicardia o bradicardia y supresión de la frecuencia cardiaca. Por el contrario, al crear un bloqueo del nervio vago, la señalización neural que suprime la frecuencia cardiaca puede reducirse o apagarse, conduciendo a un aumento de la frecuencia cardiaca al reducir la señal del nervio vago. Particularmente, el nervio vago derecho que inerva el nódulo sinoauricular para ayudar a regular la frecuencia cardiaca puede bloquearse o suprimirse para permitir el aumento de la frecuencia cardiaca. Tal como se observa en la figura 14, puede colocarse un electrodo 1400 de EICCC alrededor o en la proximidad del nervio vago derecho (y/o izquierdo) dentro del lado derecho del cuello y/o el torso con una conexión 1402 de electrodo bajando hacia una fuente 1404 de corriente implantable que se muestra en la región pectoral derecha. La conexión 1402 de electrodo puede colocarse en la región subclavia derecha o en otra ubicación deseada y canalizarse por debajo de la piel hasta la fuente de corriente.

Además de la función cardiovascular, el sistema nervioso desempeña un papel significativo en la regulación de los procesos gástricos, incluyendo la saciedad (falta de hambre) y saciamiento (plenitud). Los nervios vagos inervan el estómago con la mayoría de las señales al cerebro informando sobre el estado de la saciedad y el saciamiento. Mediante el uso del electrodo 1600 de EICCC, puede generarse un bloqueo o supresión de nervios de los nervios vagos para dar al individuo una mayor sensación de saciedad y saciamiento. Los nervios gastrointestinales también pueden modularse para aumentar o disminuir el tiempo de tránsito GI. Tal como se observa en las figuras 15-16, se muestra un sistema de EICCC doble a modo de ejemplo en el que cada nervio vago está envuelto en una superficie 1606 de contacto del tejido con formato de manguito en la que se deposita corriente iónica en el sitio del tejido desde las EICCC 1600 que están conectadas a través de conexiones 1602 de electrodo, así como a la fuente 1604 de corriente. La superficie de contacto del tejido puede moderarse mediante una frita porosa u otro medio iónicamente conductor tal como un hidrogel conductor tal como se describió anteriormente en el presente documento. La figura 16 es una vista en primer plano de la figura 15 cerca de la región de la unión gastroesofágica.

La supresión o el bloqueo del nervio simpático también puede usarse para regular la función del hígado, de la vesícula biliar y/o del páncreas e influir en la producción de glucosa e insulina, tal como se muestra en la figura 17. La supresión o el bloqueo de los nervios hepáticos puede conducir a un aumento de la producción de insulina y una reducción de la resistencia a la insulina, lo que permite el tratamiento de la diabetes tipo 2 o de inicio en adultos en la que se reduce la producción de insulina o aumenta la resistencia a la función de la insulina. Mediante el uso del electrodo de EICCC 1800, puede generarse un bloqueo o supresión de nervios de los nervios hepáticos para aumentar la producción de insulina y reducir la resistencia a la insulina. Tal como se observa en la figura 18, se muestra un sistema de EICCC en el que los nervios alrededor de la arteria hepática y la arteria están rodeados por una superficie 1806 de contacto del tejido con formato de manguito en la que la corriente iónica se deposita en el sitio del tejido desde la EICCC 1800 conectada a través de una conexión 1802 de electrodo, así como a la fuente 1804 de corriente. La superficie 1806 de contacto del tejido puede moderarse mediante una frita porosa u otro medio iónicamente conductor tal como un hidrogel conductor tal como se ha descrito anteriormente en el presente documento. En otras realizaciones, la neuromodulación esplénica podría mejorar la función inmunitaria deprimida o reducir la inflamación o la función hiperinmune (por ejemplo, en condiciones autoinmunes tales como LES, artritis reumatoide, enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa) u otras afecciones.

Los trastornos del movimiento, incluyendo el síndrome de Tourette, la distonía, la enfermedad de Parkinson (y la rigidez asociada), el temblor hereditario, la espasticidad y la epilepsia también pueden verse influidos por la moderación de la actividad del tejido neural. Estos trastornos y enfermedades se caracterizan por hiperactividad neuronal en partes específicas del cerebro, lo que puede conducir a la presentación sintomática. Seleccionar como diana regiones específicas del cerebro para el bloqueo, incluyendo las mostradas en la tabla 1 a continuación, puede usarse para ayudar a tratar los síntomas de un paciente. Se reconoce que el bloqueo de estas dianas podría ser unilateral o bilateral.

Tabla 1. Trastornos del movimiento y dianas de regiones del cerebro para el bloqueo de tejidos nerviosos para la reducción de síntomas.

De manera similar, los trastornos psiquiátricos que incluyen la depresión resistente al tratamiento (TRD), la ansiedad, el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) y el trastorno de estrés postraumático (PTSD) son dianas del bloqueo neural para reducir los síntomas de estas afecciones. Seleccionar como dianas regiones específicas del cerebro para el bloqueo, incluyendo las mostradas en la tabla 2 a continuación, puede usarse para ayudar a tratar los síntomas de un paciente. Se reconoce que el bloqueo de estas dianas podría ser unilateral o bilateral. Otros trastornos que pueden tratarse pueden incluir, por ejemplo, esquizofrenia, trastorno esquizoafectivo, trastorno bipolar, manía, alcoholismo, abuso de sustancias y otros.

Tabla 2. Trastornos psiquiátricas y dianas de regiones del cerebro para el bloqueo de nervios para la reducción de síntomas.

El dolor crónico es otra diana en la que regiones específicas del cerebro se han implicado en afectar el dolor crónico. Una de tales regiones es el tálamo, que es el punto de entrada para la señalización del dolor al cerebro. Se han identificado regiones específicas en el tálamo como dianas para la reducción de la actividad neural para reducir el dolor crónico, tal como se muestra en la tabla 3 a continuación. Se reconoce que el bloqueo de estas dianas podría ser unilateral o bilateral.

Tabla 3. Dianas de regiones del cerebro para el bloqueo de nervios para la reducción del dolor.

En algunas realizaciones, un sistema está configurado para la generación de bloqueo de nervios para trastornos y enfermedades que pueden abordarse reduciendo la actividad neural en regiones específicas del cerebro responsables del trastorno específico. La reducción de la actividad neural puede facilitarse bloqueando directamente y reduciendo la actividad de neuronas específicas, así como bloqueando rutas a lo largo de las cuales se produce una señalización neural excesiva. En algunas realizaciones, este sistema para bloqueo cerebral profundo (DBB) comprende todas o algunas de las etapas de identificación del sitio diana anatómico para el bloqueo, creación de un sitio de acceso al exterior del tejido cerebral, creación de un camino a través del tejido cerebral al sitio diana, evaluación de la idoneidad del sitio diana para el bloqueo, ajuste o refino de la ubicación del sitio diana, provisión del bloqueo de nervios en el sitio diana, y ajuste de la fuerza y ubicación del bloqueo de tejidos nerviosos. De manera práctica, este proceso puede implementarse usando técnicas conocidas en el campo de la estimulación cerebral profunda (DBS) en las que se identifica un sitio anatómico diana usando una combinación de técnicas de obtención de imágenes tales como, pero sin limitarse a, resonancia magnética nuclear (RMN) incluyendo RMN funcional (fRMN), tomografía computerizada (TAC), exploración PET y/o rayos X. Luego puede accederse a este sitio usando técnicas estereotácticas para registrar una región identificada a partir de obtención de imágenes en la anatomía física en el paciente. Puede fijarse un marco a la cabeza y el cráneo del paciente para permitir el registro espacial durante el procedimiento. Puede formarse un sitio de acceso al tejido cerebral en forma de orificio de trepanación o craneotomía con o sin herramientas de acceso adicionales fijadas al cráneo tal como cánula de inserción y equipos de avance/retracción para acceder al sitio diana. Puede usarse el avance de una sonda de medición de la actividad de tejido nervioso a través del tejido cerebral al sitio diana para permitir la evaluación de la idoneidad de la región cerebral. Esta sonda puede registrar la actividad neural para determinar que las señales medidas son consistentes con las del tejido que requiere el bloqueo. Si las características de la señal indican que la ubicación no es óptima o apropiada para el bloqueo, la sonda puede ajustarse hasta que se identifica la ubicación correcta. La sonda de medición puede intercambiarse con el electrodo de bloqueo que luego puede insertarse con la porción activa del electrodo posicionada dentro del sitio diana. Luego puede usarse la activación de la señal de bloqueo para evaluar la eficacia del bloqueo, así como adaptar la fuerza de la señal. Luego puede fijarse el electrodo de bloqueo al cráneo para mantener la posición de la porción activa (por ejemplo, región que suministra corriente iónica) en el sitio diana. Puede conectarse una conexión de extensión al electrodo de bloqueo fijado y conectarse a una fuente de corriente implantable, similar a un generador de impulsos implantable (IPG), cuya señal de salida puede ajustarse para facilitar una reducción de síntomas óptima. Los electrodos de bloqueo pueden implantarse de manera unilateral o bilateral ya que el lado contralateral del cuerpo se ve afectado por los sitios diana anatómicos específicos.

La figura 9A muestra un electrodo 900 de celda de conversión de corriente de electrones en iones (EICCC) configurado para interconectar con una diana de bloqueo cerebral profundo (DBB) en el tálamo. La superficie 904 de contacto del tejido nervioso está en contacto con y proporciona el bloqueo al sitio diana en el tálamo mientras que una conexión 902 de electrodo proporciona un conducto entre el tálamo y el exterior del cráneo. Un puerto de extensión en el anclaje 910 de cráneo permite la comunicación entre la fuente 908 de corriente y la conexión 902 de electrodo a través de una extensión 906 de electrodo que puede conectarse eléctricamente con el puerto y la fuente 908 de corriente. Dentro de la conexión 902 en sí misma el electrodo de EICCC de bloqueo comprende un electrodo 916 interno tal como alambre de Ag/AgCl que convierte una corriente de electrones en una corriente iónica en un medio 918 conductor de iones tal como solución salina y genera una corriente iónica en la superficie 904 de contacto del tejido nervioso a través de un material iónicamente conductor tal como una frita 920 porosa diseñada para permitir que los iones fluyan a través del mismo para generar un bloqueo en el sitio de tejido nervioso. El medio 918 iónicamente conductor y/o el material de la superficie de contacto del tejido también puede comprender un hidrogel u otro material iónicamente conductor tal como se describe en otra parte en el presente documento.

De manera específica para la epilepsia, puede realizarse una electrocorticografía (ECoG) para identificar el foco o los focos epilépticos para seleccionar como diana la colocación del electrodo y el bloqueo de nervios en esa ubicación. El electrodo de bloqueo implantado puede usarse para bloquear o suprimir la actividad del tejido nervioso bajo demanda del usuario durante una crisis epiléptica o cuando se detecta el inicio de una crisis epiléptica. Además, el sistema que incluye el electrodo de bloqueo puede estar configurado para reducir alternativamente el potencial de campo de un grupo de neuronas propensas a provocar crisis epilépticas de modo que las crisis epilépticas pueden prevenirse en lugar de reaccionar cuando están a punto de producirse o cuando están produciéndose. En otra realización, el electrodo de bloqueo se combina con un electrodo de medición o detector de modo que se monitoriza la actividad del grupo o de los grupos de neuronas que comprenden el foco o los focos epilépticos y cuando se mide la actividad indicativa de un inicio de una crisis epiléptica, el sistema puede generar automáticamente un bloqueo para reducir la actividad de las células diana en bucle cerrado. En la figura 9B se muestra una realización de un electrodo 950 de bloqueo/supresión con un electrodo 922 detector integrado en el que un electrodo 922 detector está en la proximidad de la superficie 904 de contacto del tejido nervioso de modo que puede producirse la detección de la actividad de las neuronas diana y la señal del electrodo 922 detector se alimenta de vuelta a la fuente 908 de corriente que puede activarse basándose en la señal del electrodo detector para generar una corriente iónica en la superficie 904 de contacto del tejido nervioso para interrumpir o prevenir el inicio de una crisis epiléptica. El electrodo 922 detector puede incluir una trayectoria conductora aislada a la extensión 924 de electrodo. En otras realizaciones, el electrodo de bloqueo también puede servir como electrodo 922 detector (por ejemplo, cuando no se está aplicando una corriente de bloqueo). Un electrodo para el bloqueo de tejido para tratar la epilepsia puede estar configurado como una sonda recta que se implanta a mayor profundidad que la superficie cortical, o puede estar configurado como electrodo epicortical (por ejemplo, teniendo un elemento plano o conformado).

En el presente documento en algunas realizaciones se dan a conocer sistemas y métodos para mantener reacciones electroquímicas deseadas monitorizando señales indicativas de las reacciones que se producen para modificar las condiciones de generación de reacciones. Sin querer limitarse a la teoría, la estimulación tradicional con corriente alterna de tejido neural suministra normalmente una cantidad relativamente baja de carga a través de electrodos convencionales (por ejemplo, electrodos de platino). Sin embargo, en algunas realizaciones, los electrodos de alta densidad de carga incluyendo los descritos en otra parte del presente documento suministran cantidades relativamente mayores de carga más cerca y más allá, y en algunos casos mucho más allá, del límite de Shannon. Los sistemas y métodos de control tales como los dados a conocer en el presente documento pueden permitir sorprendente y ventajosamente el suministro seguro de tal corriente al tejido.

En algunas realizaciones, un sistema que suministra corriente iónica impulsada por una reacción electroquímica puede incluir un sistema de monitorización y/o control, por ejemplo, incluyendo un controlador de hardware y/o software configurado para medir la tensión requerida para generar la corriente eléctrica para impulsar la reacción electroquímica. Si la tensión cruza un umbral, por ejemplo, un umbral predeterminado, el controlador puede ajustar (por ejemplo, aumentar o disminuir) la salida de corriente para llevar el nivel de tensión a un intervalo aceptable en relación con el nivel de tensión umbral. Por ejemplo, si la tensión requerida para mantener un nivel de corriente específico se vuelve demasiado alta, puede reducirse el nivel de corriente hasta el punto de que la tensión cae por debajo de un umbral definido. En algunas realizaciones, si la tensión requerida para mantener un nivel de corriente específico se vuelve demasiado alta, el nivel de corriente puede establecerse en cero. En aún otro sistema alternativo, si la tensión requerida para mantener un nivel de corriente específico se vuelve demasiado alta, puede invertirse el nivel de corriente.

En algunas realizaciones, la corriente puede tomar la forma de una forma de onda tal como, por ejemplo, una onda cuadrada o forma de onda similar entre un primer electrodo (por ejemplo, un electrodo de trabajo) y un segundo electrodo (por ejemplo, un contraelectrodo) en el que la corriente se hace pasar entre los dos electrodos. La forma de onda de la tensión requerida para impulsar la corriente entre los electrodos puede estar dentro de un límite umbral de tensión superior e inferior. A lo largo del tiempo, si se encuentra que la reacción electroquímica subyacente se desplaza debido a diversas condiciones, también puede desplazarse la forma de onda de tensión de accionamiento requerida para mantener la forma de onda de tensión diana. Si las fluctuaciones/desviaciones de los umbrales diana son suficientemente significativas, esto puede ser indicativo de que se producen reacciones electroquímicas no deseadas. Los límites umbral de tensión y tensiones asociadas pueden medirse alternativa o adicionalmente entre el electrodo de trabajo y un electrodo de referencia para evaluar directamente la caída de tensión a través de la superficie de contacto electrodo de trabajo - electrolito para evaluar las reacciones electroquímicas y los potenciales a través de esta superficie de contacto. Para impedir estas fluctuaciones en zonas no deseables, la corriente suministrada puede ajustarse para reducir las tensiones de accionamiento tal como se describió anteriormente. Alternativamente, las fluctuaciones de tensión pueden deberse a cambios en la electroquímica. Por ejemplo, en un sistema en el que se produce una reacción donde se transfiere la misma cantidad diana de carga desde un electrodo a un segundo electrodo y de vuelta al primer electrodo, la carga neta a lo largo del tiempo puede desplazarse de cero (por ejemplo, desequilibrarse) debido a una contabilización de carga imperfecta y reacciones irreversibles. Esto en cambio puede conducir a cambios en la tensión requerida para generar la corriente deseada y puede ser indicativo de que se producen reacciones electroquímicas no deseadas. El desplazamiento en la transferencia de carga neta desde un nivel diana puede contrarrestarse en algunas realizaciones monitorizando la tensión de accionamiento, y generando un bucle de control que genera una carga adicional en un electrodo que se ha detectado ser deficiente en reactantes a través de sus características de tensión de accionamiento. Por ejemplo, para un sistema de Ag-AgCl, el agotamiento del AgCl disponible en el electrodo de trabajo puede presentarse como una caída negativa de tensión cuando se impulsa catódicamente como la reacción AgCl(s) e- ^ Ag(s) Cl- de menor potencial de reacción ya no está disponible y pueden tener lugar otras reacciones de potencial de reacción mayor que requieren mayores tensiones de accionamiento. En este caso, si se detecta una tensión mayor durante la fase catódica de la forma de onda, puede conferirse una carga adicional al electrodo de trabajo durante una fase anódica posterior aumentando la duración, amplitud, o ambas, de la corriente suministrada al electrodo de trabajo. Tales sistemas de control también pueden ser ventajosos para electrodos de alta densidad de carga, incluyendo, pero sin limitarse a, electrodos de nitruro de titanio, por ejemplo, electrodos de nitruro de titanio en fractales.

La figura 19 ilustra una forma de onda de tensión de accionamiento y umbrales positivos y negativos a lo largo de un periodo de tiempo. Tal como se muestra, el umbral negativo se cruza/traspasa debido a caídas de tensión negativas antes del punto 2600 de tiempo. Después de 2600, las caídas negativas ya no están presentes y pueden abordarse ajustando el nivel de corriente diana, y/o ajustando la distribución de transferencia de carga entre los electrodos de trabajo y contraelectrodos. Por ejemplo, la carga adicional para generar más material de reactantes puede transferirse durante la fase anódica del ciclo para el electrodo de trabajo.

La figura 20 ilustra una forma de onda de tensión de accionamiento, y umbrales positivos y negativos a lo largo de un periodo de tiempo. Tal como se muestra, el umbral negativo se cruza/traspasa debido a caídas de tensión negativas que pueden presentarse de manera característica como caídas o picos sobre una forma de onda de tensión más monótonamente creciente o generalmente plana, y puede ser indicativo de que tienen lugar reacciones no deseadas.

La figura 21 ilustra esquemáticamente un gráfico de tensión y corriente frente al tiempo que ilustra un procedimiento de recocido, o acondicionamiento, de electrodos en el que la amplitud de corriente se varía en rampa hasta un objetivo establecido mientras que la tensión de accionamiento se mantiene por debajo de un umbral establecido. Si la tensión de accionamiento no se supera para una amplitud de corriente dada, la corriente puede aumentarse de manera incremental hasta la corriente objetivo. Si la tensión de accionamiento se supera para una amplitud de corriente dada, la corriente puede disminuirse de manera incremental de manera similar hasta que ya no se supera el umbral de tensión. Pueden usarse múltiples ciclos a una amplitud de corriente dada para determinar si el sistema es estable o no en ese nivel de corriente y esa duración tal como se evalúa manteniéndose dentro de los umbrales de tensión antes de aumentar la corriente hasta la corriente objetivo. En algunas realizaciones, pueden utilizarse al menos aproximadamente, aproximadamente, o no más de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 500, 1.000, o más o menos ciclos, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores. El umbral de tensión para una serie de ciclos a una tensión objetivo también puede establecerse para que esté dentro de una tolerancia de tensión de accionamiento que se considere estable para determinar si el procedimiento de recocido o acondicionamiento ha tenido éxito o no.

También se dan a conocer en este caso sistemas y métodos para el bloqueo de tejido neural con corriente continua. Los sistemas pueden permitir un suministro de corriente continua indefinido (por ejemplo, sin requerir una inversión de recarga de corriente). Puede usarse agua u otro medio adecuado tal como solución salina normal como reactante redox primario en algunos casos; el depósito puede rellenarse con agua u otro medio según sea necesario. En algunas realizaciones, pueden estar presentes uno, dos, o más orificios de ventilación para permitir la ventilación del gas generado por la reacción redox. En algunas realizaciones el orificio de ventilación puede comprender un gas permeable por una membrana impermeable a líquidos para permitir la ventilación del gas pero la retención del líquido dentro del recipiente. El generador de CC puede tener una tensión suficiente para accionar una conexión/impedancia de catéter posiblemente grande. El sistema también puede incluir una, dos, o más bombas para hacer circular medios, tal como agua, a través de un neutralizador de pH para mantener un pH deseado, por ejemplo, neutro del baño. El sistema también puede incluir sensores de pH para detectar el pH del baño, y permitir modificaciones, por ejemplo, tamponamiento si es necesario. El baño puede comprender además una disolución de tamponamiento de pH para mantener un pH del baño nominalmente constante.

La figura 22 ilustra un sistema 2200 que puede incluir una superficie 2224 de contacto del tejido nervioso conectada operativamente a un catéter 2212 configurado para contener un líquido. El catéter 2212 puede estar operativamente conectado a una cámara 2204 de reacción mediante una superficie 2214 de contacto. La superficie 2214 de contacto puede incluir una membrana, tal como una membrana de intercambio aniónico para impedir que determinado material particulado fluya en el catéter 2212. El catéter 2212 puede tener una válvula 2216 que puede accionarse entre diferentes posiciones para bloquear, permitir o restringir parcialmente el flujo de fluido a través del catéter 2212. También se muestra una cámara 2204 de reacción que incluye un electrodo 2220 de reacción que puede tener un área superficial alta, que puede estar parcial o completamente rodeado por un reactante 2226 redox (por ejemplo, agua) tal como se indicó anteriormente. El electrodo 2220 de reacción puede estar operativamente conectado al generador 2202 de CC a través de un conductor 2228. La cámara 2204 también puede incluir un sensor 2218 de pH. La cámara 2204 puede incluir un orificio 2234 de ventilación de gas. La cámara 2204 puede estar operativamente conectada, tal como con un sistema 2222 de tuberías, a una bomba 2206 y un depósito 2208 de neutralizador de pH que puede sellarse desde la cámara 2204 normalmente, y una válvula u otro pasadizo reversible abierto cuando el pH está fuera de un valor umbral predeterminado. La cámara 2204 también puede incluir un agitador 2210 (por ejemplo, una sonda ultrasónica) para promover la liberación de burbujas desde el electrodo 2220. El baño también puede incluir un tensioactivo para reducir la adhesión de burbujas al electrodo 2220 cuando se forman. El electrodo 2220 de reacción puede estar operativamente conectado a un generador 2202 de CC. El generador 2202 de CC también puede conectarse, a través de un conductor 2230, a una posible segunda unidad 2232 para facilitar la corriente de retorno. La segunda unidad 2232 puede ser igual que o similar al sistema 2220 descrito anteriormente.

En algunas realizaciones, un sistema tisular de electrodo de bloqueo de CC puede incluir material de electrodo reemplazable. Opcionalmente, puede retirarse a lo largo del tiempo el metal de reacción (u otro material) agotado y suministrarse material de reactante recién preparado a la cámara de reacción. Esto puede permitir ventajosamente un suministro en sentido único de corriente continua sin requerir una fase de inversión/recarga. La figura 23A ilustra un sistema 2300 que incluye una cámara 2304 de reacción que incluye un material 2316 de reacción. Un elemento 2306 giratorio tal como un carrete con un anclaje (que incluye u está operativamente unido a un material de reacción), una cinta transportadora, u otro mecanismo puede mover el material 2314 de reactante recién preparado en (y el material de reactante agotado fuera de) la cámara 2304 de reacción tal como se muestra y en otro carrete 2308. También se ilustra un catéter 2310 configurado para transportar la corriente continua a una superficie 2312 de contacto del tejido. También se ilustra un generador 2302 de CC operativamente conectado a la cámara 2304 de reacción y/o el carrete 2306.

En algunas realizaciones, en el presente documento se da a conocer un electrodo nervioso de superficie de contacto independiente que puede incluir un sensor integrado para detectar el estado electroquímico de un electrodo de trabajo/reacción tal como se muestra esquemáticamente en la figura 23B. Un sensor 2330 puede medir una, dos, o más variables indicativas del estado del electrodo 2324 de trabajo tal como, por ejemplo, pH, masa o tensión. En algunas realizaciones el sensor 2330 puede ser un electrodo de referencia tal como un electrodo de referencia de Ag-AgCl o electrodo de referencia de platino para permitir la medición del potencial entre el electrodo 2324 de trabajo y el electrodo 2330 de referencia, o sensor, para estudiar mediante sonda las reacciones electroquímicas que se producen en la superficie de contacto electrodo 2324 de trabajo - electrolito. El electrodo 2324 de trabajo y el sensor 2330 pueden estar dispuestos ambos dentro de una envolvente 2318. La envolvente 2318 puede estar operativamente conectada a conexiones/electrodos 2320. Tales conexiones/electrodos 2320 pueden tener una longitud relativamente corta para reducir la impedancia. Las longitudes de la conexión 2320 pueden variar en longitud de desde 0 hasta 2 cm, de 2 a 4 cm, de 4 a 8 cm, o de 8 a 12 cm de longitud, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente. El extremo distal de la conexión 2320 puede tener una superficie 2322 de contacto del tejido. Además, la combinación de la geometría de la conexión 2320 y medios iónicamente conductores dentro de la conexión 2320 puede estar configurada para tener un valor de impedancia de menos de 1 kOhm/cm de longitud o entre 1 - 3 kOhm/cm o por encima de 3 kOhm/cm. El sensor 2330 puede estar operativamente conectado a un conductor 2328. El electrodo 2324 de trabajo puede estar operativamente conectado a un conductor 2326.

La figura 24 ilustra que sistemas y métodos pueden utilizar químicas de tipo batería para suministrar corriente continua al tejido, tal como batería plomo-ácido, níquel-cadmio, hidruro metálico de níquel, iones de litio, polímero de litio, zinc-carbono, biobaterías u otros tipos de químicas de las baterías. Los sistemas 2400 pueden incluir un generador 2410 de CC operativamente conectado, a través de conductores 2412, 2414 a una, dos, o más cámaras 2402, 2404 de reacción que pueden incluir reactantes 2406, 2408 de tipo química de las baterías. Por ejemplo, el reactante 2406, 2408 podría ser plomo/óxido de plomo y el reactante redox podría ser ácido sulfúrico y/o agua tal como se ilustra. Una membrana u otra unida indicada en A 2420 puede impedir el paso de componentes perjudiciales en el catéter/las conexiones 2416, 2418 y las superficies 2422, 2424 de contacto del tejido conectadas al tejido 2426 (por ejemplo, una membrana selectiva de cationes o aniones).

La figura 25 ilustra esquemáticamente un electrodo 2500 de tipo SINE modificado para permitir la unión en el sitio del paciente para reducir la longitud y la impedancia del catéter. Por ejemplo, un generador 2502 de CC puede estar operativamente conectado a un alambre 2506 conectado a una cámara 2504 de reacción (por ejemplo, sistema de electrodos/generador de carga que incluye un electrodo y un baño de electrodo), a su vez conectada a un catéter para líquidos/tubo 2508 configurado para suministrar corriente continua a una ubicación 2512 de tejido diana a través de una abertura 2513. Mientras que uno o más de los componentes mencionados anteriormente podrían ser externos o internos con respecto al paciente, en algunas realizaciones tal como se muestran sólo una pequeña longitud del catéter para líquidos/tubo 2508 se sitúa entre el sistema 2504 de electrodos y la ubicación 2512 de tejido diana en el paciente 2510 para reducir la longitud y la impedancia. En algunas realizaciones, la mayoría, o al menos aproximadamente el 50 %, el 60 %, el 70 %, el 80 %, el 90 %, o más de la longitud del catéter para líquidos/tubo 2508 puede situarse internamente en el cuerpo del paciente 2510. En algunas realizaciones, menos de aproximadamente 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm, o menos de la longitud del catéter para líquidos/tubo 2508 son internos con respecto al paciente 2510.

En algunas realizaciones, el sistema podría ser completamente ponible para promover la movilidad del paciente. El sistema podría incluir una correa, un adhesivo, una banda u otro elemento para la unión a la superficie corporal deseada, tal como el cuero cabelludo, el cuello, los miembros superiores o inferiores, el torso o el abdomen, por ejemplo. La conexión/el catéter podría interconectarse por vía percutánea tal como se muestra en el sitio anatómico deseado, o por vía transcutánea en otras realizaciones. La figura 26A ilustra un sistema 2600 ponible que incluye un generador 2604 de CC, un alambre y una cámara 2604 de reacción, con una porción de la conexión/el catéter 2606 implantada en el sitio 2608 anatómico deseado en/sobre el paciente 2602. La figura 26B ilustra un sistema 2601 de estilo venda que es local en el sitio de tratamiento (por ejemplo, bloqueo de nervios). El sistema de electrodos/generador de carga 2604 puede sujetarse en un paciente 2602 con una correa, una banda, un parche adhesivo, un adhesivo u otro elemento 2610 de unión. Una conexión/un catéter 2606 puede estar operativamente conectada/conectado al sistema de electrodos/generador de carga 2604 y suministrar corriente continua a una ubicación 2608 de tejido diana. La figura 26C muestra una realización esquemática de un dispositivo 2604 ponible de este tipo con dos configuraciones de salida de conexión diferentes en las que la conexión 2606 sale del elemento estrecho del sistema y en las que la conexión 2606 sale del elemento más ancho del sistema y pueden insertarse directamente en el cuerpo del paciente. La conexión puede estar configurada para ser desmontable del resto del sistema para permitir la facilidad de inserción en el cuerpo del paciente antes de conectar al resto del sistema ponible. El dispositivo 2604 ponible puede incluir una fuente 2612 de alimentación, un generador de CC/una electrónica de control 2614, una cámara 2616 de reacción con baño y electrodo, y ubicaciones 2618, 2620 de unión.

En algunas realizaciones, en el presente documento se dan a conocer métodos de tratamiento del dolor u otras afecciones mediante el funcionamiento cíclico de bloqueo en CC en una pluralidad de ubicaciones separadas entre sí. Por ejemplo, podrían estar presentes electrodos en los sitios A 2704, B 2706 y 2708 mostrados esquemáticamente en la figura 27A, suministrados por un generador de CC y operativamente conectados a través del conductor 2702. Los electrodos podrían aplicarse a la médula 2710 espinal. Las variables v(t) (tensión a lo largo del tiempo) o i(t) (corriente a lo largo del tiempo) tal como se muestran en la figura 27B podrían tener ciclos bifásicos muy largos. Tal como se ilustra en la figura 27C el tiempo de cada fase de la onda bifásica t^1/2 podría ser de, por ejemplo, al menos aproximadamente 0,1 s, 1 s, 5 s, 10 s, 20 s, 50 s, 100 s, 500 s, 1000 s, 5000 s, o mayor, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores. El bloqueo del tejido parte del tiempo puede implicar un electrodo directamente por debajo de o próximo al tejido diana para ser terapéuticamente beneficioso en una persona que lo necesita. En algunas realizaciones, el bloqueo con corriente continua puede estar en el entorno de los electrodos A o B, proporcionando de ese modo un bloqueo continuo o casi continuo en el tejido. En algunas realizaciones, pueden utilizarse 3, 4, 5, o más electrodos 2704, 2706 y 2708 separados con formas de onda de carga solapantes para promover ventajosamente el bloqueo de nervios continuo tal como se muestra en la figura 27D.

En el presente documento también se dan a conocer sistemas y métodos de control de amplitud de corriente de salida de CC basándose en la medición de una variable indicativa del estado electroquímico para un sistema de electrodos de bloqueo con CC. Esto puede promover ventajosamente el uso seguro de la corriente continua para asegurar el funcionamiento sólo en el intervalo electroquímico (por ejemplo, tipos de reacción) que son seguros para la salud del tejido, así como del electrodo. La variable podría ser, por ejemplo, una, dos, o más de: tensión, pH, temperatura u otras. La figura 28A ilustra esquemáticamente un sistema 2800 de corriente continua que incluye un electrodo 2802 de referencia opcional para la monitorización de la tensión. Una fuente 2804 de alimentación puede estar conectada a través de conductores 2806, 2808 a electrodos 2810, 2812. En el ejemplo simple mostrado en la figura 28B, la tensión del electrodo aumenta con un suministro continuo de corriente continua. La corriente puede detenerse una vez que la tensión alcanza un valor máximo umbral que indica que puede estar produciéndose posiblemente una química diferente (por ejemplo, electrólisis de agua). En algunas realizaciones, el sistema puede ser más complejo para permitir un suministro menos interrumpido disminuyendo o modulando de otra manera la corriente de salida para mantener la tensión dentro de una ventana de funcionamiento deseada. La salida puede controlarse, por ejemplo, con un controlador proporcional, integral y derivato (PID). Puede ser deseable en algunos casos un suministro de carga neta desequilibrada para mantener la tensión de funcionamiento dentro de la ventana deseada.

Algunas realizaciones también pueden incluir un procedimiento de recocido, o acondicionamiento, para un electrodo, por ejemplo, un electrodo de plata-cloruro de plata sin o sin un recubrimiento, operativamente conectado a un generador de CC. La corriente de salida puede aumentarse de manera gradual de una manera cíclica, mientras se monitoriza la tensión. La tensión puede mantenerse dentro de un intervalo deseado con bandas umbral superiores e inferiores tal como se muestra en la figura 29, lo que limita la electroquímica que se produce en el sitio de electrodo (por ejemplo, a una reacción plata-cloruro de plata en oposición a la electrólisis del agua). Con un funcionamiento cíclico repetido, puede pasar más (mayor) corriente mientras que se mantiene con los umbrales de tensión.

En el presente documento en algunas realizaciones también se dan a conocer sistemas y métodos de CC seguros de falla única. Los sistemas y métodos pueden implicar condensadores muy grandes en serie, tales como aproximadamente o al menos aproximadamente 5.000, 7.500, 10.000, 12.500, 15.000, 50.000, 100.000 o más microfaradios (|iF), o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente, tal como se muestra esquemáticamente en la figura 30A. La contabilización de carga puede realizarse para que se suministre un valor conocido en cada dirección, tal como utilizar cualquier número de los siguientes: amplitud programada y duración de suministro; suministro medido usando una tensión a través de una resistencia de detección; monitorización de salida de tensión (con o sin electrodos de referencia adicionales (por ejemplo, tercero o cuarto) tal como se muestra esquemáticamente en la figura 30B; monitorización de circuitos para tener control de los conmutadores para detener o ralentizar el suministro de corriente tal como se muestra esquemáticamente en la figura 30C; y/o la realización de la monitorización mediante un dispositivo lógico o microcontrolador independiente para promover la tolerancia en condiciones de falla única (o múltiple).

Se dan a conocer adicionalmente sistemas y métodos de electrodos para realizar estos sistemas que pueden suministrar de manera segura corriente continua al tejido, incluyendo electrodos de nitruro de titanio u otros de alta densidad de carga. En algunas realizaciones, se da a conocer una configuración 3100 de electrodo de platacloruro de plata que comprende un sustrato 3102 de plata (Ag) con una capa 3104 de cloruro de plata (AgCl) unida (figura 31). La capa de AgCl puede depositarse sobre la superficie a través de un procedimiento de deposición química. Alternativamente o además, la capa de AgCl también puede hacerse crecer sobre el sustrato de plata a través de un procedimiento electroquímico de sumergir el sustrato de plata en una disolución de electrolito que contiene iones cloruro (Cl-) e impulsando una corriente a través del sustrato para facilitar una reacción química que oxida los átomos de plata en el sustrato permitiendo que los mismos se unen a los iones cloruro para generar cloruro de plata tal como se describió anteriormente:

Ag(s) Cl- o AgCl(s) e-En algunas realizaciones, los electrodos pueden tener cualquier forma deseada, incluyendo, pero sin limitarse a generalmente plana, o redondeada, tal como una forma cilíndrica. En una realización no limitativa, el electrodo puede incluir dimensiones de aproximadamente 1,4 mm de diámetro externo con una longitud de aproximadamente 3,5 mm. En otra realización, el electrodo puede comprender un disco plano, con un diámetro de aproximadamente 3,6 mm. El electrodo también puede tener una forma oblonga o de píldora. El área superficial del electrodo puede estar, por ejemplo, en el intervalo de menos de aproximadamente 5 mm2, aproximadamente de 5 a 10 mm2, aproximadamente 10 - 15 mm2, aproximadamente 15 - 20 mm2, mayor de 20 mm2, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente (por ejemplo, entre aproximadamente 5 mm2 y aproximadamente 20 mm2). Puede generarse una capa de cloruro de plata sobre el sustrato de plata con, por ejemplo, un grosor de menos de aproximadamente 1 micrómetro, aproximadamente de 1 a 3 micrómetros, aproximadamente de 3 a 5 micrómetros, aproximadamente 5 - 10 micrómetros, o aproximadamente 10 micrómetros y mayor, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente (tal como entre aproximadamente 1 micrómetro y 10 micrómetros), para permitir suficiente corriente continua y suministro de carga según sea terapéuticamente necesario. En una configuración, se prepara un electrodo cilíndrico de aproximadamente 1,4 mm de diámetro y aproximadamente 3,5 mm de longitud con una capa de aproximadamente 10 micrómetro de grosor de cloruro de plata para permitir un suministro de hasta aproximadamente 5000 mA-segundos de carga tal como un ajuste específico de aproximadamente 5 mA de corriente durante aproximadamente 10 segundos. Cuando se ejecuta la reacción a la inversa con un contraelectrodo apropiado, el electrodo puede regenerarse para permitir un funcionamiento cíclico prolongado y el uso de la corriente continua en el cuerpo. Algunas realizaciones pueden incluir materiales de alta densidad de carga tales como nitruro de titanio y otros materiales, algunos de los cuales se dan a conocer en otra parte en el presente documento.

Puede crearse cloruro de plata sobre Ag pura mediante la aplicación de corriente continua a través de un baño de electrolito (figura 32). Tal como se observa en la figura 32, un contraelectrodo 3202 y un electrodo 3204 de trabajo se muestran sumergidos en un baño 3206 de electrolito y conectados a una fuente 3214 de alimentación que acciona un potencial entre los dos electrodos 3202, 3204. En una configuración, el baño 3206 de electrolito incluye iones cloruro como una solución 3210 salina, por ejemplo, solución salina (isotónica) al 0,9 % en peso. El contraelectrodo 3202 y el electrodo 3204 de trabajo pueden ser ambos de plata, o sólo el electrodo 3204 de trabajo puede ser de plata. Con la aplicación de una tensión de accionamiento, se genera una corriente y la plata sobre el electrodo 3204 de trabajo puede convertirse en cloruro de plata creando una capa de cloruro de plata sobre el sustrato de plata.

Un enfoque simplista podría aplicar corriente continua y calcular, por medio de medición culométrica, la carga total necesaria para producir suficiente AgCl sobre el electrodo 3204 de modo que el impulso catódico más largo en niveles de corriente terapéuticos no agotaría el electrodo 3204. Sin embargo, el enfoque simplista no aborda las propiedades del AgCl que afectan tanto a su capacidad para participar fácilmente en la reacción electroquímica simétrica mientras que permanece con un intervalo de tensión de accionamiento seguro por debajo del umbral del potencial de electrólisis. Puede ser importante en algunas realizaciones que el sistema 3200 de electrodos mantenga el flujo de corriente iónica aislado de la reacción electroquímica de Ag a AgCl para impedir sustancialmente la producción de posibles subproductos dañinos. El control del potencial de tensión aplicado a los electrodos 3204, 3202 puede ser el principal medio de seleccionar la reacción electroquímica ya que diferentes reacciones tienen lugar a diferentes potenciales. Un electrodo de AgCl que no tiene las propiedades correctas puede requerir potenciales de tensión mayores que un valor umbral admisible para mantener el flujo de corriente y la duración prescritas. Como resultado, la reacción electroquímica puede descontrolarse, conduciendo a la generación de subproductos posiblemente dañinos.

Una etapa inicial puede ser para generar una capa de cloruro de plata sobre el sustrato de plata. Para hacer esto de una manera controlada que no provoque la electrólisis de la disolución acuosa, puede especificarse una corriente máxima que puede ser la corriente objetivo para el funcionamiento terapéutico del electrodo o la corriente máxima terapéutica para el electrodo. La corriente máxima puede estar en el intervalo de, por ejemplo, aproximadamente 0 a 3 mA, aproximadamente de 3 a 5 mA, aproximadamente de 5 a 7,5 mA, aproximadamente de 7,5 a 10 mA, o aproximadamente 10 mA y mayor, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente. Luego puede aplicarse una tensión de accionamiento entre el contraelectrodo 3202 y el electrodo 3204 de trabajo para generar una capa 3212 de cloruro de plata sobre el electrodo 3204 de trabajo. El electrodo 3204 de trabajo puede sumergirse parcialmente en la disolución 3210 de electrolito de modo que la parte superior de la disolución 3208 no cubre todo el electrodo 3204 de trabajo, dando como resultado que la porción sumergida desarrolle una capa 3212 de cloruro de plata. Puede especificarse una carga total objetivo parar generar la cantidad objetivo de cloruro de plata sobre la superficie 3204 del electrodo. Puede especificarse el periodo de construcción del electrodo 3204, así como un periodo de grabado de retracción en el que la corriente se impulsa a la inversa para retirar algo del cloruro de plata formado para generar una formación más robusta de cloruro de plata sobre la superficie del electrodo. Una configuración podría incluir un periodo de construcción de 60 segundos con un periodo de grabado de retracción del 10 %, por ejemplo, en el que luego se retira el 10 % de la capa de AgCl construida antes del siguiente periodo de construcción. Otras combinaciones de periodos de construcción y de grabado de retracción o retirada pueden usarse para generar el AgCl sobre el sustrato de plata.

Tal como se muestra en la figura 33 para el trazado A (línea continua), la tensión de accionamiento aplicada puede ser positiva correspondiente a la construcción de AgCl sobre el electrodo de trabajo. Después del periodo de construcción prescrito se produce un periodo de retirada o de grabado de retracción, luego se produce el siguiente ciclo de construcción hasta la carga total y se ha depositado la capa de AgCl objetivo en el que el procedimiento de construcción termina tal como se indica por la “X”. Debido a que los valores absolutos de los umbrales de tensión de accionamiento no se alcanzaron en el trazado A, la tensión de accionamiento no necesitó ajustarse durante el procedimiento de generación de AgCl. Sin embargo, en la figura 33 para el trazado B (línea discontinua), se alcanzó el umbral superior de tensión de accionamiento y un algoritmo almacenado en el controlador puede limitar la tensión de accionamiento en un nivel umbral elevado reduciendo la corriente usada para construir el AgCl. El periodo de construcción puede estar seguido por un periodo de retirada o de grabado de retracción tal como se describió y este procedimiento continúa hasta que la carga objetivo se deposita en forma de AgCl sobre el electrodo de trabajo. En otras realizaciones, el parámetro de tensión de accionamiento puede reemplazarse por un parámetro de tensión de electrodo de trabajo con respecto a electrodo de referencia para medir de manera más precisa los potenciales electroquímicos de la superficie de contacto para controlar la tensión de accionamiento para limitar la generación de subproductos posiblemente dañinos.

Una vez que se ha generado el cloruro de plata sobre el electrodo, las tensiones de accionamiento para convertir el AgCl en plata y viceversa todavía pueden exceder el potencial de electrólisis conduciendo a condiciones posiblemente peligrosas si se usan en la proximidad del tejido. Para acondicionar el electrodo de modo que pueda hacerse funcionar en un intervalo seguro con tensiones de accionamiento mantenidas por debajo del potencial de electrólisis, el electrodo puede someterse a un funcionamiento cíclico de una manera específica. Se ha demostrado que el funcionamiento cíclico de la reacción de plata/cloruro de plata a una amplitud de corriente fija y duraciones fijas conduce a disminuciones en las tensiones de accionamiento máximas con un número creciente de ciclos tal como se muestra en la figura 34 y puede dar como resultado tensiones de accionamiento por debajo del umbral de la electrólisis. Sin embargo, el enfoque de fijar la amplitud de corriente y la duración puede conducir en algunos casos a la generación de subproductos no deseados e inseguros si las tensiones de accionamiento superan el umbral de la electrólisis tal como se observa mediante las tensiones máximas que superan o cruzan los límites superiores e inferiores del umbral de la tensión de accionamiento, conduciendo posiblemente a la generación de subproductos de reacción no deseados. En algunas realizaciones, el electrodo puede prepararse en un baño de fabricación y luego se retira el electrodo del baño antes de usarlo en el baño de dispositivo objetivo o en el cuerpo directamente, momento en el que pueden reducirse las tensiones de accionamiento y dentro del intervalo deseado. En otras realizaciones el parámetro de tensión de accionamiento puede reemplazarse por un parámetro de tensión de electrodo de trabajo con respecto a electrodo de referencia para medir de manera más precisa los potenciales electroquímicos de la superficie de contacto para controlar la tensión de accionamiento para limitar la generación de subproductos posiblemente dañinos.

Para mitigar la generación de subproductos no deseados, se han desarrollado algoritmos de funcionamiento cíclico que pueden ejecutarse mediante un procesador de hardware o software, que somete a funcionamiento cíclico el electrodo en un ciclo de construcción y retirada para obtener la amplitud de corriente y duración deseadas que puede someterse a funcionamiento cíclico sin superar los umbrales de tensión de accionamiento establecidos que pueden ser el potencial de electrólisis o cualquier otro. El procedimiento se produce a través de, por ejemplo, etapas de formación y estabilización/acondicionamiento.

La etapa de formación implica el funcionamiento cíclico repetido de corriente que construye una capa de AgCl durante un periodo específico, luego se retira el AgCl añadido. La cantidad de AgCl depositado está limitada por el nivel de corriente que a su vez está limitado por el límite de tensión máximo o el umbral superior de tensión de accionamiento. También puede existir un límite de tensión mínimo o umbral inferior de tensión de accionamiento. A medida que se añade y se retira repetidamente el AgCl, la estructura subyacente del AgCl se transforma permitiendo que sostenga más corriente en el nivel de tensión de accionamiento fijo. Bajo determinados procedimientos, estos cambios pueden observarse como cambios microestructurales visibles sobre la superficie del electrodo. La fase de formación continúa hasta que el nivel de corriente que puede sostenerse cumple el valor prescrito. Tal como se indica en el presente documento, otros electrodos, incluyendo, pero sin limitarse a electrodos de alta densidad de carga pueden utilizar los sistemas y métodos tal como se dan a conocer en otra parte en el presente documento. Una realización de un algoritmo es la siguiente, que puede realizarse, por ejemplo, mediante un controlador en comunicación con uno o más generadores de corriente y uno, dos, o más sensores:

a. Aplicar una corriente anódica al electrodo durante el periodo prescrito. Durante este tiempo, medir la tensión positiva máxima mientras dure.

b. Aplicar una corriente catódica al electrodo hasta que se ha eliminado la carga total aplicada durante la fase anódica. Durante este tiempo, medir la tensión negativa máxima mientras dure.

c. Analizar las tensiones máximas y ajustar la corriente que va a aplicarse tanto en la fase anódica como en la fase catódica. Si la magnitud de la tensión máxima está por debajo del límite de tensión, entonces se aumenta la magnitud de corriente en una proporción fija hasta el límite de corriente prescrito. Si la magnitud de tensión máxima supera el límite de tensión, entonces se disminuye la magnitud de corriente en una cantidad proporcional.

d. Si la corriente anódica ha alcanzado el valor de corriente prescrito, entonces pasarse a la fase de estabilización/acondicionamiento. De lo contrario continuar para repetir el procedimiento de funcionamiento cíclico.

En la figura 35 se procesan la formación del electrodo de trabajo y el contraelectrodo en la etapa de formación en la que el nivel de corriente comienza en un valor relativamente bajo y aumenta con cada ciclo cuando no se supera el umbral superior de tensión de accionamiento. Tal como se observa mediante las flechas sólidas, cuando se supera el umbral superior de tensión de accionamiento para un nivel de corriente dado, el nivel de corriente aplicado para el siguiente ciclo se reduce tal como como se muestra con la flecha abierta. La duración de la corriente positiva para el electrodo de trabajo se establece en la duración objetivo y la amplitud final es la amplitud objetivo. Ambas pueden configurarse para variar en otras realizaciones del algoritmo. En otras realizaciones, el parámetro de tensión de accionamiento puede reemplazarse mediante un parámetro de tensión de electrodo de trabajo con respecto a electrodo de referencia para medir de manera más precisa los potenciales electroquímicos de la superficie de contacto. En otras realizaciones el ciclo de suministro de corriente inicial puede ser catódico en lugar de anódico.

La etapa de estabilización/acondicionamiento también puede implicar el funcionamiento cíclico repetido de la corriente que construye una capa de AgCl durante un periodo específico, luego retira el AgCl añadido. Se fija la cantidad de AgCl depositado y se determina mediante la corriente y duración. A medida que se añade y se retira repetidamente el AgCl, se transforma la estructura subyacente del AgCl, reduciendo el potencial de tensión requerido para hacer pasar la corriente prescrita mientras dure. La fase de estabilización/acondicionamiento continúa hasta que la variación de tensión ciclo a ciclo está por debajo de un valor preconfigurado. Tal como se observa en la figura 35, la fase de estabilización/acondicionamiento puede incluir una amplitud de corriente sustancialmente consistente con cada ciclo y tensiones de accionamiento cuyos niveles máximos son consistentes con un valor de variación predefinido.

Una realización de un algoritmo es el siguiente:

a. Aplicar una corriente anódica al electrodo durante el periodo prescrito. Durante este tiempo, medir la tensión positiva máxima mientras dure.

b. Aplicar una corriente catódica al electrodo hasta que se ha eliminado la carga total aplicada durante la fase anódica. Durante este tiempo, medir la tensión negativa máxima mientras dure.

c. Mantener (por ejemplo, en una memoria) una lista de las N tensiones máximas previas. El número de muestras, N, es el periodo de estabilidad configurado.

d. Si la variación en las tensiones anódicas máximas está por debajo de un valor configurado, se completa el procedimiento de formación del electrodo. De lo contrario, continuar con el funcionamiento cíclico de corriente. Alternativamente, la magnitud de las tensiones anódicas máximas está por debajo de un valor configurado hasta que o cuando se completa el procedimiento de formación del electrodo.

En algunas realizaciones, el electrodo podría tener un área superficial de trabajo de, por ejemplo, aproximadamente, menos de aproximadamente, o no más de aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 100 mm2, o más o menos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el límite de corriente máximo podría ser, por ejemplo, aproximadamente, de menos de aproximadamente, o no más de aproximadamente 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mA, o más o menos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el límite de tensión podría ser, por ejemplo, aproximadamente, de menos de aproximadamente, o no más de aproximadamente 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8. 1,9, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5 V, o más o menos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el límite de variación de tensión podría ser, por ejemplo, aproximadamente, de menos de aproximadamente, o no más de aproximadamente 0,1, 0,5, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250 mV, o más o menos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el límite de periodo de tiempo podría ser, por ejemplo, aproximadamente, de menos de aproximadamente, o no más de aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 segundos o más o menos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el periodo de estabilidad podría ser de, por ejemplo, al menos aproximadamente, aproximadamente, o no más de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 500, 1.000 ciclos, o más o menos, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el periodo de construcción podría ser de, por ejemplo, al menos aproximadamente, aproximadamente, o no más de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 500, 1.000 segundos, o más o menos, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores.

En algunas realizaciones, el periodo de construcción y de grabado de retracción podría ser de, por ejemplo, al menos aproximadamente, aproximadamente, o no más de aproximadamente el 1 %, el 2 %, el 3 %, el 4 %, el 5 %, el 6 %, el 7 %, el 8 %, el 9 %, el 10 %, el 11 %, el 12 %, el 13 %, el 14 %, el 15 %, el 16 %, el 17 %, el 18 %, el 19 %, el 20 %, el 21 %, el 22 %, el 23 %, el 24 %, el 25 %, el 30 %, el 35 %, el 40 %, el 45 %, el 50 %, el 60 %, el 70 %, el 80 %, el 90 %, o más o menos, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores.

En realizaciones alternativas, la carga de construcción podría ser de hasta aproximadamente 2500, 3000, 3500, 4000, 4500 ó 5000 mA-segundos o mayor de 5000 mA-segundos, tales como 5500, 6000, 7000, 8000, 9000, 10000 mA-segundos, o más, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente.

En algunas realizaciones, tales como en los algoritmos dados a conocer, por ejemplo, el electrodo puede acondicionarse de una manera que permita el suministro de la amplitud de corriente objetivo para la duración deseada con una tensión de accionamiento por debajo de un umbral establecido tal como el potencial de electrólisis, por ejemplo. El algoritmo también limita la cantidad de tiempo que se expone el electrodo a tensiones por encima del umbral superior de la tensión de accionamiento lo que puede conducir a la generación de subproductos perjudiciales que pueden dañar el tejido. En otras realizaciones, el parámetro de tensión de accionamiento puede reemplazarse con un parámetro de tensión de electrodo de trabajo con respecto a electrodo de referencia para medir de manera más precisa los potenciales electroquímicos de la superficie de contacto. En otras realizaciones el ciclo de suministro de corriente inicial puede ser catódico en lugar de anódico. Los sistemas y métodos tal como se indican en el presente documento pueden implicar sensores para medir la corriente, las tensiones y otros parámetros que proporcionan entrada a un controlador, que puede ejecutar algoritmos específicos incluyendo, pero sin limitarse a, los dados a conocer en el presente documento en bucle o bien abierto o bien cerrado.

La figura 36 muestra el cambio en la en microestructura que puede producirse después de construir una capa de AgCl sobre un electrodo de plata pura y después de realizar las etapas de formación y estabilización/acondicionamiento para acondicionar el electrodo recubierto con AgCl. Estos cambios microestructurales pueden incluir la formación de “islas” de Ag-AgCl que realizan fácilmente la transición entre las formas de Ag y AgCl y aumentan el área superficial para la reacción electroquímica.

Aunque se han descrito realizaciones para la construcción y acondicionamiento de un electrodo de modo que la tensión de accionamiento permanezca por debajo de un umbral establecido que puede ser un umbral de seguridad tal como el potencial de electrólisis u otro umbral establecido según se desea, tal como incorporando umbrales de seguridad, el sistema todavía puede encontrar escenarios que tienden a empujar la tensión de accionamiento fuera del intervalo objetivo deseado. Por ejemplo, la carga intercambiada entre los electrodos de trabajo y los contraelectrodos puede desviarse ligeramente de modo que se deposita más carga sobre el contraelectrodo que sobre el electrodo de trabajo con cada ciclo. A lo largo de muchos ciclos esto puede despojar al electrodo de trabajo de AgCl acondicionado, activo u otro sustrato que hace que la magnitud de la tensión de accionamiento se eleve. La figura 37 muestra una tensión de accionamiento que comenzó a superar el umbra inferior de tensión de accionamiento a lo largo del tiempo. Además, en el cuerpo, la impedancia del sistema no está solo dictada por los potenciales de reacción a través de las superficies de contacto electrodocuerpo, sino también por la impedancia del tejido corporal en sí mismo y la caída de tensión que se produce a través del tejido. La impedancia del tejido puede cambiar debido a la formación de cápsulas (por ejemplo, fibrosis) alrededor de los electrodos, el movimiento, el aumento o la pérdida de peso u otros factores que hacen que la impedancia del cuerpo varíe (aumente o disminuya) a lo largo del tiempo. A frecuencias bajas debido a que la tensión de accionamiento comprende la caída de tensión a través de la conexión que rodea inmediatamente el tejido (AVconexión) y el cuerpo (AVcuerpo) tal como se muestra a continuación:

Vaccionamiento _ AVconexión AVcuerpo _ I*(Rconexión Rcuerpo)

Puede ser ventajoso en algunos casos asegurar que la caída de tensión a través de la conexión no supera el umbral de seguridad, puesto que esa caída de tensión es indicativa de e impulsa reacciones electroquímicas. Si puede calcularse la resistencia del cuerpo (Rcuerpo), entonces AVcuerpo puede determinarse para una corriente establecida (I) y la caída de tensión a través de la conexión (AVconexión) puede calcularse y ajustarse ajustando la tensión de accionamiento (Vaccionamiento) para asegurar que AVconexión permanece en un intervalo seguro.

En la figura 38 el electrodo y el cuerpo pueden modelizarse como una resistencia (Rconexión) y un condensador (Cconexión) en paralelo y una impedancia de cuerpo (Rcuerpo) en serie con el electrodo. A frecuencias de accionamiento bajas, el electrodo y el cuerpo pueden modelizarse tal como se muestra en la figura 39 reflejando la ecuación anterior. A frecuencias de accionamiento altas, el sistema puede modelizarse tal como se muestra en la figura 40 donde el condensador se comporta como un cortocircuito y no tiene ninguna impedancia. Haciendo referencia a la figura 40 en este escenario, el sistema puede definirse mediante la siguiente ecuación en la que AVconexión _ 0 porque Rconexión _ 0.

Vaccionamiento _ AVconexión AVcuerpo _ I*(Rconexión Rcuerpo) _ I*Rcuerpo

Conociendo Vaccionamiento y la corriente (I), puede calcularse la impedancia del cuerpo (Rcuerpo)

Rcuerpo _ Vaccionamiento/I

Por tanto, la caída de tensión de la conexión o el electrodo puede calcularse (por ejemplo, mediante un procesador) y controlarse ajustando la tensión de accionamiento total:

AVconexión _ Vaccionamiento - AVcuerpo

Esto puede permitir al sistema mantener la tensión por debajo de un umbral establecido.

AVconexión < Vumbral

Haciendo referencia de nuevo a la figura 40 la capacidad para simular el cortocircuito a través de la conexión o la superficie de contacto electrodo-cuerpo puede implementarse generando una entrada de corriente de cortocircuito tal como se observa en un círculo en la figura. En algunas realizaciones, la entrada de corriente incluye una amplitud de corriente del orden de hasta aproximadamente 10 microamperios, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20 microamperios, desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 50 microamperios, desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 100 microamperios, desde aproximadamente 100 microamperios hasta aproximadamente 200 microamperios, más de aproximadamente 200 microamperios, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente. En algunas realizaciones, la entrada de corriente incluye una duración de corriente del orden de hasta aproximadamente 1 microsegundo, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20 microsegundos, desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 100 microsegundos, desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 1 milisegundo, desde aproximadamente 1 milisegundo hasta aproximadamente 100 milisegundos, más de aproximadamente 100 milisegundos, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores mencionados anteriormente. Esta entrada de corriente puede producirse al comienzo del ciclo de CC, durante el ciclo de CC o después del ciclo de CC para determinar la impedancia del cuerpo para permitir el ajuste de la tensión de accionamiento para mantener la tensión de la conexión o el electrodo por debajo de un umbral establecido. El umbral establecido puede ser un umbral de seguridad tal como el potencial de electrólisis. La entrada de corriente puede realizarse cada ciclo o cada dos ciclos o periódicamente o bajo demanda tal como se desee para permitir la determinación de la caída de tensión de la conexión o el electrodo. Este conocimiento de la caída de tensión luego puede usarse para ajustar la tensión de accionamiento en un bucle de control automatizado o manualmente. Después de la entrada de corriente de alta frecuencia inicial, la forma de onda de corriente continua puede aplicarse basándose en la tensión de accionamiento ajustada tal como se determina en la entrada de corriente de alta frecuencia anterior.

Si se determina que la tensión de la conexión o el electrodo esté por encima de un valor umbral, también puede ajustarse ajustando la corriente suministrada reduciendo la amplitud de corriente tal como se muestra en la figura 41 en la que la porción de la forma de onda donde se alcanza el umbral, la corriente se reduce para mantenerse por debajo del umbral. En una aplicación de electrodo de plata-cloruro de plata con tanto el contraelectrodo como los electrodos de trabajo, controladores que implementan el algoritmo descrito pueden permitir ventajosamente un autoequilibrado de carga. El sistema de plata-cloruro de plata puede presentar mayores tensiones durante la fase anódica (tensión positiva) para el electrodo de trabajo cuando la cantidad de AgCl disponible en el contraelectrodo correspondiente se agota parcialmente de modo que el AgCl que reacciona menos fácilmente conduce a mayores potenciales para impulsar la reacción. Al reducir la cantidad de carga extraída del contraelectrodo durante la fase anódica (flechas abiertas) pero teniendo una corriente de amplitud completa durante la fase catódica (flecha sólida), se añade carga neta al contraelectrodo, ayudando a reequilibrar la distribución de carga entre los electrodos.

Debe observarse que los sistemas y algoritmos descritos anteriormente también pueden usarse para mantener tensiones dentro de una tensión de accionamiento e intervalos de tensión de conexión objetivo deseados tal como se desee y establecidos por el usuario final dentro del algoritmo. En algunas realizaciones, el impulso de corriente avanzada se suministrará de manera catódica en lugar de anódica, o de manera anódica en lugar de catódica.

En algunas realizaciones, las amplitudes de suministro de corriente continua (CC) para cualquier terapia dada a conocer en el presente documento podría estar, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,5 mA, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5 mA y de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5 mA, o intervalos que incorporan cualesquiera dos de los valores anteriores. En algunas realizaciones, puede utilizarse de aproximadamente 2,5 mA a aproximadamente 5 mA y aproximadamente 5 mA y por encima para niveles de corriente tanto anódica como catódica para el bloqueo. Se ha observado respuesta, por ejemplo, en un intervalo de aproximadamente 0 - 1,5 mA en estudios con animales, así como la aparición de parestesia en nervios humanos periféricos a aproximadamente 1,5 mA (catódico y anódico) con un bloqueo completo a aproximadamente 2,5 mA y un suministro de corriente de hasta aproximadamente 5,5 mA.

En algunas realizaciones, el suministro de corriente continua a un paciente puede seleccionarse como diana en cualquiera de una de varias ubicaciones anatómicas, incluyendo, pero sin limitarse a: el ganglio de la raíz dorsal, raíces dorsales, columnas dorsales, asta dorsal, tracto de Lissauer y/o los tractos del dolor anterolaterales. En algunas realizaciones, el suministro de corriente continua puede dirigirse a un nervio periférico, u otras ubicaciones diana tal como se describe en otra parte en el presente documento. Sin querer limitarse a la teoría, en algunas realizaciones, el suministro de CC puede modular de manera potente fibras de pequeño diámetro en la médula espinal y despolarizar neuronas de la médula espinal. El suministro de CC puede no ser necesariamente sensible al tamaño de fibra, y puede tener un amplio margen terapéutico. El suministro de CC puede utilizarse para una amplia variedad de indicaciones, incluyendo, pero sin limitarse a, mapeo cardiaco para arritmias, epilepsia y discinesias, así como una variedad de otras afecciones dadas a conocer en otra parte en el presente documento.

Los sistemas y métodos descritos en las figuras anteriores pueden usarse para generar bloqueo de nervios con CC. Dependiendo de la aplicación de corriente continua específica del bloqueo de nervios, puede producirse la supresión del nervio o el bloqueo continuo después de la retirada o detención de la corriente, y la hipersupresión puede resultar de un bloqueo de nervios continuo por encima de un minuto después de la retirada de la fuente de CC para retrasar la recuperación de la conducción nerviosa. El bloqueo y la supresión de nervios puede generarse de una manera intermitente o continua, dependiendo de la aplicación deseada. Se han descrito medios para el bloqueo de nervios continuo que proporciona un suministro seguro de bloqueo de nervios a través de una corriente iónica que utiliza múltiples electrodos o activación de contacto de electrodo secuencial que permite un medio para modular la conducción nerviosa de manera segura sin necesitar sistemas mecánicos complejos. El sistema puede ser completa o parcialmente implantable, o completamente no implantable (por ejemplo, transcutáneo) con todos los materiales que están en contacto con el tejido biocompatibles para el contacto con el tejido y con compatibilidad de implantación.

En algunas realizaciones, puede usarse sistemas y métodos tal como se dan a conocer en el presente documento o modificarse para su uso como parte de sistemas de estimulación con corriente alterna, incluyendo, pero sin limitarse a, sistemas de estimulación de la médula espinal (SCS) para el tratamiento de dolor crónico, tal como por ejemplo el sistema SENZA de Nevro Corporation; los sistemas PRECISION incluyendo PRECISION PLUS y PRECISION SPECTRA de Boston Scientific Corporation, y el sistema INTELLIS de Medtronic PLC. Como un ejemplo, los sistemas y métodos tal como se dan a conocer en el presente documento pueden aumentar la eficacia de un sistema de suministro de corriente alterna que incluye suministrar corriente alterna a través de un electrodo y una conexión de electrodo a un tejido diana de un paciente que utiliza una forma de onda con compensación de CC generada por un generador de impulsos y facilitada por un controlador. En algunas realizaciones, la alta frecuencia tal como se usa en el presente documento con referencia a la corriente alterna (por ejemplo, HFAC), puede referirse a frecuencias de aproximadamente 1 kHz o mayor, tal como entre aproximadamente 1,5 kHz y aproximadamente 100 kHz, entre aproximadamente 3 kHz y aproximadamente 50 kHz, entre aproximadamente 5 kHz y aproximadamente 20 kHz, aproximadamente 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, 25 kHz, 30 kHz, 40 kHz, 50 kHz, 75 kHz, 100 kHz, o más, o intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores. En algunas realizaciones, la amplitud de la señal puede oscilar desde aproximadamente 0,1 mA hasta aproximadamente 20 mA, desde aproximadamente 0,5 mA hasta aproximadamente 10 mA, de aproximadamente 0,5 mA a aproximadamente 4 mA, de aproximadamente 0,5 mA a aproximadamente 2,5 mA, u otros intervalos que incluyen cualesquiera dos de los valores anteriores, u otras amplitudes tal como se dan a conocer en otra parte en el presente documento. La amplitud de la señal aplicada puede aumentarse y/o disminuirse en rampa en algunos casos, incluyendo funciones de variación en rampa no lineales. También puede modularse la frecuencia o amplitud de la corriente alterna. El electrodo y/o la conexión de electrodo pueden incluir uno o más de: materiales de alta densidad de carga, un electrodo SINE, y/o un material de plata-cloruro de plata. En algunos casos, tales sistemas y métodos pueden aumentar ventajosamente la excitabilidad de las neuronas diana, disminuyendo de ese modo los umbrales y ampliando el margen terapéutico de la estimulación de tejido diana. En algunas realizaciones, los sistemas y métodos están configurados para reducir los efectos secundarios, incluyendo, pero sin limitarse a parestesias, a menudo un hormigueo, zumbidos o choque que puede manifestarse con movimientos súbitos durante las actividades diarias u otros periodos de tiempo.

La descripción y los ejemplos anteriores se han expuesto para ilustrar la divulgación según diversas realizaciones y no pretenden ser indebidamente limitativas.

Aunque los métodos y dispositivos descritos en el presente documento pueden ser susceptibles a diversas modificaciones y formas alternativas, se han mostrado ejemplos específicos de los mismos en los dibujos y se describen en el presente documento con detalle. Debe entenderse, sin embargo, que el alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para bloqueo de nervios con corriente continua, que comprende:

un generador de corriente continua;

un electrodo de trabajo y un contraelectrodo; y

un controlador configurado para aplicar de manera cíclica corriente continua de una primera polaridad a lo largo de una primera duración, y corriente continua de una segunda polaridad opuesta a la primera polaridad a lo largo de una segunda duración, recibir medidas de una tensión máxima de la primera polaridad a lo largo de la primera duración y medidas de una tensión máxima de la segunda polaridad a lo largo de la segunda duración; ajustar la corriente continua analizando las tensiones máximas a lo largo de la primera duración y la segunda duración, y aumentar una magnitud de corriente en una cantidad predeterminada hasta un límite de corriente si la tensión máxima medida a lo largo de la primera duración y la segunda duración está por debajo de un límite de umbral absoluto; y disminuir la magnitud de corriente en una cantidad si la tensión máxima medida a lo largo de la primera duración o la segunda duración está por encima de un límite de umbral absoluto.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que la corriente continua comprende una frecuencia de menos de aproximadamente 1 Hz.

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que el límite de umbral absoluto es menor que el potencial de electrólisis del agua.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que el electrodo de trabajo comprende cloruro de plata.

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que el límite de corriente es un límite de corriente predeterminado, y se disminuye la magnitud de corriente en una cantidad predeterminada.

6. Sistema según la reivindicación 1, en el que el controlador está configurado para fijar la magnitud de corriente una vez que la variación de tensión máxima de la primera polaridad está por debajo de un valor configurado.

7. Sistema según la reivindicación 1, en el que la primera polaridad es anódica y la segunda polaridad es catódica.

8. Sistema según la reivindicación 1, en el que el límite de corriente es de aproximadamente 5 mA.

9. Sistema según la reivindicación 1, en el que el límite de umbral absoluto de tensión máxima es de aproximadamente 1,5 V.