ES3027976T3

ES3027976T3 - Treatment of acute medical conditions

Info

Publication number: ES3027976T3
Application number: ES18829948T
Authority: ES
Inventors: Matteo Donega; Daniel John Chew; Margriet Vervoordeldonk; Isha Gupta
Original assignee: Galvani Bioelectronics Ltd
Current assignee: Galvani Bioelectronics Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2025-06-17
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: US12121718B2; CN111954554A; EP3743157A1; US20220409890A1; WO2019122907A1; EP4556060A3; EP4556060A2; JP2021507762A; US20230347140A1; US11724102B2; US11452867B2; EP3743157B1; US20200324111A1; JP2024161366A

Abstract

La estimulación eléctrica de la actividad neuronal en la inervación neuronal del bazo que está asociada con los haces neurovasculares proporciona una forma útil de tratar afecciones médicas agudas, como traumatismos, hemorragias y shock. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tratamiento de afecciones médicas agudas

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un sistema de estimulación de la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo para tratar una afección médica aguda.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Las afecciones médicas agudas, como se mencionan en la presente, se refieren a un deterioro rápido del estado fisiológico de un sujeto que puede poner en peligro su vida si no se tratan. Los ejemplos incluyen traumatismos, sepsis, hemorragias, hemofilia grave, episodios graves de lupus, episodios graves de Crohn, rechazo de aloinjerto/autoinjerto, anafilaxia y shock endotóxico. Por lo tanto, estos sujetos requieren atención médica urgente para aliviar el sufrimiento y minimizar el riesgo de morbilidad y mortalidad. Los tratamientos de las afecciones médicas agudas varían de acuerdo con la enfermedad y, dependiendo de la gravedad de la afección, a menudo estos tratamientos no tienen éxito.

Por el contrario, las afecciones médicas crónicas son aquellas que se caracterizan por un curso clínico prolongado durante el cual se producen pocos cambios o una lenta progresión de la patología subyacente. Por ejemplo, la artritis (por ejemplo, la artritis reumatoide), la pancreatitis crónica, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica o la insuficiencia cardiaca crónica. Sin embargo, los sujetos con afecciones crónicas pueden padecer exacerbaciones agudas del proceso de la enfermedad subyacente, lo que generalmente se denomina episodios agudo-crónicos. La distinción entre las afecciones médicas agudas y crónicas es bien conocida en la técnica.

El bazo contiene la mitad de la población de monocitos del cuerpo, lo que convierte a este órgano en el principal contribuyente en la inflamación, en particular en respuesta al shock endotoxémico [1]. El bazo está inervado por diferentes ramas nerviosas, y se ha propuesto que la inervación esplénica es simpática en un 98% (revisado en [2]). La estimulación eléctrica de los nervios esplénicos se asocia con respuestas vasculares del bazo [3]. Se ha sugerido que la estimulación eléctrica de los nervios esplénicos puede ser útil para tratar afecciones asociadas a respuestas inmunitarias e inflamatorias crónicas, por ejemplo, véanse las referencias [4,5,6,7]. Sin embargo, no se han investigado los efectos de prosupervivencia de la estimulación del nervio esplénico en afecciones médicas agudas. El documento US 2005/075702 A1 analiza la estimulación de una o más neuronas del sistema nervioso simpático, incluyendo el nervio esplénico, para atenuar una respuesta inmunitaria, incluyendo una respuesta inmunitaria inflamatoria. También se analizan dispositivos y los sistemas para estimular el sistema nervioso simpático para atenuar una respuesta inmunitaria. Los dispositivos analizados incluyen generadores de pulsos y bombas de fármacos. Se describen sistemas que opcionalmente tienen uno o más sensores e instrucciones para el operador. En ejemplos específicos, se demuestra que la estimulación del nervio esplénico de cerdos con un generador de pulsos es segura y eficaz para atenuar una respuesta inmunitaria inducida por lipopolisacáridos. El sistema nervioso simpático puede estimularse eléctricamente con, por ejemplo, un generador de pulsos. En una realización, la estimulación del sistema nervioso simpático incluye la estimulación del nervio esplénico. La FIG. 16 del documento US 2005/075702 A1 es una fotografía del electrodo de manguito usado para estimular el nervio esplénico en una realización. Los párrafos [0042] a [0048] del documento US 2005/075702 A1 analizan la atenuación de una respuesta inmunitaria y enumeran una serie de ejemplos de una respuesta inmunitaria.

Hay una necesidad de identificar nuevas y mejores formas de tratar las afecciones médicas agudas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los inventores demuestran por primera vez que la neuromodulación de los nervios que irrigan el bazo, en particular los nervios que rodean la arteria esplénica (denominados en la presente nervios arteriales esplénicos), aumentó la supervivencia de los animales en un modelo de shock endotoxémico (LPS). En particular, los inventores descubrieron que la estimulación eléctrica de los nervios esplénicos estabilizaba la presión arterial, que disminuye drásticamente en los animales tratados con LPS, y reducía la reducción máxima de la presión arterial. Por lo tanto, la estimulación de la actividad neuronal de los nervios esplénicos proporciona una manera de tratar afecciones médicas agudas, en particular afecciones potencialmente mortales, como las que presentan cambios fisiológicos asociados al shock y disfunción cardiovascular (por ejemplo, traumatismos, hemorragias y shock séptico). Esto sería particularmente útil como tratamiento único, por ejemplo en entornos clínicos agudos. La invención se define por un sistema de acuerdo con la reivindicación 1. Cualquier método divulgado en lo sucesivo no forma parte del alcance de la invención y se mencionan únicamente con propósitos ilustrativos.

Las realizaciones opcionales se exponen en las reivindicaciones dependientes. La siguiente divulgación describe métodos, métodos implementados por ordenador, ordenadores, señales, formas de onda, partículas cargadas y nervios modificados; estos aspectos no se reivindican explícitamente, sino que se describen porque son útiles para comprender mejor el sistema de la invención. Además, se pretende que el sistema de la invención pueda por lo menos a) implementar dichos métodos, b) ser utilizado junto con, o incluir, dicho ordenador, c) producir dichas señales, formas de onda y partículas, y d) ser utilizado para modificar dichos nervios.

Por tanto, la divulgación proporciona un método para tratar una afección médica aguda, como traumatismo, hemorragia o shock séptico, el método comprendiendo aplicar una señal eléctrica para estimular la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio se asocia con un haz neurovascular (por ejemplo. un nervio arterial esplénico), de tal manera que la señal eléctrica produce una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de una afección médica aguda, en donde la mejora en el parámetro fisiológico es cualquiera del grupo que consiste en: restaurar la temperatura corporal a entre 36 grados Celsius (°C) y 38° C, restablecer la frecuencia cardíaca a 60-100 bpm, restablecer la presión arterial sistémica a entre 90/60 mmHg y 150/90 mmHg, restablecer la presión venosa sistémica a aproximadamente 5 mmHg en la aurícula derecha y aproximadamente 8 mmHg en la aurícula izquierda, restablecer la presión venosa central al intervalo de aproximadamente 3-8 mmHg, restablecer la presión pulmonar a aproximadamente 15 mmHg, restablecer la frecuencia respiratoria a 8-14 respiraciones por minuto, aumento de la saturación de oxígeno a >94%, un aumento de la presión parcial arterial de oxígeno a 12-15 kPa, restablecer la presión parcial arterial de dióxido de carbono a 4,4-6,1 kPa, una reducción de la sensación de dolor, restablecer la diuresis a >0,5 ml/kg/hora, aumentar el nivel de consciencia, una reducción del nivel de lactato, un cambio en el nivel de glucosa en sangre, un cambio en el nivel de déficit de bases en sangre y un cambio en el nivel de pH arterial.

La divulgación también proporciona un método para tratar una afección médica aguda, como traumatismo, hemorragia o shock séptico, el método comprendiendo aplicar una señal eléctrica para estimular la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), de tal manera que la señal eléctrica produce una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de una afección médica aguda, en donde la mejora en el parámetro fisiológico es cualquiera del grupo que consiste en: restablecer los valores fisiológicos de la presión arterial sistémica entre 90/60 mmHg y 150/90 mmHg y restablecer la presión venosa sistémica en el intervalo de 3-8 mmHg, restablecer la presión pulmonar a aproximadamente 15 mmHg, restablecer niveles más bajos de resistencia vascular pulmonar a la vez que se aumenta la resistencia vascular sistémica y aumentar la presión capilar pulmonar en cuña, reducir niveles elevados de lipasas, reducir niveles elevados de amilasas.

La invención también proporciona un sistema para estimular la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), para tratar una afección médica aguda. El sistema comprende por lo menos un electrodo en contacto de señalización con el nervio, y por lo menos un controlador acoplado eléctricamente al por lo menos un electrodo. El por lo menos un controlador configurado para controlar el funcionamiento del por lo menos un electrodo para aplicar una señal eléctrica al nervio. La señal eléctrica tiene una forma de onda que comprende uno o más trenes de pulsos y en donde la densidad de carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica está entre 5|jC y 1300|jC por cm2 por fase. La señal eléctrica está configurada de tal manera que produce una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de la afección médica aguda. La mejora en el parámetro fisiológico es cualquiera del grupo que consiste en: restablecer la temperatura corporal a entre 36° C y 38° C, restablecer la frecuencia cardíaca entre 60 y 100 bpm, restablecer la presión arterial sistémica entre 90/60 mmHg y 150/90 mmHg, restablecer la presión venosa sistémica entre 5 mmHg en la aurícula derecha y 8 mmHg en la aurícula izquierda, restablecer la presión venosa central entre 3 y 8 mmHg, restablecer la presión pulmonar a aproximadamente 15 mmHg, restablecier la frecuencia respiratoria a 8 14 respiraciones por minuto, un aumento de la saturación de oxígeno a >94%, un aumento de la presión parcial arterial de oxígeno a 12-15 kPa, restablecer la presión parcial arterial de dióxido de carbono a 4.4-6,1 kPa, una reducción de la sensación de dolor, restablecer la diuresis a >0,5 ml/kg/hora, aumentar el nivel de consciencia, una reducción del nivel de lactato, un cambio en el nivel de glucosa en sangre, un cambio en el nivel de déficit de bases en sangre y un cambio en el nivel de pH arterial.

La divulgación también proporciona un método implementado por ordenador para tratar una afección médica aguda en un sujeto. El método comprende controlar el funcionamiento de por lo menos un electrodo del sistema de la invención para aplicar una señal a un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado a un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), para estimular actividad neuronal, de tal manera que se estimule reversiblemente la actividad neuronal del nervio.

La divulgación también proporciona un ordenador que comprende un procesador y un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio que lleva un programa de ordenador ejecutable que comprende partes de código que, cuando se cargan y se ejecutan en el procesador, hacen que el procesador: aplique una señal eléctrica para estimular la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), de tal manera que la señal eléctrica produce una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de una afección médica aguda.

La divulgación también proporciona una señal eléctrica neuroestimuladora para su uso en un método de tratamiento de una afección médica aguda, en donde la señal eléctrica es cualquier señal eléctrica descrita en la presente.

La divulgación también proporciona una forma de onda eléctrica para su uso en un método de tratamiento de una afección médica aguda, en donde la forma de onda eléctrica provoca la despolarización reversible de la membrana nerviosa de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), de tal manera que se genera un potencial de acción de novo en el nervio.

La divulgación también proporciona una partícula cargada para su uso en un método de tratamiento de una afección médica aguda, en donde la partícula cargada provoca la despolarización reversible de la membrana nerviosa de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), de tal manera que se genera un potencial de acción de novo en el nervio modificado.

La divulgación también proporciona un nervio modificado con el que la interfaz neuronal del sistema de la invención está en contacto de señalización, en donde el nervio irriga el bazo y está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), en donde el por lo menos un electrodo está en contacto de señalización con el nervio y por lo tanto el nervio puede distinguirse del nervio en su estado natural, y en donde el nervio se encuentra en un sujeto que tiene una afección médica aguda.

La divulgación también proporciona un nervio modificado que puede obtenerse mediante la estimulación de la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular, preferiblemente un nervio arterial esplénico, de acuerdo con un método de la divulgación.

La divulgación también proporciona un método para controlar un sistema de la invención que está en contacto de señalización con un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), que comprende un paso de enviar instrucciones de control al sistema, en respuesta al cual el sistema aplica una señal al nervio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Nervios que irrigan el bazo

La inervación del bazo es principalmente simpática o noradrenérgica, y es probable que las neuronas peptídicas representen la mayor parte de las neuronas restantes. El bazo humano está inervado principalmente por el plexo esplénico que rodea la arteria esplénica. La arteria esplénica está cubierta de tejido nervioso, que deriva del plexo celíaco y continúa con la arteria esplénica hasta el bazo como plexo esplénico. El plexo esplénico se introduce en el bazo en el hilio, donde la arteria esplénica diverge en ramas terminales y el plexo esplénico continúa con estas ramas en el parénquima del bazo.

El plexo esplénico incluye varios fascículos nerviosos que circunvalan la arteria esplénica principal desde la arteria celíaca hasta el bazo, y cada fascículo nervioso comprende un pequeño haz de fibras nerviosas. Un fascículo nervioso (o conocido como fascículo nervioso periarterial) que circunvala el nervio esplénico se denomina en la presente nervio arterial esplénico.

El curso de la arteria esplénica es variable. En general, tiende a discurrir a lo largo de la superficie del páncreas y a menudo está en contacto directo con el páncreas. Entre el lugar de origen y el punto de entrada en el hilio, la arteria esplénica puede separarse de la superficie del páncreas en ciertas posiciones, de tal manera que la arteria esplénica no está en contacto directo con el páncreas.

La divulgación se refiere a aplicar una señal eléctrica, y de este modo modular la actividad neuronal, a un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado a un haz neurovascular. Preferiblemente, el nervio es un nervio arterial esplénico.

En algunas realizaciones, el nervio es un nervio simpático.

En algunas realizaciones, la divulgación se refiere a aplicar una señal eléctrica a un nervio arterial esplénico. En otras realizaciones, la divulgación se refiere a aplicar una pluralidad (es decir, un haz) de nervios arteriales esplénicos.

En otras realizaciones, la divulgación se refiere a aplicar una señal eléctrica por lo menos a un nervio arterial esplénico y a la arteria esplénica. En otras realizaciones, la invención puede implicar la aplicación de una señal eléctrica a todos los nervios arteriales esplénicos y a la arteria esplénica.

En otras realizaciones, la divulgación se refiere a aplicar una señal eléctrica a por lo menos un nervio arterial esplénico, por ejemplo el plexo esplénico, asociado con una parte de la arteria esplénica que está separada de la superficie del páncreas. Por ejemplo, la señal eléctrica puede aplicarse a por lo menos un nervio en un lugar adyacente a un asa arterial esplénica. Las asas arteriales esplénicas se caracterizan por estar separadas por una distancia de, por ejemplo, >0,5 cm de la superficie del páncreas, donde el espacio intermedio está relleno de tejido adiposo y/o tejido conectivo. La aplicación de una señal eléctrica en este lugar es ventajosa, ya que permite aislar más directamente el plexo nervioso asociado a la arteria esplénica. También se espera que este lugar de aplicación haga que la cirugía sea más segura, desde el punto de vista de la reducción de lesiones quirúrgicas en el páncreas.

En algunas realizaciones, el asa arterial esplénica está separada de la superficie del páncreas por una distancia de >1 cm, por ejemplo, aproximadamente 1-2 cm, preferiblemente aproximadamente 1,5 cm, donde esta distancia entre la curvatura interior en la parte superior del asa, y la superficie del páncreas. Esta distancia puede denominarse altura del asa, como se describe en la presente.

Un asa arterial esplénica puede tener un cuello de aproximadamente >0,5 cm, donde, en este contexto, "cuello" se refiere a la distancia directa entre la curvatura interior del primer tramo del asa (la posición en la que la arteria esplénica se separa de la superficie del bazo) y la curvatura interior del segundo tramo del asa (la posición en la que la arteria esplénica vuelve a entrar en contacto directo con el bazo). En algunas realizaciones, el cuello mide >0,55 cm, >0,6 cm, >0,65 cm, >0,7 cm, >0,75 cm, >0,8 cm, >0,85 cm, >0,9 cm, >0.95 cm, >1 cm, >1,1 cm, >1,2 cm, >1,3 cm, >1,4 cm, >1,5 cm, >1,6 cm, >1,7 cm, >1,8 cm, >1,9 cm, o >2,0 cm. En algunas realizaciones, el asa arterial esplénica puede tener un cuello en el intervalo de aproximadamente 1,1 cm a aproximadamente 3,0 cm.

El número de asas arteriales esplénicas puede variar entre sujetos humanos, pero, en general, parece haber una correlación positiva entre el número de asas arteriales esplénicas y la edad de un sujeto. Típicamente, las asas arteriales esplénicas se observan con mayor frecuencia en sujetos humanos mayores de 45 años.

En algunas realizaciones, el lugar de aplicación de la señal puede estar en uno o más nervios adyacentes a un asa arterial esplénica.

En algunas realizaciones, los lugares de aplicación de la señal pueden estar en uno o más nervios adyacentes a una pluralidad de asas arteriales esplénicas. En algunas realizaciones, cada uno de la pluralidad de lugares independientes puede estimularse con sistemas o métodos independientes de la invención. En algunas realizaciones, cada uno de la pluralidad de dichos lugares puede ser estimulado por un único sistema, dispositivo o método de la invención.

En algunas realizaciones, la señal puede aplicarse a uno o más nervios en cada una de las asas arteriales esplénicas de la pluralidad, simultáneamente, secuencialmente o por separado.

Simultáneamente puede referirse a la aplicación de la señal en cada uno de la pluralidad de lugares sustancialmente al mismo tiempo, es decir, dentro del error de posible retraso, se pretende que la señal se aplique a cada uno de la pluralidad de lugares exactamente al mismo tiempo. Separadamente puede referirse a la aplicación de la señal a cada uno de la pluralidad de lugares independientemente uno del otro, es decir, las señales no se van a aplicar en una secuencia concertada. Cada una de las señales se transmite a cada uno de los lugares independientemente. Debe entenderse que la aplicación de señales separadas puede dar como resultado que cada uno o varios de la pluralidad de lugares reciban coincidentemente una señal sustancialmente al mismo tiempo. Secuencialmente puede referirse a la aplicación de la señal a cada uno de la pluralidad de lugares en una "secuencia" definida. Esto puede implicar la aplicación de señales a varios de la pluralidad de lugares independientes sustancialmente al mismo tiempo.

Estimulación de un nervio que irriga el bazo

La invención implica aplicar una señal eléctrica a un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), para estimular la actividad neuronal en el nervio. La estimulación se refiere a donde se aumenta la actividad de señalización en por lo menos parte del nervio en comparación con la actividad neuronal de referencia en esa parte del nervio, donde la actividad neuronal de referencia es la actividad de señalización del nervio en el sujeto antes de cualquier intervención. Dicho de otro modo, la estimulación da como resultado la creación de actividad neuronal que aumenta la actividad neuronal total en esa parte del nervio.

La "actividad neuronal" de un nervio se refiere a la actividad de señalización del nervio, por ejemplo la amplitud, frecuencia y/o patrón de los potenciales de acción en el nervio. Se pretende que el término "patrón", como se usa en la presente en el contexto de los potenciales de acción en el nervio, incluya uno o más de: potencial o potenciales de campo local, potencial o potenciales de acción compuestos, potencial o potenciales de acción agregados, y también magnitudes, frecuencias, áreas bajo la curva y otros patrones de potenciales de acción en el nervio o subgrupos (por ejemplo, fascículos) de neuronas en el mismo.

La estimulación típicamente implica aumentar la actividad neuronal, por ejemplo, generar potenciales de acción más allá del punto de estimulación en por lo menos una parte del nervio. En cualquier punto a lo largo del axón, un nervio en funcionamiento tendrá una distribución de iones de potasio y sodio a través de la membrana nerviosa. La distribución en un punto a lo largo del axón determina el potencial eléctrico de membrana del axón en ese punto, que a su vez influye en la distribución de los iones de potasio y sodio en un punto adyacente, que a su vez determina el potencial eléctrico de membrana del axón en ese punto, y así sucesivamente. Se trata de un nervio que funciona en su estado normal, en donde los potenciales de acción se propagan de un punto a un punto adyacente a lo largo del axón, y que puede observarse usando experimentación convencional.

Una manera de caracterizar una estimulación de la actividad neuronal es una distribución de iones potasio y sodio en uno o más puntos en el axón, que se crea no en virtud del potencial eléctrico de membrana en un punto o puntos adyacentes del nervio como resultado de un potencial de acción que se propaga, sino en virtud de la aplicación de un campo eléctrico externo temporal. El campo eléctrico externo temporal modifica artificialmente la distribución de los iones de potasio y sodio dentro de un punto del nervio, provocando una despolarización de la membrana nerviosa que de otro modo no se produciría. La despolarización de la membrana nerviosa provocada por el campo eléctrico externo temporal genera un potencial de acción de novo a través de ese punto. Se trata de un nervio que funciona en un estado perturbado, lo que puede observarse por una distribución de iones de potasio y sodio en un punto en el axón (el punto que ha sido estimulado) que tiene un potencial eléctrico de membrana que no está influido ni determinado por el potencial eléctrico de membrana de un punto adyacente.

Por estimulación de la actividad neuronal se entiende, por tanto, aumentar la actividad neuronal para que continue más allá del punto de aplicación de la señal. Por tanto, el nervio en el punto de aplicación de la señal se modifica en el sentido de que la membrana nerviosa se despolariza reversiblemente mediante un campo eléctrico, de tal manera que se genera un potencial de acción de novo y se propaga a través del nervio modificado. Por lo tanto, el nervio en el punto de aplicación de la señal se modifica en el sentido de que se genera un potencial de acción de novo.

Cuando la señal es una señal eléctrica, la estimulación se basa en la influencia de corrientes eléctricas (por ejemplo, partículas cargadas, que pueden ser uno o más electrones en un electrodo en contacto de señalización con el nervio, o uno o más iones fuera del nervio o dentro del nervio, por ejemplo) sobre la distribución de iones a través de la membrana nerviosa.

La estimulación de la actividad neuronal abarca la estimulación completa de la actividad neuronal en el nervio, es decir, realizaciones en las que la actividad neuronal total aumenta en todo el nervio.

La estimulación de la actividad neuronal puede ser parcial. La estimulación parcial puede ser tal que se aumente parcialmente la actividad de señalización total de todo el nervio, o que se aumente totalmente la actividad de señalización total de un subconjunto de fibras nerviosas del nervio (es decir, que no haya actividad neuronal en ese subconjunto de fibras del nervio), o que se aumente parcialmente la señalización total de un subconjunto de fibras nerviosas del nervio en comparación con la actividad neuronal de referencia en ese subconjunto de fibras del nervio. Por ejemplo, un aumento de la actividad neuronal del <5%, <10%, <15%, <20%, <25%, <30%, <35%, <40%, <45%, <50%, <60%, <70%, <80%, <90% o <95%, o un aumento de la actividad neuronal en un subconjunto de fibras nerviosas del nervio. La actividad neuronal puede medirse mediante métodos conocidos en la técnica, por ejemplo, por el número de potenciales de acción que se propagan a través del axón y/o la amplitud del potencial de campo local que refleja la actividad sumada de los potenciales de acción.

Una ventaja de la invención es que la estimulación de la actividad neuronal es reversible. Por lo tanto, la modulación de la actividad neuronal no es permanente. Por ejemplo, tras la suspensión de la aplicación de una señal, la actividad neuronal en el nervio vuelve sustancialmente hacia la actividad neuronal de referencia en el plazo de 1-60 segundos, o en el plazo de 1-60 minutos, o en el plazo de 1-24 horas (por ejemplo, en el plazo de 1-12 horas, 1-6 horas, 1-4 horas, 1-2 horas), o en el plazo de 1-7 días (por ejemplo, 1-4 días, 1-2 días). En algunos casos de estimulación reversible, la actividad neuronal vuelve sustancialmente a la actividad neuronal de referencia. Es decir, la actividad neuronal después de la suspensión de la aplicación de una señal es sustancialmente la misma que la actividad neuronal antes de que se aplique una señal. Por lo tanto, el nervio o la parte del nervio ha recuperado su capacidad fisiológica normal de propagar potenciales de acción.

En otras realizaciones, la estimulación de la actividad neuronal puede ser sustancialmente persistente. Como se usa en la presente, por "persistente" se entiende que la actividad neuronal tiene un efecto prolongado. Por ejemplo, tras la suspensión de la aplicación de una señal, la actividad neuronal en el nervio sigue siendo sustancialmente la misma que cuando se aplicaba la señal, es decir, la actividad neuronal durante y después de la aplicación de la señal es sustancialmente la misma. Se prefiere la modulación reversible.

Aplicación en terapia

La invención es útil en el tratamiento de afecciones médicas agudas, y en particular, la invención puede usarse como una opción de intervención como último recurso. La invención es particularmente útil para tratar afecciones potencialmente mortales, como las que tienen cambios fisiológicos asociados al shock y la disfunción cardiovascular.

Ejemplos de estas afecciones incluyen los traumatismos, las hemorragias y el shock.

Los traumatismos incluyen, por ejemplo, lesiones físicas provocadas por una fuente externa, como traumatismos contusos (incluyendo colisiones de vehículos de motor, caídas, traumatismos craneoencefálicos, laceraciones), traumatismos penetrantes (como cortes, puñaladas, empalamientos), lesiones por explosión, quemaduras (provocadas por calor, frío, electricidad, productos químicos, fricción o radiación) y combinaciones de los mismos.

La hemorragia es una pérdida de sangre del sistema circulatorio. La hemorragia incluye, por ejemplo, hematemesis (vómitos de sangre fresca), hemoptisis (tos con sangre de los pulmones), hematuria, hemorragia cerebral, hemorragia pulmonar, hemorragia posparto y sangrados gastrointestinales. La hemorragia puede deberse, por ejemplo, a una lesión traumática o a una afección medica subyacente. La hemorragia también incluye la hemorragia interoperatoria y la hemorragia postoperatoria.

El shock incluye, por ejemplo, el shock séptico, el shock anafiláctico, el síndrome de shock tóxico, el shock cardiogénico, el shock hipovolémico y el shock neurogénico. La invención es particularmente útil en el tratamiento del shock séptico.

La invención es de particular interés en relación con traumatismos, shock séptico, hemorragias, hemofilia grave, episodios graves de lupus, episodios de Crohn grave, rechazo de aloinjerto/injerto, anafilaxia y shock endotóxico.

El tratamiento de la afección puede evaluarse de varias maneras, pero típicamente implica determinar una mejora en uno o más parámetros fisiológicos del sujeto. Como se usa en la presente, una "mejora en un parámetro fisiológico determinado " se entiende que significa que, para cualquier parámetro fisiológico dado, una mejora es un cambio en el valor de ese parámetro en el sujeto hacia el valor normal o el intervalo normal para ese valor, es decir, hacia el valor esperado en un sujeto sano.

Como se usa en la presente, "empeoramiento de un parámetro fisiológico determinado" se entiende que significa que, para cualquier parámetro fisiológico dado, el empeoramiento es un cambio en el valor de ese parámetro en el sujeto que se aleja del valor normal o del intervalo normal para ese valor, es decir, que se aleja del valor esperado en un sujeto sano.

Por ejemplo, una afección médica aguda puede ir acompañada de una bajada de tensión, mareos o aturdimiento, una erupción cutánea, náuseas, dolor muscular, dificultad para respirar, oliguria, dolor muscular y piel fría, húmeda y pálida o moteada.

Para evaluar las afecciones médicas agudas son particularmente útiles los signos vitales del organismo, ya que son signos que indican el estado de las funciones vitales (de mantenimiento de la vida) del organismo. Un signo vital puede ser uno o más del grupo que consiste en: presión arterial sistémica, temperatura corporal, frecuencia cardiaca, frecuencia respiratoria, saturación de oxígeno y sensación de dolor.

Otros parámetros fisiológicos útiles pueden ser la presión venosa sistémica, la presión arterial pulmonar (también denominada en la presente presión pulmonar), la diuresis horaria, el nivel de consciencia, la presión parcial arterial de oxígeno y la presión parcial arterial de dióxido de carbono.

Con la invención pueden ser útiles cualquiera o una combinación de los parámetros fisiológicos.

En un sujeto que tiene una afección médica aguda, una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de la afección médica aguda puede (dependiendo de los valores anormales que esté mostrando el sujeto) ser uno o más del grupo que consiste en: restablecer la temperatura corporal a entre 36° C y 38° C, restablecer la frecuencia cardíaca entre 6o y 100 bpm, restablecer la presión arterial sistémica entre 90/60 mmHg y 150/90 mmHg, restablecer la presión venosa sistémica entre 5 mmHg en la aurícula derecha y 8 mmHg en la aurícula izquierda, restablecer la presión venosa central entre 3 y 8 mmHg, restablecer la presión pulmonar a aproximadamente 15 mmHg, restablecer la frecuencia respiratoria a 8-14 respiraciones por minuto, un aumento en la saturación de oxígeno a >94%, un aumento de la presión parcial arterial de oxígeno a 12-15 kPa, restablecer la presión parcial arterial de dióxido de carbono a 4,4-6,1 kPa, una reducción de la sensación de dolor, restablecer la diuresis a >0,5 ml/kg/hora, aumentar el nivel de consciencia, una reducción del nivel de lactato, un cambio en el nivel de glucosa en sangre, un cambio en el nivel de déficit de bases en sangre y un cambio en el nivel de pH arterial. Es posible que la invención no provoque un cambio en todos estos parámetros fisiológicos.

La invención tiene por objeto restablecer la presión arterial (por ejemplo, la presión arterial sistémica, la presión venosa sistémica, la presión venosa central y la presión pulmonar) al intervalo normal. Como sabrán los expertos, cuando se hace referencia a presión sanguínea en la técnica, generalmente se hace referencia a la presión arterial en la circulación sistémica (es decir, la presión arterial sistémica), a menos que se especifique lo contrario. La presión arterial sistémica normal se considera entre 90/60 mmHg y 120/80 mmHg. Los valores de presión arterial sistémica por debajo de este intervalo pueden indicar que el individuo sufre un shock. La invención tiene como objetivo restablecer la presión arterial sistémica en el intervalo normal. Por lo tanto, cuando un sujeto sufre un shock, la invención tiene como objetivo aumentar la presión arterial sistémica.

Determinar la presión venosa sistémica, la presión venosa central y la presión pulmonar también puede ser útil con la invención. La determinación de estas presiones habitualmente requiere herramientas invasivas, como un catéter. Sin embargo, la presión pulmonar puede determinarse usando mediciones por ultrasonidos, por ejemplo, del diámetro de la vena cava inferior y la presión de llenado cardíaco aparente. El intervalo normal de la presión venosa sistémica en un adulto sano es habitualmente de 5 mmHg en la aurícula derecha y 8 mmHg en la aurícula izquierda. Se considera que el intervalo normal de la presión venosa central en un adulto sano se encuentra en el intervalo de aproximadamente 3 a 8 mmHg. El intervalo normal de la presión pulmonar en un adulto sano es habitualmente de aproximadamente 15 mmHg en reposo.

La invención también tiene por objeto restablecer la temperatura corporal en el intervalo normal, es decir, entre 36° C y 38° C.

Normalmente se considera que la frecuencia cardíaca es de 60-100 bpm, pero en afecciones médicas agudas, la frecuencia cardíaca típicamente aumenta. La invención tiene como objetivo restablecer la frecuencia cardíaca en el intervalo normal, es decir, reducir la frecuencia cardíaca.

La frecuencia respiratoria normal es de 8-14 respiraciones por minuto, y la invención tiene como objetivo restablecer la frecuencia respiratoria al intervalo normal.

Los individuos sanos a nivel del mar presentan habitualmente valores de saturación de oxígeno (SO2) entre el 96% y el 99%, y habitualmente están por encima del 94%. Si el nivel es inferior al 90%, se considera bajo, lo que provoca hipoxemia. Los niveles de oxígeno en sangre por debajo del 80% pueden comprometer la función de órganos como el cerebro y el corazón. Unos niveles de oxígeno bajos continuados pueden provocar una parada respiratoria o cardiaca. La saturación de oxígeno se mide comúnmente mediante pulsioximetría.

El intervalo normal de presión parcial arterial de oxígeno en un individuo sano habitualmente es de 12-15 kPa. El intervalo normal de presión parcial arterial de dióxido de carbono habitualmente es de 4,4-6,1 kPa. La invención tiene como objetivo restaurar la presión parcial arterial de oxígeno y la presión parcial arterial de oxígeno al intervalo normal.

La diuresis normal para un adulto es de 0,5-1 ml/kg/hora. Esto equivale aproximadamente a 30-60 ml por hora en un adulto de tamaño medio. La invención tiene como objetivo la diuresis en el intervalo normal.

Otros parámetros fisiológicos útiles para la invención pueden incluir el nivel de lactato, la glucosa en sangre, el déficit de bases en sangre y el pH arterial. Estos parámetros pueden determinarse mediante análisis bioquímicos.

Los expertos en la técnica apreciarán los métodos adecuados para determinar el valor de cualquier parámetro dado.

Los expertos apreciarán que no es necesario que el valor de referencia para cualquier parámetro fisiológico en un sujeto sea un valor fijo o específico, sino que puede fluctuar dentro de un intervalo normal o puede ser un valor medio con error e intervalos de confianza asociados. Por ejemplo, los intervalos normales de las constantes vitales de una persona varían con la edad, el peso, el sexo y el estado general de salud. Los métodos adecuados para determinar los valores de referencia son bien conocidos por los expertos.

Como se usa en la presente, se determina un parámetro fisiológico en un sujeto cuando se determina el valor de dicho parámetro mostrado por el sujeto en el momento de la detección. Un detector (por ejemplo, un subsistema de sensores fisiológicos, un módulo de procesamiento de datos fisiológicos, un sensor fisiológico, etc.) es cualquier elemento capaz de realizar dicha determinación. La detección de cualquiera de los parámetros fisiológicos puede realizarse antes, durante y/o después de la modulación de la actividad neuronal en el nervio simpático de acuerdo con la invención. La detección puede ser realizada manualmente por un humano (por ejemplo, un practicante clínico o cuidador), con o sin el uso de un dispositivo, como un instrumento, que no forma parte del sistema de la invención, o un detector que forma parte del sistema de la invención. Cuando se usa un dispositivo o un detector, la detección puede realizarse de manera autónoma.

Por tanto, en ciertas realizaciones, la invención comprende además un paso de determinación de uno o más parámetros fisiológicos del sujeto, en donde la señal se aplica únicamente cuando el parámetro fisiológico determinado alcanza o supera un valor umbral predefinido. En tales realizaciones en las que se determina más de un parámetro fisiológico del sujeto, la señal puede aplicarse cuando alcanza o supera su valor umbral cualquiera de los parámetros fisiológicos determinados, alternativamente solamente cuando todos los parámetros fisiológicos determinados alcanzan o superan sus valores umbral. En ciertas realizaciones en las que la señal es aplicada por un sistema de la invención, el sistema comprende además por lo menos un detector configurado para determinar los uno o más parámetros fisiológicos del sujeto.

En ciertas realizaciones de la invención, los uno o más parámetros fisiológicos detectados son uno o más del grupo que consiste en: la presión arterial (por ejemplo, presión arterial sistémica, presión venosa sistémica y presión pulmonar), la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria, la saturación de oxígeno, la sensación de dolor, la diuresis por hora, el nivel de conciencia, o el nivel de lactato, glucosa en sangre, déficit de bases en sangre y/o pH arterial. Se apreciará que en realizaciones paralelas pueden determinarse dos parámetros fisiológicos cualesquiera, el controlador se acopla para detectar el patrón de tolerancia de potenciales de acción en el sujeto.

Por ejemplo, al abordar la gravedad del shock y la respuesta a una intervención médica para el shock, un factor importante es la perfusión tisular, que puede aumentar durante los episodios de shock. La perfusión tisular puede estar asociada a una disminución de la presión sanguínea y a una serie de otros cambios en los parámetros fisiológicos que incluyen el nivel de lactato y, en menor medida, el déficit de bases y el pH arterial, que algunas realizaciones de la invención buscan restablecer a niveles normales, como se ha descrito anteriormente.

Un valor umbral predefinido para un parámetro fisiológico es el valor mínimo (o máximo) para ese parámetro que debe presentar un sujeto o sujetos antes de que se aplique la intervención especificada. Para cualquier parámetro dado, el valor umbral puede definirse como un valor indicativo de un estado patológico o de un estado de enfermedad. El valor umbral puede definirse como un valor indicativo del inicio de un estado patológico o de un estado de enfermedad. Por tanto, dependiendo del valor umbral predefinido, la invención puede usarse como tratamiento. Alternativamente, el valor umbral puede definirse como un valor indicativo de un estado fisiológico del sujeto (que el sujeto está, por ejemplo, dormido, postprandial o haciendo ejercicio). Los valores apropiados para cualquier parámetro fisiológico dado serían simplemente determinados por los expertos (por ejemplo, con referencia a los estándares médicos de la práctica).

Dicho valor umbral para un parámetro fisiológico dado se supera si el valor mostrado por el sujeto es superior al valor umbral, es decir, el valor mostrado se aleja más del valor normal o saludable para ese parámetro fisiológico que el valor umbral predefinido.

Un sujeto de la invención puede, además de recibir neuromodulación de un nervio esplénico de acuerdo con la invención, recibir tratamientos y/o medicamentos para la afección. Por ejemplo, el sujeto puede recibir fluidos administrados en una vena, antibióticos (por ejemplo penicilina, cefalosporina, tetraciclina, macrólido o fluoroquinolonas) administrados en una vena, un medicamento que aumente la presión sanguínea y/o el flujo sanguíneo a los tejidos y órganos, cirugía para extirpar la fuente de la infección (como un absceso) y cualquier tejido que haya sido gravemente dañado por la infección, oxígeno administrado a través de una máscara facial, una cánula en la nariz o un tubo introducido por la garganta hasta la tráquea conectado a un respirador (ventilador) si hay una dificultad grave para respirar.

El sujeto puede recibir un medicamento antiinflamatorio (que habitualmente continuará la medicación que estaba tomando antes de la inserción del sistema de la invención). Tales medicamentos incluyen fármacos antiinflamatorios no esteroideos (NSAID), esteroides, 5ASA, fármacos antiinflamatorios modificadores de la enfermedad (DMARD) como azatioprina, metotrexato y ciclosporina, fármacos biológicos como infliximab y adalimumab, y los nuevos DMARD orales como los inhibidores de Jak.

Por tanto, la invención proporciona el uso de estos tratamientos y/o medicamentos en combinación con un sistema de la invención.

Formas adecuadas de una señal eléctrica

La invención usa una señal eléctrica aplicada a través de por lo menos un electrodo que se coloca en contacto de señalización con un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico). Como se usa en la presente, "contacto de señalización" es cuando se recibe en el nervio por lo menos parte de la señal eléctrica aplicada a través del por lo menos un electrodo.

La señal eléctrica proporciona preferiblemente un único tratamiento, por ejemplo en entornos clínicos agudos. Esto no quiere decir que la señal eléctrica sólo se aplique sólo una vez. Durante el tratamiento único, la señal eléctrica puede aplicarse al nervio de manera continua o periódica. Preferiblemente, la señal eléctrica se aplica al nervio hasta que se produce una mejora en un parámetro fisiológico del sujeto.

Las señales eléctricas aplicadas de acuerdo con la invención son idealmente no destructivas. Como se usa en la presente, una "señal no destructiva" es una señal que, cuando se aplica, no daña irreversiblemente la capacidad de conducción de señales neuronal subyacente del nervio. Es decir, la aplicación de una señal no destructiva mantiene la capacidad del nervio o de las fibras del mismo, o de otro tejido nervioso al que se aplica la señal, de conducir potenciales de acción cuando se suspende la aplicación de la señal, incluso si dicha conducción se estimula artificialmente en la práctica como resultado de la aplicación de la señal no destructiva.

Las señales eléctricas aplicadas de acuerdo con la invención pueden ser un voltaje o una forma de onda de corriente.

La señal eléctrica puede caracterizarse por uno o más parámetros de señal eléctrica. Los parámetros de la señal eléctrica incluyen la forma de onda, la frecuencia y la amplitud.

Alternativa o adicionalmente, la señal eléctrica puede caracterizarse por el patrón de aplicación de la señal eléctrica al nervio. El patrón de aplicación se refiere a la cadencia de la aplicación de la señal eléctrica al nervio. El patrón de aplicación se refiere a la cadencia de la aplicación de la señal eléctrica al nervio. El patrón de aplicación puede ser aplicación continua o aplicación periódica. El patrón de aplicación puede incluir una duración establecida para la aplicación de la señal.

Aplicación continua se refiere a que la señal eléctrica se aplica al nervio de manera continua. En realizaciones en las que la señal eléctrica es una serie de pulsos, los espacios entre esos pulsos (es decir, entre la anchura del pulso y la duración de la fase) no significan que la señal no se aplique de manera continua.

La aplicación periódica se refiere a que la señal eléctrica se aplica al nervio siguiendo un patrón repetitivo (por ejemplo, un patrón de encendido y apagado).

Forma de onda

La modulación (por ejemplo, la estimulación) de un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), puede lograrse usando señales eléctricas que sirven para replicar la actividad neuronal normal del nervio. La forma de onda de la señal eléctrica comprende uno o más trenes de pulsos. La forma de onda de la señal eléctrica puede comprender trenes de pulsos con pulsos cuadrados, en diente de sierra, sinusoidales, triangulares, trapezoidales, cuasitrapezoidales o complejos. En otras realizaciones, la forma de onda puede ser una forma de onda cuadrada, sinusoidal, triangular, trapezoidal, cuasitrapezodial o compleja. La divulgación también proporciona que la forma de onda puede ser una forma de onda de amplitud constante.

La señal puede ser bifásica. El término "bifásica" se refiere a una señal que aplica al nervio a lo largo del tiempo tanto una carga positiva como negativa.

La señal puede ser simétrica o asimétrica. Una señal simétrica es una señal en la que la forma de onda al aplicar una carga positiva al nervio es simétrica a la forma de onda al aplicar una carga negativa al nervio. Una señal asimétrica es una señal en la que la forma de onda al aplicar una carga positiva al nervio no es simétrica con la forma de onda al aplicar una carga negativa al nervio.

La señal puede ser de carga equilibrada. Una señal de carga equilibrada se refiere a una señal que, durante un período de la señal, aplica cantidades iguales (o aproximadamente) de carga positiva y negativa al nervio.

Amplitud

A efectos de la invención, la amplitud se denomina en la presente en términos de densidad de carga por fase. La carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica se define como la integral de la corriente sobre una fase (por ejemplo, sobre una fase del pulso bifásico en el caso de un pulso bifásico de carga equilibrada). Por tanto, la densidad de carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica es la carga por fase por unidad de área de contacto entre por lo menos un electrodo y el nervio, y también la integral de la densidad de corriente sobre una fase de la forma de onda de la señal. Dicho de otro modo, la densidad de carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica es la carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica dividida por el área de contacto entre por lo menos un electrodo (generalmente el cátodo) y el nervio.

La densidad de carga por fase requerida por la invención representa la cantidad de energía requerida para estimular la actividad neuronal en un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado a un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico), para mejorar un parámetro fisiológico.

Los inventores descubrieron que la densidad de carga por fase requerida para estimular la actividad neuronal en un nervio arterial esplénico porcino es de entre 5 pC y 150 pC por cm2 por fase o, en algunos casos, entre 5 pC y 180 pC por cm2 por fase usando un manguito extravascular (los valores pueden verse ligeramente afectados por el diseño de los electrodos). Por ejemplo, la densidad de carga por fase aplicada por la señal eléctrica puede ser de <10 |jC por cm2 por fase, <15 jC por cm2 por fase, <20 jC por cm2 por fase, <25 jC por cm2 por fase, <30 jC por cm2 por fase, <40 jC por cm2 por fase, <50 jC por cm2 por fase, <75 jC por cm2 por fase, <100 jC por cm2 por fase, <125 jC por cm2 por fase, <150 jC por cm2 por fase o <180 jC por cm2 por fase. Adicional o alternativamente, la densidad de carga por fase aplicada por la señal eléctrica puede ser de >5 jC por cm2 por fase, >10 jC por cm2 por fase, >15 jC por cm2 por fase, >20 jC por cm2 por fase, >25 jC por cm2 por fase, >30 jC por cm2 por fase, >40 jC por cm2 por fase, >50 jC por cm2 por fase, >75 jC por cm2 por fase, >100 jC por cm2 por fase, >125 jC por cm2 por fase, o >150 jC por cm2 por fase. También es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores.

Los inventores descubrieron además que la estimación indicada de densidad de carga por fase requerida para estimular la actividad neuronal en un nervio arterial esplénico humano era de entre aproximadamente 70-1300 jC /cm 2 Por ejemplo, la densidad de carga por fase aplicada por la señal eléctrica puede ser de <80 jC por cm2 por fase, <140 jC por cm2 por fase, <170 jC por cm2 por fase, <230 jC por cm2 por fase, <250 jC por cm2 por fase, <300 jC por cm2 por fase, <350 jC por cm2 por fase, <400 jC por cm2 por fase, <450 jC por cm2 por fase, <500 jC por cm2 por fase, <1100 jC por cm2 por fase, o <1300 jC por cm2 por fase. Adicional o alternativamente, la densidad de carga por fase aplicada por la señal eléctrica puede ser de >70 jC por cm2 por fase, >140 jC por cm2 por fase, >170 jC por cm2 por fase, >230 jC por cm2 por fase, >250 jC por cm2 por fase, >300 jC por cm2 por fase, >350 jC por cm2 por fase, >400 jC por cm2 por fase, >450 jC por cm2 por fase, >500 jC por cm2 por fase, >1100 jC por cm2 por fase, o >1300 jC por cm2 por fase. También es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores.

La carga total aplicada al nervio por la señal eléctrica en cualquier periodo de tiempo dado es el resultado de la densidad de carga por fase de la señal, además de la frecuencia de la señal, el patrón de aplicación de la señal y el área en contacto entre por lo menos un electrodo y el nervio. La frecuencia de la señal, el patrón de aplicación de la señal y el área de contacto entre por lo menos un electrodo y el nervio se analizan adicionalmente más adelante.

Los expertos apreciarán que la amplitud de la señal eléctrica aplicada necesaria para lograr la estimulación pretendida de la actividad neuronal dependerá de la colocación del electrodo y de las características electrofisiológicas asociadas (por ejemplo, la impedancia). Está dentro de las capacidades de los expertos determinar la amplitud de corriente adecuada para lograr la modulación pretendida de la actividad neuronal en un sujeto dado.

Por supuesto, en la técnica se entiende que la señal eléctrica aplicada al nervio debe estar dentro de los márgenes de seguridad clínica (por ejemplo, ser adecuada para mantener la función de señalización del nervio, adecuada para mantener la integridad del nervio y adecuada para mantener la seguridad del sujeto). Los parámetros eléctricos dentro del margen de seguridad clínica se determinarían típicamente mediante estudios preclínicos.

Aplicación periódica

La aplicación periódica se refiere a cuando la señal eléctrica se aplica al nervio siguiendo un patrón repetitivo. El patrón de repetición preferido es un patrón de encendido-apagado, donde la señal se aplica durante una primera duración, denominada en la presente duración de "encendido", luego se detiene durante una segunda duración, denominada en la presente duración de "apagado", luego se aplica de nuevo durante la primera duración, luego se detiene de nuevo durante la segunda duración, etc.

El patrón periódico de encendido-apagado puede tener una duración de encendido de entre 0,1 y 10 s y una duración de apagado de entre 0,5 y 30 s. Por ejemplo, la duración de encendido (referida como el tiempo durante el cual se suministran al nervio pulsos a una cierta frecuencia y amplitud) puede ser de <0,2 s, <0,5 s, <1 s, <2 s, <5 s, o <10 s. Alternativa o adicionalmente, la duración de encendido puede ser de >0,1 s, >0,2 s, >0,5 s, >1 s, >2 s, o >5 s. Para la duración de encendido también es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores. Por ejemplo, la duración de apagado (referida al tiempo entre periodos de encendido, durante el cual no se suministran pulsos al nervio) puede ser de <1 s, <3 s, <5 s, <10 s, <15 s, <20 s, <25 s, o <30 s. Alternativa o adicionalmente, la duración de apagado puede ser de >0,5 s, >1 s, >2 s, >5 s, >10 s, >15 s, >20 s, o >25 s. Para la duración de apagado también es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores.

La aplicación periódica también puede denominarse aplicación con ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo representa el porcentaje de tiempo que se aplica la señal al nervio durante un ciclo del patrón periódico. Por ejemplo, un ciclo de trabajo del 20% puede representar un patrón periódico que tiene una duración de encendido de 2 s, y una duración de apagado de 10 s. Alternativamente, un ciclo de trabajo del 20% puede representar un patrón periódico que tiene una duración de encendido de 1 s, y una duración de apagado de 5 s. En otras palabras, la aplicación periódica también puede denominarse estimulación de patrón encendido-apagado, o estimulación de ráfaga.

Los ciclos de trabajo adecuados para la presente invención están comprendidos entre el 0,1% y el 100%.

Duración

La señal se aplica durante una duración particular, durante la cual la señal puede aplicarse periódica o continuamente. Un practicante clínico puede determinar la duración o la duración puede estar preestablecida.

Un practicante clínico puede hacer que la señal deje de aplicarse durante la duración en respuesta a un parámetro fisiológico del sujeto. Preferiblemente, la señal eléctrica se aplica al nervio hasta que se produce una mejora en un parámetro fisiológico del sujeto.

En algunos ejemplos, la duración puede ser de <1 min, <5 min, <10 min, <30 min, o <1 hora. Adicional o alternativamente, la duración puede ser de >1 min, >5 min, >10 min, o >30 min.

Frecuencia

La frecuencia se define como el recíproco de la duración de fase de la forma de onda eléctrica (es decir, 1/fase).

Los inventores han descubierto frecuencias preferidas para estimular un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico). En particular, los inventores han descubierto las frecuencias preferidas para las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica periódicamente y para las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica continuamente.

Como se ha indicado anteriormente, las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica periódicamente y las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica de manera continua proporcionan diferentes funciones usando diferentes parámetros de estimulación. Una estimulación continua puede usarse para inducir cambios en el flujo sanguíneo dentro de la vasculatura esplénica que pueden detectarse y usarse en la mesa o perioperatoriamente como indicador de la colocación correcta de los electrodos y/o la determinación de la amplitud; y una estimulación periódica puede usarse como paradigma de tratamiento preferido, mediante el cual se evitan tales cambios en el flujo sanguíneo y/u otros posibles efectos sistémicos a la vez que se mantiene la eficacia como tratamiento.

En las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica periódicamente, la señal eléctrica tiene una frecuencia de <300 Hz, preferiblemente de <50 Hz, más preferiblemente de <10 Hz. Por ejemplo, la frecuencia de la señal eléctrica puede ser de <50 Hz, <100 Hz, <150 Hz, <200 Hz, <250 Hz o <300 Hz. En otros ejemplos, la frecuencia de la señal eléctrica puede ser de <10 Hz, <15 Hz, <20 Hz, <25 Hz, <30 Hz, <35 Hz, <40 Hz, <45 Hz o <50 Hz. En ejemplos adicionales, la frecuencia puede ser de <1 Hz, <2 Hz, <5 Hz, o <10 Hz. Adicional o alternativamente, la frecuencia de la señal eléctrica puede ser de >10 Hz, >15 Hz, >20 Hz, >25 Hz, >30 Hz, >35 Hz, >40 Hz, >45 Hz, o >50 Hz. En otros ejemplos, la frecuencia de la señal eléctrica puede ser de >0,1 Hz, >0,2 Hz, >0,5 Hz, >1 Hz, >2 Hz, o >5 Hz. También es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores.

En las realizaciones en las que la señal eléctrica se aplica de manera continua, la señal eléctrica tiene una frecuencia de <50 Hz, preferiblemente de <10 Hz, más preferiblemente de <2 Hz, incluso más preferiblemente de <1 Hz. Por ejemplo, la frecuencia puede ser de <1 Hz, <2 Hz, <5 Hz, o <10 Hz. En otros ejemplos, la frecuencia puede ser de <0,1 Hz, <0,2 Hz, <0,3 Hz, <0,4 Hz, <0,5 Hz, <0,6 Hz, <0,7 Hz, <0,8 Hz, o <0,9 Hz. Adicional o alternativamente, la frecuencia de la señal eléctrica puede ser de >0,1 Hz, >0,2 Hz, >0,5 Hz, >1 Hz, >2 Hz, o >5 Hz. También es posible cualquier combinación de los límites superiores e inferiores anteriores.

Cuando la forma de onda de la señal comprende un tren de pulsos, éstos se aplican al nervio a intervalos acordes con las frecuencias mencionadas anteriormente. Por ejemplo, una frecuencia de 50 Hz da como resultado que se apliquen al nervio 50 pulsos por segundo.

Diseño de electrodos e interfaces neuronales

La señal eléctrica se aplica a un nervio que irriga el bazo, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular (por ejemplo, un nervio arterial esplénico) a través de por lo menos un electrodo en contacto de señalización con el nervio. El por lo menos un electrodo puede estar colocado en una interfaz neural.

En algunas realizaciones, el electrodo y/o la interfaz neural están configurados para su colocación alrededor de por lo menos un nervio arterial esplénico y/o alrededor de la arteria esplénica. En tales realizaciones, la interfaz neural puede ser una interfaz de tipo manguito, pero pueden usarse otras interfaces que circunvalen parcial o completamente el nervio.

En otras realizaciones, la interfaz neural 10 está configurada para su colocación en el por lo menos un nervio arterial esplénico y/o en la arteria esplénica. En tales realizaciones, la interfaz neural 10 puede ser una interfaz de tipo parche o clip.

En otras realizaciones, la interfaz neural 10 está configurada para su colocación en la arteria esplénica. En tales realizaciones, la interfaz neural puede ser un catéter o una interfaz de tipo sonda.

En otras realizaciones, la interfaz neural 10 está configurada para su colocación en por lo menos un nervio arterial esplénico. En tales realizaciones, la interfaz neural puede ser una interfaz de tipo pin.

La interfaz neural comprende por lo menos un electrodo. Los electrodos pueden estar fabricados o recubiertos parcial o totalmente con un material de alta capacidad de carga, como el negro de platino, el óxido de iridio, el nitruro de titanio, el tántalo, el poli(eltilendioxitiofeno) y combinaciones adecuadas de los mismos.

En algunas realizaciones, la interfaz neural es adecuada para aplicar señales eléctricas a los nervios arteriales esplénicos en un lugar donde la arteria esplénica no está en contacto directo con el páncreas. La aplicación de señales eléctricas a los nervios arteriales esplénicos en un lugar donde la arteria esplénica no está en contacto directo con el páncreas es ventajosa debido al espacio adicional disponible alrededor de la arteria esplénica. Esto proporciona flexibilidad adicional en el diseño de la interfaz neural 10, en particular el diseño del por lo menos un electrodo.

El por lo menos un electrodo puede ser un electrodo de interfaz plano que es flexible, en particular en las realizaciones en las que la interfaz neural está configurada para su colocación sobre o alrededor del por lo menos un nervio arterial esplénico y/o la arteria esplénica con el fin de circunvalar el nervio, y/o la arteria esplénica cuando la interfaz neural 10 está fijada sobre el nervio. Sin embargo, también son adecuados para su uso en la invención otros tipos de electrodos.

Otros tipos de electrodos adecuados para la presente invención son los electrodos de manguito (por ejemplo, manguito en espiral, manguito helicoidal o interfaz plana); electrodos de semimanguito; una malla, una guía lineal en forma de varilla, una guía tipo paleta o electrodos de contacto de disco (incluyendo los electrodos de contacto multidisco); electrodos de gancho; electrodos de cabestrillo; electrodos intrafasciculares; electrodos de succión de vidrio; electrodo de paleta; y electrodos cilíndricos percutáneos.

El por lo menos un electrodo puede comprender un primer electrodo 11 y un segundo electrodo 12, denominado en la presente configuración de electrodo bipolar. La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de una configuración de electrodo bipolar ejemplar en donde los electrodos se colocan en contacto de señalización con por lo menos un nervio arterial esplénico y/o la arteria esplénica. Como se explica en otra parte de la presente, puede lograrse un contacto de señalización adecuado colocando los electrodos alrededor (es decir, rodeando parcial o completamente) el nervio y/o la arteria, sobre el nervio y/o sobre la arteria, o en el nervio esplénico, o en la arteria.

Como se muestra en la Figura 1, el primer electrodo 11 y el segundo electrodo 12 están situados a lo largo del eje longitudinal del nervio. Puede aplicarse una señal eléctrica a los electrodos de tal manera que el primer electrodo 11 sea un ánodo y el segundo electrodo 12 sea un cátodo. Alternativamente, el primer electrodo 11 puede ser un cátodo y el segundo electrodo 12 un ánodo.

En otras realizaciones, el por lo menos un electrodo puede comprender un primer electrodo, un segundo electrodo y un tercer electrodo, denominado en la presente configuración de electrodo tripolar.

Al igual que en la configuración bipolar, el primer, el segundo y el tercer electrodos pueden situarse a lo largo del eje longitudinal del nervio y, en un ejemplo, el segundo electrodo puede situarse entre el primer electrodo y el tercer electrodo.

Los electrodos pueden estar, por lo menos en parte, aislados entre sí por un material biocompatible no conductor. A tal fin, una interfaz neural puede comprender un material biocompatible no conductor espaciado transversalmente a lo largo del nervio cuando el dispositivo está en uso.

Los inventores han descubierto tamaños de electrodos preferidos para aplicar una señal eléctrica por lo menos a un nervio arterial esplénico. El área superficial total de los electrodos puede ser de 0,1-0,3 mm2. Preferentemente, el área superficial total de los electrodos es menor de 0,2 cm2.

En las configuraciones de electrodos preferidas, la anchura de cada uno del primer electrodos 11 y el segundo electrodo 12 puede estar comprendida entre 1 y 4 mm. Por ejemplo, la anchura puede estar comprendida entre 1 mm y 3 mm, o entre 2 mm y 4 mm, o entre 2 mm y 3 mm.

Controlador

En referencia a la Figura 7, el sistema de la invención 50 que puede comprender una interfaz neural, también puede comprender por lo menos un controlador, por ejemplo un microprocesador 60, que está acoplado eléctricamente con el por lo menos un electrodo de la interfaz neural 10 y configurado para controlar el funcionamiento del por lo menos un electrodo. El por lo menos un controlador puede ser responsable de activar el inicio y/o el final de las señales enviadas al nervio por el por lo menos un electrodo. Opcionalmente, el por lo menos controlador también puede ser responsable de generar y/o controlar los parámetros de la señal.

El por lo menos un controlador está configurado para funcionar en bucle abierto, en donde una señal predefinida (como se ha descrito anteriormente) se envía al nervio con un disparador externo.

El por lo menos un controlador se construye preferiblemente de manera que genere, en uso, una señal preconfigurada y/o seleccionable por el operador que sea independiente de cualquier entrada del sistema 50. La señal preconfigurada y/o seleccionable por el operador puede ser cualquiera de las señales eléctricas descritas anteriormente. En otras realizaciones, el por lo menos un controlador responde a una señal externa, más preferiblemente información (por ejemplo, datos) relativa a uno o más parámetros fisiológicos del sujeto, pero todavía dentro de los límites de las señales descritas anteriormente.

El por lo menos un controlador puede ser un microprocesador 60 del sistema 50, apto para ser insertado en el sujeto.

Alternativa o adicionalmente, el por lo menos un controlador puede ser un controlador externo al sujeto.

El por lo menos un controlador puede activarse tras la recepción de una señal generada por un operador, como un médico o el sujeto en el que se inserta el dispositivo 106. A tal fin, el sistema 50 puede comprender adicionalmente un sistema externo 80 que comprenda un controlador 101. Un ejemplo de tal sistema se describe a continuación con referencia a la Figura 8.

El sistema externo 80 del sistema más amplio 100 es externo al sistema 50 y externo al sujeto, y comprende el controlador 101. El controlador 101 puede usarse para controlar y/o alimentar externamente el sistema 50. A tal fin, el controlador 101 puede comprender una unidad de alimentación 102 y/o una unidad de programación 103. El sistema externo 80 puede comprender además una antena de transmisión de potencia 104 y una antena de transmisión de datos 105, como se describe adicionalmente a continuación.

El por lo menos un controlador, incluyendo el microprocesador 60 y el controlador 101, puede ser un procesador conectado a una memoria (es decir, un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio) que lleva un programa de ordenador ejecutable que comprende partes de código que, cuando se cargan y se ejecutan en el procesador, hacen que el procesador controle por lo menos el funcionamiento del por lo menos un electrodo. Por controlar el funcionamiento se entiende que el por lo menos un controlador hace que el por lo menos un electrodo aplique una señal eléctrica al nervio usando cualquiera de los parámetros de señal y patrones de aplicación descritos anteriormente.

Sistema de estimulación neural

Además de la interfaz neural 10 y del por lo menos un controlador, el sistema 50 puede comprender un generador de señales 113 que está configurado para suministrar la señal eléctrica descrita anteriormente al por lo menos un electrodo en respuesta a una operación de control del por lo menos un controlador. El generador de señales puede comprender por lo menos una fuente de corriente o voltaje.

El generador de señales 113 puede estar acoplado eléctricamente por lo menos a un controlador y por lo menos a un electrodo. En algunas realizaciones, por lo menos un electrodo puede estar acoplado al generador de señales 113 mediante cables eléctricos 107. En algunas realizaciones, los cables eléctricos pueden estar acoplados a los interconectores descritos anteriormente. Alternativamente, el generador de señales 113 puede estar integrado directamente con el por lo menos un electrodo sin cables. En cualquier caso, el sistema 50 puede comprender un dispositivo 106, que puede insertarse en el sujeto, y que puede comprender circuitos de salida de bloqueo de CC (o circuitos de salida de bloqueo de CA), opcionalmente a base de condensadores y/o inductores, en todos los canales de salida (por ejemplo, salidas al por lo menos un electrodo, o sensor fisiológico 111).

Además de la interfaz neural 10, el por lo menos un electrodo, el por lo menos un controlador, y el generador de señales 113, el sistema 50 puede comprender uno o más de los siguientes componentes: transceptor insertable 110; fuente de alimentación 112; memoria 114 (también denominada dispositivo de almacenamiento no transitorio legible por ordenador); sensor fisiológico 111; y módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115. El sensor fisiológico 111 y el módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115 se denominan en la presente detector.

Los varios componentes del sistema 50 preferiblemente forman parte de un único dispositivo físico, ya sea compartiendo una carcasa común o siendo una colección físicamente separada de componentes interconectados conectados por cables eléctricos, como se muestra en la Figura 8. Sin embargo, como alternativa, la invención puede usar un sistema en el que los componentes estén separados físicamente y se comuniquen de manera inalámbrica. Así, por ejemplo, el por lo menos un electrodo y el dispositivo insertable (por ejemplo, el dispositivo insertable 106) pueden formar parte de un dispositivo unitario, o juntos pueden formar un sistema (por ejemplo, el sistema 50). En ambos casos, también pueden estar presentes otros componentes para formar un sistema más amplio (por ejemplo, el sistema 100).

Por ejemplo, en algunas realizaciones, pueden estar contenidos en el dispositivo insertable 106 uno o más de los siguientes componentes: fuente de alimentación 112; memoria 114; y un módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115.

La fuente de alimentación 112 puede comprender una fuente de corriente y/o una fuente de voltaje para proporcionar la energía para el generador de señales 113. La fuente de alimentación 112 también puede proporcionar energía para los otros componentes del dispositivo insertable 106 y/o sistema 50, como el microprocesador 60, la memoria 114, y el transceptor insertable 110. La fuente de alimentación 112 puede comprender una batería, la batería puede ser recargable.

Se apreciará que en los dispositivos insertables la disponibilidad de energía es limitada, y la invención se ha concebido teniendo en cuenta esta limitación. El dispositivo insertable 106 y/o el sistema 50 pueden alimentarse por alimentación inductiva o mediante una fuente de energía recargable.

La memoria 114 puede almacenar datos de potencia y datos relativos a uno o más parámetros fisiológicos. Por ejemplo, la memoria 114 puede almacenar datos pertenecientes a una o más señales indicativas de los uno o más parámetros fisiológicos detectados por el detector (por ejemplo, a través del sensor fisiológico 111, y/o los uno o más parámetros fisiológicos correspondientes determinados a través del módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115). Adicional o alternativamente, la memoria 114 puede almacenar datos de potencia y datos relativos a uno o más parámetros fisiológicos procedentes del sistema externo 80 a través del transceptor insertable 110. Para ello, el transceptor insertable 110 puede formar parte de un subsistema de comunicaciones del sistema más amplio 100, como se analiza adicionalmente a continuación.

El módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115 está configurado para procesar una o más señales indicativas de uno o más parámetros fisiológicos detectados por el sensor fisiológico 111, para determinar uno o más parámetros fisiológicos correspondientes. El módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115 puede estar configurado para reducir el tamaño de los datos correspondientes a uno o más parámetros fisiológicos para su almacenamiento en la memoria 114 y/o para su transmisión al sistema externo a través del transceptor insertable 110. El transceptor insertable 110 puede comprender una o más antenas. El transceptor insertable 100 puede usar cualquier proceso de señalización adecuado, como RF, inalámbrico, infrarrojos, y demás, para transmitir señales fuera del cuerpo, por ejemplo al sistema más amplio 100 del que forma parte el sistema 50.

Alternativa o adicionalmente, el módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115 puede estar configurado para procesar las señales indicativas de los uno o más parámetros fisiológicos y/o procesar los uno o más parámetros fisiológicos determinados para determinar la evolución de la enfermedad en el sujeto.

El módulo de procesamiento de datos fisiológicos 115 y el por lo menos un sensor fisiológico 111 pueden formar un subsistema de sensor fisiológico, también conocido en la presente como detector, ya sea como parte del sistema 50, parte del dispositivo insertable 106, o externo al sistema.

Puede haber por lo menos un detector configurado para detectar uno o más parámetros fisiológicos relacionados con el tratamiento. Por ejemplo, el detector puede estar configurado para detectar la concentración de biomoléculas usando sensores bioquímicos eléctricos, de RF u ópticos (visibles, infrarrojos).

La memoria 114 puede almacenar datos fisiológicos relativos a los niveles normales de los uno o más parámetros fisiológicos. Los datos pueden ser específicos del sujeto en el que se inserta el sistema 50, y obtenerse a partir de varias pruebas conocidas en la técnica. Tras la recepción de la señal indicativa de un parámetro fisiológico recibida del sensor fisiológico 111, o bien periódicamente o a petición del sensor fisiológico 111, el procesador de datos fisiológicos 115 puede comparar el parámetro fisiológico determinado a partir de la señal recibida del sensor fisiológico 111 con los datos pertenecientes a un nivel normal del parámetro fisiológico almacenado en la memoria 114, y determinar si las señales recibidas son indicativas de insuficiencia o exceso de un parámetro fisiológico particular, y por tanto indicativas de la evolución de la enfermedad en el sujeto.

El microprocesador 60 puede activarse tras recibir una señal generada por un operador (por ejemplo, un médico o el sujeto en el que está insertado el sistema 50). A tal fin, el sistema 50 puede formar parte de un sistema más amplio 100 que comprende el sistema externo 80 y el controlador 101, como se describe adicionalmente a continuación.

Más allá del sistema de estimulación neural

El sistema de estimulación neural 50 puede formar parte de un sistema más amplio 100 que incluye una serie de subsistemas, por ejemplo el sistema externo 80, véase la Figura 8. El sistema externo 80 puede usarse para alimentar y programar el sistema de estimulación neural 50 a través de la piel humana y los tejidos subyacentes.

El subsistema externo 80 puede comprender, además del controlador 101, uno o más de: una unidad de alimentación 102, para recargar de manera inalámbrica la batería de la fuente de alimentación 112 usada para alimentar el dispositivo insertable 106; y, una unidad de programación 103 configurada para comunicarse con el transceptor insertable 110. La unidad de programación 103 y el transceptor insertable 110 pueden formar un subsistema de comunicaciones. En algunas realizaciones, la unidad de alimentación 102 se aloja junto con la unidad de programación 103. En otras realizaciones, pueden alojarse en dispositivos separados.

El subsistema externo 80 también puede comprender uno o más de: antena de transmisión de potencia 104; y una antena de transmisión de datos 105. La antena de transmisión de potencia 104 puede estar configurada para transmitir un campo electromagnético a baja frecuencia (por ejemplo, de 30 kHz a 10 MHz). La antena de transmisión de datos 105 puede estar configurada para transmitir datos para programar o reprogramar el dispositivo insertable 106, y puede usarse además de la antena de transmisión de potencia 104 para transmitir un campo electromagnético a alta frecuencia (por ejemplo, de 1 MHz a 10 GHz). La por lo menos una antena del transceptor insertable 110 puede estar configurada para recibir energía del campo electromagnético externo generado por la antena de transmisión de potencia 104, que puede usarse para cargar la batería recargable de la fuente de alimentación 112.

La antena de transmisión de potencia 104, la antena de transmisión de datos 105, y la por lo menos una antena del transceptor insertable 110 tienen ciertas características como una frecuencia de resonancia y un factor de calidad (Q). Una realización de la antena o antenas es una bobina de alambre con o sin núcleo de ferrita que forma un inductor con una inductancia definida. Este inductor puede acoplarse con un condensador resonante y una pérdida resistiva para formar el circuito resonante. La frecuencia se ajusta para que coincida con la del campo electromagnético generado por la antena de transmisión de potencia 105. Una segunda antena de las por lo menos una antena del transceptor insertable 110 puede usarse en el sistema 50 para la recepción y transmisión de datos desde/hacia el sistema externo 80. Si en el sistema 50 se usa más de una antena, estas antenas se rotan 30 grados entre sí para lograr un mejor grado de eficacia de transferencia de potencia durante una ligera desalineación con la antena de transmisión de potencia 104.

El sistema externo 80 puede comprender uno o más sensores fisiológicos que se llevan en el cuerpo externos 121 (no mostrados) para detectar señales indicativas de uno o más parámetros fisiológicos. Las señales pueden transmitirse al sistema 50 a través de por lo menos una antena del transceptor insertable 110. Alternativa o adicionalmente, las señales pueden ser transmitidas al sistema externo 50 y luego al sistema 50 a través de la por lo menos una de las antenas del transceptor insertable 110.

Por ejemplo, en una realización particular, un detector externo al dispositivo insertable puede incluir un monitor de flujo sanguíneo no invasivo, como un flujómetro ultrasónico y/o un monitor de presión sanguínea no invasivo, y determinar los cambios en los parámetros fisiológicos, en particular los parámetros fisiológicos descritos con anterioridad.

El sistema 100 puede incluir una función de protección de seguridad que interrumpe la estimulación eléctrica del nervio en los siguientes casos ejemplares: funcionamiento anómalo del sistema 50 (por ejemplo, sobrevoltaje); lectura anómala de un sensor fisiológico insertado 111 (por ejemplo, aumento de la temperatura de más de 2 grados centígrados o impedancia eléctrica excesivamente alta o baja en la interfaz electrodo-tejido); lectura anómala de un sensor fisiológico que se lleva en el cuerpo externo 121 (no mostrado); o respuesta anómala a la estimulación detectada por un operador (por ejemplo, un médico o el sujeto). La función de precaución de seguridad puede implementarse a través del controlador 101 y comunicarse al sistema 50, o internamente dentro del sistema 50.

El sistema externo 80 puede comprender un accionador 120 (no mostrado) que, al ser presionado por un operador (por ejemplo, un médico o el sujeto), emitirá una señal, a través del controlador 101 y el subsistema de comunicación respectivo, para activar el microprocesador 60 del sistema 50 para que emita una señal al nervio mediante el por lo menos un electrodo.

El sistema externo 80 puede comprender una pantalla 109 para que el microcontrolador 60 o el controlador 101 alerte al operador (por ejemplo, un médico o el sujeto) de un estado del sistema o del sujeto. La pantalla 109 puede ser un monitor como un monitor LED, o puede ser un indicador visual tal como un LED.

El sistema 100 de la invención, incluyendo el sistema externo 80, pero en particular el sistema 50, está hecho preferiblemente de o recubierto con un material bioestable y biocompatible. Esto significa que el sistema está protegido de daños debidos a la exposición a los tejidos del cuerpo y también minimiza el riesgo de que el sistema provoque una reacción desfavorable por parte del huésped (que en última instancia podría llevar al rechazo). El material usado para elaborar o recubrir el sistema debería idealmente ser resistente a la formación de biopelículas. Los materiales adecuados incluyen, entre otros, poli(3,4-etilendioxitiofeno):p-toluenosulfonato (PEDOT:PTS o PEDT), polímeros de poli(p-xilileno) (conocidos como parilenos) y politetrafluoroetileno.

El dispositivo insertable 50 de la invención pesará generalmente menos de 50 g.

General

Los métodos descritos en la presente pueden realizarse mediante software en formato legible por máquina en un medio de almacenamiento tangible, por ejemplo, en forma de un programa informático que comprenda medios de código de programa informático adaptados para realizar todos los pasos de cualquiera de los métodos descritos en la presente cuando el programa se ejecuta en un ordenador y donde el programa informático puede estar incorporado en un medio legible por ordenador.

Los ejemplos de medios de almacenamiento tangibles (o no transitorios) incluyen discos, unidades de memoria USB, tarjetas de memoria, etc., y no incluyen señales propagadas. El software puede ser adecuado para su ejecución en un procesador paralelo o en un procesador serie, de tal manera que los pasos del método puedan llevarse a cabo en cualquier orden adecuado, o simultáneamente. Esto reconoce que el firmware y el software pueden ser mercancías valiosas y negociables por separado. Se pretende abarcar el software, que se ejecuta o controla hardware "tonto" o estándar, para llevar a cabo las funciones deseadas. También se pretende que abarque el software que "describe" o define la configuración del hardware, como el software HDL (lenguaje de descripción de hardware), que se usa para diseñar chips de silicio o para configurar chips programables universales para que lleven a cabo las funciones deseadas.

Los expertos en la técnica se darán cuenta de que los dispositivos de almacenamiento utilizados para almacenar las instrucciones del programa pueden distribuirse a través de una red. Por ejemplo, un ordenador remoto puede almacenar un ejemplo del proceso descrito como software. Un ordenador local o terminal puede acceder al ordenador remoto y descargar una parte o la totalidad del software para ejecutar el programa. Alternativamente, el ordenador local puede descargar partes del software según sea necesario, o ejecutar algunas instrucciones del software en el terminal local y algunas en el ordenador remoto (o red de ordenadores). Los expertos en la técnica también se darán cuenta de que, mediante la utilización de técnicas convencionales conocidas por los expertos en la técnica, todas o parte de las instrucciones del software pueden llevarse a cabo por un circuito dedicado, como un DSP, una matriz lógica programable o similar.

A menos que se indique lo contrario, cada realización descrita en la presente puede combinarse con otra realización descrita en la presente. El término "que comprende" abarca tanto "que incluye" como "que consiste en", por ejemplo, una composición "que comprende" X puede consistir exclusivamente en X o puede incluir algo adicional, por ejemplo, X+Y.

Se entenderá que los beneficios y ventajas descritos anteriormente pueden referirse a una realización o pueden referirse a varias realizaciones. Las realizaciones no se limitan a aquellas que resuelven alguno o todos los problemas mencionados o aquellas que tienen alguno o todos los beneficios y ventajas mencionados.

Se entenderá que la descripción anterior de una realización preferida se da a modo de ejemplo solamente y que los expertos en la técnica pueden realizar varias modificaciones. Aunque anteriormente se han descrito varias realizaciones con un cierto grado de particularidad, o con referencia a una o más realizaciones individuales, los expertos en la técnica podrían hacer numerosas modificaciones a las realizaciones divulgadas sin apartarse del alcance de esta invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las realizaciones de la invención se describirán, a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La Figura 1 ilustra un sistema de estimulación neural.

La Figura 2 ilustra un sistema más amplio que incluye el sistema de estimulación neural.

La Figura 3 es una ilustración esquemática del abdomen izquierdo porcino en la que se destacan las características anatómicas del plexo esplénico (bazo, nervios, arteria y venas). Se muestra la ubicación para la colocación del manguito durante los experimentos de estimulación periarterial del nervio esplénico (SpN). Los nervios se representan en negro y las arterias y venas en gris.

La Figura 4 muestra el análisis anatómico e histológico del SpN a lo largo de la SpA (arteria esplénica) principal y de las arterias gástrica y epiploica cortas. La Figura 4A es una representación esquemática de la neuroanatomía esplénica resaltando (líneas discontinuas) las regiones donde se realizó el análisis histológico. Las Figuras 4B a 4D muestran secciones del SpN a diferentes niveles, arteria esplénica principal (Figura 4B), arterias gástricas cortas (SG) (Figura 4C) y arteria gastroepiploica (GEP) (Figura 4D), teñidas con H&E. Los nervios en la Figura 4C y la Figura 4D están indicados por puntas de flecha. En la Figura 4D, el inserto muestra una ampliación de un fascículo nervioso. La Figura 4E muestra un gráfico de cajas que informa de la cuantificación del número de fascículos de SpN en diferentes localizaciones (panel superior) y la distribución del diámetro medio de los mismos fascículos en las diferentes localizaciones (panel inferior). La Figura 4F muestra el número de fascículos en diferentes localizaciones y su diámetro medio relativo.

La Figura 5 muestra la caracterización histológica y electrofisiológica de un nervio esplénico porcino. La Figura 5A es una fotomicrografía de una sección semifina (0,5 pm de grosor) del SpA/SpN teñida con azul de toluidina. En la imagen no se observan axones mielinizados. La Figura 5B muestra trazos representativos del potencial de acción compuesto evocado (eCAP) registrado a partir de fascículos del nervio esplénico periarterial diseccionados de la arteria al estimular a 1 Hz con un manguito periarterial (alrededor de todo el plexo SpN) o con un pequeño manguito alrededor de unos pocos fascículos del haz SpN. Los trazos son la media de 10 respuestas. La Figura 5C muestra el intervalo de velocidades de conducción de los diferentes componentes del eCAP. Las Figuras 5D y 5E muestran la curva fuerza-duración del SpN obtenida estimulando el plexo completo (Figura 5D) o unos pocos fascículos diseccionados (Figura 5E). Los gráficos muestran también la densidad de carga relativa para obtener el eCAP umbral a diferentes amplitudes de estimulación. Todas las estimulaciones se realizaron a 1 Hz para limitar la ralentización de la conducción del potencial de acción inducida por la estimulación en el nervio.

La Figura 6 muestra los cambios transitorios en mSpA BF, mSpV BF, sMABP y HR que dependen de la intensidad de estimulación provocados por la estimulación de SpN. La Figura 6A muestra el cambio medio (n=8) en el mSpA BF (de -30 a 180 s, con respecto al inicio de la estimulación) durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN a diferentes amplitudes de corriente (entre 3,5 y 20 mA). La Figura 6B muestra la reducción máxima en mSpA BF alcanzada durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN a diferentes amplitudes de corriente. Cada línea representa un animal probado. La Figura 6C muestra la media (n>3) de la reducción máxima de mSpA BF alcanzada durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps o 200 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN a diferentes amplitudes de corriente y con dos PW diferentes: 400 (círculos negros) y 200 (cuadrados negros) ps. La Figura 6D muestra el cambio en mSpV BF (de -30 a 180 s, con respecto al inicio de la estimulación) durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN con diferentes amplitudes de corriente (entre 3,5 y 12 mA). La Figura 6E muestra el cambio medio (n=3) en sMABP y HR (de -30 a 180 s, con respecto al inicio de la estimulación) durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN a diferentes amplitudes de corriente (entre 3,5 y 20 mA). La Figuras 6F y la 6G resumen los cambios máximos medios (n=3) en mSpA BF, sMABP, HR y RR durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a 10 Hz) del plexo SpN (Figura 6F) o de algunos fascículos diseccionados del SpN (Figura 6G) a diferentes amplitudes de corriente. Ambos gráficos muestran la amplitud (medida como pico a pico) de la eCAP registrada (expresada como % sobre la respuesta máxima). Los cambios de SpA BF se expresan como reducción máxima desde el valor de referencia en %, los cambios de HR se expresan como latidos por minuto (bpm), los cambios de sMABP se expresan como mmHg, los cambios de RR se expresan como respiraciones por minuto (bpm). Los dos gráficos también informan de la densidad de carga por fase con respecto a la amplitud de estimulación usada.

La Figura 7 muestra que los cambios en mSpA BF, mSpV BF, sMABP y HR durante la estimulación de SpN dependían de la frecuencia. La Figura 7A muestra el cambio medio (n=3) en mSpA BF (de -30 a 180 s, con respecto a la estimulación) durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a aproximadamente 36,9 pC/cm2/fase) del plexo SpN a diferentes frecuencias (entre 0,25 y 100 Hz). La Figura 7B muestra la reducción máxima media (n=3) en mSpA BF observada durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a unos 36,9 pC/cm2/fase) del plexo SpN a diferentes frecuencias (entre 0,25 y 100 Hz). En las Figura 7C a 7D, los gráficos muestran los cambios en mSpV BF, sMABP, HR (expresados como % sobre el valor de referencia previo a la estimulación) durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 400 ps PW a aproximadamente 36,9 pC/cm2/fase) del plexo SpN a diferentes frecuencias (entre 0,25 y 100 Hz). Los datos de la Figura 7A se expresan como media ± desviación estándar. En la Figuras 7A y 7C a 7D, el recuadro representa la ventana temporal de estimulación.

La Figura 8 muestra los efectos locales y sistémicos de unos pocos fascículos SpN diseccionados a diferentes frecuencias. En particular, la Figura 8 muestra un registro experimental representativo de los cambios locales y sistémicos asociados a la estimulación de unos pocos fascículos SpN diseccionados de la arteria con diferentes frecuencias. Se muestran los datos de HR, sMABP, entrada de estimulación, eCAP, SpA BF bruta y mSpA BF de un experimento representativo en el que la frecuencia varía de 3 a 300 Hz.

La Figura 9 muestra los cambios en el flujo sanguíneo de SpA monitorizados mediante ultrasonografía esplénica intraoperatoria. Las imágenes de la Figura 9 se obtuvieron de 2 animales diferentes durante la estimulación del SpN. Obsérvese la reducción del trazado Doppler durante la estimulación (paneles centrales) frente a la estimulación previa y posterior (paneles superior e inferior, respectivamente).

La Figura 10 muestra que la estimulación del SpN promovió la supervivencia. La Figura 10A es un gráfico de Kaplan-Meier que ilustra las diferencias en el tiempo de supervivencia hasta el punto final predeterminado a las 2 horas después de la inyección in vivo de LPS. La Figura 10B es un gráfico de cajas que ilustra la presión arterial media más baja registrada (MABP; calculada como % del valor de referencia) 30 minutos después de la inyección de LPS. Se muestra una diferencia significativa entre SpN-T y el grupo simulado; P=0,0296. La Figuras 10C y la 10D son gráficos de cajas que ilustran las concentraciones de TNFa (Figura 10C) e IL-6 (Figura 10D) a las 0,5 horas de la inyección de LPS in vivo. Se muestra una diferencia significativa entre los grupos SpN-T y SpN-P; P=0,0117. También se muestra una diferencia significativa entre los grupos SpN-T y simulado; P=0,0043.

La Figura 11 muestra que la estimulación del SpN promovió la supervivencia de manera similar a la Figura 10, pero con datos adicionales. La Figura 11A es un gráfico de Kaplan-Meier que ilustra las diferencias en el tiempo de supervivencia hasta el punto final predeterminado a las 2 horas después de la inyección de LPS. La Figura 11B es un gráfico de cajas que ilustra la presión arterial media más baja registrada (MABP; calculada como % del valor de referencia) 30 minutos después de la inyección de LPS. Se muestra una diferencia significativa entre el grupo SpN2S y el grupo simulado. Las Figuras 11C y 11D son gráficos de cajas que ilustran las concentraciones de TNFa (Figura 11C) e IL-6 (Figura 11D) a las 0,5 horas después de la inyección de LPS.

La Figura 12 muestra el análisis anatómico de la arteria esplénica del cadáver III. La Figura 12A muestra la distancia anatómica desde el tronco celíaco (SA de Origen), al plano sagital imaginario y las distancias desde la SA de Origen a las varias arterias pancreáticas ramificadas (PA). Los recuadros indican las zonas de tejido extirpado. También se muestra la longitud del asa arterial esplénica. También se representa la localización del páncreas, el bazo y el estómago con respecto a la arteria esplénica. La Figura 12B muestra el diámetro de la arteria esplénica medido a partir de cada muestra de tejido extirpado. La Figura 12C muestra una visión general del bazo, el páncreas, la arteria esplénica y el tejido adiposo y conjuntivo circundante del cadáver IV. La SA presenta tres asas, con una altura mínima de 1,0 cm desde la curvatura interior del asa hasta el páncreas. Las características pueden encontrarse en la tabla 5.

La Figura 13 muestra que la estimulación del SpN provoca una estabilización en los cambios cardiovasculares inducidos por LPS. (A y B) Trazos representativos de los cambios de MABP, dABP, sABP, HR, mCVP, ET CO2, SpA mBF a lo largo del tiempo a partir del valor de referencia (media de 10 min antes de la inyección de LPS) en un animal simulado (A) o estimulado con el nervio esplénico (B). Los cambios inducidos por LPS en mCVP, HR y ABP son menores en el animal estimulado. MABP=presión arterial media; dABP= presión arterial diastólica; sABP= presión arterial sistólica; HR=frecuencia cardiaca; mCVP=presión venosa central media; ET CO2=volumen tidal final de CO2; SpA mBF= flujo sanguíneo medio de la arteria esplénica.

La Figura 14 muestra que la estimulación del SpN provoca una estabilización en los cambios cardiovasculares inducidos por LPS. (A) La estimulación provoca una reducción de la resistencia vascular pulmonar en comparación con el valor de referencia (antes de la inyección de LPS). En los animales simulados (no estimulados) sometidos a la inyección de LPS, la PVS aumenta después de la inyección de LPS. (B) La estimulación provoca un mayor aumento de SVR en comparación con el animal simulado, después de la administración de LPS. (C) La estimulación provoca un mayor aumento en PCWP en comparación con los animales simulados, después de la inyección de LPS. PVS = resistencia vascular pulmonar; SVR = resistencia vascular sistémica; PCWP = presión capilar pulmonar en cuña.

La Figura 15 muestra que la estimulación del SpN reduce el aumento de las lipasas sistémicas inducido por LPS en comparación con los animales simulados (no estimulados).

La Figura 16 muestra que el nervio esplénico humano es un plexo de fascículos periarteriales que contienen axones de conducción lenta. La Figura 16 incluye las siguientes subsecciones: A) Haz neurovascular esplénico humano (NVB) que contiene el SpA, el SpN, tejido conectivo, secciones de páncreas y ganglios linfáticos recién aislados de un donante. Se colocaron dos pequeños electrodos de manguito (650 pm de diámetro) en unos pocos fascículos diseccionados seleccionados. El esquema de la preparación indica la posición (a y b) de los manguitos de estimulación y registro. Las líneas de puntos indican las zonas en las que se tomaron las secciones mostradas en B y C; (B) Sección del NVB humano teñida con hematoxilina y eosina (H&E). Los fascículos de SpN están rodeados; (C) Sección de los fascículos estimulados que se aislaron para el estudio electrofisiológico. La sección se tiñó con H&E en y muestra los fascículos nerviosos (rodeados) y el tejido adiposo/conectivo; (D) eCAP registrado al aplicar estimulación monopolar monofásica del SpN humano a 1 Hz y 400 ps PW antes (panel superior) y después (panel inferior) de aplastar el nervio entre el manguito de estimulación y el de registro. El recuadro de la izquierda indica el artefacto de estimulación, mientras que el más grande de la derecha indica la zona en la que debería observarse la eCAP, con las flechas indicando la eCAP; (E) Curva de reclutamiento del SpN humano cuantificando la amplitud de la eCAP (expresada como % de la respuesta máxima) frente a la amplitud de estimulación. Cada punto representa la amplitud media de 8 impulsos monopolares monofásicos consecutivos administrados a 1 Hz y 400 ps PW; (F) Velocidades de conducción de todos los componentes del eCAP registrados en el SpN humano, porcino (cerdo) y de rata; (G) Relación fuerza-duración (círculos negros) del SpN humano obtenida estimulando los fascículos diseccionados. Los datos representan la corriente mínima necesaria para desencadenar un eCAP detectable en los diferentes PW probados. Los gráficos también muestran la densidad de carga correspondiente (triángulos negros) de las diferentes estimulaciones (referidas al eje Y derecho). Se trazaron curvas de regresión por mínimos cuadrados frente a los datos de fuerza-duración y densidad de carga; y (H) Densidades de carga necesarias para estimular el SpN de las tres especies diferentes a diferentes PW. Los datos se ajustaron con regresiones lineales. Barras de escala: B=2 mm; C=100 pm.

La Figura 17 muestra A) Un Ejemplo de una muestra esplénica humana con sutura indicando el extremo proximal próximo al celíaco, B) Representación conceptual del corte del tejido en bloques para histología, C) Portaobjetos teñido con hematoxilina y eosina (H&E) de uno de los bloques y D) metodología para las estimaciones histomorfométricas.

La Figura 18 muestra (izquierda) el diámetro del fascículo, (centro) la extensión del fascículo alrededor de la adventicia (pared arterial esplénica externa) para las partes proximal, media y distal del haz neurovascular esplénico (NVB), y (derecha) el porcentaje de fascículos frente a la distancia desde la adventicia.

La Figura 19 muestra datos in vivo de la estimulación del haz neurovascular esplénico porcino; (A) curva de reclutamiento de la población, (B) curva fuerza-duración.

La Figura 20 muestra (A) Curva de reclutamiento a partir de la modelización in silico en porcinos con el eje x representando las estimaciones de inyección de carga en pulsos de 400 us, (B) lo mismo con el eje x reflejando la amplitud de estimulación, (C) Curva de reclutamiento a partir de la modelización in silico en humanos con el eje x representando las estimaciones de inyección de carga en pulsos de 400 us (azul) y 1 ms (rojo), (D) lo mismo con el eje x reflejando la amplitud de estimulación (mA).

MODOS DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

Estudio 1A: Caracterización de los nervios arteriales esplénicos

Materiales y métodos

Se realizaron estudios anatómicos macroscópicos del bazo y los órganos relacionados en 12 cadáveres de cerdos hembra (de 22 a 120 kg de peso corporal) en el plazo de una hora después de la eutanasia. Se realizaron las siguientes mediciones: longitud y anchura del bazo; longitud de la arteria celíaca (desde la aorta hasta la rama en las arterias gástrica izquierda y esplénica); longitud de la arteria esplénica (SpA) (desde la rama de la arteria celíaca hasta la entrada en el parénquima esplénico); diámetro de la SpA medido 1 cm distal a la arteria celíaca y en el hilio esplénico; distancia del páncreas al bazo; distancia del páncreas a los ganglios linfáticos esplénicos. También se registraron el número y el curso de las ramas vagales abdominales, el ganglio celíaco, los nervios esplácnicos y los nervios esplénicos. La SpA con nervios esplénicos asociados se procesaron para histología con hematoxilina y eosina (H&E).

Se recogió el bazo con vasculatura e inervación intactas de 12 cadáveres de cerdo hembra (peso corporal 22 kg, n=6; peso corporal 45 kg, n=6). Todos los tejidos se recogieron en el plazo de una hora desde la eutanasia y se fijaron inmediatamente en formalina tamponada neutra al 10%. La SpA con una red neuronal perivascular intacta se seccionó cada 5 mm desde el origen en la bifurcación de la arteria celíaca hasta el hilio esplénico. Esto dio como resultado 5 secciones, definidas como la bifurcación; la SpA proximal; la SpA media; la SpA distal y la localización del hilio. La sección de SpA proximal corresponde a la ubicación del manguito en el estudio de estimulación eléctrica siguiente que se analiza a continuación.

En cada una de estas cinco localizaciones se procesaron secciones para la tinción rutinaria con H&E. También se procesaron las secciones de SpA proximal, media y distal para inmunohistoquímica y para corte semidelgado y tinción con tetróxido de osmio y azul de toluidina.

Se adquirieron imágenes digitales de las secciones teñidas con H&E con un aumento de 2x y para el análisis histomorfométrico se usó el software adecuado (Image J 1.50i), como se detalla a continuación. Después de seleccionar manualmente cada fascículo nervioso individual usando la función de gestión de ROI, se contó el número de fascículos nerviosos periarteriales y se evaluó el tamaño de los fascículos midiendo el diámetro mínimo de Feret (Mm).

Se calculó el área nerviosa total (en Mm2) y se cuantificó la distribución periarterial de los fascículos evaluando el porcentaje de la circunferencia arterial en el que se identificaron fascículos, definiendo la distribución de 360 grados como el 100%. La distancia desde cada fascículo a la pared arterial externa se midió trazando la línea perpendicular más corta posible desde cada fascículo a la pared arterial. Se midieron los diámetros externo e interno de la arteria esplénica en las localizaciones proximal, media y distal del SpA.

Para evaluar el fenotipo neuronal se usó una tinción doble con tirosina hidroxilasa (TH) y acetilcolina transferasa (ChAT). Mediante la contratinción con neurofilamento 200 (NF200) y la tinción nuclear 4',6-diamidino-2-fenilindol (DAPI), los nervios doblemente positivos para NF200-TH se consideraron simpáticos, mientras que los doblemente positivos para NF200-ChAT se consideraron parasimpáticos. Para determinar la proporción de nervios eferentes frente a los aferentes, las mismas localizaciones se tiñeron doblemente con el marcador eferente TH y el marcador aferente péptido relacionado con el gen de la calcitonina (GCRP). Se capturaron aleatoriamente dos imágenes digitales diferentes de cada nervio con un aumento de 20x y se generaron composiciones pseudocoloreadas usando el software adecuado (AxioVision LE64).

La mielinización de los axones de la SpN se evaluó mediante tinción inmunofluorescente, así como a partir de secciones semifinas. Se tiñeron diferentes partes de la SpA y SpN con anticuerpos contra Neurofilamento y p-III Tubulina y Proteína Básica de la Mielina (MBP). Se generaron imágenes compuestas pseudocoloreadas usando el software adecuado, como se ha descrito anteriormente. Las secciones semifinas se tiñeron con osmio y azul de toluidina. Se adquirieron imágenes digitales con un aumento de 100x y se contó manualmente el número de axones mielinizados y no mielinizados en un área de 100x100 Mm. Este procedimiento se repitió 3 veces por nervio, y la media de los mismos se usó para análisis posteriores. Este procedimiento también se usó para obtener la densidad axónica (número de axones/mm2).

Todos los análisis estadísticos se realizaron con software estadístico comercial (JMP Pro 13.0.0). Debido a la distribución no normal, todas las mediciones histomorfométricas se compararon entre los distintos tamaños de cerdo y localizaciones de SpA mediante la prueba de suma de intervalos de Wilcoxon. La significancia estadística se definió como P<0,05.

Resultados

Las estructuras neurovasculares entran y salen del bazo únicamente a lo largo de la superficie visceral.

Específicamente, la primera rama abdominal principal de la aorta, la arteria celíaca, se divide en la arteria hepática, la SpA y la LGA (Figura 3). La SpA entra en el bazo por el hilio, que está situado unos pocos centímetros distal de la base esplénica. En el hilio, la SpA se bifurca inmediatamente en una rama dorsal que discurre hacia la base esplénica y una rama ventral que discurre a lo largo de la superficie visceral hacia el ápex esplénico. La arteria gastroepiploica izquierda nace de esta rama ventral de la SpA aproximadamente en la transición entre el medio y el 1/3 distal del bazo.

En la base esplénica, la rama dorsal de la SpA se divide en varias arterias más pequeñas identificadas como arterias gástricas cortas, que discurren hacia la curvatura mayor del estómago. Aunque estas arterias se consideran ramas terminales de la SpA, son capaces de proporcionar un suministro sanguíneo colateral al bazo mediante anastomosis con ramas de la LGA y las arterias gastroepiploicas izquierdas. La vena esplénica (SpV) discurre paralela a la SpA a lo largo de la superficie visceral del bazo, desde el ápex hasta el hilio. Después de abandonar el hilio esplénico, la SpV discurre estrechamente adherida a la SpA durante una corta distancia hasta que se desplaza en dirección medial para drenar en la vena porta hepática, que a su vez drena en la vena cava caudal. Esto deja un pequeño espacio en el que discurren la arteria y la vena separadas por unos milímetros de tejido blando. Este área, que se encuentra inmediatamente distal a la bifurcación de la arteria celíaca en la SpA y la LGA, se ha identificado como el punto de interfase óptimo para los siguientes estudios funcionales. En esta localización, el diámetro de la SpA es de 1,5-3 mm en el animal de 30 kg; de 2 -4 mm en el animal de 60 kg y de 5 -8 mm en el animal de 110 kg.

El SpN consiste en un plexo de fibras que discurren a lo largo de la SpA hacia el hilio esplénico. Es difícil establecer el origen de estos nervios, aunque pueden observarse fibras que surgen del GC, situado inmediatamente caudal a la bifurcación de la arteria celíaca en la SpA y la LGA. Los datos de estudios anteriores realizados principalmente en roedores, establecieron que la mayor parte del SpN se origina en los ganglios celíacos y suprarrenales. Esto aún no se ha demostrado en especies de animales grandes.

En las especies de roedores, se han descrito otros nervios que inervan el bazo además del SpN periarterial; más específicamente, se ha descrito un nervio apical dentro del ligamento gastroesplénico de ratas y ratones. Se trata de un nervio simpático (TH+) que posiblemente se origina en los nervios simpáticos paravertebrales, y discurre hacia el ápex del bazo dentro del ligamento gastroesplénico.

Todas las mediciones histológicas se presentan en la Tabla 1. La distancia SpN-SpA fue la única medición significativamente mayor en los cerdos de 45 kg frente a los credos de 22 kg (en las localizaciones SpA media y SpA distal; P<0,001); por lo tanto, para todas las demás mediciones, para el análisis estadístico se combinaron los datos de todos los cerdos. Hubo una reducción en el número de fascículos nerviosos periarteriales a lo largo de la SpA de proximal a distal; hubo un número estadísticamente significativo de fascículos en la bifurcación frente a todas las demás localizaciones (P<0,0001). En el hilio esplénico, los fascículos nerviosos eran significativamente mayores que en las demás localizaciones (P<0,0001). El diámetro externo de la SpA fue significativamente mayor en la localización proximal de la SpA que en las localizaciones media y distal de la SpA (P=0,0162 y P=0,0158, respectivamente). La distancia SpN/SpA también disminuyó de proximal a distal; en los cerdos de 45 kg, la distancia fue significativamente mayor en la bifurcación que en todas las demás localizaciones (P<0,001). También en los cerdos de 45 kg, la distancia SpN/SpA fue significativamente mayor en el Hilio que en las localizaciones SpA proximal, media y distal (P<0,008).

La distribución circunferencial del SpN fue significativamente mayor en las localizaciones de SpA proximal que en las de SpA media y distal (P=0,02 y P=0,15, respectivamente). Además, los fascículos estaban distribuidos de manera más uniforme alrededor de la SpA en la localización proximal, mientras que en la SpA media y distal el patrón de distribución era más bimodal, con agrupaciones de fascículos en lados opuestos de la arteria.

En el cerdo, los nervios se encuentran a lo largo de las arterias corta gástrica y gastroepiploica dentro del ligamento gastroesplénico (Figura 4). Estos nervios parecen ser una continuación del plexo SpN principal perarterial y discurren hacia (o desde) el estómago. En esta localización se realizó un análisis inmunohistoquímico y se descubrió que el SpN en cualquier localización es TH+ y ChAT-. Curiosamente, a lo largo de la SpA principal se identificaron fibras nerviosas positivas al péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), usado comúnmente como marcador neuronal aferente.

El número de fascículos nerviosos y el tamaño de los fascículos observados en estas dos regiones es mucho menor en comparación con los observados a lo largo de la SpA principal. En las Figuras 4E y 4F se muestra la cuantificación del número y diámetro relativo de los fascículos nerviosos a lo largo de la SpA principal y a lo largo de las otras localizaciones anatómicas diferentes en cerdos de granja de 45-50 Kg.

T l 1: M i i n hi l i N A n 12 r h m r

Análisis histoquímicos e inmunohistoquímicos adicionales mostraron que el SpN está compuesto por >99,9% de fibras no mielinizadas. De hecho, la tinción con azul de toluidina de secciones semifinas no mostró axones mielinizados. En consonancia con esto, la tinción para la proteína básica de la mielina (MBP) reveló un número muy pequeño de axones positivos (<0,01%). Ambas técnicas de evaluación de la mielinización revelaron una ausencia casi total de mielina en las secciones investigadas del SpN, como se ilustra en la Figura 5.

Análisis

El análisis histológico realizado aquí demostró que el SpN constituye un plexo neurovascular a lo largo de la SpA principal, así como de arterias gástricas y gastroepiploicas cortas. El número de fascículos es inesperadamente alto. Considerando el tamaño medio de un axón de SpN (aprox. 2 pm de diámetro) es posible calcular que el plexo SpN debe contener (como máximo) un total de aproximadamente 150K axones a nivel de la SpA principal (sección media). Parte de estos axones inervarán el endotelio de la SpA y parte de estos axones se introducirán en el bazo y formarán conexiones sinápticas o con músculos lisos o células inmunes a nivel de la zona marginal entre la pulpa blanca y roja así como dentro de la pulpa blanca como se ha descrito previamente en otras especies [8,9,10,11,12]. El número de axones parece elevado si se tiene en cuenta que el nervio vago humano (que tiene el mismo tamaño que el nervio vago porcino), que se dirige a varios órganos del cuerpo, se supone que contiene aproximadamente 100 k axones. El elevado número de axones en el SpN podría estar relacionado con el tamaño del bazo en el cerdo, que tiene un volumen aproximadamente 2-3 veces mayor que el bazo humano, y la longitud de la arteria que se supone que inerva el SpN. El número de fascículos y axones en el SpN humano podría ser diferente.

También se cree que el bazo de los cerdos (y de otros mamíferos, como los perros) contiene una mayor proporción de células musculares lisas en comparación con el bazo humano [13]. Sin embargo, varios trabajos han demostrado también que el bazo humano es capaz de contraerse en condiciones de estrés, como la apnea y el ejercicio físico [14,15].

La organización vascular de la arteria y la vena esplénicas es ligeramente diferente entre el cerdo y los humanos. En el cerdo, la SpA y la SpV discurren en estrecha aproximación hacia y desde el bazo. Además, la SpV y la SpA no presentan asas o circunvoluciones como los observados en los humanos. Por lo tanto, sólo un segmento corto (de aproximadamente 1-1,5 cm) de la SpA, próximo al punto de trifurcación de la arteria celíaca, se separa mejor de la SpV. Este segmento de la arteria se eligió como mejor punto de intervención en los estudios de estimulación siguientes. El acceso al haz neurovascular en esta localización es, de hecho, más seguro, con lo que se reducen las posibilidades de dañar los nervios, así como la arteria y la vena, durante las disecciones.

Estudio 1B: Caracterización de las asas arteriales esplénicas

Materiales y métodos

Para investigar las diferentes vías neurales al bazo, se estudiaron seis cadáveres humanos conservados en formaldehído. Se extrajeron bloques de tejido del bazo, el estómago, el páncreas, el epiplón mayor, el ligamento gastroesplénico y, si lo había, el ligamento esplénico frénico.

Se analizaron múltiples características relevantes para el plexo esplénico, incluyendo los parámetros de disección de la arteria esplénica en general (por ejemplo, longitud, diámetro de la sección transversal, etc.), las asas arteriales esplénicas y las ramas de la arteria esplénica, así como parámetros relativos a la relación de la arteria esplénica con los tejidos circundantes.

También se analizaron muestras de tejido de la arteria esplénica mediante tinción inmunohistoquímica (IHC). La IHC se usó para detectar y cuantificar el tejido nervioso asociado. El tejido nervioso general, simpático y aferente se detectó inmunohistoquímicamente en las resecciones tisulares usando anticuerpos de anti-Producto Génico de Proteína 9.5 (PGP9.5), anti-Tirosina Hidroxilasa (TH) y anti-Péptido Relacionado con el Gen de Calcitonina (CGRP), respectivamente. La tinción inmunohistoquímica y la visualización se realizaron usando procedimientos rutinarios. Para todas las muestras de plexo esplénico, se generaron imágenes generales cosidas automáticamente (escaneados en mosaico) a partir de imágenes compuestas de microscopía de campo claro y fluorescente, y que se sometieron a un análisis de imagen adicional usando FIJI Image J (con plugins adicionales).

Resultados

En todos los casos, la arteria esplénica procedía del tronco celíaco. El curso era principalmente suprapancreático, aunque en algunos cadáveres partes de la arteria esplénica eran retropancreáticas, intrapancreáticas o anteropancreáticas.

La longitud absoluta media de la arteria esplénica (medida colocando un cordón a lo largo de la arteria esplénica) era de 18,02 cm, con una distancia media en línea recta desde el origen en el tronco celíaco hasta el plano sagital imaginario del bazo de 11,67 cm. El plano sagital imaginario describe la línea que conecta el polo superior e inferior del bazo. El diámetro medio de la arteria esplénica en su origen era de 0,52 cm. El diámetro medio de la arteria esplénica antes de sus ramas terminales era de 0,40 cm. El número medio de ramas terminales era de 5,5 (2-9) y el diámetro medio de las ramas terminales era de 0,22 cm (0,05-0,5). La Tabla 2 muestra los parámetros de la arteria esplénica de cada cadáver analizado, así como el valor medio de cada parámetro.

La Figura 11 muestra una visión general de la arteria esplénica y sus ramas en el cadáver III. Se muestran las distancias de cada rama al origen de la SAy al plano sagital imaginario del bazo. Además, pueden verse la localización y las dimensiones del asa. Los recuadros muestran la localización de las muestras extraídas para microscopía. En la Figura 11 se representa el diámetro de ciertos puntos a lo largo de la arteria esplénica y sus ramas.

Tabla 2: Datos cuantitativos sobre los parámetros generales de disección relativos a la SA de cada cadáver, se uido del valor medio.

La Figura 11 muestra una visión general de la arteria esplénica y sus ramas en el cadáver III. Se muestran las distancias de cada rama al origen de la AS y al plano sagital imaginario del bazo. Además, pueden verse la localización y las dimensiones del asa. Los recuadros muestran la localización de las muestras extraídas para microscopía. En la Figura 11 se representa el diámetro de ciertos puntos a lo largo de la arteria esplénica y sus ramas.

Asas arteriales esplénicas

En el contexto de este ejemplo, un asa arterial esplénica se define como una sección de la arteria esplénica separada de la superficie del páncreas por una distancia de por lo menos 1,0 cm. Esta distancia se calcula desde la curvatura interior de la arteria esplénica hasta la superficie del páncreas.

El número medio de "asas" observado en el conjunto de muestras analizadas fue de 1,34. Un cadáver no presentaba ningún asa, tres cadáveres presentaban un asa, un cadáver presentaba dos asas y un cadáver presentaba tres asas La media del cuello del asa (la distancia entre la curvatura interior de ambos tramos del asa) era de 1,99 cm. La distancia media desde el exterior del primer tramo del asa hasta el origen arterial esplénico era de 6,48 cm. La distancia media desde el exterior del segundo tramo del asa y el plano sagital imaginario del bazo era de 4,34 cm. Ambas distancias eran muy variables. La altura media del asa (distancia entre la curvatura interior de la parte superior del asa y la superficie del páncreas) era de 1,29 cm. El diámetro medio de la arteria esplénica que precede al primer tramo del asa y que sucede al segundo tramo del asa era de 0,46 cm y 0,41 cm, respectivamente. En la Tabla 3 se muestran los parámetros individuales y medios del asa arterial esplénica de cada cadáver.

Tabla 3: Datos cuantitativos sobre los parámetros de disección relativos al asa o asas de cada cadáver, seguido del valor medio.

Tinción inmunohistoquímica.

En la Tabla 4 se muestran los resultados del análisis inmunohistoquímico de los haces nerviosos que rodean las asas arteriales esplénicas. El número medio de haces nerviosos alrededor del asa arterial esplénica era de 25. El diámetro medio de los haces nerviosos era de 119 pm. El área total media del tejido nervioso simpático (TH-IR) era de 196986 pm2 (12645-815135), lo que supone una media del 0,54% (0,10-1,50) del área total del tejido. El diámetro del haz neurovascular (la arteria esplénica y el tejido circundante), fue de una media de 8553 pm (5177-12447). La distancia de los haces nerviosos hasta la localización del manguito (el revestimiento exterior del tejido) era de 628 pm (32-2678) de media.

Tabla 4: Valores medios de todas las localizaciones de muestras de las asas de la SA para cada parámetro de análisis de ima en.

En general, la tinción total de PGP-IR (tejido nervioso general) y TH-IR (tejido nervioso simpático) era comparable en los haces nerviosos que rodeaban las asas arteriales esplénicas. La tinción de CGRp-IR (tejido nervioso aferente) fue mínima. En la Tabla 5 se muestra una muestra del área total de tejido nervioso PGP-IR, TH-IR y CGRP-IR calculada para tres muestras obtenidas de cadáveres distintos.

Tabla 5: Resultados del primer análisis de imagen realizado en tres localizaciones de muestras del asa esplénica - - -

Análisis

El análisis realizado aquí muestra que el asa arterial esplénica es una característica comúnmente observada de la arteria esplénica. Las asas se caracterizan generalmente por tener una distancia de separación desde la superficie del bazo hasta la curvatura interior de la arteria esplénica de aproximadamente 1 cm. Esta distancia de separación hace que estos lugares sean objetivos útiles para la implantación quirúrgica de sistemas de estimulación neural para la neuromodulación del nervio arterial esplénico. Las asas arteriales esplénicas son más accesibles y conllevan menos riesgos asociados a traumatismos quirúrgicos, al evitar la necesidad de extirpar la arteria esplénica de la superficie del páncreas.

Estudio 2: Estimulación eléctrica del nervio arterial esplénico

Materiales y métodos

Para la caracterización histológica y electrofisiológica del nervio esplénico se usaron un total de 8 cerdos (peso corporal entre 40-50 Kg).

El día del experimento, se sedó al animal con ketamina (1,5 mg/kg) y midazolam (0,5 mg/kg) administrados mediante inyección intramuscular. Se colocó un catéter intravenoso en una vena auricular y se indujo la anestesia con propofol (2 mg/Kg) administrado por vía intravenosa. Se colocó un tubo endotraqueal, y la anestesia se mantuvo con inhalante de sevoflurano combinado con infusión a velocidad continua (CRI) de fentanilo (0,2 pg/Kg/min).

Después de la inducción de la anestesia general, se colocó al animal en decúbito dorsal para la colocación de catéteres yugulares permanentes bilaterales y un catéter arterial femoral bajo control ecográfico. Los animales a los que se implantó el manguito de SpN se colocaron luego en decúbito lateral derecho.

El enfoque quirúrgico para la implantación del manguito SpN fue el siguiente. Se apoyó la unión toracolumbar y se elevó ligeramente usando un saco de arena. Después de la preparación quirúrgica adecuada (recorte y frotado aséptico con gluconato de clorhexidina y alcohol), se cubrió asépticamente el costado izquierdo exponiendo un área de 20x25 cm centrada en la penúltima costilla. Se realizó una incisión cutánea de 15 cm en el penúltimo espacio intercostal usando un electrocauterio monopolar. Se continuó la incisión a través de los tejidos subcutáneos y la musculatura intercostal hasta exponer el peritoneo. Se colocaron dos retractores costales Finochietto retroperitoneales, teniendo cuidado de enganchar las costillas. Durante los minutos siguientes, los retractores se abrieron gradualmente, con lo que quedó expuesto el abdomen lateral izquierdo, que medía aproximadamente 10x8 cm. Las palas de los retractores se cubrieron con esponjas de gasa empapadas en carboximetilcelulosa (CMC). Se practicó una incisión longitudinal en el peritoneo y se suturó a la piel (Vicryl 2-0; patrón de sutura entrelazada de Ford) que cubría las palas de los retractores para minimizar el riesgo de desgarros esplénicos durante la manipulación. Usando una cuidadosa manipulación digital, se exteriorizó el bazo y se identificó la arteria esplénica (SpA) a lo largo de su superficie visceral. En la parte media del bazo, proximal a la SpA que se ramifica en la arteria gastroepiploica izquierda, se diseccionó cuidadosamente un segmento corto de la SpA libre del tejido blando circundante para colocar una sonda de flujo ultrasónico de 1 mm (Transonic). Después de la colocación de la sonda, se recolocó el bazo en el abdomen.

Mediante una ligera rotación de la base visceral esplénica hacia el operador, y ejerciendo una suave tracción ventral sobre el bazo, se seccionó el ligamento gastroesplénico en el hilio esplénico usando unas tijeras de Metzembaum, exponiendo la SpA. La arteria se siguió en dirección dorsal hasta su origen (es decir, la bifurcación de la arteria celíaca en la arteria gástrica izquierda (AGI) y la arteria espinal). Inmediatamente distal a esta bifurcación, se aisló circunferencialmente mediante disección roma con tijeras de Metzenbaum un segmento de aproximadamente 1 cm de la SpA con la red periarterial de SpN intacta. Se introdujo un fórceps de arteria Mixter curva bajo la arteria de caudal a craneal, agarrando un colgajo del manguito CorTec de 2,5 mm de diámetro introducido en el campo quirúrgico usando fórceps de microdisección rectos. El manguito se colocó aproximadamente la SpA y la red periarterial intacta de SpN invirtiendo el movimiento de los fórceps Mixter, teniendo cuidado de aponer los dos colgajos del manguito una vez colocados correctamente. A continuación se liberó la tensión sobre el bazo y la arteria. Se comprobaron las lecturas del flujo sanguíneo de la SpA y la SpV (vena esplénica) y, por último, se cerraron parcialmente los retractores costales y se cubrió la incisión expuesta con esponjas de gasa empapadas en solución salina.

También se llevaron a cabo experimentos electrofisiológicos. En general, estos experimentos implicaban la disección y la colocación de un manguito (usando un manguito CorTec bipolar o tripolar de 500 pm de diámetro) en uno o varios fascículos discretos del SpN unos pocos centímetros distal (más cerca del bazo) al manguito de estimulación para permitir el registro del potencial de acción compuesto evocado (eCAP) durante la estimulación de todo el plexo del SpN o de unos pocos fascículos (véase la Figura 5). Además, se realizaron diferentes combinaciones de bloqueo de la señalización neural (por ejemplo, usando la administración tópica de anestesia local o la transección del fascículo del SpN), tanto en sentido ascendente como en sentido descendente del lugar de estimulación.

Los eCAP registrados se amplificaron y filtraron (100-1000 Hz) usando un amplificador de AC de microelectrodos de 2 canales 1800 (sistema A-M). La actividad nerviosa se monitorizó de manera continua usando un osciloscopio y se registró en un ordenador usando un sistema de adquisición PowerLab (AD Instruments) de 16 canales y el software LabChart 8 usando una frecuencia de muestreo de 20 kHz. En general, los eCAP se promediaron (8 ulsos) y se cuantificó el pico a pico o el área bajo la curva (AUC) de la respuesta promediada cuantificada. La velocidad de conducción de los componentes de eCAP del SpN se calculó a partir de la distancia entre el lugar de estimulación y el de registro y la latencia de la señal eCAP.

Durante toda la cirugía se monitorizaron el electrocardiograma (ECG), la frecuencia cardiaca (HR), la presión arterial, la frecuencia respiratoria (RR), la pulsioximetría, la capnografía y la espirometría. La temperatura corporal se registró continuamente con una sonda intranasal. Se analizaron los gases de la sangre arterial durante todo el experimento para monitorizar los niveles de pH, glucosa, pO2 y pCO2, K+. Todos los parámetros fisiológicos, así como el nivel de sevoflurano usado, se registraron (cada 5-10 minutos) en la hoja de registro. Los datos fisiológicos también se digitalizaron usando el sistema de adquisición Powerlab y el software LabChart. Todos los parámetros se muestrearon generalmente a una frecuencia entre 0,1 y 2 kHz.

La profundidad de la anestesia se evaluó mediante el reflejo palpebral, el reflejo corneal, la posición medioventral del globo ocular y el tono mandibular.

Además, se usaron parámetros fisiológicos así como un sistema de monitorización del índice biespectral (niveles entre 30 y 60) para ajustar los niveles anestésicos. En algunos casos, se usaron bolos de propofol.

En algunos casos, se usó ultrasonografía intraoperatoria del bazo para la monitorización en tiempo real de los cambios del flujo sanguíneo de la SpA durante la estimulación del SpN. Para este procedimiento se usó una sonda intraoperatoria (transductor lineal intraoperatorio il2L-RS de 4-10 MHz, huella de 29x10 mm, campo de visión de 25 mm; Ge Vivid-i).

Los cambios en el flujo sanguíneo de la SpA se evaluaron mediante Doppler de color y trazado espectral de onda continua. Después de la identificación mediante Doppler de color de la SpA dentro del parénquima esplénico 2 3 cm distal al hilio esplénico, se obtuvo un trazado espectral de onda continua del flujo de la SpA dirigiendo los cursores de ventana al centro de la luz de la SpA. Después de obtener una señal representativa, la sonda ultrasonográfica y la ventana de cursores se dejaron en posición mientras comenzaba la estimulación del SpN.

Todos los análisis estadísticos se realizaron con software estadístico disponible comercialmente (JMP Pro 13.0.0 o GraphPad Prism 5.0).

Resultados

El registro del eCAP generado durante la estimulación del SpN, ya sea de todo el plexo SpN con el manguito periarterial, o la estimulación de unos pocos fascículos con un manguito más pequeño, generó un eCAP con una latencia específica dependiente de la distancia entre los lugares de estimulación y registro (Figura 5B). En la Figura 5C se muestra el intervalo de velocidades de conducción de los diferentes componentes del eCAP. La estimulación de todo el plexo o de unos pocos fascículos generó un eCAP con una velocidad media por debajo de 1 m/s (Figura 5C). Esta velocidad de conducción está en consonancia con los descubrimientos histológicos en los datos de caracterización a continuación que describen el SpN como un nervio no mielinizado. En las Figuras 5D y 5E (respectivamente) se muestra la relación entre la amplitud de la corriente y la duración del impulso necesario para provocar un eCAP estimulando el plexo completo o unos pocos fascículos. Al estimular el plexo completo con un manguito periarterial, el umbral de la respuesta nerviosa se situó entre 7,692 y 15,58 jC /cm 2/fase. Al estimular unos pocos fascículos diseccionados con un manguito más pequeño, se descubrió que el umbral estaba entre 5,796 y 11,594 |jC/cm2/fase. En ambos casos, el valor umbral de la densidad de corriente para el registro eCAP fue menor con una anchura de pulso (PW) más corta.

La estimulación bifásica del SpN durante 1 minuto a 10 Hz y 400 js PW por encima de un umbral de corriente específico provocó sistemáticamente una reducción transitoria del flujo sanguíneo dentro de la SpA distal, medida mediante una sonda de flujo perivascular. Había una clara relación de respuesta a la dosis entre la corriente suministrada y la reducción del flujo: cuanto mayor era la amplitud, mayor era la reducción observada del flujo sanguíneo (Figura 6A). El umbral de cambio del flujo sanguíneo, definido como un cambio del 5% en el flujo sanguíneo medio de la SpA (mSpA BF) en comparación con el valor de referencia previo a la estimulación, se observó en torno a 4,5 mA (con un PW de 400 js ) y en torno a 12 mA (con una anchura de pulso de 200 js ) (Figuras 6B y 6C). Al calcular la densidad de carga por fase del umbral para provocar cambios en el flujo sanguíneo, el valor fue muy similar: aproximadamente 13,8 jC /cm 2/fase a 400 js y 18,46 jC /cm 2/fase a 200 js . La estimulación con 12 mA y 400 js de PW (36,9 jC /cm 2/fase) provocó una reducción media máxima del BF en la SpA de aproximadamente el 40% con respecto a los valores de referencia.

Paralelamente, se registró el flujo sanguíneo dentro de la SpV usando una sonda de flujo Doppler colocada en la base esplénica, donde la vena sale del hilio esplénico. Curiosamente, la estimulación (pulsos bifásicos simétricos, 400, 10 Hz durante 1 minuto) provocó un aumento del flujo sanguíneo medio de la SpV (mSpV BF) que dependía de la amplitud de la corriente. La estimulación con 12 mA y 400 |js PW (36,9 |jC/cm2/fase) provocó un aumento máximo de aproximadamente el 200% en comparación con el SpV BF de referencia.

La reducción transitoria del mSpA BF también iba acompañada de un aumento transitorio de la presión arterial media sistémica (sMABP). Este aumento (de media entre 1-6 mmHg) con respecto al valor de referencia se correlacionó de nuevo con la intensidad de la estimulación (Figura 6E). Se observaron cambios consistentes en la sMABP con estimulaciones que provocaban una caída del 20-30% en el flujo de SpA. Por el contrario, la HR sólo se vio afectada mínimamente (cambios <3 bpm, ya sea aumento o disminución), pero de manera más consistente sólo con amplitudes de estimulación elevadas (>45 jC /cm 2/fase que provocaban cambios de 3-10 bpm) (Figura 12G). La estimulación del SpN no afectó a la frecuencia respiratoria (RR) en las condiciones probadas.

Los cambios observados en mSpA BF, sMABP, HR, RR durante una estimulación de 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 10 Hz, 400 js PW) a diferentes amplitudes de corriente (1-50 mA, correspondientes a 3,076 153,8 jC /cm 2/fase) se resumen en la Figura 6F. En la Figura 6F puede observarse cómo la magnitud de estos cambios se correlacionó con el registro de un eCAP (línea negra y círculos) del SpN. Cuanto mayor era el número de fibras reclutadas (medido como % de eCAP sobre la respuesta máxima registrada), más fuerte era la reducción del mSpA BF y los otros cambios asociados.

La estimulación directa de haces discretos del SpN diseccionados de la SpA (usando un manguito de 500 jm de diámetro, en la localización "b" de la Figura 4A) evocó cambios similares en mSpA BF, sMABP y HR. Estos cambios, que se producen durante 1 minuto (pulsos bifásicos simétricos, 1 Hz, 400 js PW) y diferentes amplitudes de corriente (0,1-2,5 mA, correspondientes a 3,86-96,61 jC /cm 2/fase), se resumen en la Figura 12G. Incluso en este caso, los cambios asociados dependían de la proporción de fibras (eCAP mostrada en negro) reclutadas por la estimulación. El eCAP máximo (y, por tanto, los cambios máximos) se obtuvo a aproximadamente 153 jC /cm 2/fase al estimular el plexo completo y a aproximadamente 70 jC /cm 2/fase. La magnitud de los cambios al estimular pocos fascículos fue menor que la obtenida al estimular el plexo completo, como era de esperar, ya que el número total de fibras estimuladas fue menor y la frecuencia fue menor.

Los cambios del flujo sanguíneo en la mSpA también se vieron afectados por diferentes frecuencias de estimulación. Al estimular (pulsos bifásicos simétricos, 400 js PW durante 1 minuto a unos 36,9 jC /cm 2/fase) a diferentes frecuencias (entre 0,25 y 100 Hz), 30-50 Hz provocaron de manera fiable la mayor reducción del flujo sanguíneo en la SpA (Figura 7A). Por encima de 50 Hz (entre 70 y 100 Hz), la reducción del BF fue de hecho menor, en el intervalo de las reducciones obtenidas con una estimulación de 10 Hz (Figura 7B). También se observó que los cambios en la mSpV BF, la sMABP y la FC dependían de la frecuencia de la estimulación aplicada. Los efectos más fuertes se observaron de nuevo entre 30 y 50 Hz (Figuras 7C a 7D).

Esto se observó una vez más cuando se estimularon al máximo (aproximadamente a 70 jC /cm 2/fase) sólo unos pocos fascículos diseccionados de la arteria. Ya a frecuencias más bajas (1 Hz y menores) se produjo una reducción más fuerte de la mSpA BF, debido al mayor reclutamiento de fibras nerviosas en comparación con la amplitud de estimulación usada para todo el plexo durante el análisis de frecuencias. Consistentemente sin embargo, la reducción máxima se observó entre 30-50 Hz (Figura 7D).

Para confirmar adicionalmente que los cambios observados en el SpA BF se debían a la activación neuronal directa (y no a la estimulación de los músculos lisos), se aplicó lidocaína (solución de clorhidrato de lidocaína al 2%) localmente alrededor del manguito de SpN implantado (el manguito periarterial o el manguito de los fascículos diseccionados). La lidocaína es un bloqueador específico de los canales rápidos de Na+ activados por voltaje. La lidocaína fue capaz de bloquear los cambios en el SpA BF. Además, la oclusión mecánica de la SpA, capaz de reducir el BF hasta un 80%, no provocó ningún cambio en sMABP o HR. Además, la transección del extremo central del SpN (proximal al manguito) no suprimió los efectos de la estimulación sobre el flujo sanguíneo de la SpA, la sMABP y la HR. Tampoco la transección del SpN dentro de los segmentos GEP y SG evitó estos cambios. Curiosamente, todos estos efectos sólo se suprimieron cuando se cortó el extremo periférico del SpN (distal al manguito). Todos estos datos sugieren que los cambios en el SpA BF y el SpV BF estaban impulsados por las neuronas y relacionados con la constricción de la SpA, así como con la contracción de la cápsula del bazo. Por otra parte, los cambios en la sMABP y la HR probablemente no se debieron a la activación de una vía neuronal hacia el cerebro, sino al aumento del flujo de salida de sangre del bazo hacia el corazón.

En unos pocos animales, también se monitorizaron los cambios en el flujo sanguíneo de la SpA durante la estimulación usando ultrasonografía intraoperatoria en el hilio esplénico. Después de identificar la SpA mediante Doppler de color, se monitorizó el cambio en el BF como señal Doppler, como se muestra en la Figura 8. Durante la estimulación a 10 Hz, se pudo observar fácilmente una reducción del BF, como indicaba el cambio de amplitud y la forma de los trazos de flujo.

Análisis

La estimulación del nervio esplénico se asoció a cambios locales transitorios en el mSpA BF y el mSpV BF, así como a contracción esplénica. Estos cambios se debieron a la activación directa del SpN, más que a la estimulación directa de los músculos lisos de la SpA. La contracción esplénica durante la estimulación del SpN se ha descrito anteriormente también en otras especies [16]. El cambio observado en el mSpA BF fue muy consistente entre animales. La variación se debió probablemente principalmente al diferente ajuste del manguito alrededor del plexo del SpN en los distintos animales. Los cambios en el SpA BF pudieron monitorizarse fácilmente mediante ultrasonidos no invasivos y, por lo tanto, podrían usarse como marcador para evaluar la estimulación eficaz del SpN también en un entorno clínico.

Se demostró que los cambios transitorios observados durante la estimulación del SpN dependían de la amplitud y la frecuencia. Durante un minuto de estimulación a diferentes amplitudes de corriente, la mayor reducción del mSpA BF se observó a la amplitud de corriente más alta probada, que también correspondía al pico del eCAP registrado. Esto era cierto cuando se estimulaba todo el plexo del SpN completo (con un manguito periarterial) o cuando se estimulaban sólo unos pocos fascículos colocados dentro de un manguito más pequeño. La diferencia en la densidad de carga total necesaria para obtener el máximo eCAP del plexo del SpN y de los fascículos del SpN podría explicarse por la cobertura parcial del plexo con el manguito de 2,5 mm usado. De hecho, en la mayoría de los cerdos este manguito solo dio como resultado una cobertura circunferencial de 270-300 grados. Cuando se usó un manguito con sólo unos pocos fascículos del SpN diseccionados de la arteria, la cobertura fue casi total. Por lo tanto, para limitar la densidad de carga necesaria para obtener un reclutamiento óptimo de los fascículos del SpN, será necesaria una cobertura circunferencial óptima de la arteria.

Los cambios más intensos (en mSpA BF y sMABP) se observaron a frecuencias entre 30 y 50 Hz. Aunque el número total de pulsos administrados podría ser un factor importante a la hora de determinar la magnitud de estos cambios, es cierto que cuando se comparan los cambios que se producen con el mismo número de pulsos administrados a diferentes frecuencias, el intervalo de 30-50 Hz sigue provocando los cambios más intensos. Esto podría explicarse con los datos notificados previamente que muestran que la máxima liberación de NA del bazo del gato se observó a 30 Hz [17,18]. La mayor liberación de NA podría explicar la mayor magnitud de los cambios observados en este intervalo de estimulación.

Estudio 3: Efectos de la electroestimulación en el modelo animal in vivo de LPS

Materiales y métodos

Animales

Para esta sección del estudio se usaron un total de 18 cerdos (sobre los 38 iniciales) (edad/peso). Ninguno de estos 18 cerdos fue excluido del análisis.

Diseño general

Tres horas después de las estimulaciones iniciales realizadas como parte de otro objetivo del estudio, 18 animales recibieron una inyección intravenosa de 2,5 pg/kg de endotoxina (lipopolisacáridos purificados de la membrana celular de Escherichia coli O111:B4; Sigma Aldrich), administrada durante un periodo de 5 minutos. Esta dosis se seleccionó mediante una revisión exhaustiva de la bibliografía disponible y experiencias personales. Esta dosis se eligió para provocar un modelo de shock séptico. Los animales que recibieron estimulación del SpN 3 horas antes de la inyección de LPS se dividieron en 2 grupos: los SpNS no recibieron ninguna estimulación adicional, mientras que los SpN2S recibieron una segunda estimulación del SpN durante la inyección de LPS.

Los parámetros de estimulación incluyen una duración de 1 minuto, con pulsos simétricos cuadrados, bifásicos, de carga equilibrada a 10 Hz, con una duración de pulso de 400 ps y una amplitud de corriente correspondiente a una densidad de carga por fase de 30 a 90 pC/Cm2/fase. La estimulación se aplicó una vez y se repitió una segunda vez 3 horas más tarde en el momento en que se inyectó LPS in vivo.

Se recogió sangre venosa periférica inmediatamente antes de la inyección de LPS (valor de referencia) y, a continuación, cada media hora hasta 2 horas después de la inyección. Al final de este intervalo temporal, los cerdos fueron sacrificados o se usaron para otras pruebas electrofisiológicas finales. Para todos estos puntos temporales, se realizaron análisis de citoquinas (TNFa e IL-6) y análisis hematológicos y bioquímicos rutinarios. El suero se diluyó 1:10 para los análisis de citoquinas.

En los animales en los que la inyección de LPS provocó cambios clínicos en la presión arterial sistémica y/o la función cardiaca, se administraron terapias clínicas estándar como vasopresina (inyecciones en bolo de 2,5 IU administradas i.v. y repetidas según fue necesario) y fármacos antiarrítmicos (lidocaína; 2 mg/kg i.v. y/o atropina; 40 pg/kg; i.v.) a discreción del anestesista. Los animales se sacrificaron cuando la presión arterial sistémica media no pudo mantenerse >40 mm Hg, o cuando el animal completó el criterio de valoración predeterminado.

Análisis estadísticos

Todos los análisis se realizaron con software estadístico disponible comercialmente (JMP Pro 13.0.0). Se inspeccionaron visualmente las variables continuas en busca de normalidad y valores atípicos. Cuando se identificaron valores atípicos, se realizaron pruebas estadísticas incluyendo y excluyendo estos animales como se indica en la sección de resultados.

Los cambios en los niveles de citoquinas y leucocitos se calcularon como el porcentaje de las muestras de referencia recogidas inmediatamente antes de la inyección de LPS. Los niveles de citoquinas y leucocitos se analizaron posteriormente usando un modelo mixto con el grupo de estimulación, el tiempo y el grupo de estimulación*tiempo como efectos fijos, y el animal como efecto aleatorio. Para el análisis post hoc se usaron pruebas t de Student por pares. Las diferencias en el tiempo de supervivencia entre los grupos de estimulación se analizaron usando la prueba de Rango Logarítmico y se representaron en un gráfico de Kaplan Meier. Los niveles de citoquinas, leucocitos y electrolitos se compararon entre los distintos grupos de tratamiento a los 30 minutos de la inyección de LPS mediante un análisis ANOVA de dos vías con análisis Post Hoc de la prueba t de Student de todos los pares; esta prueba también se usó para comparar la reducción máxima de la presión arterial media entre los grupos. La significancia estadística se definió como P<0,05.

Resultados

Supervivencia

La administración de una dosis alta de LPS provocó un cambio rápido de la presión arterial sistémica en el plazo de 5-10 minutos después de la administración del LPS. En los animales simulados (no estimulados) estos cambios fueron más fuertes y rápidos. Muchos animales requirieron intervenciones (por ejemplo, inyección de vasopresina) para mantener niveles seguros de presión arterial (ABP media>40 mmHg). Sin embargo, en la mayoría de los animales la intervención no fue suficiente para restablecer niveles seguros de ABP y los animales requirieron eutanasia. Además, unos pocos animales mostraron taquiarritmia y taquicardia grave. Los animales estimulados (especialmente los que recibieron 2 estimulaciones del nervio esplénico) mostraron cambios de menor magnitud y una respuesta cardiovascular más estable. En la Tabla 2 se resumen los eventos registrados después de la administración de LPS en animales estimulados y simulados.

La Tabla 2 describe los cambios cardiovasculares después de la administración de LPS. La tabla muestra los cambios en la presión arterial media (MABP) observados en los animales después de la administración de LPS, y el tratamiento administrado a los cerdos individuales. El tiempo representa el tiempo después de la inyección de LPS. MASS=masaje torácico externo (cardíaco); VAS=administración de vasopresina (2,5 pg/kg i.v.); ATR=administración de atropina; LlD=administración de lidocaína; Tiempo Eut=tiempo (minutos) desde la administración del LPS hasta la eutanasia; el criterio de valoración predeterminado fue a los 120 minutos.

Tabla 2:

continuación

En la Figura 10A y la Figura 11A se muestra la tasa de supervivencia 2 horas después de la inyección. Hubo una diferencia estadísticamente significativa en la tasa de supervivencia entre SpN-T frente a Simulado (P=0,0194). En resumen, la inyección de LPS evocó un compromiso cardiovascular grave en el plazo de 10-20 minutos en 5/6 animales simulados que requirieron eutanasia (MAP<40 mm Hg a pesar del tratamiento) antes de alcanzar el criterio de valoración predeterminado. Por el contrario, en 5/6 animales estimulados con SpN-T y 4/6 animales estimulados con SpN-P, los parámetros vitales, incluyendo la presión arterial media, se mantuvieron estables durante todo el periodo experimental; para estos grupos, la MaP a las 2 horas después de la inyección fue de 95,3±13,5, 85,9±7,5 y 86,8±9,7% de los valores de referencia, respectivamente. De igual manera, hubo una diferencia estadísticamente significativa en la reducción máxima de la MAP entre el grupo SpN-T frente a Simulado (P=0,0296, Figura 10B y Figura 11B); la MAP media en el momento de la eutanasia fue del 87,1±23,5% de los valores de referencia en el grupo SpN-T (tiempo medio de supervivencia 1.8±0,5 horas después de la inyección); 62,7±33,0% del valor de referencia en el grupo SpN-P (tiempo medio de supervivencia 1,4±0,8 horas después de la inyección); y 48,6±37,9% del valor de referencia en el grupo Simulado (tiempo medio de supervivencia 0,9±0,7 horas después de la inyección).

Cuantificación de citoquinas: Para todos los grupos, la inyección de LPS dio como resultado un aumento significativo de los niveles de TNFa en todas las muestras posteriores a la inyección en comparación con el valor de referencia (P<0,001; Figura 10C a 10D y Figura 11C a 11D), la respuesta máxima observándose 1 hora después de la inyección. La IL-6 fue significativamente mayor a las 2 horas después de la inyección en comparación con el valor de referencia en todos los grupos (P<0,0001).

Al comparar los niveles de citoquinas a las 0,5 horas después de la inyección, los niveles de TNFa, así como los niveles de lL-6, no resultaron significativamente diferentes entre los grupos simulado y estimulado (Figuras 10D, 11C y 11D).

Análisis

La administración de LPS in vivo para imitar una respuesta inflamatoria proporcionó un buen modelo para probar la eficacia del SpN. La administración de LPS (2,5 pg/Kg de peso corporal) en cerdos de 45-50 kg provocó una regulación por incremento de las citoquinas (TNFa e IL-6) en la sangre de todos los animales analizados. En particular, el TNFa alcanzó un valor máximo de aproximadamente 12 ng/ml 1 h después de la inyección, mientras que la IL-6 recogió alrededor de 15 ng/ml 2 h después del LPS. El LPS también provocó cambios significativos en la composición de la sangre periférica, con reducción de los linfocitos y neutrófilos circulantes (resultados no mostrados). De hecho, los glóbulos blancos probablemente abandonan la circulación para infiltrarse en tejidos y órganos durante la infección sistémica imitada por el LPS. También se observó un aumento significativo de la urea, la creatinina y la bilirrubina total en sangre, así como un aumento de la CK y la ALP a lo largo del tiempo después del LPS (resultados no mostrados). Todos estos cambios indicaban que el modelo era eficaz y reproducible entre animales.

Sorprendentemente, los animales simulados mostraron un descenso muy rápido y acusado de la MABP sistémica a aproximadamente 10-15 minutos después de la administración de LPS. Las reducciones de la MABP sistémica alcanzaron niveles que pondrían rápidamente en peligro la vida, por lo que fue necesaria la administración de vasopresina. Sin embargo, en la mayoría de los controles esto no fue suficiente para restaurar de manera estable una sMABP normal. Incluso cuando se realizaron inyecciones adicionales de vasopresina, tuvieron que sacrificarse 4/6 controles simulados a los 30 minutos después de la inyección de LPS, ya que su sMABP no podía mantenerse por encima de 40 mmHg. Uno de los simulados se sacrificó 110 minutos después de la inyección de LPS por la misma razón. En algunos casos también se observaron arritmias.

Por el contrario, la mayoría de los animales que se estimularon (a las -3 h o a las -3 h y 0 h, con respecto al LPS) no mostraron cambios tan fuertes en la sMABP. La mayoría de ellos no requirió ninguna intervención farmacológica (es decir, vasopresina). Sin embargo, este efecto prosupervivencia de la estimulación del SpN no podía explicarse por una disminución de la concentración de citoquinas inducida por LPS. De hecho, el TNFa y la IL-6, medidos 30 minutos después de la inyección de LPS, no se redujeron en los animales estimulados en comparación con los animales simulados. Por lo tanto, aunque este modelo proporcionó la prueba de que la estimulación del SpN es capaz de modular la respuesta a un estímulo inflamatorio, esto no podría explicarse simplemente por una reducción de la respuesta inflamatoria. Hay que considerar, sin embargo, que como la mayoría de los controles tuvieron que ser sacrificados en el plazo de los 30 minutos después de la administración de LPS, no se pudo realizar una comparación adicional de los niveles de citoquinas (a las 1, 1,5 y 2 h después de LPS) entre los animales estimulados y los simulados. Por lo tanto, es posible que se haya observado una diferencia en los niveles de citoquinas en puntos temporales posteriores, en donde el TNFa y la IL-6 alcanzan sus valores máximos.

Por lo tanto, los datos sugieren que el efecto prosupervivencia se debió a la modulación de algunos otros mecanismos.

Sumario

En resumen, los inventores descubrieron que la estimulación neural de un nervio que irriga el bazo, y en particular, el nervio arterial esplénico, mostraba efectos prosupervivencia en un modelo animal in vivo de LPS. Los inventores también descubrieron que la estimulación eléctrica de los nervios arteriales esplénicos estabilizaba la presión sanguínea, que cae drásticamente en los animales tratados con LPS, y reducía la reducción máxima de la presión sanguínea. Por lo tanto, la estimulación de la actividad neuronal de los nervios esplénicos puede ser particularmente útil para el tratamiento de afecciones médicas agudas, como las afecciones potencialmente mortales que presentan cambios fisiológicos asociados con el shock y la disfunción cardiovascular (por ejemplo, traumatismos, hemorragias y shock séptico).

Estudio 4: Efectos de la electroestimulación en un modelo animal in vivo de LPS subletal

Materiales y métodos

Animales

Para esta sección del estudio se usaron un total de 8 hembras de cerdo Large white (60-70 Kg de peso corporal).

Diseño general

El día del estudio, se sedó un animal con ketamina/midazolam. La anestesia intravenosa se indujo mediante la administración de propofol (2 mg/Kg) a través de un catéter colocado en una vena auricular (oreja). A continuación se insertó un tubo endotraqueal en la tráquea con el propósito principal de establecer y mantener una vía respiratoria patente y mantener la anestesia general usando sevoflurano transportado en una mezcla de oxígeno/aire. Después de la inducción de la anestesia general, se instrumentó al animal con catéteres invasivos en la arteria femoral y la vena yugular para monitorizar la presión sanguínea así como proporcionar fluidos/fármacos. A continuación, se colocó al animal en decúbito lateral derecho. Para monitorizar la profundidad estética se usaron el reflejo palpebral, el reflejo corneal, la posición medioventral del globo ocular y el tono mandibular. También se monitorizaron el nistagmo y el lagrimeo como posibles signos de plano leve de la anestesia. Durante toda la cirugía se monitorizaron el electrocardiograma (ECG), la frecuencia cardiaca (HR), la frecuencia respiratoria (RR), la presión arterial sistémica (ABP), la presión venosa central (CVP), la pulsioximetría, la capnografía, la espirometría y la temperatura corporal. También se instrumentó a los animales con un sistema de medición continua del gasto cardíaco (PlCCO), así como con un catéter en la arteria pulmonar para medir el gasto cardíaco y la presión pulmonar en cuña. Todos los parámetros fisiológicos, así como la fracción de sevoflurano inspirado, también se registraron (cada 5 minutos) en la hoja de registro, así como de manera continua a través de un sistema de adquisición Powerlab y el software Labchart. Los animales se ventilaron mecánicamente con presión positiva durante todo el procedimiento. A continuación, se accedió a la arteria y a los nervios esplénicos mediante una laparotomía lateral. Se colocó un manguito al nivel de la arteria esplénica proximal para estimular los nervios esplénicos. La estimulación se aplicó durante 2 minutos a 10 Hz con un intervalo de amplitudes. Los animales simulados no recibieron ninguna estimulación. Quince minutos después de finalizar la estimulación, los animales recibieron una inyección intravenosa de 2,5 pg/kg de endotoxina (lipopolisacáridos purificados de la membrana celular de Escherichia coli O111:B4; Sigma Aldrich), administrada durante un periodo de 5 minutos. Esta dosis se eligió para provocar efectos cardiovasculares significativos sin shock en la ventana de 4-6 horas después de la administración de LPS. Aproximadamente 30 minutos después de la inyección de LPS se administró una segunda estimulación (o estimulación simulada).

Los parámetros de estimulación incluyen una duración de 1 minuto, con pulsos simétricos cuadrados, bifásicos, de carga equilibrada a 10 Hz, con una duración de pulso de 400 ps (por fase) y una amplitud de corriente correspondiente a una densidad de carga por fase entre 40-90 pC/Cm2.

Inmediatamente antes de la inyección de LPS (valor de referencia) se recogió sangre venosa periférica y, a continuación, cada media hora hasta 4 horas después de la inyección. Al final de esta ventana temporal se sacrificaron los cerdos. Para todos estos puntos temporales, se realizaron análisis de citoquinas (TNFa e IL-6) y análisis hematológicos y bioquímicos rutinarios (incluyendo lipasas y amilasas).

El gasto cardíaco se midió continuamente con el sistema PICCO y también antes de la inyección de LPS y a los 30 min después de LPS usando el catéter de la arteria pulmonar para obtener la presión capilar pulmonar en cuña (PCWP).

Resultados

Efectos de la estimulación sobre los parámetros cardiovasculares

La administración de LPS provocó cambios significativos en la ABP, la CVP, la HR y la ET CO2. Curiosamente, los animales sometidos a estimulación eléctrica del nervio esplénico mostraron un cambio de menor magnitud en la ABP, la CVP y la HR (Figuras 13 A y B).

La inyección de LPS también provocó un aumento significativo de la resistencia vascular pulmonar (PVR) a los 30 minutos después de la inyección de LPS. Sin embargo, cuando se estimuló a los animales se observó una estabilización y reducción de la PVR (Figura 14A). Paralelamente, la estimulación provocó un aumento ligeramente más fuerte de la resistencia vascular sistémica (SVR) en comparación con los animales simulados (Figura 14B) y un aumento más fuerte de la PCWP (Figura 14C).

Finalmente, la inyección de LPS provocó una regulación por incremento significativa de los niveles circulantes de lipasas. Este aumento fue mucho menor en los animales a los que se les estimuló el nervio esplénico (Figura 15).

Análisis

La estimulación del nervio esplénico en cerdos sometidos a endotoxemia (administración de dosis subletales de LPS sistémico) provocó una estabilización significativa de los cambios cardiovasculares desencadenados por el LPS. En particular, el aumento de la SVR y la reducción de la PVR podrían explicar la salida positiva en el modelo de shock séptico descrito anteriormente. Esto es paralelo a los cambios de menor magnitud en la CVP, ABP y HR después de la administración de LPS, así como a la reducción del aumento de lipasas inducido por LPS, lo que indica un menor nivel de daño orgánico y una protección más fuerte en comparación con los animales simulados.

DATOS HUMANOS

Estudio 5: Caracterización electrofisiológica de los nervios esplénicos humanos:

Materiales y métodos

Especímenes de SpN humanos

Se conservó un tejido fresco de un paciente donante que contenía el haz neurovascular esplénico NVB en una solución adecuada para trasplantes de órganos en hielo para su transporte. A su llegada, el espécimen se colocó en solución de Kreb enfriada con hielo bajo un microscopio de disección, y se separó con cuidado un mínimo de un fascículo discreto del SpN por muestra de la SpA y posteriormente se instrumentó con dos electrodos bipolares circunferenciales de manguito (0,65 mm de diámetro, 5,5 mm de longitud; CorTec GmbH) colocados aproximadamente a 10 mm de distancia, para evocar y registrar las CAP. La cobertura del electrodo de los fascículos se estimó en un 100% en todos los implantes.

Registros

La actividad nerviosa se monitorizó continuamente usando un osciloscopio, y se registró digitalmente mediante un sistema de adquisición digital 1401 y el software Spike2 (Cambridge Electronic Design Ltd), con la frecuencia de muestreo establecida en 20 kHz. Se promediaron las CAP evocadas (8 pulsos) y se cuantificó la amplitud pico a pico de la respuesta promediada. La velocidad de conducción de los componentes de eCAP se calculó a partir de la distancia medida entre el lugar de estimulación y el lugar de registro y la latencia de la señal eCAP (medida desde el pico del artefacto de estimulación hasta el pico del eCAP).

Resultados

En comparación con las muestras porcinas, la SpA humana presentaba un curso más enrevesado, como se ha descrito anteriormente (Michels 1942). Además, el NVB esplénico estaba incrustado en grandes cantidades de tejido conjuntivo y grasa (Figura 16A), lo que dificultaba el registro de toda la circunferencia de la estructura. Sin embargo, usando un microscopio de disección, varios fascículos nerviosos fueron visibles y posteriormente confirmados como tales por secciones histológicas de los especímenes (Figura 16B). Después de instrumentar algunos de estos fascículos con electrodos de manguito de estimulación y registro (Figura 16a , imagen superior e inferior), la estimulación generó eCAP claros (Figura 16D, trazo superior). Para confirmar la validez del registro al final del experimento se aplastaron los fascículos entre los electrodos de estimulación y registro y se intentó volver a registrar (Figura 16D, trazo inferior). Se obtuvieron curvas de reclutamiento típicas al aplicar estimulaciones con duraciones de pulso específicas (por ejemplo, 100, 200, 400, 800 y 1000 ps; PW) y amplitud creciente (Figura 16E).

Las velocidades de conducción calculadas demostraron valores típicos para fibras no mielinizadas, donde el intervalo y la velocidad de conducción media fue de 0,49 m/s, en comparación con el SpN porcino (0,7 m/s) y de rata (0,72 m/s) (Figura 16F). Además, las grabaciones de eCAP del SpN humano mostraron una relación típica de fuerzaduración entre la amplitud de corriente para el reclutamiento del nervio y la duración del pulso (Figura 16G). La regresión lineal del valor de densidad de carga calculado para el registro de umbral eCAP mostró pendientes significativamente diferentes de cero (P=0,0084), con el PW más bajo (100 ps) requiriendo 13,44 pC/cm2, y el PW más largo (2000 ps) requiriendo 14,7 pC/cm2. Curiosamente, la pendiente de la densidad de carga para los fascículos de SpN humanos resultó ser similar a la pendiente de la densidad de carga para los fascículos porcinos (Figura 16H). Además, el requisito de densidad de carga para la activación nerviosa de los fascículos humanos diseccionados fue aproximadamente 1,5-2 veces más alto que la densidad de carga requerida para la activación de los fascículos de SpN porcinos en cualquier PW (Figura 16H).

Análisis

El SpN humano tiene características anatómicas, morfológicas y electrofisiológicas similares a las de otros mamíferos (porcinos y roedores). El SpN humano está compuesto por axones no mielinizados, como confirman las velocidades de conducción. Por lo tanto, es apropiado suponer que los parámetros de estimulación (frecuencia y forma de onda) optimizados en el cerdo también serán adecuados para el nervio esplénico humano. Sin embargo, los requisitos de carga deben calcularse a partir de todo el NVB.

Estudio 6: Caracterización histomorfométrica de la anatomía esplénica humana

El objetivo de este estudio era desarrollar una comprensión de la anatomía esplénica humana y estimar los valores aproximados del haz neurovascular esplénico (NVB) usando la histología (véase la Tabla 2). El estudio se realizó en tejido esplénico recibido de pacientes trasplantados. Se calcularon las estimaciones histomorfométricas del diámetro de la luz, la pared arterial, el diámetro del fascículo (diámetro medio de Feret) y la distancia aproximada de cada fascículo a la adventicia (pared arterial esplénica externa).

Materiales y métodos:

Se proporcionaron cinco NVB esplénicos humanos de pacientes trasplantados en el hospital de Addenbrooke, Cambridge, Reino Unido. El tejido se sumergió en formalina tamponada neutra (NBF) al 10% lo antes posible después de la escisión. Se tomaron fotografías del tejido, con una regla presente para las mediciones brutas (véase la Figura 17A). Las muestras se dividieron en bloques secuenciales de 0,5 cm-1,5 cm para histología (véase la Figura 17B). Se conservó el tejido alrededor de la arteria para su inclusión en el bloque. Las secciones se incrustaron y seccionaron de tal manera que cada vez se tomara una muestra de la misma cara de cada bloque (es decir, proximal o distal al bazo). Las secciones tenían habitualmente un grosor de 4-5 um y se tiñeron con tinción de hematoxilina y eosina (H&E) (véase la Figura 17C). Finalmente, un patólogo realizó una comprobación de la calidad del tejido y los portaobjetos se escanearon a x20. Cabe señalar que, según la bibliografía, se tiene en cuenta un 10% de la contracción del tejido. Sin embargo, el diámetro de la arteria es representativo de la presión cero. En todas las muestras recibidas de pacientes trasplantados se observó una gran cantidad de tejido adiposo y los fascículos se encontraban enterrados en una capa gruesa de tejido adiposo.

T l 2. In rv l im r l h z n r v l r l ni h m n ~7 mm 1 mm

A efectos de cuantificación, el tejido esplénico se dividió en tres partes: proximal, media y distal. Cada una de estas partes consistía en varias secciones. El extremo proximal está cerca del celíaco indicado con una sutura en la Figura 17A y el distal está cerca del bazo. Es poco probable que ambos sean el lugar de intervención para la colocación de la interfaz neural. La parte media con asas sería el lugar probable de intervención.

En resumen, como se muestra en la Figura 18, los diámetros de los fascículos se encuentran en el intervalo de 20-400 um. En la extensión del fascículo, aproximadamente la mitad de las fibras nerviosas se encontraban en la región de 0-1 mm, el 30% en 1-2 mm, el 15% en 2-3 mm y el resto en la región de aproximadamente 3-4 mm.

Estudio 7: Requisitos de carga traslacional del haz neurovascular esplénico porcino al humano

Materiales y métodos:

Se crearon simulaciones informáticas de modelos de elementos finitos en 3D usando datos histológicos de la histología esplénica porcina y humana. Esta se componía esencialmente de arteria esplénica (luz pared arterial) y tejido extravascular. El "tejido extravascular" está compuesto de "tejido adiposo" y "tejido conjuntivo", con nervios incrustados en el tejido. Para los porcinos, se usó un modelo con una división en el manguito Cortec (que representa el manguito in vivo). Para los modelos humanos, se usaron manguitos con estructura de tres brazos. El diámetro del manguito usado era de 9 mm.

Considerando las diferencias entre la histología porcina y la humana: los fascículos en porcino están distribuidos uniformemente alrededor de la arteria y están muy próximos, mientras que los fascículos en humanos parecen más dispersos; y b) la histología en porcino indica un tejido adiposo extravascular insignificante, a diferencia de cantidades sustanciales en humanos.

Para trasladar la estimación de los parámetros de estimulación de porcino a humano, el modelado se realizó en las dos fases siguientes:

Fase (a): Desarrollo de modelos 3D de elementos finitos (FEM) en la herramienta de simulación Sim4Life.

Se usó Sim4Life para desarrollar modelos representativos de nervios y arterias (basados en la histología y la cuantificación de imágenes), manguitos y electrodos (especificaciones definidas por CAD) y campos de voltaje en 3D.

Fase (b): Análisis de soluciones FEM en la misma herramienta. Se usó Sim4Life para interpolar el voltaje a lo largo de los axones usando el modelo de nervio de Sundt [19], y las simulaciones de los axones estimaron las curvas de fuerza-duración y reclutamiento de población.

Resultados

La Figura 19A representa los datos agudos in vivo del haz neurovascular esplénico porcino de cinco animales.

El intervalo de los requisitos de carga de cinco animales se estima en aproximadamente 20-160 uC/cm2 a <50 mA, 400 us y 10 Hz. Para el tercer animal representado en gris, los requisitos de carga son de aproximadamente 100 uC/cm2 a 30 mA, 400 us y 10 Hz, lo que se correlaciona bien con los datos simulados in-silico (véase la Figura 20A). Usando la correlación in-silico frente a in-vivo como validación para el modelo computacional en porcino, los requisitos de carga se trasladaron al haz neurovascular esplénico humano usando secciones histológicas para dos anchuras de pulso. Los datos se presentan en las Figuras 20C-D y en la Tabla 3.

Tabla 3: Estimaciones de carga para modelos humanos de dos anchuras de pulsos: es decir pulsos de 400 us 1 ms

Se estima que los requisitos de carga en modelos agudos humanos para un reclutamiento del 100% pueden variar potencialmente de aproximadamente 80-1300 pC/cm2 (usando anchuras de pulso de 400 uS, 12 mm2 de área superficial) y 70-1100 pC/cm2 (usando anchuras de pulso de 1 ms). Aproximadamente el 70% del reclutamiento se indica por debajo de 350 pC/cm2. El reclutamiento adicional del 30% requiere un aumento exponencial de los requisitos de carga más allá de lo que probablemente se acomoda a un dispositivo implantable. Por ejemplo, puede verse que un reclutamiento del 100% puede variar potencialmente entre 70-1300 pC/cm2, entre 70-450 pC/cm2 para un reclutamiento del 80%, entre 70-250 pC/cm2 para un reclutamiento del 50%, y entre 70-170 pC/cm2 para un reclutamiento del 30%.

Análisis

Las fibras nerviosas en los humanos están más dispersas en comparación con los porcinos. El intervalo de dispersión del fascículo alrededor de la arteria esplénica, tal y como indica el perfil histológico, puede ser de aproximadamente 1-3 mm. Los datos histomorfométricos se usaron además para optimizar los parámetros de estimulación y trasladar los requisitos de carga de los porcinos a los humanos usando herramientas de modelado computacional. Usando el modelo de fibra c de Sundt, se indicó que los requisitos de carga para los humanos se encontraban en el intervalo de aproximadamente 70-1000 pC/cm2 para un reclutamiento del cien por cien.

REFERENCIAS

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[19] Sundt D, et al., Journal of neurophysiology. 114:3140-53, 2015.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (50) para estimular la actividad neuronal de un nervio que irriga el bazo para tratar una afección médica aguda, en donde el nervio está asociado con un haz neurovascular, preferiblemente un nervio arterial esplénico, el sistema comprendiendo:

por lo menos un electrodo (11, 12) para estar en contacto de señalización con el nervio; y

por lo menos un controlador (60) acoplado eléctricamente al por lo menos un electrodo, el por lo menos un controlador configurado para controlar el funcionamiento del por lo menos un electrodo para aplicar una señal eléctrica al nervio,

en donde la señal eléctrica tiene una forma de onda que comprende uno o más trenes de pulsos,

en donde la densidad de carga por fase aplicada al nervio por la señal eléctrica está comprendida entre 5|jC y 1300|jC por cm2 por fase,

en donde la señal eléctrica produce una mejora en un parámetro fisiológico indicativo del tratamiento de la afección médica aguda,

en donde la mejora del parámetro fisiológico es cualquiera del grupo que consiste en: restablecer la temperatura corporal a entre 36°C y 38°C, restablecer la frecuencia cardíaca a 60-100 bpm, restablecer la presión arterial sistémica a entre 90/60 mmHg y 150/90 mmHg, restablecer la presión venosa sistémica a aproximadamente 5 mmHg en la aurícula derecha y aproximadamente 8 mmHg en la aurícula izquierda, restablecer la presión pulmonar a aproximadamente 15 mmHg, restablecer la presión venosa central al intervalo entre aproximadamente 3 - 8 mmHg, restablecer la frecuencia respiratoria a 8-14 respiraciones por minuto, un aumento de la saturación de oxígeno a >94%, un aumento de la presión parcial arterial de oxígeno a 12-15 kPa, restablecer la presión parcial arterial de dióxido de carbono a 4,4-6,1 kPa, una reducción de la sensación de dolor, restablecer la diuresis a >0,5 ml/kg/h, aumentar el nivel de consciencia, una reducción del nivel de lactato, un cambio en el nivel de glucosa en sangre, un cambio en el nivel de déficit de bases en sangre y un cambio en el nivel de pH arterial, restaurar los niveles más bajos de resistencia vascular pulmonar a la vez que se aumenta la resistencia vascular sistémica y aumentar la presión capilar pulmonar en cuña, reducir los niveles altos de lipasas, reducir los niveles altos de amilasas.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde la afección médica aguda es una de traumatismo, hemorragia, shock séptico y episodios graves de lupus.

3. El sistema de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además una interfaz neural, la interfaz neural comprendiendo el por lo menos un electrodo.

4. El sistema de la reivindicación 3, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación alrededor de por lo menos un nervio arterial esplénico.

5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación alrededor de la arteria esplénica.

6. El sistema de la reivindicación 3, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación en por lo menos un nervio arterial esplénico.

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación en la arteria esplénica.

8. El sistema de la reivindicación 3, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación en por lo menos un nervio arterial esplénico.

9. El sistema de la reivindicación 3, en donde la interfaz neural es adecuada para su colocación en la arteria esplénica.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 3-9, en donde el lugar de colocación está separado de la superficie del páncreas.

11. El sistema de la reivindicación 10, en donde el lugar de colocación se encuentra en un asa arterial esplénica.