Nº4 - 1996

ALCMEON 19

Terapia electroconvulsiva: modelo eléctrico teórico y experimental

R.M. Carimali, C.W. Brian, N.A. Estévez

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Introducción

Trabajando en nuestras líneas habituales de investigación sobre bioelectricidad-epilepsia y conducta experimental y clínica, nos planteamos ciertos problemas aún indeterminados entre la Psiquiatría y la Neurología, como por ejemplo el fenómeno de la normatización forzada, el antagonismo esquizofrénico-epilepsia planteado por von Meduna hace años, etcétera.
Así nos surge la inquietud sobre la Terapia Electroconvulsiva (TEC) como medio terapéutico, puesto que es la génesis por causa exógena de un fenómeno comicial que restablecería funciones cognitivas deterioradas.
El tema crea inquietud sin duda desde la primera publicación en humanos efectuada por Ugo Cerletti en 1938,(1) generándose controversias sobre el método y sus mecanismos de acción aún vigentes,(2) aunque su importancia es notoria, lo demuestran las numerosas publicaciones existentes, así como una revista dedicada al tema (Convulsive Therapy).
Los detractores durante estos 60 años han sido numerosos, pero a partir de los años 1977 y 1978, cuando el Colegio Real de Psiquiatras de Inglaterra y la Asociación Americana de Psiquiatría de EEUU se declararon formalmente favorables al uso de la TEC por su eficacia y sus escasos efectos adversos y mortalidad, surgen muchos trabajos objetivos sobre el tema, incluyendo algunos sobre macroestadísticas, etcétera.(5–9)
Así paulatinamente el consenso para la utilización de la TEC creció, siendo hoy aplicable en diversas patologías psiquiátricas y/o neurológicas: melancolías, depresión psicótica, psicosis reactivas, psicosis de larga evolución, psicosis delirantes agudas, cuadros confusionales, manías graves sin respuesta farmacológica, síndrome neuroléptico maligno, enfermedad de Parkinson con depresión, etcétera.(10–31)
Sin embargo, uno de los problemas para el desarrollo y el incremento del uso clínico del TEC es la escasa cantidad de trabajos teóricos y experimentales sobre el tema, lo cual deja aún espacios oscuros en relación a su acción terapéutica y la causa de los efectos adversos.
No registramos en la literatura una clara indicación sobre el motivo de la actual aplicación de los electrodos, aunque desde Wilcox (1946), Lancaster (1958)(32, 33) y otros, etcétera,(34–37) la llamada ubicación unipolar (temporal-vertex) parece producir menores efectos adversos, especialmente menos alteraciones de la memoria, que la ubicación convencional bitemporal, pero con menor eficacia terapéutica especialmente en la ubicación recomendada sobre el hemisferio no dominante.
La incidencia de diferentes tipos de memorias afectadas y tal vez no habitualmente exploradas se puso de manifiesto desde los trabajos de Dormusch (1972)(38) y posteriormente otros, etcétera,(39, 40) en donde las testificaciones muestran que la aplicación unipolar sobre el hemisferio dominante afecta más los componentes verbales, afectando la ubicación sobre el hemisferio no dominante básicamente los tests de ejecución.
Así las diferentes líneas de trabajo indican que no se decide aún por una metodología a utilizar, pues se informa sobre aplicaciones de electrodos bipolares, de aparente mayor resultado terapéutico y mayores efectos adversos (fronto-frontal, temporo-temporal, temporoparietal - temporoparietal) y unipolares también variables, de aparente menor efecto terapéutico y de menores efectos adversos (electrodo de estímulo fronto-temporal, frontal, temporo parietal, todas sobre el hemisferio no dominante, y el electrodo referencial ubicado en forma no simétrica en vertex, superior 7 cm y hacia atrás (Lancaster 1958),(33) 3 cm posterior al vertex, temporo-occipital.(41–58)
También se informa sobre discrepancias en relación a la forma eléctrica del estímulo (onda senoidal bifásica y monofásica, pulsos de onda cuadrada-rectangular, etcétera), en relación a la duración de los pulsos (de 0.1 a 0.7 ms), en relación a la frecuencia del estímulo (de 40 a 240 Hz).(59–61)
Hoy se utiliza preferentemente el estímulo con pulsos por considerarlo más efectivo clínicamente con frecuencias que oscilan entre 40 y 90 Hz. Los tiempos de estímulo oscilan entre 1 y 5 seg, aunque hay reportes de 30 seg y más aun.(62–64)
También las experiencias clínicas mencionan la intensidad del estímulo como factor influyente en el resultado terapéutico.(65, 66)
Existen múltiples referencias también en relación a que el resultado terapéutico depende de la obtención de crisis tónico-clónicas postestímulo, aunque hay autores que mencionan como suficiente la crisis eléctrica registrada por electroencefalograma.(67–69)
En ninguno de los trabajos revisados se encuentran explicaciones contundentes para la utilización de cada uno de los métodos descriptos más allá de las aparentes ventajas clínicas.
En el análisis de los trabajos experimentales vemos autores que refieren que el cerebro es un conductor uniforme.(70–72)
Nuestro laboratorio presentó un informe donde se consideraba en nuestros resultados una hipótesis coincidente con estas opiniones.(73)
Desde los trabajos de Hayes(74) se observó que la caída del potencial al pasar del cuero cabelludo al cerebro sería según los diferentes autores(73) de 80% a 95%, así como que el flujo de corriente a través del cerebro es bastante difuso y relativamente uniforme en la vecindad de los electrodos, aunque no se especifica su forma.(73)
Weaver,(73) en su modelo teórico computacional sostiene que la mayor densidad de flujo de corriente se ubica en áreas adyacentes al sitio de la ubicación de los electrodos, sosteniendo como Hayes(74) que esta situación crea electrodos virtuales a cada lado del cerebro con referencia al modo bipolar. Además indican que aun en las áreas más alejadas del estímulo se encuentran valores de corriente, aunque a menor intensidad.
No encontramos en la literatura modelos eléctricos de TEC que analicen líneas de distribución de voltaje, así como mapas geométricos de actividad eléctrica en el cerebro.
En relación a los registros electroencefalográficos existen opiniones encontradas sobre las alteraciones eléctricas postestímulo entre el modo bipolar y unipolar.(75–77)
Desde una visión electrofisiológica nos planteamos cuál sería la forma de propagación del estímulo en el cerebro ante un estímulo de TEC, para lo cual decidimos diseñar un modelo teórico y su posible verificación experimental cuyo objetivo fuera determinar la distribución de posibles líneas equipotenciales (de igual valor de voltaje) durante un estímulo equivalente al posiblemente producido durante una TEC (símil TEC), el que nos ayudaría a determinar zonas o áreas cerebrales involucradas en el estímulo con valores eficaces de voltaje que tal vez pudieran tener alguna significación clínica.

Método

Se propuso inicialmente un modelo teórico desarrollado en un medio homogéneo —albúmina—, con un esquema geométrico espacial de gran exactitud en un sistema rígido, con electrodos (E) de estimulación fijos en posiciones que representaban el símil al modelo experimental a desarrollar posteriormente: bipolar y unipolar.
Las mediciones se efectuaron con el mismo tipo de electrodo de profundidad que en el modelo experimental, considerando al sistema como un plano tridimensional similar al modelo computacional de Weaver.
Se registraron diferentes voltajes a diferentes distancias en los 3 planos y a diferentes ángulos, calculándose para cada voltaje los correspondientes valores eficaces para equiparar los estímulos de los 2 tipos de onda utilizados: rectangular y senoidal.
Posteriormente se realizaron graficaciones del voltaje eficaz en función de la distancia para los diferentes planos, diferentes formas de onda y diferentes angulaciones. El tratamiento de los datos se realizó en PC con software Quattro Pro (Borland).
Una vez obtenido el modelo teórico se decidió efectuar su verificación experimental.
Para tal fin se utilizaron 15 ratas Wistar de 150 a 200 g, sin consideración de sexo y edad.
Se les efectuó anestesia barbitúrica con tiopental sódico (Hipnopento sódico) en forma intraperitoneal en dosis variables según respuesta al estímulo táctil de las vibrizas, de 50 a 80 mg/kg (si no existía respuesta no se consideraba al animal para la experiencia), para no aumentar el umbral convulsivo y evitar la parálisis respiratoria.
Los animales se colocaron en un aparato de estereotaxia David Kopf. Se expuso el cráneo, se efectuó craneotomía amplia para exponer el cerebro. Se colocaron 4 electrodos (E) de superficie confeccionados con alambre de cobre aislado y terminal circular de aleación estaño-plomo de 4 mm de diámetro (equivalente proporcional aproximado a los E recomendados en TEC de humanos: no menor de 10 cm) y 1 mm de espesor, aislado en su cara externa con barniz acrílico (poliuretano Petri Lac) sobre la duramadre, 2 en ubicación frontal-frontal para realizar registro electroencefalográfico (EEG) y 2 ubicados en posición temporal-temporal para estímulo electroconvulsivo (EEC) bipolar con posterior modificación a configuración temporal-occipital para estímulo EEC unipolar.
Las mediciones del potencial en función de la distancia se realizaron con E de profundidad unipolares de 3 cm de largo por 0.3 cm de diámetro, aislado con barniz acrílico (especificado más arriba), con punta exploratoria de 1 mm de largo por 0.1 mm de diámetro, luego de efectuar secciones de la duramadre en su trayecto y a una profundidad coincidente con el eje trazado entre los centros de los E bitemporales y el eje del E temporal en el método unipolar.
El estímulo EEC se efectuó con Onda Rectangular (OR) (en los gráficos se menciona cuadrada por ser una forma particular de este tipo de onda), pulsos, de 15 voltios (valor eficaz 3.35 voltios); se utilizó este valor por considerarlo aproximado al nivel de caída del potencial que alcanzaría al cerebro en el EEC clínico sobre el cuero cabelludo según diferentes autores (ver “Introducción”), que en nuestro caso sería equivalente a una caída del 86.36% de 110 voltios; de 1 ms de ancho de pulso, 50 Hz de frecuencia, y Onda Senoidal (OS) de 9.5 voltios (valor eficaz 3.35 voltios, equivalente a 15 voltios de OC), 50 Hz de frecuencia.
Los EEC de OR fueron realizados con equipo WB101, los de OS con equipo Monfrini GA 300 B acoplado a un amplificador de salida diferencial WB 02. Ambos equipos se encontraban aislados de la línea de 220 voltios y alimentados con una batería de 12 voltios (sistema flotante).
Todas las mediciones registradas por el electrodo explorador en su desplazamiento fueron efectuadas en osciloscopio analógico digital Nicolet 110 para su posterior graficación en plotter analógico, con referencia craneal y desplazamiento horizontal de 0, 30, 45, 60 y 90 grados. Las distancias entre mediciones fueron de 0.8 mm para disposición bipolar y de 0.7 mm para disposición unipolar.
Las graficaciones fueron realizadas en plotter analógico xy Aminco 46–20–827 y posteriormente transferidas a sistema digital, PC, por medio de un scanner Genius para su procesamiento específico con software Digitaze compatible con Windows 3.1 para hallar el valor eficaz de cada uno de los registros.
Los registros electroencefalográficos (EEG) se realizaron en equipo Berger Mod TP119, pre-durante-post EEC considerando como válidos sólo los estímulos que generaban una crisis comicial eléctrica.
Una vez obtenidos y procesados los datos se utiliza software Quattro Pro (Borland) para realizar el cálculo de valores eficaces correspondientes a cada una de las distancias y para confeccionar tabulaciones, graficaciones y apreciaciones estadísticas.
Los animales fueron sacrificados con sobredosis barbitúrica (Tiopental sódico).

Resultados

Los resultados del modelo teórico determinan para un voltaje constante, en este caso tomados como ejemplo 10 mV y 20 mV, y diferentes distancias predeterminadas, líneas equipotenciales.
Los valores de dichas líneas equipotenciales se obtienen en base a las gráficas de voltaje eficaz en función de la distancia.
No se consideraron superficies equipotenciales, aunque en este modelo teórico se evaluaron los 3 planos, constatando que el plano equivalente paralelo a los E de EEC resultaba ser una constante igual a cero (0), debido a que en el modelo experimental sólo presentamos datos para el plano horizontal.
Los datos y la ejemplificación gráfica indican que los valores correspondientes al mayor voltaje (nuestro ejemplo 20 mV) y sus líneas equipotenciales se encuentran más cercanos a los 2 electrodos de EEC (+ y -), hallándose los valores de menor voltaje (en nuestro ejemplo 10 mV) y sus líneas equipotenciales más alejados de los mismos.
Asimismo observamos un cambio de signo de iguales valores una vez que se cruza el centro geométrico del sistema en relación a los 2 E de EEC, tal situación se debería a un flujo de corriente del polo positivo al polo negativo, lo cual implicaría una mayor intensidad del potencial en la cercanía de los electrodos.
Tales resultados se constataron para OR y OS, con la salvedad de que en el EEC con OS se verificó una mayor penetración en relación a la distancia, encontrándose los valores (en nuestro ejemplo 10 y 20 mV) y las líneas equipotenciales más alejadas de los electrodos, lo cual podría implicar que el sistema se comportaría como un circuito resistivo-capacitativo, produciendo un recorte en los armónicos de la OR, a diferencia de la OS, donde existe un único armónico correspondiente a la onda.
Lo expuesto se cumplió para la disposición bipolar y unipolar, OR y OS respectivamente.
Una vez obtenidos los valores y conceptualizaciones del modelo teórico, se decide verificar dicho modelo experimentalmente.
Realizadas las mediciones para ambas disposiciones de electrodos de EEC, bipolar y unipolar y para OR y OS, podemos decir que el modelo experimental “cumple” con los principios del modelo teórico anteriormente desarrollado. Para ejemplificar las mediciones y los resultados obtenidos exponemos los valores de las mediciones correspondientes a O y 60 grados (ángulos extremos) para la disposición bipolar y unipolar para EEC de onda rectangular (cuadrada en los gráficos).
El registro EEG que se obtuvo post EEC fue una crisis paroxística eléctrica con características similares a las observadas en las crisis tónico-clónicas, en nuestro caso disipándose en todas las formas de estímulo paulatinamente durante un período de tiempo.
No se obtuvieron diferencias en el tipo de crisis entre la disposición bipolar y unipolar ni con OR.

Conclusiones

Observamos en los valores experimentales hallados que el voltaje eficaz en función de la distancia correspondería a una función matemática equivalente al seno hiperbólico, V(x) = A.sh (k.x), donde V(x) serían los diferentes valores del voltaje en función de la distancia, la constante A dependería del ángulo en el cual se midió el potencial y de la intensidad del estímulo expresado en mV, sh correspondería a la función seno hiperbólico, la constante k expresada 1/mm dependería del medio en el cual se propaga la onda, x sería la variable de la distancia medida desde el centro geométrico del sistema.
Lo antedicho nos permitiría inferir que podríamos determinar un valor de voltaje eficaz a una distancia dada desde el centro geométrico del sistema, con lo cual podríamos obtener una valoración de la intensidad del estímulo a una distancia predeterminada anatómica.
Los valores de las líneas equipotenciales darían una idea del lugar geométrico del estímulo eléctrico por planos; en los casos analizados se observa que las líneas equipotenciales equivalentes correspondientes al modo bipolar tienen una disposición simétrica respecto de los electrodos de EEC (ver “Resultados”), además la línea de 0 voltios pasa por el centro geométrico y es paralela a los 2 electrodos.
Considerando el modelo experimental podríamos decir que llega a ambas regiones temporales una mayor intensidad de estímulo que al resto del cerebro.
En el modo unipolar, la disposición de líneas equipotenciales también es simétrica respecto de los electrodos de estímulo EEC, estando la línea de 0 voltios asimismo ubicada en el centro geométrico y paralela a los 2 electrodos, lo cual ubica en este modo al electrodo temporal contralateral en las cercanías de la línea de 0 voltios, lo cual implicaría que en el estímulo unipolar la región temporal contralateral recibiría una muy baja intensidad de estímulo.
Nos resulta difícil sostener alguna hipótesis en base a este trabajo con respecto a la causa del posible efecto terapéutico de la TEC; sin embargo, podríamos hacer especulaciones en relación a los efectos adversos, particularmente sobre la alteración de la memoria.
Muchos autores mencionan que el grado de amnesia por estimulación directa de la corteza depende de la región estimulada y de la intensidad de corriente aplicada (mayor en la región temporal).(77-79)
Sabemos asimismo que las lesiones temporales bilaterales conllevan a mayores alteraciones de la memoria que las unilaterales.
En la actualidad muchos prestigiosos investigadores como Squirre, Zola Morgan, Mishkin, etcétera,(80) sostienen experimentalmente lo mismo, definiendo más exactamente al hipocampo y a sus estructuras relacionadas como al gran responsable de la actividad mnemónica.
También Green(81) y planteaba hace años la particular susceptibilidad del hipocampo a las descargas de las crisis comiciales por presentar un bajo umbral de disparo.
Por lo expuesto y a partir del modo bipolar, donde habría una mayor intensidad de voltaje en las cercanías de los elementos EEC, se podría inducir más alteraciones de la memoria que en el modo unipolar.
No efectuamos una adecuada evaluación, en este trabajo, de la descarga paroxística, obteniendo sólo un tipo de descarga ante los diferentes estímulos, aunque hay autores que definen distintas respuestas eléctricas en el EEG de los hemisferios ante EEC bilateral y unilateral.
Otros autores mencionan como significativa una supresión postictal más tardía ante el estímulo con OS que con OR. En nuestro modelo señalamos como de mayor penetración el estímulo efectuado con OS, aunque aun no podemos dar una explicación adecuada a tal fenómeno.(82–84)
Queremos asimismo mencionar como un informe preliminar que las exploraciones en el plano vertical (coronal) en animales, sus valores, coinciden con los del plano horizontal; estos datos implican a priori que su forma es simétrica.
Agradecimientos
Al Lic. en Física Alejandro Vertanessian (Comisión Nacional de Energía Atómica) por su valioso análisis crítico del modelo eléctrico utilizado en este trabajo.
Al Departamento de Docencia e Investigación y a la Dirección del Hospital Municipal “Dr. José T. Borda” por su permanente apoyo a nuestra labor.
Al Laboratorio Roche SA, Servicio Roche Link, por su invalorable y eficiente asistencia bibliográfica.
Al técnico Juan J. Ravello por su asistencia en los registros electroencefalográficos.

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