Recibido: 16.10.01. Aceptado tras revisión externa sin modificaciones: 05.11.01.
a Unidad de Cartografía Cerebral. Instituto Pluridisciplinar. Universidad
Complutense de Madrid. b Servicio de Neurocirugía. Hospital de la Princesa.
Madrid, España.
Correspondencia: Dra. Liset Menéndez de la Prida. Unidad de Cartografía Cerebral. Instituto Pluridisciplinar. Universidad Complutense de Madrid. Paseo Juan XXIII, 1. E-28040 Madrid. Fax: +3491 394 3264. E-mail: liset@pluri.ucm.es
Agradecimientos. Al Dr. Jesús Pastor por la cuidadosa lectura del manuscrito y las discusiones metodológicas.
IN VIVO AND IN VITRO NEUROPHYSIOLOGICAL FEATURES OF EPILEPSY
Summary. Introduction. Some electrophysiological aspects of the interictal activity in temporal lobe epilepsy (TLE) are under debate. However, surgery is often guided by both, pre- and intra-operative recordings of interictal activity. Some of these studies include intraoperative electrocorticography (ECoG) that guide tailored resection. Objective. To analyze several aspects of interictal activity recorded by ECoG and to explore its electrophysiological basis in vitro. Patients and methods. ECoGs from thirteen patients suffering drug-resistant TLE were analyzed. Both linear and non-linear methods were introduced to explore the ECoG signals. In two cases, neocortical tissue was also electrophysiologically studied in vitro. Results. Interictal ECoG activity showed a mesial origin, a cortical origin or a mixed mesial/temporal origin. Both in cortical and mesial/cortical origin, cortical interictal ECoG signals are characterized by spatiotemporal clusters of activity. In vitro study of cortical tissue from these clusters showed alterations in the synaptic control of excitability. Conclusion. Our results suggest an electrophysiological basis of interictal activity. Combination of linear and non-linear methods is a very useful tool to explore on-line the interictal ECoG activity during surgery. [REV NEUROL 2002; 34: 430-7]
Key words. Correlation. Electrocorticography. In vitro. In vivo. Non-linear. Temporal lobe epilepsy.
Aspectos neurofisiológicos in vivo e in vitro de la epilepsia
L. Menéndez de la Prida
a, R.G. Sola
b, M.A. Pozo
aINTRODUCCIÓN
La posibilidad de intervención quirúrgica en la epilepsia
farma-corresistente del lóbulo temporal se basa en la información
obte-nida a partir de técnicas prequirúrgicas e intraoperatorias que
intentan delimitar la localización del foco epileptógeno. Los
es-tudios prequirúrgicos incluyen: a) electroencefalografía clásica
(EEG) a través del vídeo-EEG o ampliada con la implantación de
electrodos subdurales, de foramen oval o esfenoidales; b)
estu-dios neuropsicológicos, y c) técnicas de imagen, como la
reso-nancia magnética (RM), SPECT y PET. Los estudios
intraopera-torios se apoyan fundamentalmente en la electrocorticografía
(ECoG), que ayuda a delimitar con mayor exactitud la zona a
resecar. Aunque a través del vídeo-EEG es posible monitorizar
fragmentos de actividad crítica, la información proporcionada
por la mayoría de estos estudios se basa fundamentalmente en el
registro de la actividad intercrítica. Sin embargo, el significado
fisiopatológico de esta actividad está sujeto a debate.
Numerosos estudios en humanos y en modelos
experimenta-les de epilepsia sugieren que las actividades crítica e intercrítica
podrían generarse en regiones diferentes, involucrando distintos
mecanismos celulares y sinápticos [1,2]. Mientras que en algunos
pacientes la actividad intercrítica emerge de una región
focaliza-da, en otros involucra la activación de áreas dispersas entre sí. Se
estima que entre un 5 y un 33% de los pacientes con anomalías
bitemporales podrían pertenecer a este último grupo [3].
Asimis-mo, estudios detallados muestran que sólo en un 40% de los
pacientes la zona de inicio de la actividad crítica se encuentra
contenida enteramente dentro de la zona de actividad intercrítica
[4]. Por estas razones, es difícil consensuar la utilidad de la
acti-vidad intercrítica (fundamentalmente, la registrada mediante
ECoG) para diseñar y guiar la cirugía de la epilepsia del lóbulo
temporal (ELT). Existen ejemplos en la literatura tanto a favor
[5,6] como en contra de esta práctica [7].
Sin embargo, a pesar de este debate, las bases
electrofisioló-gicas y morfolóelectrofisioló-gicas de la actividad intercrítica en humanos no
se han aclarado suficientemente. La mayor parte de los estudios
de ECoG utilizados para el diseño final de la cirugía de la ELT se
analizan visualmente en quirófano, prestando atención sólo a las
zonas con mayor frecuencia y amplitud de espigas intercríticas.
El estudio retrospectivo detallado de estos registros demuestra
una gran complejidad electrofisiológica que incluye múltiples
focos de actividad y complicados patrones espacio-temporales de
interacción [8-10]. Muchos de estos patrones son difíciles de
detectar visualmente y, en la mayoría de los casos, investigadores
independientes pueden diferir en la forma de interpretarlos [11].
Por otro lado, el análisis morfológico de los diferentes aspectos
involucrados en la actividad intercrítica precisa de una
caracteri-zación rigurosa de sus límites espaciales. Numerosos estudios
histológicos han revelado la existencia de alteraciones
microana-tómicas asociadas a las zonas epileptógenas, como decrementos
en la tinción de somatostatina o GABA en la corteza temporal
[12], así como de parvoalbúmina y diferentes subunidades de
Moderadores: J.L. Herranz, P. Madoz
Trabajo financiado por la Comunidad Autónoma de Madrid (08.5/0023.3/99) y por el Ministerio de Ciencia y Tecnología (SAF2000-0140). La Dra. L. Menéndez de la Prida ha sido parcialmente financiada por una beca Human Frontier Science Program (HFSP) en el Instituto Krasnow de la Universidad George Mason, Virginia, USA. Parte del análisis no lineal de los datos de ECoG se ha desarrollado en colaboración con el Dr. S.J. Schiff y el Dr. T.I. Netoff, del Instituto Krasnow.
Presentado en el I Congreso de la Liga Española contra la Epilepsia, cele-brado en Bilbao del 14 al 17 de noviembre de 2001.
receptores de glutamato [13]. En el hipocampo se ha descrito la
existencia de reorganización axonal y pérdida de células asociado
a la esclerosis [14,15].
En algunos laboratorios, el tejido extraído quirúrgicamente
se ha sometido también a estudios electrofisiológicos in vitro.
En muchos de estos estudios, el tejido cortical no ha mostrado
claros signos de hiperexcitabilidad [16,17], mientras que en
otros, a pesar de no encontrar correlación con la ECoG
intercrí-tica, sí se han hallado anomalías electrofisiológicas [18]. Los
registros eléctricos en el hipocampo in vitro han mostrado la
correspondencia entre la reorganización axonal y la existencia
de excitación recurrente [15], aunque no han aportado indicios
de relación entre ésta y la hiperexcitabilidad.
Desafortunada-mente, en muchos de estos estudios, tanto morfológicos como
electrofisiológicos, no se ha contado con información detallada
de la ECoG, o esta información se ha basado en análisis
visua-les. Una buena correlación con la electrofisiología intercrítica
registrada in vivo es, por tanto, un elemento esencial en la
inves-tigación de sus bases fisiopatológicas.
En este trabajo se presentan numerosos resultados vinculados
con los aspectos electrofisiológicos, tanto in vivo como in vitro,
de la actividad epiléptica intercrítica registrados en humanos. La
combinación de diferentes técnicas de registro y análisis de esta
actividad proporciona una visión más completa de los
mecanis-mos involucrados en la fisiopatología de la epilepsia y puede
ayudar a esclarecer el significado de la actividad intercrítica y su
papel en el diseño del acto quirúrgico.
PACIENTES Y MÉTODOS
Pacientes estudiados y metodología general
En este estudio se incluye a un total de 13 pacientes que padecen ELT farmacorresistente y que se sometieron a intervención quirúrgica en el Hospital de la Princesa de Madrid. En la tabla I aparecen resumidas algunas Tabla I. Resumen de los datos clínicos de los pacientes incluidos en este estudio.
Pac. Edad/ Edad inicio Tipo de crisisgénero crisis Frecuencia crisis I 25/H 17 Tonicoclónica GS 2-3 diarias II 27/H 13 Parcial compleja 3 semanales III 30/H 7 Parcial compleja 6-10 mensuales IV 26/H 13 Tonicoclónica GS Diarias V 28/H 14 Tonicoclónica GS 1 cada 10 días
VI 34/H 1,5 Tonicoclónica GS 2-3 semanales (4 diarias) VII 28/H 21 Parcial compleja 1 cada 1-2 días VIII 36/M 15 Parcial compleja Diarias IX 26/M 13 Parcial compleja Semanales X 24/M 22 Tonicoclónica GS 3-4 semanales XI 42/H 40 Tonicoclónica GS 2-3 anuales XII 28/M 9 Parcial simple Diarias XIII 41/H 17 Parcial compleja Semanales
GS: generalización secundaria.
Figura 1. Actividad intercrítica registrada intraoperatoriamente con ayu-da de la electrocorticografía (ECoG). a) En este paciente, la activiayu-dad intercrítica tiene un origen exclusivamente mesial registrándose poca excitabilidad en forma de espigas en la corteza temporal. En la primera traza de la cara mesial se muestra el criterio de signos utilizado (flechas a la izquierda). b) Actividad intercrítica de origen puramente cortical. c) Actividad intercrítica de origen mixto mesial-cortical; obsérvese la pre-sencia de espigas intercríticas tanto en los electrodos mesiales como en los corticales. d) Ampliación de las espigas señalas en c por los recuadros a; nótese que los electrodos mesiales anteceden en el registro del dis-paro a los corticales. e) Ampliación de las espigas señaladas en c por los recuadros b; nótese que, en este caso, los electrodos corticales antece-den a los mesiales en el disparo.
a b
c
e d
Origen mesial
Paciente XIII Origen corticalPaciente IX
Corteza Temporal Mesial
Origen mesial/cortical Paciente X
de sus características clínicas. Todos ellos se sometieron a un protocolo de evaluación prequirúrgica que incluía: registros de vídeo-EEG mediante la configuración clásica con el sistema 10-20 o con electrodos intracraneales, técnicas de imagen como RM y SPECT, y pruebas neuropsicológicas como el test de Wada. La delimitación de la zona candidata a la resección se basó en los resultados consensuados de todas las pruebas preoperatorias junto a la evaluación clínica. Durante la cirugía, los pacientes se sometieron al registro ECoG intraoperatorio a través de mantas de 5 × 4 electrodos, colo-cadas en la corteza temporal, y de tiras de 1 × 4 o de 1 × 8 electrodos, colocadas en la cara mesial del lóbulo temporal. El electrodo de referencia se localizó en el músculo. La anestesia utilizada consistió en Sevofluorano®
inhalatorio (0,6-1,5%) y Remifentanilo® en perfusión continua (0,2-0,5
mg/kg/min). Los registros ECoG se adquirieron a través del encefalógrafo Nikon-Kohden y se digitalizaron a 10 KHz para su posterior análisis (Digi-data 1200, Axon Inst.). La posición de las mantas corticales se grabó en vídeo y se anotó cuidadosamente para la posterior reconstrucción espacial. El análisis realizado en quirófano para guiar la cirugía a partir de la ECoG fue fundamentalmente visual y se basó en la localización de aquellos elec-trodos más activos (frecuencia y tamaño de las espigas intercríticas). En todos los casos se filmó y se anotó la zona sujeta a resección quirúrgica para su posterior localización in vitro . El seguimiento postoperatorio de los pacientes se basó en la evaluación clínica. El resultado quirúrgico se valoró a través de la escala de Engel, con grados de 1 a 4, que incluyen: desapari-ción completa de las crisis, crisis excepcionales, disminudesapari-ción importante,
y mantenimiento o empeoramiento de las crisis. El grado de Engel se esta-blece seis meses después de la intervención a partir de las evaluaciones clínicas. Se considera evolución satisfactoria los grados 1 o 2.
Detección y análisis de espigas
Algunos registros de ECoG se sometieron a análisis de espigas intercríticas con el objeto de caracterizar las regiones líderes en el disparo. Para este análisis se utilizó el software Axoscope (Axon Inst.) y se estudiaron las características de los intervalos entre espigas de las señales ECoG registra-das simultáneamente en la cara mesial y la corteza temporal. Las espigas se definieron con ayuda de los siguientes criterios: a) se define la espiga como una onda negativa triangular abrupta (véase criterio de signos en la figura 1a), que puede separarse claramente de la actividad de fondo, y b) la dura-ción de esta onda debe ser menor de 70 ms [11]. La latencia entre dos espigas se calcula a partir del retraso entre los picos negativos de ambas.
Análisis de los registros ECoG mediante técnicas lineales y no lineales
Tradicionalmente, las interdependencias en las señales de EEG se han explorado con la utilización de técnicas lineales como la correlación clá-sica, que permite detectar sincronizaciones entre dos electrodos. Sin embargo, el estudio de diferentes tipos de actividad cerebral ha revelado
comportamientos no lineales tanto en la actividad neuronal independiente como en la interacción entre diferentes circuitos [9,10]. Con la aplicación de técnicas de análisis no lineal, las características fundamentales de la sincronización entre los circuitos neuronales pueden detectarse mejor, en comparación con las técnicas clásicas lineales [10]. Esta ventaja de los métodos no lineales es particularmente evidente durante la presencia de interrelaciones débiles que se escapan a un análisis lineal. Así, la combi-nación de los nuevos métodos no lineales, junto con los clásicos de aná-lisis de espigas y de correlación, brinda un instrumento más específico para caracterizar las señales de EEG.
El estudio lineal de la interdependencia entre señales de ECoG se rea-lizó a través del cálculo de las funciones de correlación y autocorrelación. La estimación del grado de correlación entre estas señales se contrastó a través de la fórmula de Bartlett [19], que establece límites de confianza estadística. Se analizaron todas las combinaciones entre señales ECoG en ventanas temporales de 1-3 min y se construyó una matriz en escala de grises (Fig. 3a). En esta matriz, la diagonal corresponde con las correla-ciones de cada canal de la ECoG consigo mismo (autocorrelacorrela-ciones) y muestra el máximo de correlación (negro). En los casos en que no exista correlación entre canales, el cuadrante correspondiente aparecerá en blan-co. Un cuadrante gris indicará una correlación intermedia, según la escala representada a la derecha.
Figura 3. a) Matrices de interdependencia lineal y no lineal. a) Matriz de correlación lineal obtenida de una ventana de 3 min en 12 canales (1, 2, 3, 7 y 8 mesiales, y 6, 7, 8, 9, 10, 12 y 13 corticales) de las señales de ECoG para el paciente IX. b) Matriz de correlación no lineal (MPE) de los mismos canales y la misma ventana temporal utilizada en a. En estas matrices existen cuatro zonas diferentes en cuanto a las interrelaciones que son capaces de detectar (véanse líneas divisorias): la zona mesial-mesial (arri-ba izquierda), que detecta las interrelaciones entre todos los canales me-siales; la zona Ctz-Ctz (abajo derecha), que detecta todas las interrelacio-nes entre canales corticales; la zona mesial-Ctz (abajo izquierda), que detecta los canales de la cara mesial que son líderes en el disparo, y la zona Ctz-mesial (arriba derecha), que detecta los canales corticales líderes en el disparo. Nótese que el análisis no lineal (matriz MPE) detecta interrela-ciones que se escapan al análisis lineal (flecha).
Paciente IX Correlación Mesial Ctz → Mesial Mesial Ctz → Mesial MPE Mesial → Ctz Mesial Mesial → Ctz Mesial a b CTZ CTZ
Figura 2. Amplificación a mayor escala de las espigas mostradas en las figuras 1d y 1e. a) La espiga mostrada en 1d se detecta antes en los electrodos mesiales (primeras tres trazas), y posteriormente, en los corticales (Ctz, se representan seis trazas). El electrodo 4 mesial y el 13 cortical se toman como referencia para el cálculo de las regiones líderes. En esta ventana temporal puede apreciarse que la espiga se registra inicialmente en el electrodo 4 mesial y, 112 ms después, en el 13 cortical. b) La espiga mostrada en 1e se detecta antes en el electrodo 13 cortical y, 43 ms después, en el electrodo 4 mesial; nótese que el electrodo 14 cortical detecta la espiga antes que el 13 (flechas). c) Latencia mesial-cortical calculada de ocho pares de espigas en el paciente X (electrodo 4 mesial y electrodo 13 cortical).
Origen mesial/cortical Paciente X a b Ctz → Mesial Mesial → Ctz Latencia Ctz-Ctz Latencia M-Ctz
Del mismo modo se calculó el coeficiente de interdependencia no lineal o MPE (en inglés, mutual prediction error) [20]. A partir de la reconstruc-ción de la dinámica del sistema se calculó una medida de interdependencia (MPE) para todas las combinaciones de electrodos de ECoG en ventanas de tiempo de 1-3 min. Nuevamente, los resultados se representaron de forma matricial, donde un cuadrante en negro indica interdependencia no lineal máxima (Fig. 3b). El coeficiente MPE equivale a la correlación (obsérvese la similitud de las matrices en a y b calculadas a partir de los mismos canales de ECoG), salvo en que es capaz de detectar interdependencias no lineales o débiles (flecha en b; nótese cómo la interdependencia entre estos canales no es reconocida por la función de correlación en a).
Estas matrices, tanto la de correlación como la MPE, dan además infor-mación sobre la direccionalidad de la interdependencia, es decir, sobre qué canal ECoG está guiando la actividad (canal líder). Tal como se aprecia en las figuras 3a y 3b, en estas matrices se definen cuatro zonas diferentes (véanse líneas divisorias). La zona superior izquierda muestra las interre-laciones entre los electrodos mesiales, mientras que la zona inferior derecha muestra las interrelaciones entre los electrodos corticales. Las interrelacio-nes mesial-cortical (es decir, electrodos mesiales guiando la actividad de los electrodos corticales) aparecerán representadas en la zona inferior iz-quierda, mientras que las interrelaciones cortical-mesial se representarán en la superior derecha. Una asimetría en la matriz permitirá detectar a los líderes de la actividad. De este modo, las interrelaciones entre la corteza temporal y la cara mesial pueden estudiarse independientemente de las interrelaciones intramesiales e intracorticales, y así evaluar en todos los casos la direccionalidad de la actividad (véanse figuras 3a y 3b, y texto explicativo).
Preparación de muestras in vitro
En dos de los pacientes estudiados se llevaron a cabo estudios electrofi-siológicos in vitro del tejido cortical. Las muestras utilizadas para estos estudios se prepararon de los bloques resecados de corteza temporal,
co-nociendo previamente el carácter de la actividad intercrítica medida por ECoG. El tejido utiliza-do para estas preparaciones se consideró histo-lógicamente normal a partir de una evaluación visual. Para la preparación de rodajas de corteza, el tejido cortical resecado se sumergió directa-mente en una solución fría (4 ºC) que contenía (en mmol): 125 de sacarosa, 3 de KCl, 2 de MgSO4, 1,2 de NaH2PO4, 2 de CaCl2, 22 de
Na-HCO3 y 10 de glucosa. Posteriormente se
corta-ron bloques pequeños de 1 cm3 de neocorteza
que se transportaron al laboratorio sumergidos en la solución anterior, previamente gaseada con 95% de O2 y 5% de CO2. Una vez en el
labora-torio, se prepararon rodajas de neocorteza tem-poral de 250 µm de grosor con ayuda de un vi-bratomo. Las rodajas se sumergieron en líquido cerebroespinal artificial (ACSF) que contenía (en mmol): 125 de NaCl, 3 de KCl, 1 de MgSO4,
1,2 de NaH2PO4, 2 de CaCl2, 22 de NaHCO3 y 10
de glucosa, gaseado con 95% de O2 y 5% de CO2.
Las rodajas permanecieron en esta solución a temperatura ambiente durante al menos 1 h antes de iniciar los registros.
Registros in vitro
Los registros in vitro se realizaron con la técnica de patch-clamp en configuración de célula ente-ra. Para la visualización de las células se utilizó un microscopio Olympus de contraste de fase (DIC) y objetivo sumergible 60×. Este sistema óptico permite la selección visual de las células basada en su morfología piramidal o de interneu-ronas inhibidoras (somas pequeños y esféricos y procesos dendríticos concéntricos). Para el re-gistro electrofisiológico se utilizaron capilares de vidrio (diámetro externo, 1,2 m; diámetro in-terno, 0,69 mm; Harvard Apparatus Ltd.), que se rellenaron con una solución intracelular que contenía (en mmol) 140 de KCl, 0,9 de MgCl2, 1 de NaCl, 1 de EGTA, 5 de HEPES y 2 de K2ATP,
con pH de 7,3 y osmolaridad de 290-300 mOsm. Los registros se realiza-ron a 32-34 ºC. La estimulación extracelular monopolar (0,1 ms de dura-ción y 0,5-1 mA de amplitud) se aplicó a través de electrodos de tungsteno localizados entre la materia blanca y la capa VI de corteza. Para estudiar los diferentes componentes sinápticos y su papel en la sincronización de la actividad se emplearon antagonistas (bloqueadores) de los receptores de GABA tipo A (bicuculina) y no NMDA (CNQX). Todos los productos químicos se adquirieron en SIGMA.
RESULTADOS
Patrones electrofisiológicos de actividad ECoG intercrítica
El estudio intraoperatorio de la actividad ECoG intercrítica permite deli-near in situ los límites de la zona que se va a resecar y que han sido sugeridos por los estudios prequirúrgicos. En las figuras 1a, 1b y 1c se muestran tres de los patrones electrofisiológicos más comunes en la ELT, atendiendo al origen de la actividad intercrítica registrada en quirófano: origen mesial (a), origen cortical (b) y origen mixto mesial-cortical (c). En los casos en que se detectó actividad intercrítica de origen mesial (n= 4), la corteza temporal no mostró signos de hiperexcitabilidad –au-sencia de espigas (Fig. 1a)–. En estos pacientes fue común la pre–au-sencia de crisis parciales complejas (Tabla II). Los estudios de vídeo-EEG clásico mostraron signos de bilateralidad en dos pacientes (I y XIII). Esta bilate-ralidad se descartó posteriormente con ayuda de electrodos de foramen oval (Tabla II). En dos de los pacientes operados, el análisis patológico del hipocampo resecado mostró la existencia de esclerosis (EH) (Tabla II), mientras que en otro paciente, el hipocampo mostró una apariencia normal (paciente III). En uno de los pacientes, el hipocampo no pudo analizarse porque se aspiró como parte del procedimiento quirúrgico (paciente I). Los resultados posquirúrgicos muestran una clara mejoría (grados de Engel Tabla II. Origen mesial de la actividad ECoG intercrítica.
Paciente Tipo de Duración Vídeo-EEG Cirugía Patología Resultado crisis crisis intercrítico clínico
(años)
Hipo Ctz
I TC 8 B (D) RCAH ? Normal 1
II PC 14 D RCAH EH Normal 1
III PC 23 D RCAH Normal Normal 3-4 XIII PC 24 B (I) RCAH EH Normal 2
TC: tonicoclónica con generalización secundaria; PC: parcial compleja; B: bilateral; D: derecha; I: izquierda; EH: esclerosis de hipocampo; RCAH: resección cortical con amigdalohipocamtectomía.
Tabla III. Origen cortical de la actividad ECoG intercrítica.
Paciente Tipo de Duración Vídeo-EEG Cirugía Patología Resultado crisis crisis intercrítico clínico
(años)
Hipo Ctz
IV TC 13 B (D) CC NR Normal 1
V TC 14 D RCAH Normal Normal 3
VI TC 32,5 D RCAH Normal Normal 1-2
IX PC 23 I CC NR Glioneuroma 1
XI TC 2 D CC NR Astrocitoma 1
TC: tonicoclónica con generalización secundaria; PC: parcial compleja; B: bilateral; D: derecha; I: izquierda; RCAH: resección cortical con amigdalohipocamtectomía; CC: corticotectomía; NR: no resecado.
1-2) asociada a los dos casos en los que se detectó esclerosis de hipocampo (Tabla II). El estudio patológico de la corteza temporal en estos pacientes mostró resultados normales. Estas correlaciones entre clínica y patofisio-logía coinciden con las publicadas en estudios con un mayor número de muestras [21].
En los pacientes en los que la actividad ECoG intraoperatoria fue de origen cortical (n= 5), la corteza temporal mostró una alta hiperexcitabi-lidad, caracterizada por la presencia de gran número de espigas, con poca propagación a la cara mesial (Fig. 1b). En estos pacientes, la actividad intercrítica medida por vídeo-EEG clásico generalmente se lateraliza y las crisis son fundamentalmente de tipo tonicoclónicas, con generaliza-ción secundaria (Tabla III). En el caso del paciente IV, la lateralidad de la actividad se descartó con ayuda de los electrodos de foramen oval (Tabla III). En este grupo, el análisis patológico demostró la existencia de lesiones tumorales (glioneuroma y astrocitoma) en dos de estos pacientes (IX y XI), mientras que en los tres restantes, el tejido cortical fue normal. En tres de los pacientes, el hipocampo no se resecó (NR) (Tabla III), mientras que en los dos casos en que se extrajeron fragmentos de hipocam-po, el análisis patológico mostró apariencia normal. Los resultados pos-quirúrgicos muestran sólo un caso en el que no hubo clara mejoría (grado Engel 3) (Tabla III). En los tres casos en que el hipocampo no se resecó, los resultados posquirúrgicos muestran la total desaparición de las crisis (grado Engel 1), lo cual apoya la hipótesis de un origen puramente corti-cal. Curiosamente, en el caso del paciente IV, con evolución satisfactoria, el tejido cortical no mostró signos de alteraciones en el análisis patológi-co. Es importante destacar que esta ausencia de patología en el tejido cortical no resulta concluyente, puesto que se han descrito casos similares en los que análisis histológicos más detallados muestran alteraciones mi-croanatómicas [13,14].
En el resto de los pacientes (n= 4), la actividad ECoG intraoperatoria sugiere un origen mixto ya que se detectan espigas intercríticas tanto en los electrodos mesiales como en los corticales (Fig. 1c). En estos pacientes, el tipo de crisis incluye crisis parciales complejas, tonicoclónicas secundaria-mente generalizadas y parciales simples. El tejido cortical extraído de estos pacientes es, en general, normal, con la excepción de un caso de astrocitoma (paciente X) (Tabla IV). Los resultados posquirúrgicos muestran a un pa-ciente con empeoramiento de las crisis (papa-ciente XII, grado Engel 4) y a tres
con desarrollo satisfactorio (Tabla IV). Nuevamente se detecta un caso con evolución satisfactoria (paciente VII) en el que no se detectaron signos patológicos en el tejido analizado con las técnicas clásicas.
Dinámica de disparo de las espigas intercríticas
La dinámica de disparo en los casos de actividad ECoG de origen mixto es compleja, ya que para un mismo paciente pueden encontrarse espigas que se registran primero en la cara mesial y, posteriormente, en la corteza temporal, y viceversa (Figs. 1d y 1e). El análisis visual en estos casos puede ser confuso, puesto que la resolución para detectar estas diferencias se sitúa entre 20 y 200 ms. Asimismo, el estudio de las latencias basado en el muestreo de los canales mesial y cortical más activos no describe detalladamente la dinámica del disparo intercrítico. En la figura 2 se muestran, a escala expandida, dos ventanas temporales registradas en el paciente X mostrado en la figura 1c. Un análisis basado en la detección de espigas en los canales más activos mesial (electrodo 4) y cortical (elec-trodo 13), muestra diferencias en el orden de disparo. La espiga intercrí-tica mostrada en la figura 2a se registra primero en la cara mesial, y 112 ms después, en la corteza temporal. Aproximadamente ocho minutos después se detecta otra espiga intercrítica (Fig. 2b), esta vez ‘iniciada’ en el electrodo 13 de la corteza temporal y posteriormente registrada con latencia de 43 ms en la cara mesial (electrodo 4). En la figura 2c se muestra el resultado del cálculo de las latencias entre la cara mesial y la corteza temporal (latencia positiva), y viceversa (latencia negativa), para varias espigas en este paciente. Tal como se aprecia, existe un núme-ro equivalente de espigas disparadas con ambos órdenes (Mesial→Ctz y Ctz→Mesial). Estos análisis de pares de electrodos no representan, sin embargo, la verdadera dinámica del disparo intercrítico. Las espigas pue-den ser iniciadas por regiones corticales o mesiales no consideradas en el análisis (véanse flechas en figura 2b; el electrodo 14 de corteza detecta la espiga antes que el electrodo 13, tomado como referencia para calcular las latencias). Por esta razón se requiere un análisis conjunto de la dinámica temporal de disparo que estudie la interrelación entre todos los canales registrados por ECoG. Es importante que este análisis pueda realizarse en quirófano de manera que ayude en la determinación de las zonas suscep-tibles de resecarse. Para analizar con más profundidad estos aspectos se aplicaron métodos de análisis lineal y no lineal.
a1 b1 c1 d1 a2 a3 c2 b3 b2 d2
Figura 4. Análisis no lineal de la actividad ECoG intercrítica. a) Paciente IX, origen cortical de la actividad ECoG; en a1 se muestra la matriz MPE calculada a partir de los canales 1, 2, 3, 7 y 8 mesiales, y 6, 7, 8, 9, 10, 12 y 13 corticales. b) Paciente X, origen mixto de la actividad ECoG; en b1 se muestra la matriz MPE calculada a partir de los canales 1, 2, 3 y 4 mesiales, y 4, 5, 8, 9, 10, 12, 13 y 14 corticales. c) Paciente VIII, origen mixto de la actividad ECoG; la matriz MPE muestra las interdependencias entre los canales 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 13, 17 y 18 corticales. d) Paciente XIII, origen mesial; se muestran los resultados MPE de los canales 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y 12 corticales.
Origen cortical Origen mesial/cortical Origen mesial/cortical Origen mesial
Tabla IV. Origen mixto mesial-cortical de la actividad ECoG intercrítica.
Paciente Tipo de Duración Vídeo-EEG Cirugía Patología Resultado crisis crisis intercrítico clínico
(años)
Hipo Ctz
IV TC 13 B (D) CC NR Normal 1
VII PC 7 B (D) RCAH Normal Normal 1
VIII PC 21 D RCAH ? Normal 1
X TC 12 I CC NR Astrocitoma 1
XII PS 19 I RCAH Normal Normal 4
TC: tonicoclónica con generalización secundaria; PC: parcial compleja; PS: parcial simple; B: bilateral; D: derecha; I: izquierda; RCAH: resección cortical con amigdalohipocamtectomía; CC: corticotectomía; NR: no resecado.
Estudios de la dinámica lineal y no lineal de la actividad ECoG intercrítica
El estudio de las matrices de correlación lineal y no lineal de la actividad ECoG cortical y mesial muestra la existencia de complejos patrones de interdependencia (Fig. 3). Ambos análisis detectan gran número de inte-rrelaciones entre diferentes canales corticales y mesiales. Sin embargo, el estudio no lineal (Fig. 3b) es capaz de detectar mejor las interdependen-cias en comparación con el lineal (Fig. 3a). Tanto intramesial como intracor-ticalmente, el análisis no lineal reconoce interdependencia entre canales que se escapan en el análisis lineal. Esto es especialmente evidente en el caso de las interacciones cortical-mesial (zonas superior derecha e infe-rior izquierda en ambas matrices), que son detectadas por la matriz MPE y no por la de correlación (ver flecha). En adelante se mostrarán los resultados de las matrices MPE no lineales.
Los resultados del paciente IX mostrados en la figura 3 son un ejemplo de lo que ocurre en los casos de origen puramente cortical o mesial de la actividad intercrítica. En estas situaciones, el análisis no lineal es capaz de detectar la zona líder (corteza temporal o cara mesial). Para el paciente IX, la interrelación débil detectada por la matriz MPE entre las caras cortical y mesial posee una clara asimetría hacia los cuadran-tes que caracterizan la interrelación corteza→mesial (Ctz→Mesial, fig. 4a1, flecha a). Las señales ECoG de este paciente se muestran en la figura 1b, donde se aprecia el carácter eminentemente cortical del
dis-paro, con pocas espigas propagadas a la cara mesial (interacción débil). Resultados simila-res se encontraron en los pacientes con activi-dad intercrítica de origen mesial.
En el caso de pacientes con actividad ECoG mixta (origen mesial-cortical), el análisis es capaz de detectar tanto los electrodos mesiales como los corticales involucrados (Fig. 4b1, pa-ciente X, origen mesial-cortical). Contrario al caso anterior, en estos casos el método detecta correlación (cuadrados grises) tanto en la di-rección mesial→cortical, como en la opuesta (nótese la ligera simetría de la matriz). Las señales ECoG de este paciente aparecen repre-sentadas en las figuras 1c y 2, en las que se puede apreciar el carácter mesial-cortical del disparo, no existiendo una clara región líder.
En cada paciente es posible encontrar intra-corticalmente canales que muestran una alta correlación (flecha b en Fig. 4a1 y flechas c en Fig. 4b1). Es posible representar espacialmen-te estos resultados en un esquema de las mantas (5 × 4) para cada paciente. La representación espacial de los electrodos corticales con altas interdependencias en las matrices de correla-ción y MPE demuestra que éstos se agrupan en agregados independientes o clusters de activi-dad intercrítica (Figs. 4a3 y 4b3, bloques gri-ses). Esto sugiere que las zonas de origen de la actividad cortical intercrítica pueden estar es-pacialmente separadas y formando clusters de actividad. De manera similar es posible detec-tar los electrodos mesiales que muestran ma-yor interdependencia y situarlos esquemática-mente en las tiras para conocer su relación es-pacial (Figs. 4a2 y 4b2). Sin embargo, los agregados o clusters en corteza temporal son los que poseen mayor interés en la guía del procedimiento quirúrgico, puesto que ayudan a delimitar las zonas de corte (líneas de corte en Figs. 4a3 y 4b3). En cambio, la presencia o no de actividad intercrítica en la cara mesial de-terminará, junto a otros datos prequirúrgicos, la extracción o no de hipocampo y amígdala.
La presencia de los agregados o clusters de actividad intercrítica en la corteza temporal pue-de estudiarse con más pue-detalle si se aplican los mismos procedimientos sólo a las señales corticales. En la figura 4c1 se muestra la matriz de interde-pendencia de 12 canales corticales en el paciente VIII, cuya actividad ECoG es de origen mixto. Puede apreciarse la existencia de distintos agregados de actividad (flechas) que poseen el aspecto espacial mostrado en la figura 4c2. Es importante destacar que, en los casos de actividad ECoG puramente mesial, no se detecta interdependencia en la actividad cortical (Fig. 4d1, paciente XIII, origen mesial).
En la figura 5 se muestra un ejemplo del significado electrofisiológico de los agregados o clusters de actividad intercrítica detectados con los análisis anteriores. Como se aprecia en las señales ECoG del paciente IX, la hiperexcitabilidad cortical se caracteriza por brotes o ráfagas de espigas intercríticas en estos agregados (canales 9, 10 y 13). Estas descargas de actividad intercrítica pueden ser de carácter local (Fig. 5, flecha a) u originar descargas propagadas por el resto de corteza y asociadas en la cara mesial (Fig. 5, flecha b).
Estos resultados sugieren la existencia de una compleja dinámica de interrelación entre las poblaciones neuronales que determinan la actividad intercrítica, sobre todo en pacientes con actividad ECoG de origen mixto. Con el objeto de caracterizar electrofisiológicamente los agregados espaciales se prepararon rodajas de neocorteza tempo-ral obtenidos de las zonas involucradas en estos clusters de actividad (círculo en Fig. 4c2, paciente VIII, y tejido bajo el electrodo 13 del paciente X, Fig. 1c).
Paciente IX
Mesial
Figura 5. Actividad ECoG intercrítica registrada en el paciente IX. Nótese la activación local (flecha a) de canales específicos de corteza temporal (9, 10, 13), así como la propagación global de la actividad (flecha b).
teriza por la existencia de agregados espaciales de actividad. c) El estudio in vitro de estos agregados de actividad intercrítica demuestra la existencia de excitabilidad intrínseca controlada fundamentalmente por la excitación no NMDA; la inhibición mediada por receptores de GABA tipo A parece estar disminuida en este tejido ya que la actividad neuronal no se modifica sustancialmente con la adición de bicuculina. d) Parecen existir diferencias entre la frecuencia de actividad sináptica recibida por interneuronas y cé-lulas piramidales en una misma rodaja.
El objetivo del presente trabajo es presentar diversos aspectos del análisis detallado de la actividad intercrítica utilizando diferentes técnicas de regis-tro in vivo e in viregis-tro. Los resultados encontrados hasta el presente permiten sugerir la existencia de una base morfológica y electrofisiológica de la actividad intercrítica. Asimismo sugieren que el tejido caracterizado intraope-ratoriamente por una alta sincronización de espigas intercríticas presenta una descompensación entre la inhibición y la excitación. Esta sugerencia es importante por la utilidad de la ECoG intraoperatoria para guiar la resección quirúrgica, así como por sus consecuencias en la comprensión de las bases fisiopatológicas de la actividad intercrítica.
Estudios in vitro de las áreas de corteza involucradas en la actividad ECoG intercrítica
Para estudiar las características del disparo in vitro y evaluar posibles alte-raciones electrofisiológicas se realizaron registros eléctricos de células pi-ramidales e interneuronas identificadas visualmente con ayuda del sistema óptico. La caracterización de las propiedades del tejido neuronal de estas rodajas comprendió: a) el registro de la actividad sináptica espontánea, como rasgo del nivel de actividad presináptica basal; b) el registro de la respuesta de las neuronas a la estimulación eléctrica, como rasgo del nivel de excitabilidad del tejido, y c) el estudio del papel de los sistemas neuro-transmisores en la modulación de la actividad.
La actividad sináptica espontánea en un medio extracelular normal (con-trol) manifestó mayor frecuencia en las células piramidales que en las inter-neuronas en una misma rodaja (Fig. 6a, n= 3 rodajas diferentes). Por otro lado, la estimulación eléctrica en la capa VI provocó descargas de potenciales de acción tanto en interneuronas como en células piramidales de la capa IV a potenciales de membrana en reposo (-65 mV) (Figs. 6b y c). Si se hiperpola-riza la membrana de las células piramidales hasta -80 mV se descubre la presencia de potenciales sinápticos compuestos que duran entre 100 y 140 ms (véase inset en Fig. 6d). Estas respuestas registradas en solución control no coinciden con los registros en neocorteza de rata en los que la estimulación de las capas profundas sólo genera respuestas sinápticas simples en las otras capas (un solo complejo postsináptico excitador-inhibidor cuando la mem-brana está ligeramente hiperpolarizada o un potencial de acción a potenciales de membrana en reposo), lo que constituye un rasgo de excitabilidad.
La adición de bicuculina (10 µmol), un bloqueador de los receptores de GABA tipo A, no tuvo un efecto significativo en la respuesta a la estimu-lación, que no se vio sustancialmente potenciada (Fig. 6d). Nuevamente, este resultado es contrario al registrado en neocorteza de rata, en donde la adición de bicuculina tiene un efecto convulsionante y genera descargas de potenciales de acción de gran duración (300-500 ms). En cambio, la res-puesta en el caso de tejido cortical humano fue bloqueada, tanto en células piramidales como en interneuronas, por el antagonista de los receptores no NMDA, CNQX (5 µmol), que elimina parte de la transmisión sináptica excitadora (Figs. 6b y 6c, trazos finos, y Fig. 6d). La actividad sináptica espontánea mostrada en la figura 6a fue igualmente bloqueada por la adición de CNQX, demostrando su mediación no NMDA.
Todos estos resultados sugieren que existe un diferente grado de activi-dad sináptica basal entre células piramidales e interneuronas, lo cual podría originar un desequilibrio hacia la excitación (mayor probabilidad de disparo en células piramidales que en interneuronas). Este desequilibrio se sugiere también por los resultados obtenidos en los experimentos de estimulación eléctrica, ya que el bloqueo de la inhibición rápida (GABA tipo A) no cambia sustancialmente la respuesta a la estimulación. En cambio, la exci-tación mediada por receptores no NMDA resulta esencial en el control de la excitabilidad de este tejido, ya que la aplicación de bloqueadores de estos receptores elimina tanto las respuestas neuronales a la estimulación, como la actividad sináptica espontánea. Esto sugiere que, en las rodajas prepara-das de los agregados espaciales de actividad intercrítica, el sistema gabér-gico no controla de forma eficaz la excitabilidad, que está modulada funda-mentalmente por el sistema no NMDA.
En resumen, los resultados mostrados en este trabajo se pueden resumir en cuatro líneas fundamentales: a) El registro de la actividad intercrítica a través de ECoG intraoperatoria sugiere la existencia de complejos patrones electrofisiológicos tanto intramesial como intracorticalmente, así como entre estas estructuras. b) Tanto en los casos de origen mixto como en los de origen cortical, la actividad intercrítica en la corteza temporal se
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Actividad sináptica espontánea
a
b c
d
Piramidal
Interneurona
Figura 6. Estudios electrofisiológicos in vitro. a) Actividad sináptica espon-tánea en células piramidales e interneuronas de la misma rodaja. b) Res-puesta de una interneurona de la capa IV a la estimulación de las capas profundas en control (trazo negro) y ante CNQX (trazo fino). c) Respuesta de una célula piramidal de la capa IV a la estimulación de las capas profun-das en control (trazo negro) y ante CNQX (trazo fino). d) Efecto de la bicuculina y el CNQX sobre la duración de las respuestas sinápticas (véase gráfico insertado).
ASPECTOS NEUROFISIOLÓGICOS IN VIVO E IN VITRO DE LA EPILEPSIA
Resumen. Introducción. Algunos aspectos electrofisiológicos de la actividad intercrítica en la epilepsia del lóbulo temporal (ELT) están sujetos a debate. Sin embargo, la cirugía de la ELT está basada en diferentes estudios tanto preoperatorios como intraoperatorios de esta actividad. Entre estos estudios destaca la electrocorticografía (ECoG) intraoperatoria que es utilizada para la delimitación final del área que se va a resecar. Objetivo. En este trabajo se discuten algunos aspectos de la actividad intercrítica registrados in vivo a través de la ECoG, así como sus bases electrofisiológicas estudiadas in vitro. Pacientes y métodos. Se estudiaron los registros ECoG in-traoperatorios de 13 pacientes que padecen ELT farmacorresistente. Se desarrollaron técnicas de análisis lineal y no lineal para estudiar las propiedades de la actividad intercrítica. En dos de los pacientes se llevaron a cabo estudios electrofisiológicos in vitro del tejido cor-tical. Resultados. La actividad intercrítica registrada por ECoG mues-tra complejos patrones electrofisiológicos, tanto espacial como temporalmente. Esta actividad puede originarse mesialmente, corti-calmente o de forma mixta mesial/cortical. Tanto en los casos de origen mixto, como cortical, la actividad intercrítica en corteza tem-poral se caracteriza por la existencia de agregados espaciales de actividad. El estudio electrofisiológico in vitro de estos agregados demuestra la presencia de anomalías en el control sináptico de la excitabilidad. Conclusión. Estos resultados sugieren la existencia de una base electrofisiológica de la actividad intercrítica. El análisis combinado lineal y no lineal proporciona un instrumento de explora-ción que puede aplicarse en quirófano para guiar la cirugía. [REV NEUROL 2002; 34: 430-7]
Palabras clave. Correlación. Electrocorticografía. Epilepsia del ló-bulo temporal. In vitro. In vivo. No lineal.
ASPECTOS NEUROFISIOLÓGICOS IN VIVO E IN VITRO DA EPILEPSIA
Resumo. Introdução. Alguns aspectos electrofisiológicos da acti-vidade inter-crítica da epilepsia do lobo temporal (ELT) estão sujeitos a debate. Contudo, a cirurgia da ELT baseia-se em dife-rentes estudos tanto pré- como intra-operatórios desta activida-de. Entre os estudos destaca-se a electrocorticografia (EcoG) intra-operatória que é utilizada para a delimitação final da área que se vai dissecar. Objectivo. Neste trabalho são discutidos alguns aspectos da actividade inter-crítica registados in vivo através da EcoG, assim como as bases electrofisiológicas estudadas in vitro. Doentes e métodos. Foram estudados os registos EcoG intra-ope-ratórios de 13 doentes que sofrem de ELT farmaco-resistente. Foram desenvolvidas técnicas de análise linear e não linear para estudar as propriedades da actividade inter-crítica. Em dois dos doentes foram realizados estudos electrofisiológicos in vitro do tecido cortical. Resultados. A actividade inter-crítica registada por ECoG mostra padrões electrofisiológicos complexos, tanto espaciais como temporais. Esta actividade pode ser originada mesialmente, corticalmente ou de forma mista mesial/cortical. Tanto nos casos de origem mista, como cortical, a actividade inter-crítica do córtex temporal é caracterizada pela existência de agregados espaciais ou grupos de actividade. O estudo electrofi-siológico in vitro destes agregados demonstra a presença de ano-malias no controlo sináptico da excitabilidade. Conclusão. Estes resultados sugerem a existência de uma base electrofisiológica da actividade inter-crítica. A análise combinada linear e não linear constitui um instrumento de exploração que pode aplicar-se no bloco para guiar a cirurgia. [REV NEUROL 2002; 34: 430-7] Palavras chave. Correlação. Electrocorticografia. Epilepsia do lobo temporal. In vitro. In vivo. Não linear.
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