Diseño, desarrollo y validación de un sotfware para la simulación del efecto del campo eléctrico sobre la activación neuronal

Abstract

[ES] La neuroestimulación medular es una terapia ampliamente utilizada para el tratamiento del dolor neuropático. La neuroestimulación medular consiste en la estimulación eléctrica, a través de un electrodo multipolar, de las grandes fibras Aβ con el fin de disminuir el dolor en los dermatomas correspondientes a las áreas estimuladas. A pesar de su amplia utilización clínica, existe una carencia en el conocimiento sobre el efecto de diferentes factores en la eficiencia de la estimulación. Factores como la polaridad de los electrodos o la amplitud y duración de los pulsos afectan al umbral de molestia de la estimulación, umbral que impide aumentar el campo eléctrico y, por tanto, llegar en muchas ocasiones a estimular las fibras necesarias para mitigar el dolor, afectando a la eficacia de la terapia. El objetivo del trabajo es el diseño, desarrollo y validación de un software que simule el efecto de la aplicación de campos eléctricos en la excitación de las grandes fibras nerviosas. En primer lugar, se desarrollará un modelo de propagación eléctrica neuronal que permita simular la estimulación eléctrica en neuronas de diferente tamaño, diámetro, número de nodos y espacio internodal. Luego se realizará un modelo de campo eléctrico para, finalmente, y junto con el modelo de propagación eléctrica neuronal, poder ver el efecto de diferentes factores en la estimulación por campo eléctrico de las grandes fibras nerviosas.

[CA] La neuroestimulació medul·lar és una teràpia àmpliament utilitzada per al tractament del dolor neuropàtic. La neuroestimulació medul·lar consisteix en l’estimulació elèctrica, a través d’un elèctrode multipolar, de les grans fibres Aβ amb la finalitat de disminuir el dolor en els dermatomes corresponents a les àrees estimulades. Malgrat el seu ampli ús clínic, existeix una carència en el coneixement sobre l’efecte de diferents factors en l’eficiència de l’estimulació. Factors com la polaritat dels elèctrodes o l’amplitud i duració del polsos afecten al llindar de molèstia de l’estimulació, llindar que impedeix augmentar el camp elèctric i, per tant, arribar en moltes ocasions a estimular les fibres necessàries per a mitigar el dolor, afectant a l’eficàcia de la teràpia. L’objectiu del treball és el disseny, desenvolupament i validació d’un software que simule l’efecte de l’aplicació de camps elèctrics en l’excitació de les grans fibres nervioses. En primer lloc, es desenvoluparà un model de propagació elèctrica neuronal que permeta simular l’estimulació elèctrica en neurones de diferent mida, diàmetre, número de nodes i espai internodal. Després es realitzarà un model de camp elèctric per a, finalment, i junt amb el model de propagació elèctrica neuronal, poder veure l’efecte de diferents factors en l’estimulació per camp elèctric de les grans fibres nervioses.

[EN] Spinal cord stimulation is a widely used therapy in neuropathic pain treatment. Spinal cord stimulation consists in electric stimulation of the big Aβ fibers with a multipolar electrode with the purpose of reducing pain in the corresponding dermatomas of the stimulated areas. Despite its widely clinic use, there is a lack knowledge about the effect of different factors in the stimulation efficiency. Factors like the electrodes polarity or the amplitude and duration of the pulses affect the discomfort threshold of the stimulation This threshold prevents increasing the electric field and, therefore, in some occasions, it prevents stimulating the necessary fibers to alleviate the pain, and this affect the therapy efficacy. The objective of this document is to design, develop and validate a software that simulates the effect of the electric fields application in big nerve fibers excitation. First, it will be developed an electric neuronal propagation model that allows simulating the electric stimulation of neurons with different size, diameter, number of nodes and internodal space. Then, it will be realized an electric field model to see, finally, and with the electric neuronal propagation model, the effect of different factors in electric field stimulation of big nerve fibers.