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Timeline do uso de potenciais motores no intra-operatório

Timeline e algumas referências fundamentais sobre potenciais motores intra-operatórios:


1937 Wilder Penfield (1891-1976) - Montreal Neurological Institute

Estimulação cortical direta por ondas entre 55-65Hz, sem anestesia geral

  • Penfield, W., & Boldrey, E. (1937). Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain: A Journal of Neurology, 60, 389–443. https://doi.org/10.1093/brain/60.4.389

Trechos destacados da publicação

"The observations reported here were made during operations carried out since 1928 by one of us (W.P.). Of the 163 operations in which cortical stimulation was carried out, 126 proved to have records suitable for the present analysis


[... ] a general anaesthetic is rarely given, and in all of the records found in this communication we are indebted to our anaesthetist, Miss Mary Roach, who constantly followed the behavior and movements of the patients as well as their blood pressure, pulse and general condition through the long and sometimes trying ordeal of electrical exploration of the cerebral cortex.


Stimulation is carried out by either unipolar or bipolar platinum electrodes which emerge from a glass handle and are attached to insulated wires, all of which may be autoclaved [...] In recent years we have found a thyratron stimulator, similar to that described by Schmitt and Schmitt (1932), much more satisfactory and have usually employed a wave frequency of from 55 to 65 per second.


Beginning with a subliminal stimulus, the strength is increased until a positive response is obtained. The threshold of the postcentral convolution is usually below that of the precentral, although they are often the same.


It is essential that the patient should be in sympathy with operator and anaesthetist, and it is an interesting comment on the bravery and fortitude of mankind that almost without exception these subjects have gone through the ordeal of operation patiently and intelligently, even when young children."


Estimulação elétrica transcraniana sem anestesia por uso de pulso único com alta voltagem (até 2000V) e curta duração.


  • Merton PA, Morton HB. Electrical stimulation of human motor and visual cortex through the scalp. J Physiol 1980;305:9-10P

Notas

Usaram montagem [C3 - 'C3+4cm']: "For the motor area, one electrode was applied initially over the surface marking of the arm area of the motor cortex and the other 4 cm in front"

1988 Katayama - Nihon University, Tokyo

Ondas D à estimulação cortical direta por pulso único durante anestesia geral


  • Katayama Y, Tsubokawa T, Maejima S, Hirayama T, Yamamoto T. Corticospinal direct response in humans: identification of the motor cortex during intracranial surgery under general anaesthesia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1988 Jan;51(1):50-9. doi: 10.1136/jnnp.51.1.50. PMID: 2832547; PMCID: PMC1032713.

Notas

"The D response was obtained from stimulation of restricted areas of the cerebral cortex, that is, the hand, trunk and thigh areas of the motor cortex. The D response was resistant to anaesthesia and unaffected by muscle relaxants."


MEPS à estimulação cortical direta por trens multipulso com anestesia geral


  • Taniguchi M, Cedzich C, Schramm J. Modification of cortical stimulation for motor evoked potentials under general anesthesia: technical description. Neurosurgery. 1993 Feb;32(2):219-26. doi: 10.1227/00006123-199302000-00011. PMID: 8437660.

Notas

Piloto com estimulação cortical direta de 9 pacientes nos seguintes parâmetros: 1 a 5 pulsos de até 20mA, 200 a 500µs, polaridade anódica em córtex, cátodo em Fpz, IPI de 1.25 a 5ms. Captação em APB e antebraço com pares de agulhas subdérmicas. Amplitudes registradas na faixa de 100µv.


Sítio de estimulação cortical baseado na amplitude P20-N30. Anestesia com NO 60%, Halogenado 0.5 a 1 MAC e fentanil intermitente. Compararam amplitude com CMAP supra-máximo de mediano no cotovelo.


MEPs à estimulação transcraniana com trens multipulso


  • Pechstein U, Cedzich C, Nadstawek J, Schramm J. Transcranial high-frequency repetitive electrical stimulation for recording myogenic motor evoked potentials with the patient under general anesthesia. Neurosurgery. 1996 Aug;39(2):335-43; discussion 343-4. doi: 10.1097/00006123-199608000-00020. PMID: 8832671.

Notas

Piloto com 13 pacientes (cirurgias cranianas), com sucesso an obtenção de MEPs em 10.


Anestesia com propofol, alfentanil e infusão contínua de atracurium (0.3mg/kg/h)! monitorizados com TOF de tibial de maneira e ter ao menos 2 contrações.


Estimulação transcraniana com eletrodos de ECG ou agulhas subdérmicas com cátodo em Cz e ânodo 7cm lateralmente (próximo de C3 ou C4). Trem de 1 a 8 pulsos, intensidade máxima 100mA, largura de 400µs, IPI (2 a 10ms). Registro de MEPs com agulhas subdérmicas em montage "belly-tendon" em região hipotenar, tenar e flexores de antebraço.


Limiar de resposta ao redor de 82mA para captação em região tenar. Com 100mA obtiveram amplitude média de 424mcV em região tenar.


1998 - Calancie - University of Miami, USA.

Sugere o critério de alarme baseado em limiar. Aumento persistente (por 1 hora) do limiar em mais de 100V.


  • Calancie B, Harris W, Broton JG, Alexeeva N, Green BA. "Threshold-level" multipulse transcranial electrical stimulation of motor cortex for intraoperative monitoring of spinal motor tracts: description of method and comparison to somatosensory evoked potential monitoring. J Neurosurg. 1998 Mar;88(3):457-70. doi: 10.3171/jns.1998.88.3.0457. PMID: 9488299.


1999 - G Andersson. Lund University Hospital, Suécia.

Facilitação espacial de MEPs por estimulação periférica.


  • Andersson G, Ohlin A. Spatial facilitation of motor evoked responses in monitoring during spinal surgery. Clin Neurophysiol. 1999 Apr;110(4):720-4. doi: 10.1016/s1388-2457(98)00049-2. PMID: 10378744.

Notas

43 cirurgias de escoliose com TIVA. Trem de 10 estímulos no arco plantar com até 100mA precendendo pulso único transcraniano (até 1500V com 100mcs) em montagem com ânodo em Cz e cátodo como 4 eletrodos ao redor, com 8cm entre si permitiu obter MEPs em 44% dos pacientes. Intervalo de facilitação variou de 40 a 120ms.

Facilitação de MEPs por trens multipulso tem relação com período refratário de ondas D e, em níveis anestésicos menos profundos, também com ondas I.


2 pequenos trabalhos fundamentais para compreensão da otimização de parâmetros de estímulo do trem multipulso, em especial do intervalo inter pulsos (IPI), intensidade de estímulo e largura de pulso.


  • Deletis V, Isgum V, Amassian VE. Neurophysiological mechanisms underlying motor evoked potentials in anesthetized humans. Part 1. Recovery time of corticospinal tract direct waves elicited by pairs of transcranial electrical stimuli. Clin Neurophysiol. 2001 Mar;112(3):438-44. doi: 10.1016/s1388-2457(01)00461-8. PMID: 11222964.

Notas

Piloto com 9 pacientes em cirurgia de coluna torácica. Anestesia com propofol e fentanil sem bloqueio neuromuscular.


Estimulação transcraniana C1/C2 ou C3/C4. Intensidade 70-240mA, largura de pulso 100, 200 ou 500mcs, frequência de estimulação 2Hz. IPIs testados até 5.2ms (e até 20.2 em um dos pacientes).


Registro de ondas D e ondas I com cateter epidural (ou subdural) usando eletrodo com 3 contatos cilíndricos com 1mm de diâmetro e 3mm de extensão, separados por 18mm.


Com trens multipulso usando IPI de 1.2ms, não se observa segunda Onda D. Com IPI de 4ms, a segunda onda D em média tem amplitude similar à primeira, porém na largura de pulso de 100mcs e com amplitude próxima ao limiar mesmo com IPI de 4ms a recuperação pode não ser total. Na faixa intermediária de IPIs, a recuperação de amplitude de onda D é parcialmente compensada com larguras de pulso maiores ou maior intensidade de estímulo.

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  • Deletis V, Rodi Z, Amassian VE. Neurophysiological mechanisms underlying motor evoked potentials in anesthetized humans. Part 2. Relationship between epidurally and muscle recorded MEPs in man. Clin Neurophysiol. 2001 Mar;112(3):445-52. doi: 10.1016/s1388-2457(00)00557-5. PMID: 11222965.

Notas

5 pacientes submetidos a cirurgia craniana ou de coluna com registro de ondas D e MEPs em APB e tibial anterior. Anestesia com propofol (150mcg/kg/min) e fentanil (1mcg/kg/h).

Estimulação transcraniana C3/C4, 70-160mA, largura de 500µs, repetição da 2Hz. Em 2 pacientes foi feita estimulação cortical direta com ânodo em grid e cátodo em Fz.

Conclusão: Em níveis anestésicos superficiais, onde tanto Ondas D como ondas I eram detectadas, o IPI que produzia ótima facilitação era prolongado além de 4ms (para desde 5.9 a 8ms).

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2002 - Registro FDA (K020400) do Digitimer D185 (Estimulação multipulso transcraniana)


2002 - Deletis e Kothbauer - Beth Israel Medical Center, New York

Primeira edição de "Neurophysiology in Neurosurgery". Amplitude de Onda D e amplitude de MEPs tem significado clínico diferente. MEPs dependem também de "tônus proprioespinal" que, quando comprometido no intra-operatório, não gera repercussão clínica relevante.


  • Deletis, V., & Shils, J. (Eds.). (2002). Neurophysiology in Neurosurgery: A Modern Approach. Academic Press.

Notas

"We speculate that the propriospinal (diffuse) system of the spinal cord is activated by CST axons that are linked via synaptic connections to the propriospinal system within the spinal cord. In the case of surgically induced transient paraplegia, this system is temporarily compromised by selective surgery, while the CST is left intact. After the patient wakes up, other descending systems compensate for the lack of propriospinal tonic influence on α-motoneurons."

O registro de MEPs intra-operatórios depende não apenas da integridade do trato córtico-espinal, mas de sistemas proprioespinais que exercem tônus excitatório adicional sobre motoneurônios. Disfunção nesses sistemas proprioespinais pode gerar perda de MEPs que é compensada rapidamente no pós-operatório por outros sistemas descendentes.


Facilitação por duplo trem curto (10-40ms) apenas quando a resposta a trem simples é pequena e intensidade de estímulo é próxima a limiar. Quando intensidade é supra-máxima, apenas ITI longo (125ms) produz facilitação.


Facilitação "heterônima" do reflexo H por estimulação transcraniana (trabalho de 2007)


  • Journée HL, Polak HE, de Kleuver M, Langeloo DD, Postma AA. Improved neuromonitoring during spinal surgery using double-train transcranial electrical stimulation. Med Biol Eng Comput. 2004 Jan;42(1):110-3. doi: 10.1007/BF02351019. PMID: 14977231.

  • Journée HL, Polak HE, De Kleuver M. Conditioning stimulation techniques for enhancement of transcranially elicited evoked motor responses. Neurophysiol Clin. 2007 Dec;37(6):423-30. doi: 10.1016/j.neucli.2007.10.002. Epub 2007 Nov 12. PMID: 18083498.

Notas

80 cirurgias para escoliose (36 com déficit basal e 44 sem déficit) com anestesia IV total (propofol, remifentanil). Estimulação com ânodo em Cz' (agulha subdérmica) e cátodo supra-orbital (adesivo). Parâmetros de estímulo: 4 pulsos modulados por voltagem, largura de 100µs, IPI 2ms. Registro com eletrodode superfície em tibial anterior.


Duplo trem de 4 pulsos (IPI 2ms) com intervalo de 10 a 40ms (contados a partir do início do primeiro trem) produziram facilitação apenas quando a resposta ao trem isolado era pequena. Quando a resposta a trem isolado já é grande, o duplo trem curto pode produzir até inibição. Nota pesssoal: como o intervalo entre trens foi definido a partir do tempo zero, o que o autor chama de duplo trem a 10ms com 4 pulsos e IPI de 2ms é, na verdade, um trem único de 8 pulsos com IPI de 2ms.

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Facilitação por duplo trem no intervalo de 10 a 40ms (do primeiro pulso) apenas quando MEPs a trem único são de pequena amplitude

Nesse trabalho de 2004 não deu detalhes sobre a máxima intensidade e se ajustou a intensidade em valores próximos ao limiar ou supra-máximos, já em trabalho de 2007 esclareceu que o duplo trem com intervalos de 10 a 40 só produz facilitação com intensidades mais próximas ao limiar, já com intervalos longos (como ITI de 125ms) a facililtação é até maior com maiores intensidades. Nesse aspecto, o duplo trem longo parece evocar os mesmos mecanismos de facilitação mais estudados por Tsutsui em 2015 (Multitrem).

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Critérios de alarme para monitorização com MEPs em cirurgias de escoliose


  • Langeloo DD, Journée HL, de Kleuver M, Grotenhuis JA. Criteria for transcranial electrical motor evoked potential monitoring during spinal deformity surgery A review and discussion of the literature. Neurophysiol Clin. 2007 Dec;37(6):431-9. doi: 10.1016/j.neucli.2007.07.007. Epub 2007 Sep 5. PMID: 18083499.


2007 - Szelényi - Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe-Universität, Frankfurt, Alemanha


  • Szelényi A, Kothbauer KF, Deletis V. Transcranial electric stimulation for intraoperative motor evoked potential monitoring: Stimulation parameters and electrode montages. Clin Neurophysiol. 2007 Jul;118(7):1586-95. doi: 10.1016/j.clinph.2007.04.008. Epub 2007 May 15. PMID: 17507288.


Recomendações para o uso de potenciais motores intra-operatórios



2015 - Tsutsui - Wakayama Medical University, Japão.

Multitrem: facilitação de até 6 vezes com uma sequência de 7 trens a 5Hz


  • Tsutsui S, Iwasaki H, Yamada H, Hashizume H, Minamide A, Nakagawa Y, Nishi H, Yoshida M. Augmentation of motor evoked potentials using multi-train transcranial electrical stimulation in intraoperative neurophysiologic monitoring during spinal surgery. J Clin Monit Comput. 2015 Feb;29(1):35-9. doi: 10.1007/s10877-014-9565-7. Epub 2014 Feb 16. PMID: 24532184.

Notas

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5 pulsos bifásicos (largura de 0.25mcs/fase) aplicados próximos a M1/M2 (5cm lateralmente e 2cm anterior a Cz) com intensidade de 200mA e IPI 2ms, repetidos 7 vezes, a 2Hz, 5Hz e 10Hz, produziram amplitude até 6 vezes maior em Abdutor do Hálux.


2016 - Legatt - ACNS, USA.

Guideline da ACNs


2017 - Karl Kothbauer - Lucern Cantonal Hospital, Suíça.

Efeito de "build-up" em MEPs adquiridos a 1-2Hz.


  • Kothbauer KF. The Interpretation of Muscle Motor Evoked Potentials for Spinal Cord Monitoring. J Clin Neurophysiol. 2017 Jan;34(1):32-37. doi: 10.1097/WNP.0000000000000314. PMID: 28045855.

Notas

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"For the moment, this phenomenon shall be called the “MEP build-up effect”. If MEPs are generated rapidly with 1 or 2 trains per second (1–2 Hz), a distinct increase in amplitude is seen in the sequence of recordings (Fig. 3). Sometimes even the first MEP appears not at the first stimulation but at the second or third, on which then, and only then the “presence” of the MEP is established. The amplitudes of these rapid MEP series vary significantly and appear to plateau after 7 or 8 stimuli."


2022 - Husain - Duke University Hospital, USA

Montagem "quadripolar": comparados à estimulação com intensidade próxima ao limiar entre C3/C4, distribuir cátodo e ânodo entre 2 eletrodos (C1/M3 ou C2/M4) aumenta as respostas motoras em mmii.


  • Schwartz SL, Kale EB, Madden D, Husain AM. "Quadripolar" Transcranial Electrical Stimulation for Motor Evoked Potentials. J Clin Neurophysiol. 2022 Jan 1;39(1):92-97. doi: 10.1097/WNP.0000000000000751. PMID: 32639253.

Notas

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Estimulação C3/C4 com voltagem constante, 75mcs de largura, IPI 2.1ms, 5 a 7 pulsos, intensidade ajustada ao mínimo que permitia obter MEPs reprodutíveis em AHB/ADM de mmii. Com estimulação C1/M3-C2/M4, a AUC em pés foi em média de 3508µVms e com C3-C4 foi em média de 321µVms. Vejam mais detalhes nessa postagem.


2022 - Wilkinson- University of Manitoba, Canada

Estimulação hemicraniana (C3-Cz e C4-Cz) com intensidade ajustada para manter latência em mão contralateral não menor que 2ms da latência no limiar permitiu seletividade (estimulação próxima ao nível cortical) e monitorização contínua (com pouco abalo muscular). Mostrou que o critério anterior de seletividade (intensidade de "crossover") não é confiável.


  • Wilkinson MF, Chowdhury T, Kaufmann AM. A novel method for quantitative evaluation of motor evoked potential monitoring during cerebrovascular surgeries. J Clin Neurosci. 2022 Apr;98:29-36. doi: 10.1016/j.jocn.2022.01.026. Epub 2022 Feb 4. PMID: 35131722.


Resumo do trabalho

Os critérios prévios de seletividade, usando intensidade próxima o limiar (Szelényi) ou baseados na ausência de resposta cruzada (Motoyama) tem limitações pela baixa reprodutibilidade das respostas ou risco de falso negativo, respectivamente. Wilkison propõe avaliar a latências das respostas da mão como medida de seletividade.


40 cirurgias (33 aneurismas, 7 endarterectomias: 2 tiveram eventos isquêmicos, 1 deles reversível durante o clamp), TIVA (Propofol 100 – 275µg/kg/min, remifentanil 0.05 – 0.2 µg/kg/min), alvo de PAM de 70-90mmHg ou até 100mmHg em eventos de oclusão temporária.


Estimulação transcraniana de voltagem constante C3-C4, C3-Cz ou C4-Cz com 5 pulsos de 50-75µs, ISI 1-2ms. Captação em mãos (tenar-hipotenar) e pés (AHB).


Limiar: intensidade para obter resposta de 30µV na mão contralateral em 50% e aumentaram intensidade até o limiar de "crossover".


Em C3-C4, intensidade limiar foi em média 182mA e de crossover 404mA, com hemicraniana (C3-Cz ou C4-Cz), limiar 250mA e crossover 639mA.


Latência contralateral no limiar em média 26ms e no crossover em média 22ms. Latência ipsilateral no limiar de crossover em média 26ms [o que sugere sítio córtico-subcortical de estimulação sob o cátodo - por "ânodo virtual" gerado acima do limiar].


A análise das curvas "latência x intensidade" revelou um padrão hiperbólico em que a inflexão inicial da curva permite caracterizar a transição para maior profundidade do estímulo, onde a latência média era 23.5ms, significativamente maior que a latência média de crossover (22.5ms).


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Observaram que a estimulação em montagem hemicraniana (C3-Cz e C4-Cz) com intensidade ajustada para que a latência se mantivesse dentro de 2ms da latência no limiar permitiu que se fizesse monitorização contínua e seletiva mesmo em fases delicadas das cirurgias:


"We were able to acquire MEP even during delicate microsurgical maneuvers such as aneurysm clipping because of latency directed control of stimulus application".


Na sua série de 40 pacientes tiveram um caso de falso negativo onde, aplicando em retrospecto o critério de latência de 2ms, que se tornou evidente após a análise do grupo, teriam evitado o evento.








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