Estimulación eléctrica neuromuscular. Artículo monográfico

AUTORES

1. Marcos Nadal Zuferri. Graduado en Fisioterapia. Servicio Aragonés de Salud.
2. Sandra Abadía Rosa. Graduado en Fisioterapia. Servicio Aragonés de Salud.
3. Sonia Clusa Barbastro. Graduado en Fisioterapia. Servicio Aragonés de Salud, Hospital de Barbastro.
4. Jorge Montalvo Cosculluela. Graduado en Fisioterapia. Servicio Aragonés de Salud, Hospital de Barbastro.
5. Laura Gistaín Buil. Graduado en Fisioterapia. Servicio Aragonés de Salud, Fraga.

RESUMEN

La electroestimulación neuromuscular (NMES) es una corriente eléctrica que estimula a las motoneuronas musculares para producir una contracción muscular. Entre sus principales efectos se podrían encontrar el aumento de la fuerza muscular, la hipertrofia muscular o la regulación del metabolismo lipídico. Aunque ampliamente utilizada en la traumatología, también ha demostrado su efectividad en otros campos de la rehabilitación como la neurología o en la unidad de cuidados intensivos. Las recomendaciones principales para garantizar la efectividad de la NMES es utilizar una corriente bifásica, rectangular y simétrica aplicada con una duración de pulso de 100-400 µs, con una frecuencia de 50-100 Hz y con la mayor intensidad de corriente posible tolerada por el paciente.

PALABRAS CLAVE

Terapia por estimulación eléctrica, estimulación eléctrica neuromuscular, rehabilitación.

ABSTRACT

Neuromuscular electrostimulation (NMES) is an electrical current that stimulates muscle moto-neurons to produce a muscle contraction. Among its main effects could be the increase in muscle strength, muscle hypertrophy or the regulation metabolism. Although widely used in traumatology, it has also proven its effectiveness in other fields of rehabilitation such as neurology or in the intensive care unit. The main recommendations to guarantee the effectiveness of the NMES is to use a biphasic, rectangular and symmetrical current applied with a pulse duration of 100-400 µs, with a frequency of 50-100 Hz and with the highest possible current intensity tolerated by the patient.

KEY WORDS

Electrical stimulation therapy, neuromuscular electrical stimulation, rehabilitation.

DESARROLLO DEL TEMA

La estimulación eléctrica neuromuscular (NMES) o estimulación eléctrica muscular son términos utilizados para hacer referencia a la aplicación de una corriente eléctrica, rectangular, bifásica y simétrica a nivel muscular, cuyo principal objetivo es estimular a las neuronas motoras responsables de desencadenar la contracción muscular^1,2.

FISIOLOGÍA DE LA CONTRACCIÓN POR NMES:

La NMES permite producir contracciones musculares sin el impulso inicial proveniente del sistema nervioso central (SNC), gracias a la despolarización directa de las neuronas motoras ubicadas bajo los electrodos. Los efectos de dicha NMES no se producen únicamente a nivel muscular o periférico, sino que también podemos encontrar cambios neuroplásticos a nivel del SNC, tanto en la médula espinal como en el cerebro³.

La presencia de neuronas sensoriales y motoras dentro de un mismo nervio o haz nervioso permite que las neuronas sensoriales, cuyo umbral de estimulación es más bajo que las neuronas motoras, se despolarizan cuando alcanzamos la intensidad de estimulación eléctrica necesaria que permite la despolarización de las neuronas motoras al alcanzar su umbral de activación³.

De este modo, la aplicación de NMES consigue por un lado despolarizar la placa motora y con ello producir la contracción muscular, gracias a la estimulación de los axones y ramas nerviosas intramusculares motoras que se encuentran bajo los electrodos^2,4. Por otro lado, la NMES también producirá impulsos sensoriales directos en dirección ascendente hacia la médula espinal y cerebro. Además, al impulso sensorial directo le sigue un impulso sensorial propioceptivo indirecto proveniente de la contracción muscular al activar a los husos neuromusculares y los órganos tendinosos de Golgi. Es por ello que la principal respuesta al NMES está dominada por un input aferente cutáneo³.

Tenemos, por lo tanto, impulsos nerviosos sensoriales directos provenientes de los receptores cutáneos y de los mecanorreceptores de umbral bajo e impulsos sensoriales aferentes indirectos provenientes de los husos neuromusculares y órganos tendinosos de Golgi que estimulan las neuronas de las áreas somatosensoriales³. Además de impulsos motores directos provenientes de la NMES que estimulan a los músculos objetivo.

Sin embargo, aunque la orden motora inducida proviene de la NMES y no del córtex motor como sucede con la contracción fisiológica, se ha observado mediante diversas herramientas de medición, como es la resonancia magnética funcional, que se produce un aumento de la actividad metabólica neuronal de forma dosis-dependiente (conforme aumentamos la intensidad de la corriente desde el umbral sensorial hasta llegar y sobrepasar el umbral motor, incrementamos la respuesta motora) de S1, M1 y córtex premotor contralateral, cerebelo homolateral y S2, y área motora suplementaria bilateral al aplicar NMES sobre el nervio mediano o sobre el cuádriceps³. Existen por lo tanto extensas redes de conexiones nerviosas cortico-corticales que se estimulan al aplicar NMES.

Diferencias de la contracción fisiológica y la contracción inducida:

Sin embargo, existen grandes diferencias entre la contracción muscular inducida por NMES y fisiológica, generando una serie de limitaciones que tendrán que ser solventadas en el caso de aplicar NMES.

Por ejemplo, la contracción fisiológica se rige por el principio de Henneman ¹, el cual dice que se produce un reclutamiento selectivo de forma gradual de las unidades motoras (UM), empezando por aquellas de bajo umbral, las cuales están formadas por fibras musculares lentas o de gran resistencia a la fatiga, seguidas por las UM de alto umbral, formadas por fibras musculares rápidas o de baja resistencia a la fatiga^1,4.

Por el contrario, la NMES produce un reclutamiento desordenado o aleatorio y no selectivo de las UM, lo que puede ocasionar el reclutamiento de las UM fásicas en primer lugar¹. Aunque es clínicamente útil ya que nos permitiría reclutar las fibras musculares rápidas (las cuales se atrofian en mayor medida), incluso con pequeños niveles de fuerza/intensidad, se genera una fatiga muscular mayor o de forma muy rápida a causa de un estrés metabólico exagerado^1,4.

Otra de las diferencias en la forma de reclutamiento es que mientras la contracción fisiológica permite un reclutamiento asincrónico de las UM, la NMES produce un reclutamiento sincrónico y fijo espacialmente de las UM estimuladas. Esto permite que la NMES reclute a la vez un gran número de fibras musculares; sin embargo, al ser un reclutamiento fijo siempre se reclutan las mismas UM, lo que reduce el tiempo de recuperación entre cada contracción, aumentando por lo tanto la fatiga muscular o disminuyendo el tiempo que tarda en aparecer la misma^1,4. Por el contrario, la contracción fisiológica produce un reclutamiento variable (no siempre recluta el mismo grupo de UM), lo que permite alargar el tiempo de recuperación a la fatiga de las UM entre contracciones^1,4.

Finalmente, la NMES produce un reclutamiento, superficial y limitado, condicionado por el electrodo ¹. Mientras que la NMES estimula al músculo de fuera-dentro en una única dirección, teniendo que atravesar la superficie cutánea y otros tejidos conectivos antes de llegar a la placa motora, el impulso nervioso producido de forma fisiológica estimula al músculo de dentro-fuera en varias direcciones ^{1, 4}. Esto condiciona a la NMES para estimular a todas las fibras musculares en su totalidad, abarcando así la mayor área de sección transversal (CSA) muscular posible.

EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA NMES:

A pesar de estas grandes diferencias, cada vez existen más hallazgos que demuestran cómo los efectos producidos por NMES son similares a los producidos por la contracción muscular fisiológica.

La contracción muscular libera moléculas responsables de procesos de señalización en otros tejidos. Entre estas moléculas encontramos las miocinas. El cuerpo humano presenta receptores en diferentes tejidos y órganos (músculo, tejido adiposo, hígado, páncreas, huesos, cerebro, corazón, vasos sanguíneos), por lo que la secreción de miocinas podría tener un efecto endocrino en dichos órganos y tejidos⁵.

Entre los efectos endocrinos asociado a las miocinas podemos obtener un incremento en los niveles de factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), factor neurotrófico derivado de la célula glial y factor de crecimiento nervioso, que favorecen la neuroprotección, neurogénesis, neuroplasticidad, contribuyendo así en el proceso de regeneración axonal tras la aplicación NMES^4,5.

Una exitosa regeneración nerviosa y reinervación muscular seguida de la aplicación de NMES depende de la plasticidad homeostática de la unión neuromuscular. La UM requiere de un sprouting axonal tanto a nivel terminal como nodal, y también de la capacidad de los axones originales intactos para formar conexiones neuromusculares adicionales en las sinápsis⁴.

Una cierta intensidad y duración de ejercicio físico voluntario contribuye a la mejora de los niveles de BDNF y a una regulación positiva de BDNF, el cual presenta una correlación positiva con los niveles de lactato en sangre. La aplicación de NMES en humanos produce el mismo o un mayor incremento de nivel de BDNF en sangre, el cual también se relaciona con el incremento de los niveles de lactato⁴.

Entre otras miocinas liberadas encontramos la hormona de crecimiento, interlucina-6, interlucina-8, interlucina-10 o factor de crecimiento mecánico, las cuales producen un incremento de la hipertrofia y reparación muscular, anti-inflamación, osteogénesis, angiogénesis, incremento del metabolismo lipídico y glucolítico^4,5, los cuales podrían tener efectos beneficiosos en enfermedades metabólicas como la diabetes o en enfermedades cardiacas-respiratorias como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o insuficiencia cardíaca⁵.

Entre los efectos morfológicos y bioquímicos podemos encontrar que los niveles de enzimas oxidativas en sujetos sanos se incrementan tanto en la NMES de baja frecuencia (LF-NMES; Low Frecuency NMES) y la NMES de alta frecuencia (HF-NMES; High Frecuency NMES). Los niveles de enzimas glucolíticas generalmente no cambian o disminuyen al aplicar LF-NMES y HF-NMES respectivamente⁶.

La proporción de fibras musculares tipo I se incrementa un 15% mediante LF-NMES y un 20% y 96% en sujetos activos y sedentarios respectivamente, mediante HF-NMES. La proporción de fibras tipo IIa se incrementa un 19% mediante LF-NMES y un 42-63% en población sedentaria, mediante HF-NMES. Las fibras IIx disminuyen un 22-32% con LF-NMES y un 79-88% con HF-NMES⁶.

El curso temporal de las adaptaciones morfológicas es similar a las producidas mediante el entrenamiento de fuerza. A las 4 semanas de aplicación de NMES se produce un incremento de la fuerza voluntaria máxima (MVCF) y activación muscular voluntaria, sin incremento de la sección transversal del área (CSA); las adaptaciones producidas son neuromusculares ¹. Es a partir de la 8-9 semana cuando se sigue produciendo un incremento de la fuerza, pero esta vez acompañado de un incremento del CSA, así como del diámetro y % de fibras musculares rápidas⁴.

La NMES tiene efectos agudos y crónicos en las propiedades del SNP y SNC, tanto en personas sanas como enfermas. Una sola sesión de NMES produce un incremento de las vías corticomotoras, observado a través de resonancia magnética funcional. Un entrenamiento unilateral de 3-5 semanas de NMES en sujetos sanos muestra un aumento de la actividad electromiográfica, actividad neuronal y fuerza voluntaria máxima en el músculo contralateral. Por lo tanto, la NMES puede aumentar la capacidad de generación de fuerza de los músculos homólogos en la extremidad opuesta a la que recibe la estimulación^2,3.

INDICACIONES:

Entre sus aplicaciones principales podemos encontrar la preservación y recuperación de la masa muscular y función, durante y tras periodos prolongados de desuso o inmovilización; así como la mejora de la función muscular en diferentes tipos de población sana (ancianos, adultos, deportistas)^1,2.

A pesar de que el uso clínico de NMES se ha limitado al fortalecimiento de cuádriceps tras eventos traumatológicos¹, existen diferentes especialidades como la medicina cardiovascular, neurología, oncología, unidad de cuidados intensivos (UCI), en los que el NMES ha demostrado ser efectiva^1,2.

NMES en distintas poblaciones clínicas:

La NMES parece ser más efectiva en pacientes ingresados en UCI durante una larga estancia⁷, además mejora la fuerza muscular^{8, 9}, reduce la estancia en UCI o mejora la capacidad funcional⁸.

En el ámbito traumatológico, la NMES es efectiva a la hora de mejorar la funcionalidad, de reducir el dolor y de aumentar fuerza muscular de cuádriceps, al menos hasta el 4-6º mes tras una intervención quirúrgica de prótesis total de rodilla¹⁰. Conley y colaboradores también encontraron una mejora significativa en el aumento de la fuerza con un efecto moderado-grande en pacientes sometidos a intervención quirúrgica de rodilla ¹¹.

A pesar de que el ejercicio físico es mejor que la NMES a la hora de obtener una mejor puntuación en el test de 6 minutos marcha o en el consumo de oxígeno pico en pacientes con insuficiencia cardiaca crónica, la NMES parece mejorar significativamente los resultados de dichas variables en comparación con el grupo control cuando a este no se le aplica ninguna intervención¹².

La NMES también parece ser una herramienta útil para mejorar la fuerza muscular y el test de 6 minutos marcha en pacientes con EPOC¹³.

Sin embargo, a pesar de estos hallazgos favorables a la NMES en distintas disciplinas médicas, todas las revisiones y metaanálisis ponen en común que existe heterogeneidad en la metodología aplicada de los estudios, variabilidad en los parámetros utilizados y la presencia de diferentes sesgos que pueden condicionar los resultados de los estudios analizados en ellas^7-13.

APLICACIÓN PRÁCTICA:

Maffiuletti y colaboradores recomiendan que para garantizar la efectividad de la NMES se aplique una corriente rectangular bifásica, con una frecuencia de estimulación de 50-100 Hz, una duración de pulso de 100-400 µs, y la máxima intensidad de corriente, medida en miliamperios (mA), tolerable por el paciente^1,2.

La intensidad de la corriente guarda especial interés, ya que parece ser que la efectividad de la NMES está determinada de forma proporcional por la tensión muscular generada por la intensidad de la corriente aplicada. Además, dicha intensidad de la corriente también es proporcional a la cantidad de masa muscular activada por la NMES. La NMES aplicada al 40% de la MVCF recluta el 29% del CSA muscular, mientras que aplicada al 60% de MVCF recluta el 43% del CSA muscular^1,2.

También existe otra relación lineal entre la intensidad de la corriente durante la aplicación de NMES y la fuerza muscular obtenida posteriormente^1,11. Al comparar un entrenamiento de 3 semanas de duración con NMES entre dos grupos, uno con un entrenamiento de NMES al 25% de la MVCF y otro al 50% de la MVCF, se observa un aumento de la fuerza máxima obtenida del +24% y +48% respectivamente en ambos grupos².

Sin embargo, la NMES a intensidad constante produce un reclutamiento y contracción de las mismas fibras musculares superficiales, lo que ocasiona una reducción del reclutamiento de fibras musculares más profundas conforme aumenta la distancia del electrodo. Sin embargo, la NMES a intensidad creciente progresiva permite la contracción de nuevas fibras musculares localizadas a mayor profundidad¹.

Por lo tanto, la intensidad de la corriente y su modulación parecen ser el parámetro principal a tener en cuenta cuando queramos aplicar la NMES de forma efectiva.

A pesar de que la NMES ha demostrado ser efectiva en diferentes ámbitos clínicos como hemos observado en apartados anteriores, la aplicación de la NMES suele reducirse al cuádriceps en los procesos de rehabilitación.

Por ello, Conley y colaboradores establecieron mediante su revisión sistemática que los parámetros óptimos para estimular el cuádriceps mediante NMES son la aplicación de una corriente rectangular bifásica simétrica a la máxima intensidad tolerable, con una frecuencia >50 Hz, una duración de pulso de 250-1000 µs, un ciclo de trabajo de 1:2 o 1:3 (el tiempo de descanso debe ser el doble o el triple que el tiempo de estimulación), rampas de ascenso y descenso de la corriente de 2-3 segundos, y debería ser aplicada en las primeras 1 o 2 semanas tras la intervención quirúrgica¹¹.

Recomendaciones^{1 2 3 11}:

• Aumentar la intensidad de la corriente idealmente tras cada contracción ya que estimula nuevas y profundas fibras musculares en cada contracción.
• Uso de escalas graduadas subjetivas para asegurar que la tensión generada es la adecuada.
• Uso de electrodos grandes para minimizar la densidad de la corriente, aumentando así el confort del paciente al paso de la misma y permitiendo a su vez un aumento de la intensidad de la corriente, además de mejorar el reclutamiento de unidades motoras. Se recomiendan electrodos de >40 cm2.
• Uso de frecuencias >50 Hz ya que permiten conseguir la tetanización muscular, son percibidas como más confortables y en general se obtienen mejores resultados.
• Realizar contracciones musculares, mejor isotónicas que isométricas, ya que permiten tolerar mejor la intensidad de la corriente.
• Realizar movimiento voluntario o ayudarse de la observación de la acción o de la imaginería motora, simultáneamente al uso de NMES para optimizar los procesos neuroplásticos que se producen en las redes cerebrales relacionadas con las áreas motoras y somatosensoriales.
• El control del electroestimulador por parte del paciente aumenta la tolerancia a la intensidad de la corriente.
• Variar la colocación de electrodos intrasesión (tras una serie de contracciones) e intersesión podría optimizar el reclutamiento muscular de fibras musculares superficiales.
• Variar la posición de la o las articulaciones implicadas para modificar la tensión/longitud de las fibras musculares permitiría optimizar el reclutamiento muscular.

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