Instituto Superior de Medicina Militar “Dr. Luis Díaz Soto”

Desarrollo histórico y fundamentos teóricos de la electromiografía como medio diagnóstico

Dr. C. Roger Álvarez Fiallo,1 Dr. C. Carlos Santos Anzorandia2 y Dra. C. Esther Medina Herrera3

Resumen

Se hace una revisión de los fundamentos teóricos de la aplicación de la electromiografía de aguja como medio diagnóstico. Se exponen y analizan los antecedentes históricos de su desarrollo, las características y las variables de los registros electromiográficos. La aplicación de los últimos adelantos de la ciencia, la técnica y los métodos de análisis estadístico, han dado un impulso extraordinario a la electromiografía, lo que ha permitido perfeccionar el diagnóstico funcional de las enfermedades neuromusculares y ampliar su espectro de aplicación. Con el objetivo de dar a conocer estos aspectos a los especialistas de otras ramas de la medicina, se realiza esta revisión.

Palabras clave: Enfermedades neuromusculares, electromiografía, métodos electromiográficos, diagnóstico electrofisiológico.

Antecedentes históricos del desarrollo de la electromiografía

Los antecedentes históricos del registro de actividad eléctrica se remontan a mediados del siglo XVII, cuando el médico y científico italiano Francesco Redi , demostró la existencia de un músculo especializado capaz de generar electricidad en el pez raya. También en el campo de la experimentación animal, John Walsh reportó la generación de electricidad por la musculatura de la anguila en 1773. Posteriormente, Luigi Galvani en 1786 realizó sus famosos experimentos en una máquina electrostática acoplada a ranas y llegó a la conclusión de la existencia de electricidad en la musculatura de los organismos vivos. De singular interés son los trabajos de Volta AG que demostró el origen de la electricidad. En el siglo XIX Guillaume BA Duchenne realizó el primer trabajo sobre la dinámica y función del músculo, construyó un equipo de estimulación neuromuscular, en sus comienzos con fines terapéuticos, después investigativos y diagnósticos. De esta etapa inicial el trabajo más importante fue el de Erlanger J y Spencer Gasser H , que amplificaron señales eléctricas, estimulando una fibra nerviosa en un osciloscopio de rayos catódicos y recibieron el premio Nóbel de medicina y fisiología en 1944.1

La electromiografía convencional fue introducida por Adrián y Bronk en 1929.2 Uno de los primeros reportes clínicos del estudio de enfermedades neurológicas con este método lo realizó Weddel en 1944.3 La actividad eléctrica registrada en el músculo estriado en estado de reposo y durante la contracción muscular, o sea, el registro de las variaciones de voltaje producidas por las fibras musculares como expresión de la despolarización de sus membranas, es el objeto de estudio de la electromiografía.

Registro de la actividad eléctrica por métodos electromiográficos

La actividad electromiográfica se registra mediante electrodos de aguja o de superficie insertadas en el músculo de estudio. En la electromiografía de aguja se utilizan 2 tipos de electrodos fundamentalmente, el electrodo monopolar que tiene una superficie de registro de forma cónica de aproximadamente 0,25 mm², y el electrodo concéntrico que tiene una superficie de registro de forma helicoidal de 0,07 mm².2-6 El electrodo concéntrico que es el más usado en la práctica asistencial, es una aguja aislada a lo largo de su longitud, con excepción de la punta, la cual es insertada dentro de la masa muscular que registra la diferencia de potencial entre el cuerpo de la aguja y la punta desnuda del alambre.2-6

Electromiografía convencional

Análisis de la señal eléctrica durante el reposo muscular. En un músculo normal en estado de reposo no se registra ninguna actividad eléctrica, después de la inserción de la aguja electromiográfica es perceptible una rápida actividad eléctrica en forma de ruido de placa debido a la irritación de las fibras musculares, esta actividad suele durar escasos milisegundos. Los potenciales de placa motora desaparecen al variar la posición del electrodo.

Dentro de la actividad eléctrica patológica registrada en estado de reposo, se tienen los potenciales de denervación de fibras musculares, las fibrilaciones y las ondas positivas de denervación que son descargas espontáneas de una fibra muscular.

La actividad de denervación es característica de los procesos neurógenos, donde se afectan primariamente las estructuras nerviosas, aunque pueden observarse en algunas miopatías sobre todo de tipo inflamatorio.4-6

Aparece en músculos paravertebrales y en músculos dístales de 1 a 3 semanas después de instaurada la lesión, son indicativas de lesión de tipo axonal, pueden desaparecer a medida que se produce el proceso de reinervación de la estructura dañada o cuando aparece la atrofia muscular en una lesión degenerativa severa.2-6

Las fasciculaciones son potenciales de contracción espontánea de unidades motoras independientes, de características morfológicas similares a las obtenidas durante la contracción muscular voluntaria. Se encuentran con mayor frecuencia en enfermedades de la motoneurona.

Se puede registrar, en reposo, también actividad patológica en forma de descargas repetitivas complejas, descargas miotónicas, miokimias, multiplets y duplets.

Los potenciales de denervacion son los pilares del diagnóstico electromiográfico, su topografía, extensión y características son en muchos casos las bases de este.2-6

Actividad eléctrica durante la contracción voluntaria. Los potenciales de unidad motora. Para analizar cualquier afección neuromuscular se parte siempre del análisis del funcionamiento de las unidades motoras, las motoneuronas componentes de estas tienen una influencia trófica sobre las fibras musculares y su plasticidad.4,5 Existe un proceso de remodelación en la unidad motora en el transcurso del tiempo y bajo ciertas condiciones. Una fibra muscular denervada, asume las características de la motoneurona que la reinerva.5

Cuando se produce la contracción muscular, la aguja electromiográfica registra un potencial resultante de la sumación temporal y espacial de la actividad de las fibras musculares de la unidad motora, es el potencial de unidad motora. Las características del potencial de unidad motora, dependen de la posición del electrodo dentro del músculo, del número, tamaño e inervación de las fibras musculares componentes, del diámetro del axón motor que las inerva, grosor de su capa mielínica, velocidad de conducción y su umbral de despolarización.4,5

El potencial de unidad motora (PUM) se caracteriza por varios parámetros, entre ellos, la duración del potencial de unidad motora, que refleja el número de fibras musculares de la unidad motora aunque no en su totalidad, sus parámetros no varían mucho con la distancia del electrodo a las fibras musculares, se forma por el aporte de las fibras musculares que se encuentran a 2,5 mm del electrodo de registro.4,5 La amplitud del potencial de unidad motora está determinada por las fibras musculares que se encuentran a 0,5 mm de la aguja.4-8 El área del potencial de unidad motora se forma por el aporte de las fibras musculares que se encuentran a 2 mm del electrodo.4-8

Otra de las variables es el número de fases, si un potencial tiene más de 5 fases se denomina polifásico. Los turns son los puntos de cambio de dirección de la señal electromiográfica que excedan un umbral determinado. Estas dos últimas variables son muy complejas ya que un movimiento ligero de la aguja puede convertir un turn en fase y viceversa.

Existen otras variables como la amplitud-área (AAR) y el índice de tamaño (IT), de uso poco frecuente; según Okajuna , estas variables reflejan con mayor rigor los procesos fisiológicos del músculo y sus características dependen sobre todo del número de fibras musculares componentes de la unidad motora y de las dimensiones de esta.9

En la literatura mundial los trabajos sobre correlación de variables con la edad y el sexo de los sujetos son escasos e imprecisos, pero se concluye que la correlación de los valores con la edad es significativa después de la sexta década.5,6, 10-12

No existe una característica de los potenciales de unidad motora que sea patognomónica de una enfermedad particular, debido al solapamiento entre los cambios morfológicos (como puede ser la hipertrofia de fibras musculares) y fisiológicos (como es la inestabilidad del potencial) en ambos procesos neurógenos y miógenos.4,5

Durante la contracción muscular ocurren los llamados procesos de sumación tanto de múltiples fibras como de frecuencia. Las diferentes unidades motoras son estimuladas de forma asincrónica por la médula espinal para provocar una contracción sincrónica de estas.4,5

El reclutamiento secuencial de unidad motora se produce por el principio del tamaño de Henneman,5 primero se contraen las unidades motoras pequeñas asociadas principalmente con fibras musculares de tipo I (de contracción lenta, metabolismo oxidativo, resistentes a la fatiga). En el proceso gradual de reclutamiento de nuevas unidades, se van involucrando unidades motoras mayores con fibras musculares tipo IIa (de contracción rápida, resistentes a la fatiga con enzimas oxidativas y glicolíticas) y IIb (contracción rápida, metabolismo glicolítico, fácilmente fatigables).

Durante la contracción muscular máxima se superponen todos los potenciales de diferentes unidades motoras que descargan a diferentes frecuencias y se observa en la pantalla del equipo electromiográfico un patrón por interferencia. La Asociación Americana de Electrodiagnóstico lo define como completo en un músculo normal y reducido, muy reducido o de oscilaciones simples en condiciones patológicas.13 El patrón interferencial depende de 2 procesos fundamentales, la activación y el reclutamiento.4,5

Los patrones de reclutamiento se caracterizan objetivamente por la frecuencia de reclutamiento, que es la frecuencia de descarga de cualquier unidad motora aislada cuando la próxima unidad motora es reclutada y por el índice de reclutamiento, que es la relación entre la frecuencia de reclutamiento y el número de unidades motoras activas.4,5,13

Métodos electromiográficos cuantitativos

La electromiografía cuantitativa son métodos que abordan el estudio de la señal electromiográfica con diversos tipos de análisis matemáticos y estadísticos.4,14,15. Entre ellos se encuantran:

Métodos manuales de procesamiento de los potenciales de unidad motora. Es un método desarrollado por Buchthal en la década de los 50.16 El método consiste en la identificación y edición de los potenciales de unidad motora sobre un registro gráfico. Se recogen 20 potenciales de unidad motora, se cuantifica la amplitud, la duración y número de fases del potencial, y se comparan con los valores normativos del laboratorio. Buchthal utilizó el umbral de voltaje o trigger y técnicas de premediación para procesar-mejorar la calidad de los registros,14 aunque esta calidad se ve limitada si los potenciales tienen una elevada variabilidad vertical o jiggle . La ventaja fundamental del método manual de Buchthal es que permite la apreciación cuantitativa de los potenciales de unidad motora, pero tiene serias limitaciones en cuanto al prolongado tiempo necesario para su aplicación.14

Análisis por descomposición de la señal. Otros métodos de análisis de potenciales de unidad motora, mucho más desarrollados han surgido en los últimos 10 años. Los llamados métodos de descomposición, procesan las señales electromiográficas con algoritmos matemáticos para identificar, clasificar y editar los potenciales de unidad motora de manera automatizada. La descomposición de los registros se realiza de forma total o parcial .

McGill, Dorfman, De Luca y Stashuk desarrollaron la técnica de descomposición de precisión,17,18 donde se utilizan varios canales para registrar la actividad electromiográfica obtenida de 4 superficies de registro, los cuales generan 3 registros bipolares de modo que cada unidad motora es definida por 3 potenciales diferentes. El método permite la individualización de potenciales de unidad motora incluso durante la contracción muscular máxima. Su limitación fundamental es que requiere muchos canales de registro, identifica bien el comienzo del potencial, no así el final del mismo. El algoritmo matemático empleado tiene un error del 2,5 %, con el 88,7 % de detección de los potenciales de unidad motora.19,20

El análisis de múltiples potenciales de unidad motora o Multi-MUAP es un método de descomposición parcial desarrollado casi simultáneamente por Stalberg y Nandedkar.21,22 Mediante la técnica de la plantilla, los potenciales son extraídos automáticamente, clasificados en clases. Los cursores se colocan automáticamente usando algoritmos matemáticos, aunque se pueden hacer correcciones manuales. Se registra la actividad electromiográfica a niveles ligeros y moderados de la contracción muscular.

Los métodos de descomposición son rápidos, reproducibles y eficaces, y permiten valorar la señal en el tiempo, su frecuencia de descarga y el reclutamiento, parámetros fundamentales en el diagnóstico neurofisiológico moderno, aunque pueden ocurrir clasificaciones incorrectas, lo que conlleva, en ocasiones, a la necesidad de realizar la edición manual de los registros.4,14,15,23-25

Análisis cuantitativo automático del patrón de contracción voluntario. Otras modalidades de análisis automático se ocupan de examinar el patrón de contracción voluntaria Uno de los más utilizados es el llamado análisis de turns /amplitudes, desarrollado por Willison en la década de los 60, su objetivo es calcular el número de turns de la señal y la amplitud media de estos en un intervalo de tiempo determinado. Los turns aumentan con la fuerza muscular ejercida, hasta que se alcanza el 50 % del esfuerzo muscular máximo, en dependencia del número de unidades motoras activas y de su frecuencia de activación; después del 50 %, el incremento de la cantidad de turns no es significativo, la amplitud media de estos sí crece hasta valores aproximados al 100 % de la fuerza máxima de contracción.14

Willison propuso originalmente realizar los estudios con una fuerza de contracción fija para cada músculo y reportó el incremento del número de turns en las miopatías y un aumento de la amplitud media de estos en los procesos de denervación. En trabajos posteriores otros investigadores diseñaron diversos protocolos de trabajo para monitorear la fuerza muscular con mayor exactitud.14

Fuglsang-Frederiksen propuso realizar los estudios al 30 % de la fuerza de contracción máxima del paciente.26 En la década de los 90 surgió el Peak-ratio, donde la fuerza muscular se estima con los cambios de la amplitud media de los turns .14 El profesor Stalberg diseñó un método de “nubes”, en el que no se mide la fuerza muscular exacta, la prueba se realiza a diferentes niveles estimados de esta. La “nube” agrupa el 95 % de los valores obtenidos en los sujetos normales. Los estudios de los pacientes son patológicos cuando el 10 % de los valores obtenidos se localizan fuera de la nube de los sujetos normales.14

Independientemente de la metodología que se aplique para realizar este estudio, el método es útil y muy sensible para discriminar entre patrones generados en enfermedades miógenas y neurógenas. No obstante, hasta el presente no se han estandarizado sus protocolos de trabajo y por lo tanto, no se ha generalizado su utilización en los laboratorios de neurofisiología en el mundo.

Los métodos de análisis espectral se basan en la distribución de frecuencias del patrón electromiográfico. Su utilidad clínica descansa en el conocido desplazamiento hacia las altas frecuencias de los registros espectrales de los pacientes con miopatías y hacia las bajas frecuencias en el caso de las enfermedades de tipo neurógeno, con respecto a los sujetos normales. No obstante sus resultados en el estudio de las enfermedades neuromusculares son contradictorios. Fueron desarrollados por Walton, Larsson y Fuglsang-Frederiksen.14,26,27

Los métodos electromiográficos cuantitativos se han desarrollado intensamente en los últimos años, sobre todo por el aporte de los especialistas de la escuela europea de electrodiagnóstico, pero no son apreciados por los neurofisiólogos de la escuela norteamericana, es por tanto un área abierta a la investigación y desarrollo de nuevas aplicaciones médicas.

Electromiografía de fibra aislada

La electromiografía de fibra aislada, técnica desarrollada por el profesor Erick Stalberg,28 permite el registro de la actividad eléctrica de fibras musculares individuales o aisladas, con lo cual es posible el estudio de la microfisiología de la unidad motora, sobre todo de los cambios funcionales en las placas motoras individuales, incluso durante el proceso de reinervación.

Las variables fundamentales que se miden son el jitter y la densidad de fibras. Las variaciones significativas del jitter indican alteración de la transmisión neuromuscular. Existen 2 métodos para obtenerlo: la activación voluntaria y la estimulación eléctrica. La densidad de fibras es la cuantificación de la distribución local de fibras musculares; un aumento significativo de la misma indica de forma muy sensible la existencia de reinervación colateral mucho antes de que se pueda ver agrupamiento en la biopsia de músculo.28-30

La electromiografía de fibra aislada tiene una alta sensibilidad en el diagnóstico de los trastornos de la placa motora, en particular, la miastenia gravis y otros síndromes miasténicos, incluso en estadios subclínicos. Las limitaciones fundamentales de la electromiografía de fibra aislada son las dificultades tecnológicas que plantean su implementación y desarrollo.27-30 Además, es necesario poseer un entrenamiento especializado en este tipo de técnica. Por lo tanto, su uso se ha extendido, aunque no generalizado.

La electromiografía se utiliza en el estudio de enfermedades neurológicas desde hace más de 50 años, pero ha sido la aplicación de los últimos adelantos de la ciencia, la técnica y los métodos de análisis estadístico a esta lo que le ha dado un impulso extraordinario a su desarrollo, lo cual ha permitido perfeccionar el diagnóstico funcional de las enfermedades neuromusculares y ampliar su espectro de aplicación.

Summary

Historical development and theoretical foundations of the electromyography as a diagnostic tool

A review of the theoretical foundations of the application of needle electromyography as a diagnostic tool was made. The historical background of its development, the characteristics, and variables of the electromyographic registration were exposed and analyzed. The applications of the latest advances of science, technique, and the methods of statistical analysis have triggered electromyography, allowing to improve the functional diagnosis of the neuromuscular diseases, and to widen its application spectrum. This review is aimed at making these aspects known to specialists from other medical branches.

Key words: Neuromuscular diseases, electromyography, electromyographic methods, electrophysiological diagnosis.

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Recibido: 22 de mayo de 2006. Aprobado: 26 de junio de 2006.
Dr. C. Roger Álvarez Fiallo. Instituto Superior de Medicina Militar “Dr. Luis Díaz Soto”. Avenida Monumental, Habana del Este, CP 11 700, Ciudad de La Habana , Cuba.

1Doctor en Ciencias de la Salud.
2Doctor en Ciencias.
3Doctora en Ciencias Médicas.