ES2234235T3

ES2234235T3 - Tecnica para usar flujo termico en el cerebro para tratar trastornos cerebrales.

Info

Publication number: ES2234235T3
Application number: ES99903007T
Authority: ES
Inventors: Ronald P. Lesser; S. Robert W. Webber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: WO1999034758A1; EP1047362B1; AU754269B2; DE69921449T2; CA2318243A1; ATE280555T1; DE69921449D1; US6248126B1; EP1047362A1; AU2312899A; EP1047362A4

Abstract

Aparato implantable para realizar la transferencia de calor desde el tejido cerebral que comprende: una bomba térmica (1) que tiene uno o más elementos de detección de actividad (3, 4) y uno o más elementos de detección de la temperatura (18) adaptados para estar en contacto con una porción predeterminada de cerebro; una unidad de tratamiento por transferencia de calor (8) que tiene un microcontrolador (22) conectado a dicho uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura, y un haz de cables (7) que conecta la unidad de tratamiento por transferencia de calor a la bomba térmica (1); con lo que en respuesta a las señales procedentes de uno o más elementos de detección de actividad, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinan una actividad cerebral anormal, haciendo que la bomba térmica retire calor del tejido cerebral y lo introduzca en un disipador térmico (9), donde dicha bomba térmica usa uniones Peltier para conseguir la transferencia de calor.

Description

Técnica para usar flujo térmico en el cerebro para tratar trastornos cerebrales.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La invención se refiere a métodos agudos para tratar un trastorno cerebral, incluyendo la transferencia de calor para mejorar la función cerebral. La transferencia de calor puede combinarse con una estimulación eléctrica del cerebro o con la infusión directa de agentes terapéuticos en el cerebro para reducir o prevenir la aparición de, por ejemplo, un ataque epiléptico. El método también puede usarse para trastornos cerebrales distintos de la epilepsia, para trastornos espinales y para trastornos de otros órganos y tejidos corporales.

2. Descripción de la técnica relacionada

La epilepsia es un problema médico significativo, ya que casi el 1% de la población de los Estados Unidos se ve afectada por esta enfermedad en algún momento dado, constituyendo este porcentaje aproximadamente 2,6 millones de personas. La incidencia de epilepsia es mayor en niños y en personas de edad avanzada, de tal forma que aproximadamente un 3,5% de la población tendrá epilepsia en algún momento de su vida.^{1, \ 3, \ 20, \ 21}. Los ataques son controlables en el 70% de los pacientes, pero aproximadamente el 30% de los pacientes tienen ataques refractarios al tratamiento. Las estimaciones indican que los costes totales a lo largo de la vida, en dólares de 1990, para todas las personas con epilepsia diagnosticada recientemente sólo en 1990 fueron de 3 billones de dólares, siendo algo más de un billón de estos costes directos y siendo el resto costes indirectos. Para las personas que tienen ataques controlables, el coste por paciente será ligeramente mayor de 4000 dólares. La cifra se eleva a aproximadamente 138.000 dólares para pacientes con epilepsia persistente intratable y que dura toda la vida. En dólares de 1991, los costes directos para el tratamiento de la epilepsia en los Estados Unidos fueron de 1,8 billones de dólares y los costes indirectos fueron de 8,5 billones de dólares^{1, \ 3}. De esta manera, este trastorno es un problema sanitario significativo y existe la necesidad de tratamientos mejorados para controlar la enfermedad y aliviar su carga sobre la sociedad en su conjunto.

Los ataques epilépticos se producen debido a un calentamiento sincronizado y de intensidad anormal de ciertas células cerebrales. Los ataques generalizados pueden empezar esencialmente en todo el cerebro de una vez, mientras que otros ataques, conocidos como ataques focales o parciales, empiezan en un área localizada del cerebro y después se extienden. De esta manera, en la aparición de los ataques parecen estar implicados tanto mecanismos extendidos como mecanismos localizados. Como ejemplo, los ataques se manifiestan como descargas de ataque que afectan a la corteza cerebral, la capa más externa del cerebro, aunque paradójicamente, se ha demostrado que la estimulación del tálamo y de otras regiones subcorticales localizadas más profundamente dentro del cerebro, no sólo inicia sino que también controla e incluso previene los ataques. La evidencia sugiere que el tálamo y la substancia negra están implicados en el desarrollo de ciertos tipos de ataques^{15, \ 9, \ 41, \ 39, \ 13}. Incluso podrían estar implicados mecanismos más extendidos, como se demuestra por el uso satisfactorio de la estimulación del nervio vago para el tratamiento de algunos ataques. El nervio vago está localizado en el cuello y se extiende al tallo cerebral, desde el cual tiene conexiones extendidas dentro del cerebro, incluyendo ramificaciones al tálamo^{32; \ 22}. Ciertos estudios han demostrado que la estimulación crónica del nervio vago puede reducir los ataques en un 50% o más en un tercio de los pacientes tratados^{14; \ 4}. Recientemente se ha lanzado un estimulador del nervio vago como producto comercial. La información conseguida hasta ahora indica que es moderadamente eficaz, pero sólo rara vez controla los ataques completa-
mente.

En algunos pacientes, los ataques están suficientemente localizados como para que la eliminación de un área particular del cerebro pueda producir un control completo del ataque^{11}. La estimulación eléctrica proporciona un medio no quirúrgico para mermar la generación de ataques localizados^{38, \ 32, \ 34, \ 27}. En modelos animales experimentales, la aplicación de fármacos al foco de un ataque puede reprimir o eliminar la actividad del ataque^{10, \ 28, \ 16, \ 24, \ 33}.

Se sabe que la hipotermia tiene un efecto protector sobre el cerebro tanto en preparaciones de animales experimentales como en seres humanos^{5, \ 31, \ 8, \ 29, \ 18, \ 19}. Este efecto protector sobre el cerebro es una de las razones para emplear hipotermia en procedimientos médicos, tales como cirugía cardiaca^{6}. La hipotermia altera la actividad eléctrica de la corteza en modelos de isquemia cerebral, y reduce la producción de los neurotransmisores excitadores glutamato y dopamina^{7}. La hipotermia también parece reducir la aparición, frecuencia y amplitud de los potenciales corticales y suprime la actividad del ataque^{35, \ 12, \ 2, \ 40}. Se cree que la refrigeración previene o detiene los ataques al reducir la excitabilidad cortical. La refrigeración del tejido cerebral puede realizarse de forma segura cuando se emprende de manera apropiada. Por ejemplo, la irrigación del cuerno temporal del ventrículo lateral con líquido enfriado con hielo para enfriar el hipocampo ha sido satisfactoria para alterar de forma aguda funciones de la memoria en seres humanos sin efectos adversos aparentes^{25}.

La prevención de los ataques usando cualquiera de estos métodos implica que se sabe cuando se está produciendo un ataque. Se han explorado numerosas estrategias dirigidas hacia la detección de los ataques^{36, \ 37, \ 17, \ 26, \ 30, \ 38, \ 23, \ 42, \ 43}. Un método potencial utiliza redes neurales como medio para detectar los ataques. La ventaja de esta estrategia es que la detección informática puede modificarse para adecuarse al paciente individual. Los electrodos implantados pueden usar un algoritmo basado en redes neurales para detectar la actividad del ataque. Como alternativa, pueden emplearse varios métodos de correspondencia con plantillas o basados en reglas para la detección del ataque, así como métodos de construcción de modelos de ataques tales como atractores caóticos.

El documento WO 97/26823 describe técnicas para tratar la epilepsia usando estimulación eléctrica y térmica.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.713.923 de Ward et al. (Ward '923) describe técnicas para tratar la epilepsia usando una combinación de estimulación eléctrica del cerebro e infusión de fármacos en el tejido neural. La estimulación puede dirigirse para aumentar la producción de estructuras inhibidoras, tales como el cerebelo, el tálamo o el tallo cerebral, o puede inactivar áreas epileptogénicas. Estos métodos tienden a basarse en una estimulación crónica de sistemas inhibidores del cerebro, con el objetivo de reducir la propensión basal a la epileptogénesis. Históricamente, la estimulación de estructuras inhibidoras sola no ha sido particularmente satisfactoria en el tratamiento de los ataques. Ward '923 usa un electrodo implantable para detectar el inicio del ataque, lo cual permite una estimulación regulable del cerebro durante la actividad inicial del ataque. Sin embargo, la combinación de la infusión de fármacos con la estimulación del cerebro como se describe en Ward '923, no podría ser eficaz en muchos tipos de ataques. Muchos fármacos no son particularmente estables a la temperatura corporal, lo cual hace que no sean adecuados para el almacenamiento a largo plazo en un dispositivo de infusión implantado. Existen ciertos riesgos para pacientes que reciben la terapia combinada de Ward '923, incluyendo un mayor riesgo de propagación del ataque debido a la estimulación cerebral así como un mayor riesgo de efectos secundarios relacionados con los fármacos. De esta manera, aunque esta terapia sería adecuada para controlar algunos ataques, una población substancial de pacientes con ataques no podría tratarse usando la metodología de Ward '923.

Por lo tanto, existe la necesidad de mejorar las opciones terapéuticas disponibles para las personas con trastornos cerebrales, tales como epilepsia.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 9. El aparato puede usarse en un método para tratar un trastorno cerebral por transferencia de calor desde un tejido cerebral, que comprende las etapas de:

cortar quirúrgicamente una abertura de transferencia de calor en el cráneo de un paciente, exponiendo de esta manera una porción predeterminada del cerebro del paciente;

implantar quirúrgicamente en dicha abertura de transferencia de calor una bomba térmica que tiene uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura;

implantar quirúrgicamente una unidad de tratamiento por transferencia de calor en una cavidad corporal de dicho paciente de tal forma que un microcontrolador de la unidad de tratamiento por transferencia de calor esté conectado a uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura en contacto con el tejido cerebral; y

conectar la unidad de tratamiento por transferencia de calor a dicha bomba térmica por medio de un haz de cables;

con lo que en respuesta a las señales procedentes de dicho uno o más elementos de detección de la actividad o de la temperatura, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinan una actividad cerebral anormal, haciendo que la bomba térmica extraiga calor del tejido cerebral y lo introduzca en un disipador térmico, enfriándose de esta manera la porción predeterminada del cerebro del paciente.

En una realización preferida, el aparato puede usarse en un método para reducir o prevenir la aparición de un ataque que comprende enfriar el tejido cerebral en o cerca del foco de un ataque o una estructura cerebral que modula los ataques.

En otra realización preferida, el aparato puede usarse en un método para reducir o prevenir la aparición de un ataque que comprende enfriar el tejido cerebral y estimular eléctricamente el cerebro en o cerca del foco de un ataque o una estructura cerebral que modula los ataques.

En otra realización preferida, el aparato puede usarse en un método para reducir o prevenir la aparición de un ataque que comprende enfriar el tejido cerebral e infundir un agente terapéutico en el cerebro en o cerca del foco de un ataque o una estructura cerebral que modula los ataques.

En otra realización preferida, el aparato puede usarse en un método para reducir o prevenir la aparición de un ataque que comprende enfriar el tejido cerebral, estimular eléctricamente el tejido cerebral e infundir un agente terapéutico en el cerebro en o cerca del foco de un ataque o una estructura cerebral que modula los ataques.

El método prevé la colocación de electrodos en o sobre el área o áreas del cerebro de focos de ataques y el uso de algoritmos matemáticos para detectar el inicio de un ataque. Una vez que se detecta el inicio de un ataque, se inicia la refrigeración del tejido cerebral para reducir el calentamiento anormal de las células cerebrales. Los electrodos que detectan la aparición del ataque podrían situarse en la superficie cortical, profundamente dentro de la corteza inaccesibles a un electrodo superficial, o en áreas subcorticales más profundas del cerebro tales como el tálamo. De forma similar, la refrigeración y otros tratamientos se podrían realizar en la corteza, se podrían realizar en regiones subcorticales o en ambos sitios. El método proporciona múltiples técnicas que podrían aplicarse individualmente o en combinación dependiendo de la situación del ataque específico. El control de un suceso individual puede requerir sólo uno de estos métodos, o puede requerir una combinación de dos o más procedimientos que implican, por ejemplo, hipotermia e infusión de fármacos conjuntamente con estimulación eléctrica del cerebro. Como se proporcionan técnicas individuales o de combinación, se mejora la probabilidad de control del ataque, ya que la terapia puede adaptarse a las necesidades individuales del paciente. La cantidad total de tratamiento se reduciría hasta la mínima necesaria, ya que el método sólo trataría a los pacientes cuando es inminente o se está produciendo un ataque.

Otra realización preferida proporciona el control de trastornos cerebrales tales como dolor intratable, trastornos psiquiátricos y trastornos del movimiento. Los ejemplos de tales enfermedades incluyen distonía o temblores, enfermedad maníaco-depresiva, ataques de pánico y psicosis, que pueden manifestarse por cambios agudos de comportamiento.

Otra realización preferida proporciona el control de la hinchazón y la inflamación del sistema nervioso central. Por ejemplo, por medio de refrigeración de acuerdo con la invención se pueden controlar la hinchazón del cerebro o del tejido espinal debido a un traumatismo, hemorragia, encefalitis o mielitis localizada, lesiones en masa, tales tumores, quistes y abscesos, y migrañas intratables.

Otra realización preferida proporciona el control de la hinchazón, la inflamación o el dolor localizado en órganos del sistema nervioso no central.

Estas y otras características y ventajas de la invención serán evidentes tras la descripción detallada presentada a continuación y los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 muestra los componentes principales de la invención. Se corta quirúrgicamente una abertura de transferencia de calor (HTA) en el cráneo del paciente. Posteriormente, se pone una bomba térmica en esta abertura. El dispositivo se localiza en la superficie cerebral para tratar focos superficiales, de tal forma que la HTA repose sobre la superficie de la sección de cerebro a tratar. El tratamiento de una porción del cerebro por debajo de la superficie se consigue colocando la HTA en una localización conveniente en la superficie del cerebro, conduciendo el tubo al área más profunda del cerebro a tratar. Se muestra la relación entre la bomba térmica y el cerebro, el cráneo y el cuero cabelludo en la realización preferida de la invención. Un haz de cables conecta la bomba térmica a la unidad de tratamiento por transferencia de calor (HTMU) localizada en una cavidad corporal adecuada.

La fig. 2 muestra la serie de uniones de Peltier de la bomba térmica combinadas con elementos de detección que envían señales a la HTMU para proporcionar un tratamiento térmico en respuesta a una actividad eléctrica normal en el cerebro.

La fig. 3 muestra los componentes de la HTMU que analizan las señales procedentes de los elementos de detección y activan la bomba térmica cuando es necesario.

Descripción de realizaciones preferidas

Una realización de la invención se refiere a la hipotermia en combinación con la estimulación cerebral como tratamiento de trastornos cerebrales, tales como la epilepsia. Esto puede realizarse estimulando una estructura cerebral que modula los ataques. La modulación se define en este documento como un aumento o reducción de la excitabilidad neuronal de una región cerebral responsable de la producción de ataques. Las estructuras cerebrales dirigidas a la estimulación pueden ser de naturaleza inhibidora o excitadora. Por ejemplo, puede aumentarse el rendimiento de estructuras inhibidoras tales como el cerebelo, el tálamo o el tallo cerebral por medio de una estimulación cerebral para inhibir el calentamiento de las células en el foco de un ataque localizado en cualquier sitio.

Otro aspecto es la dirección hacia regiones en las que un tratamiento podría bloquear directamente la actividad epileptogénica. Tales objetivos incluyen el hipocampo, el neocórtex y regiones subcorticales y del tallo cerebral. Es de esperar que en diferentes tipos de trastornos cerebrales sean importantes diferentes dianas. Por ejemplo, en pacientes que tienen epilepsia unilateral con inicio en el hipocampo se puede considerar la eliminación del hipocampo, pero la cirugía expone a algunos de estos pacientes a una pérdida potencial de la memoria. Tales pacientes pueden beneficiarse del menor riesgo del procedimiento de hipotermia y de estimulación eléctrica del cerebro de la invención. En otros pacientes que padecen una enfermedad bilateral del hipocampo, la hipotermia y la estimulación eléctrica podrían constituir un tratamiento eficaz, ya que la eliminación unilateral del hipocampo no sería útil y la eliminación bilateral no es una opción debido a los problemas de memoria.

La hipotermia y el tratamiento de estimulación cerebral pueden conseguirse estimulando áreas cerebrales constantemente o a intervalos fijos. De acuerdo con la invención, también es adecuada la estimulación dirigida por retroalimentación del control cerebral de modelos de ataque o de modelos de pre-ataque, de tal forma que después de la detección de actividad de un ataque puede administrarse un tratamiento para prevenir la perpetuación o la extensión de los modelos de ataque. Por ejemplo, cuando se inicia un ataque pueden estar presentes descargas neurales alteradas en el hipocampo, amígdala, neocórtex o en otros sitios. Tales modelos a menudo se producen localmente, pero pueden extenderse antes de que se manifieste clínicamente un ataque. Estas alteraciones podrían detectarse y mitigarse o eliminarse con la estimulación en combinación con la hipotermia. Los pacientes a menudo experimentan auras como advertencias percibidas de ataques inminentes. De hecho, las auras son ataques muy pequeños que no progresan hasta alterar la consciencia. La hipotermia y la estimulación pueden bloquear la extensión de tales auras. Por consiguiente, un paciente podría conducir y realizar otras actividades diarias normales. La estimulación también puede interferir con la sincronización del calentamiento ictal. La sincronización o reclutamiento de múltiples áreas cerebrales en un modelo de ataque está muy relacionada con la extensión de la actividad de un ataque en el cerebro. De esta manera, la estimulación crónica o la estimulación episódica basada en retroalimentación impediría la sincronización y, de esta manera, prevendría el desarrollo del ataque.

Un aspecto del método incluye evaluar sistemáticamente los modelos de calentamiento ictal neocortical y determinar métodos para interferir con estos modelos. Estos modelos y actividades se han controlado extensivamente a través de centros clínicos de control de la epilepsia. Los modelos de calentamiento difieren entre los pacientes, de tal forma que no puede esperarse que se produzca un único modelo en todos los pacientes con epilepsia. La evaluación sistemática del modelo de calentamiento permitirá optimizar el tratamiento para cada paciente. La actividad de las células cerebrales puede controlarse por elementos de detección eléctrica o química (elementos de detección de actividad) en contacto con estructuras cerebrales para detectar los modelos de calentamiento neuronal anormal.

De forma similar, de acuerdo con la invención, la colocación de los electrodos para dirigir el tratamiento a los focos de ataque puede ser específica para el paciente. Los registros EEG indican que algunos ataques empiezan en la superficie cortical, mientras que otros se originan en zonas profundas dentro de estructuras cerebrales internas, tales como el hipocampo, la amígdala y el tálamo. Aunque pueden producirse ataques como un fenómeno puramente subcortical, la mayoría de los epileptólogos creen que en los ataques está implicada la corteza, pero pueden inducirse por circuitos tálamo-corticales o pueden implicar de forma secundaria estos circuitos. De esta manera, tanto la estimulación cortical como la estimulación subcortical podrían anular o controlar los ataques, pero tendrían que estimularse diferentes sitios en diferentes pacientes para ser eficaces. Además de las estructuras cerebrales mencionadas anteriormente, se ha descubierto que otras regiones subcorticales tales como el área tempesta y el núcleo caudado son áreas importantes para el inicio o la propagación de ataques en algunas situaciones y, de esta manera, pueden ser áreas diana para la intervención terapéutica.

El método también proporciona la colocación de un catéter o un tubo similar en el cerebro para el suministro directo de fármacos en el foco de un ataque o en una estructura cerebral que modula la actividad de un ataque. Cuando se combina con la hipotermia controlada, la infusión directa de fármacos en el cerebro puede reducir o prevenir la aparición de ataques. Los ejemplos de medicaciones útiles en la invención incluyen agentes terapéuticos tales como hidantoínas, desoxibarbituratos, benzodiacepinas, agonistas del receptor de glutamato, antagonistas del receptor de glutamato, agonistas del receptor de ácido \gamma-aminobutírico, antagonistas del receptor de ácido \gamma-aminobutírico, agonistas del receptor de dopamina, antagonistas del receptor de dopamina y anestésicos.

Los modelos animales agudos y crónicos de epilepsia, tales como el modelo kindling y el modelo de cobalto/estrógenos/penicilina, sugieren que la hipotermia combinada con la estimulación cerebral y/o la infusión directa de fármacos neurales controlará satisfactoriamente los trastornos cerebrales en los seres humanos.

El método permite el control de trastornos cerebrales tales como el dolor intratable, trastornos psiquiátricos y trastornos del movimiento. Ciertas enfermedades incluyendo la distonía o temblores, enfermedad maníaco-depresiva, ataques de pánico y psicosis se caracterizan por una actividad neuronal aberrante, que puede aliviarse por una hipotermia controlada.

Otro aspecto del método es el control de la hinchazón e inflamación del sistema nervioso central. A este respecto, el dispositivo de transferencia de calor implantable se comporta esencialmente como una "compresa" fría interna controlada. La terapia del frío es bien conocida para el tratamiento de la hinchazón y la invención proporciona un medio finamente regulado para conseguir la terapia del frío. Por ejemplo, la hinchazón del cerebro o del tejido espinal debido a un traumatismo, hemorragia, encefalitis o mielitis localizada, lesiones de masa tales como tumores, quistes y abscesos pueden reducirse o eliminarse enfriando el tejido afectado de acuerdo con la invención. De forma similar, las migrañas intratables pueden controlarse por hipotermia de acuerdo con la invención.

El método para controlar la hinchazón y/o inflamación del cerebro o tejido espinal por medio de refrigeración controlada se realizaría esencialmente como se describe en relación con la refrigeración cerebral para regular ataques. En resumen, el método comprendería cortar quirúrgicamente una abertura de transferencia de calor en el cráneo o en la columna vertebral de un paciente, exponiendo de esta manera una porción predeterminada del cerebro o la médula espinal del paciente. Una bomba térmica con uno o más elementos de detección de actividad celular y uno o más elementos de detección de la temperatura se implantaría quirúrgicamente en dicha abertura de transferencia de calor. La unidad de tratamiento por transferencia de calor se uniría de tal forma que un microcontrolador de la unidad de tratamiento por transferencia de calor estuviera conectado a uno o más elementos de detección eléctrica y uno o más elementos de detección de la temperatura en contacto con el tejido del cerebro o de la médula espinal. La unidad de tratamiento por transferencia de calor estaría conectada a dicha bomba térmica a través de un haz de cables. En respuesta a las señales procedentes de uno o más elementos de detección, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinarían una actividad anormal del cerebro o de la médula espinal, y harían que la bomba térmica transfiriera calor desde el cerebro o la médula espinal hasta un disipador térmico, consiguiéndose de esta manera la refrigeración.

El método se considera un medio para controlar la hinchazón, la inflamación o el dolor localizado en órganos no pertenecientes al sistema nervioso central. La refrigeración dirigida regional o localmente a órganos torácicos y abdominales, incluyendo el hígado y el intestino, así como al músculo esquelético, puede controlar el dolor, la hinchazón o la inflamación asociados con estos órganos. Para este fin, puede implantarse quirúrgicamente una bomba térmica y una unidad de tratamiento por transferencia de calor, por ejemplo, en el abdomen de un paciente, utilizando esencialmente la misma metodología descrita en este documento para la hipotermia cerebral dirigida. En resumen, el procedimiento se iniciaría cortando una incisión en la musculatura de un paciente, la fascia y los revestimientos de la cavidad corporal y la piel, exponiendo de esta manera una porción predeterminada de dicho órgano. Posteriormente, se implantaría quirúrgicamente a través de esta incisión una bomba térmica con uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura. Se uniría una unidad de tratamiento por transferencia de calor de tal forma que un microcontrolador de la unidad de tratamiento por transferencia de calor estuviera conectado a uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura en contacto con el tejido del órgano. Un haz de cables conectaría la unidad de tratamiento por transferencia de calor a dicha bomba térmica. En respuesta a las señales procedentes de uno o más elementos de detección de la actividad o de la temperatura, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor detectarían una actividad anormal en ciertas células del órgano. Tal actividad anormal haría que el microcontrolador en la unidad de tratamiento por transferencia de calor dirigiera a la bomba térmica para que ésta iniciara la refrigeración para anular, por ejemplo, la actividad nociceptora asociada con la hinchazón, la inflamación y el
dolor.

El método también prevé el calentamiento controlable de un cerebro hipotérmico. El calentamiento puede realizarse por transferencia de calor al tejido cerebral usando un aparato de transferencia de calor y detección implantado quirúrgicamente esencialmente como se ha descrito anteriormente en este documento para la refrigeración cerebral. Puede detectarse un calentamiento anormalmente bajo de las células cerebrales y puede controlarse por medio de unidades de detección eléctrica implantadas en el cerebro hipotérmico. La unidad de tratamiento por transferencia de calor se implanta quirúrgicamente en la cavidad corporal de un paciente. En respuesta a las señales de uno o más elementos de detección eléctrica, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinarían una actividad cerebral anormal, haciendo que la bomba térmica transfiriera calor al tejido cerebral desde una fuente de calor, calentándose de esta manera el cerebro del paciente. La ventaja de este método sería permitir un calentamiento controlable basado en el nivel de actividad cerebral, y evitaría el sobrecalentamiento o el calentamiento demasiado rápido de un cerebro hipotérmico. Tales tratamientos podrían usarse en situaciones de hipotermia ambiental o quirúrgica.

Haciendo referencia a las figs. 1-3, en las que los números representan partes iguales, en la fig. 1 la bomba térmica (1) se muestra colocada en una HTA cortada quirúrgicamente en el cráneo de un paciente. La bomba térmica tiene elementos (4) y (18) de detección para detectar una actividad cerebral anormal y la temperatura de la superficie del cerebro, respectivamente. La relación entre estos componentes se detalla en la fig. 2. Además, unos elementos (3) detectores de actividad que reposan en la superficie del cerebro controlan la actividad cerebral de fondo. Las señales generadas por el elemento (3) de detección de actividad se usan por el microcontrolador (22) (mostrado en la fig. 3) en la HTMU (8) para determinar cuando puede ser necesaria la refrigeración, y posiblemente el calentamiento, para el control de los ataques. Pueden estar presentes uno o más elementos (3, 4, 18) de detección, dependiendo de las necesidades del paciente individual. Los elementos (3a, 4a, 18a) de detección pueden extenderse a regiones por debajo de la superficie del cerebro, cuando esto es clínicamente ventajoso. De esta manera, la transferencia de calor también puede controlarse por la temperatura del cerebro detectada por detectores implantados dentro del cerebro. La bomba térmica (1) tiene cables (2) que conectan con un haz de cables (7) que, a su vez, conectan con el HTMU (8). Los cables (5, 6, 19) del detector eléctrico y de la temperatura entran en haz de cables (7) que a su vez conecta con la HTMT (8). La HTMU (8) puede implantarse en el abdomen del paciente, en una cavidad subcutánea o en una cavidad subclavicular.

La refrigeración neural se consigue usando la bomba térmica (1) para extraer calor del cerebro e introducirlo en el disipador térmico (9). El disipador térmico (9) comprende un saco de un compuesto de alta conductividad térmica, tal como una pasta de óxido de silicio. El saco del disipador térmico comprende un material flexible biológicamente inerte y fino que permite un flujo de calor substancial. El disipador térmico (9) cubre un área mayor que la HTA, permitiendo de esta manera la disipación térmica desde el cuerpo a través de una gran parte del cuero cabelludo. La gran área en relación con la HTA y la alta conductividad térmica del disipador permite que se disipe más calor desde el cuerpo para un aumento dado de la temperatura producida por la bomba térmica (1) que se produciría de otra manera. Esta configuración, a su vez, mejora la eficacia de la bomba térmica (1).

En la fig. 2 se muestran detalles de la bomba térmica (1). Se ilustra una bomba térmica en estado sólido que usa el efecto Peltier. Se intercalan uniones Peltier, (13, 15, 16) y (16, 14, 13) entre dos placas cerámicas (17, 12) que tienen una alta conductividad térmica. La corriente eléctrica que pasa a través de las uniones (15) superiores calienta estas uniones, mientras que las uniones (14) inferiores cerca de la superficie del cerebro se enfrían. De esta manera, el efecto Peltier bombea calor desde las uniones inferiores a las uniones superiores lejos del cerebro para efectuar la refrigeración. La inversión de la dirección de la corriente hace que el flujo de calor vaya al cerebro. Los conjuntos completos de bombas térmicas de unión de Peltier son bien conocidos y se pueden adquirir fácilmente. La corriente eléctrica para la bomba térmica (1) se suministra a través de los cables (2) que están dirigidos por el haz de cables (7) que, a su vez, conecta con el HTMU (8).

En una realización preferida de esta invención, se añaden detectores (4) de la actividad y un detector (18) de la temperatura a la placa (17) inferior que reposa sobre la superficie del cerebro. Los detectores (4) de actividad tienen cables (6) que conectan los detectores al haz (7) de cables, que a su vez conecta a la HTMU (8). De forma similar, el detector (18) de temperatura tiene un cable (19) que se dirige a haz de cables (7) y posteriormente a la MTMU (8). Los detectores (4) de actividad muestran funciones dobles, ya que pueden proporcionar estimulación eléctrica al cerebro además de detectar la actividad eléctrica cerebral. La estimulación eléctrica se produce junto con el bombeo de calor para controlar los ataques. El detector (18) de la temperatura tiene dos funciones. En primer lugar, el detector (18) de la temperatura puede desencadenar el bombeo de calor para prevenir un ataque si la temperatura cerebral indica que es inminente un ataque. En segundo lugar, el detector (18) de la temperatura regula la cantidad de bombeo de calor conseguido para prevenir el daño en el tejido. Aunque la refrigeración cerebral generalmente es neuroprotectora, una refrigeración excesiva puede dañar al tejido.

Los detalles de la HTMU (8) se muestran en la fig. 3. Los cables (5, 6, 19) de señal de detector se aplican a amplificadores (20), y después se conectan con un convertidor (21) analógico a digital. Entonces, el microcontrolador (22) analiza las representaciones digitales de las señales del detector. Cuando parece inminente un ataque, el microcontrolador (22) hace funcionar un conmutador en estado sólido (SSW) (24) para suministrar energía a la bomba térmica (1), impidiendo de esta manera que se produzca el ataque. El microcontrolador (22) usa una forma de onda (26) de espacio de marca variable para hacer funcionar el SSW. Esta configuración permite aplicar niveles variables de energía a la bomba térmica mientras que al mismo tiempo se reduce la energía gastada en el elemento regulador SSW
(24).

La fuente de energía (25) está contenida en la HTMU (8) y puede comprender una batería primaria o una célula recargable. Puede proporcionarse energía adicional por medio de una bobina subcutánea o bucle de inducción (10), conectado por el cable (11) a un receptor (23) de bucle que está situado en la HTMU (8). El receptor (23) de bucle sirve para dirigir energía adicional desde el bucle de inducción, y gobierna y configura los cambios para el microcontrolador (22). La energía adicional y/o instrucciones y cambios de configuración proceden de una unidad externa que transmitiría por inducción magnética. Los datos también pueden transmitirse desde el dispositivo implantado a la unidad externa de una manera similar.

Los ataques pueden controlarse por estimulación eléctrica, por infusión de fármacos o por ambas acciones combinadas con bombeo térmico. La estimulación eléctrica o la infusión de un agente terapéutico puede dirigirse a cualquier área cerebral asociada con ataques, incluyendo el neocórtex, el hipocampo, la amígdala, el tálamo, el hipotálamo, el núcleo caudado u otros núcleos de los ganglios basales, cerebelo y tallo cerebral. De acuerdo con la invención, para este fin se proporciona un conmutador (27) de estimulación. El conmutador (27) se activa por el microcontrolador (22), que envía un impulso de corriente a través del cable (6) al electrodo (4) de detección de actividad. Se podrían suministrar medicaciones al cerebro a través de un catéter implantado o tubo similar de la misma manera. Por consiguiente, el conmutador (27) se activa por el microcontrolador (22) y, a su vez, inicia el suministro de una cantidad de medicación a través del tubo sobre o al interior del cerebro (28) (mostrado en la fig. 1). Un depósito recargable situado en la superficie de la cabeza permite la recarga de la medicación, de una manera análoga a las funciones de ciertos tipos de shunts. El conmutador (27) podría ser un solo conmutador para múltiples fines o puede constar de varios conmutadores, uno para cada objetivo de inicio de la estimulación eléctrica y de inicio del suministro de
medicación.

La invención se ilustra adicionalmente por medio del siguiente ejemplo no limitante.

Ejemplo

Los efectos de la refrigeración del tejido neural sobre el desarrollo de un ataque se investigaron usando un modelo de epilepsia en rata knockout EAAC1. Se infundió continuamente ADN antisentido EACC1 en el ventrículo izquierdo de un animal de ensayo durante 10 días usando una bomba localizada en el lomo del animal. De esta manera, se consigue una toxicidad por glutamato difundido en el cerebro de la rata knockout. La actividad del glutamato difundido produjo ataques, manifestados por una interrupción de actividad, mirada fija y modelos de EEG epileptiformes rítmicos 2-3/segundo, indicativos de actividad de ataque. Posteriormente, el animal de ensayo se anestesió y se adhirió una unidad de refrigeración a la cabeza de la rata. Debido a la delgadez del cráneo de la rata, la refrigeración del cerebro se consiguió a través del cráneo intacto de la rata. Se realizaron gráficos de EEG a la temperatura inicial (28,8ºC) y a una temperatura hipotérmica (25,2ºC) de la rata consciente. Se observó una reducción general de la actividad del ataque después de la refrigeración, marcada por el retorno del comportamiento exploratorio normal y los gráficos de EEG normales.

Aunque la invención se ha descrito con detalle y haciendo referencia a realizaciones específicas de la misma, será evidente para los especialistas habituales en la técnica que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

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Claims

1. Aparato implantable para realizar la transferencia de calor desde el tejido cerebral que comprende: una bomba térmica (1) que tiene uno o más elementos de detección de actividad (3, 4) y uno o más elementos de detección de la temperatura (18) adaptados para estar en contacto con una porción predeterminada de cerebro; una unidad de tratamiento por transferencia de calor (8) que tiene un microcontrolador (22) conectado a dicho uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura, y un haz de cables (7) que conecta la unidad de tratamiento por transferencia de calor a la bomba térmica (1); con lo que en respuesta a las señales procedentes de uno o más elementos de detección de actividad, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinan una actividad cerebral anormal, haciendo que la bomba térmica retire calor del tejido cerebral y lo introduzca en un disipador térmico (9), donde dicha bomba térmica usa uniones Peltier para conseguir la transferencia de calor.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, donde la transferencia de calor se controla por la temperatura cerebral como se detecta por uno o más elementos de detección de la temperatura, previniendo de esta manera la transferencia de calor excesiva hacia el interior o hacia el exterior del cerebro.

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, donde el control de la transferencia de calor puede iniciarse por un agente a través de un bucle de inducción que envía señales al módulo de tratamiento por transferencia de calor.

4. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde dicho disipador térmico comprende pasta de óxido de silicio contenida en un saco fino de material biológicamente inerte.

5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la energía para hacer funcionar la bomba térmica puede proporcionarse por al menos un miembro seleccionado entre el grupo compuesto por baterías, células recargables, un bovina y un bucle de inducción.

6. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, adaptado para detectar la actividad anormal de células cerebrales característica de la epilepsia, el dolor intratable, trastornos psiquiátricos y trastornos del movimiento.

7. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende detectores de actividad adaptados para analizar la actividad cerebral existente a través de un algoritmo para predecir una actividad cerebral anormal futura.

8. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende un medio para estimular eléctricamente el tejido cerebral.

9. Aparato capaz de calentar de manera controlable el tejido cerebral hipotérmico por transferencia de calor que comprende: una bomba térmica (1) que tiene uno o más elementos de detección de actividad (3, 4) y uno o más elementos de detección de la temperatura (18) capaces de contactar con el tejido cerebral; una unidad (8) de tratamiento por transferencia de calor que tiene un microcontrolador (22) conectado a dichos uno o más elementos de detección de actividad y uno o más elementos de detección de la temperatura; y un haz de cables (7) que conecta la unidad de tratamiento por transferencia de calor a dicha bomba térmica; con lo que en respuesta a las señales procedentes de dichos uno o más elementos de detección de actividad, los algoritmos matemáticos de la unidad de tratamiento por transferencia de calor determinan una actividad cerebral anormal, haciendo que la bomba térmica transfiera calor al tejido cerebral desde una fuente de calor, calentándose de esta manera el cerebro, caracterizado porque dicha bomba térmica usa uniones Peltier para conseguir la transferencia de calor, y dicho aparato es implantable.