Valoración del dolor basada en biomarcadores en personas con parálisis cerebral sin comunicación cognitivo-voluntaria
- Autores: Álvaro Sabater Garriz
- Directores de la Tesis: Pedro Montoya Jiménez (dir. tes.), Inmaculada Riquelme Agulló (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Marta Badia Corbella (presid.), María de la Paz Martínez Bueso (secret.), Samar M Hatem (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Neurociencias por la Universidad de las Illes Balears
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
Introducción: El dolor es un problema significativo para las personas con parálisis cerebral (PC), pero a menudo subestimado, especialmente en aquellos que no pueden comunicar su malestar. Objetivo: Esta tesis doctoral busca identificar biomarcadores del dolor que puedan contribuir al desarrollo de un método de evaluación del dolor estandarizado, fiable y no invasivo para personas con PC y trastornos de la comunicación. Método: Primero, se realizó un estudio preliminar sobre el impacto del dolor para 59 fanilias de personas con PC. El primer estudio consistió en una revisión sistemática con metaanálisis para evaluar los métodos existentes de evaluación del dolor en personas con trastornos de comunicación. El segundo estudio investigó cambios en biomarcadores salivales antes y después de procedimientos dolorosos en 30 personas con PC y 30 controles sanos. El tercero, analizó la actividad cerebral mediante electroencefalografía ante estímulos dolorosos de 20 personas con PC y 20 controles sanos. El cuarto utilizó un modelo animal para identificar áreas cerebrales selectivamente activadas por el dolor. Un quinto estudio exploró la relación entre el dolor crónico, los ritmos circadianos, la calidad del sueño y la secreción de melatonina de una muestra de 39 personas con PC y 30 controles. Por último, se desarrolló un sistema automatizado de reconocimiento facial basado en inteligencia artificial para evaluar el dolor en adultos con PC. Resultados: Las escalas observacionales se utilizan comúnmente para diagnosticar el dolor en personas con PC que no pueden comunicar su malestar, pero pueden carecer de especificidad y sensibilidad. Los niveles salivales del Factor de Necrosis Tumoral-alfa mostraron un aumento significativo después de estímulos dolorosos y tendieron a correlacionarse con las valoraciones observacionales; sin embargo, otros metabolitos relacionados con el estrés se mantuvieron estables. Además, las personas con PC mostraron patrones distintivos de actividad cerebral en respuesta a estímulos dolorosos, caracterizados por un aumento en la densidad de potencia de las ondas theta, alfa y beta en el córtex somatosensorial y frontal durante el estiramiento doloroso; aquellos individuos con umbrales de dolor más bajos exhibieron una mayor densidad de potencia de las ondas alfa. El cuarto estudio demostró diferencias significativas en la activación neuronal de los núcleos parabraquiales, posterolaterales del tálamo y la sustancia negra, en el ratón modelo de dolor. El dolor crónico, la cronodisrupción, alteraciones en la secreción de melatonina y calidad del sueño se identificaron como problemas interdependientes en las personas con PC. Finalmente, el sistema de inteligencia artificial demostró una precisión del 62.67% en la identificación del dolor en adultos con PC, en comparación con las evaluaciones realizadas por dos fisioterapeutas independientes y altamente experimentados. Conclusiones: Dadas las limitaciones inherentes de las escalas observacionales del dolor, esta tesis propone varios posibles biomarcadores del dolor para personas con PC y alteraciones de la comunicación. A este respecto, los resultados de mediciones en saliva del Factor de Necrosis Tumoral-alfa así como de patrones de las ondas theta, alfa y beta de EEG han mostrado potencial para mejorar la fiabilidad de su diagnóstico. Del mismo modo, futuros métodos de monitorizaje de la actividad de los núcleos parabraquiales, posterolaterales del tálamo y la sustancia negra podrían señalar selectivamente la presencia de dolor agudo. Proponemos también la incorporación del estudio de la cronodisrupción, mediciones de los niveles de melatonina y de la calidad del sueño como coadyuvantes útiles para identificar la presencia de dolor crónico. Además, el desarrollo de un modelo automatizado de "Deep learning" para la detección del dolor mediante el reconocimiento de expresiones faciales ofrece el potencial de crear sistemas fiables de evaluación del dolor para este colectivo vulnerable. En síntesis, esta investigación integral subraya la importancia de un enfoque multidimensional para la evaluación del dolor en personas con PC y trastornos de comunicación. No solo profundiza nuestra comprensión del dolor en esta población, sino que también ofrece soluciones prácticas que pueden contribuir a mejorar su diagnóstico y, por lo tanto, su tratamiento.
- English
Introduction: Pain is a significant issue for individuals with cerebral palsy (CP), but it is often underestimated, especially in those who cannot communicate their discomfort. Objective: This doctoral thesis aims to identify pain biomarkers that can contribute to the development of a standardized, reliable, and non-invasive pain assessment method for people with CP and communication disorders. Method: First, a preliminary study was conducted on the impact of pain for 59 families of individuals with CP. The first study consisted of a systematic review with meta-analysis to assess the existing methods of pain assessment in individuals with communication disorders. The second study investigated changes in salivary biomarkers before and after painful procedures in 30 individuals with CP and 30 healthy controls. The third one analyzed brain activity using electroencephalography in response to painful stimuli in 20 people with CP and 20 healthy controls. The fourth used an animal model to identify brain areas selectively activated by pain. A fifth study explored the relationship between chronic pain, circadian rhythms, sleep quality, and melatonin secretion in a sample of 39 individuals with CP and 30 controls. Finally, an automated facial recognition system based on artificial intelligence was developed to assess pain in adults with CP. Results: Observational scales are commonly used to diagnose pain in individuals with CP who cannot communicate their distress, but they may lack specificity and sensitivity. Salivary levels of Tumor Necrosis Factor-alpha showed a significant increase after painful stimuli and tended to correlate with observational assessments; however, other stress-related metabolites remained stable. In addition, individuals with CP exhibited distinctive patterns of brain activity in response to painful stimuli, characterized by an increase in power density of theta, alpha, and beta waves in the somatosensory and frontal cortex during painful stretching; moreover, those with lower pain thresholds showed higher alpha wave power density. Chronic pain, chronodisruption, alterations in melatonin secretion, and sleep quality were identified as interrelated issues in individuals with CP. The fifth study demonstrated significant differences in neuronal activation in the parabrachial nuclei, posterolateral thalamus, and substantia nigra in the mouse model of pain. Finally, the artificial intelligence system showed an accuracy of 62.67% in identifying pain in adults with CP, compared to assessments by two independent and highly experienced physiotherapists. Conclusions: Given the inherent limitations of observational pain scales, this thesis proposes several potential pain biomarkers for individuals with CP and communication disorders. In this regard, the results of salivary measurements of Tumor Necrosis Factor-alpha as well as patterns of theta, alpha, and beta waves have shown potential biomarkers to improve the reliability of pain diagnosis. Similarly, future monitoring methods of parabrachial nuclei, posterolateral thalamus, and substantia nigra activity could selectively indicate the presence of acute pain. We also propose the inclusion of chronodisruption, melatonin level measurements, and sleep quality as useful adjuncts for identifying chronic pain. Furthermore, the development of an automated "Deep learning" model for pain detection through facial expression recognition offers the potential to create reliable pain assessment systems for this vulnerable population. In summary, this comprehensive research underscores the importance of a multidimensional approach to pain assessment in individuals with CP and communication disorders. It not only deepens our understanding of pain in this population but also offers practical solutions that can contribute to improving its diagnosis and, therefore, its treatment.
- català
ntroducció: El dolor és un problema significatiu per a les persones amb paràlisi cerebral (PC), però sovint subestimat, especialment en aquells que no poden comunicar el seu malestar. Objectiu: Aquesta tesi doctoral busca identificar biomarcadors del dolor que puguin contribuir al desenvolupament d'un mètode d'avaluació del dolor estandarditzat, fiable i no invasiu per a les persones amb PC i trastorns de la comunicació. Mètode: Primer, es va realitzar un estudi preliminar sobre l'impacte del dolor per a 59 famílies de persones amb PC (Paràlisi Cerebral). L'estudi inicial va consistir en una revisió sistemàtica amb metaanàlisi per avaluar els mètodes existents d'avaluació del dolor en persones amb trastorns de comunicació. El segon estudi va investigar canvis en biomarcadors salivals abans i després de procediments dolorosos en 30 persones amb PC i 30 controls sans. El tercer, va analitzar l'activitat cerebral mitjançant electroencefalografia davant estímuls dolorosos de 20 persones amb PC i 20 controls sans. El quart va utilitzar un model animal per identificar àrees cerebrals selectivament activades pel dolor. Un cinquè estudi va explorar la relació entre el dolor crònic, els ritmes circadiaris, la qualitat del son i la secreció de melatonina d'una mostra de 39 persones amb PC i 30 controls. Finalment, es va desenvolupar un sistema automatitzat de reconeixement facial basat en intel·ligència artificial per avaluar el dolor en adults amb PC. Resultats: Les escales observacionals s'utilitzen comúment per diagnosticar el dolor en persones amb PC que no poden comunicarse, manquen d'especificitat i sensibilitat. Els nivells salivals del Factor de Necrosi Tumoral-alfa van mostrar un augment significatiu després d'estímuls dolorosos i tendien a correlacionar-se amb les avaluacions observacionals; no obstant això, altres metabòlits relacionats amb l'estrès es van mantenir estables. A més, les persones amb PC van mostrar patrons distintius d'activitat cerebral en resposta a estímuls dolorosos, caracteritzats per un augment en la densitat de potència de les ones teta, alfa i beta al còrtex somatosensorial i frontal durant l'estirament dolorós; a més, aquells individus amb llindars de dolor més baixos van exhibir una major densitat de potència de les ones alfa. El dolor crònic, la cronodisrupció, alteracions en la secreció de melatonina i la qualitat del son es van identificar com a problemes interdependents en les persones amb PC. El cinquè estudi va demostrar diferències significatives en l'activació neuronal dels nuclis parabraquials, posterolaterals del tàlem i la substància negra, en el model de ratolí de dolor. Finalment, el sistema d'intel·ligència artificial va demostrar una precisió del 62,67% en la identificació del dolor en adults amb PC, en comparació amb les avaluacions realitzades per dos fisioterapeutes independents i altament experimentats. Conclusions: Donades les limitacions intrínseques de les escales observacionals del dolor, aquesta tesi proposa diversos possibles biomarcadors del dolor per a les persones amb PC i alteracions de la comunicació. A aquest efecte, els resultats de les mesures en saliva del Factor de Necrosi Tumoral-alfa així com els patrons de les ones teta, alfa i beta han mostrat potencials biomarcadors per millorar la fiabilitat del seu diagnòstic. Del mateix mode, futurs mètodes de monitorització de l'activitat dels nuclis parabraquials, posterolaterals del tàlem i la substància negra podrien assenyalar selectivament la presència de dolor agut. Proposem també la incorporació de l'estudi de la cronodisrupció, mesures dels nivells de melatonina i de la qualitat del son com a coadyuvants útils per identificar la presència de dolor crònic. A més, el desenvolupament d'un model automatitzat de "Deep learning" per a la detecció del dolor mitjançant el reconeixement d'expressions facials ofereix el potencial de crear sistemes fiables d'avaluació del dolor per a aquest col·lectiu vulnerable. En síntesi, aquesta recerca integral subratlla la importància d'un enfocament multidimensional per a l'avaluació del dolor en persones amb PC i trastorns de la comunicació. No només aprofundeix la nostra comprensió del dolor en aquesta població, sinó que també ofereix solucions pràctiques que poden contribuir a millorar el seu diagnòstic i, per tant, el seu tractament.
- español
