Los investigadores de UCLA decodifican la mecánica muscular detrás de parpadeo

Un parpadeo de un ojo parece natural e instantáneo, pero ¿es así? Sin un párpado funcional, el ojo puede secarse, irritarse y eventualmente perder la capacidad de ver con claridad.

Ahora, un equipo de ingenieros y oftalmólogos biomecánicos de UCLA ha descubierto nuevos detalles sobre el músculo que controla el parpadeo, ofreciendo un camino hacia el desarrollo de prótesis asistidas por un parpadeo. Publicado en el Actas de la Academia Nacional de Cienciasel estudio encontró que la orbicularis Oculi, el músculo que controla el movimiento del párpado, se contrae en patrones complejos que varían según la acción y mueven el párpado en algo más que un simple movimiento de ascenso y baja.

Los investigadores estudiaron cómo este músculo se comporta de manera diferente en diversas acciones, incluidos parpadios espontáneos, cierres rápidos protectores y movimientos cerrados.

“El movimiento del párpado es más complejo y controlado más precisamente por el sistema nervioso de lo que se entendió anteriormente “, dijo el autor correspondiente al estudio Tyler Clites, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería de UCLA Samueli.” Diferentes partes del músculo se activan en secuencias cuidadosamente cronometradas dependiendo de lo que esté haciendo el ojo. Este nivel de control muscular nunca se ha registrado en el párpado humano. Ahora que tenemos esta información en rico detalle, podemos avanzar en el diseño de neuroprotésis que ayudan a restaurar la función natural de los párpados “.

En experimentos con voluntarios, los investigadores analizaron cinco formas diferentes en que se cerran los ojos:

• Parpadeo espontáneo: un parpadeo automático e inconsciente que ocurre regularmente para mantener el ojo lubricado
• Blink voluntario: un parpadeo intencional, como cuando se le pide a alguien que parpadee al mando
• Parpadeo reflexivo: un parpadeo rápido e involuntario desencadenado para proteger el ojo de una colisión
• Cierre suave: un descenso gentil y lento de los párpados, similar al comienzo del sueño
• Un cierre forzado: un apretón deliberado de los párpados bien cerrados

Para registrar la actividad en la orbicular oculi con alta precisión, un cirujano oftálmico insertó pequeños electrodos de alambre en el párpado. Luego, los investigadores utilizaron un sistema de captura de movimiento para rastrear el movimiento del párpado en el movimiento ultraslow. Estas herramientas permitieron al equipo medir diferencias sutiles en el movimiento del párpado, incluida la velocidad, la dirección y la parte del músculo iniciaron la acción.

“Las personas pueden perder la capacidad de parpadear debido a un accidente cerebrovascular, tumor, infección o lesión. La condición es dolorosa a corto plazo y puede dañar los ojos lo suficiente como para causar pérdida de visión”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Daniel Rootman, profesor asociado de oftalmología en la Escuela de Medicina David Geffen en la UCLA en UCLA y director del Centro de Enfermedad de Orbitales de UCLA del Centro de Enfermedad de Orbitales de UCLA. “Sabemos que un pequeño pulso eléctrico puede estimular que el músculo orbicular de Oculi se mueva, pero diseñar uno que funcione bien ha sido difícil de alcanzar. Lo que ahora tenemos es una buena hoja de ruta para dicho dispositivo, incluido dónde exactamente colocar electrodos, cómo hacerlos cronometrarlos y cuán fuertes deberían ser el pulso. Estas pautas podrían ayudar a las pruebas para el desarrollo y las pruebas clínicas de este dispositivo, con el objetivo de alivio real de proporcionar el alivio real para los pacientes.

Con este conocimiento fundamental de la biomecánica de los párpados en la mano, los investigadores ahora pueden trabajar para refinar una neuroprothesis prototipo para ayudar a las personas a parpadear.

“Comprender cómo funciona el párpado es crucial para diseñar un patrón de estimulación preciso para una prótesis, así como para fines de diagnóstico”, dijo el primer autor del estudio Jinyoung Kim, un estudiante doctoral de ingeniería mecánica de UCLA y miembro del grupo de investigación de Clites, el grupo de ingeniería anatómica de UCLA. “Estamos más que entusiasmados de cerrar esta brecha y avanzar para trabajar con pacientes que tienen parálisis facial y ayudar a mejorar sus vidas”.

Otros autores, todos de UCLA, incluyen Ashley Shirriff, Jordan Cornwell y Maria Paula Quintero mutis con plástico oftálmico y cirugía reconstructiva; y Ereni Delis y Sophia Wang, ambos investigadores de pregrado en el Grupo de Clites. Clites también posee citas conjuntas de la facultad en los departamentos de bioingeniería en UCLA Samueli y cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina de Geffen.

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Ojos de los Institutos Nacionales de Salud.