2023年10月16日是第20個“世界鎮(zhèn)痛日”,16日-22日為中國鎮(zhèn)痛周,本次活動主題為:提高疼痛的綜合療護能力(Integrative Pain Care)。
脊髓電刺激(SCS)用于治療慢性疼痛已有超過50多年的歷史,現(xiàn)已廣泛應用于多種神經(jīng)病理性疼痛的治療,其療效已經(jīng)得到國內(nèi)外醫(yī)師認可。目前認為,對常規(guī)治療無效的慢性疼痛病人,在充分考慮適應證和禁忌證的前提下,越早植入SCS,病人獲益越大。
本文將簡述SCS的歷史起源、當前技術進展和未來發(fā)展方向。
脊髓電刺激(SCS)的歷史和起源
從公元46年起,電就被用于治療慢性疼痛。羅馬內(nèi)科醫(yī)生斯克里博尼烏斯·拉格斯記載了用電鰩產(chǎn)生的電來治療痛風和頭痛。在19世紀末到20世紀初,發(fā)展出現(xiàn)代經(jīng)皮神經(jīng)電刺激裝置的原型。1965年,羅納德·門扎克(Ronald Melzack)和帕特里克·大衛(wèi)·沃爾(Patrick David Wall)發(fā)表了他們的開創(chuàng)性著作《疼痛的閘門控制理論》。他們認為激活大的有髓鞘的A-β纖維可以抑制負責疼痛傳導小的有髓鞘的A-δ纖維和無髓鞘的C纖維,該理論成為傳統(tǒng)SCS的理論基礎。
在閘門理論發(fā)表兩年后,帕特里克·沃爾和神經(jīng)外科醫(yī)生威廉·斯威特發(fā)表了一個病例報告,其中8名神經(jīng)性疼痛患者,采用類似于經(jīng)皮神經(jīng)電刺激器的電脈沖設備或通過皮下植入類似于電極的外周神經(jīng)刺激器,進行電脈沖治療。不久之后,Norman Shealy發(fā)表了一個病例報告,他采用被稱為“背柱刺激”的裝置治療與支氣管癌相關的頑固性疼痛。雖然該患者在手術后不久就因感染去世,但患者在去世前表示疼痛明顯減輕。
隨后,脊髓刺激治療慢性神經(jīng)性疼痛的臨床應用呈現(xiàn)出指數(shù)級增長,每年大約有35000個永久植入,估計每年的市場規(guī)模為20億美元。
美國獲批的適應癥
FDA批準的SCS系統(tǒng)適應癥包括慢性頑固性腰痛和軀干、四肢疼痛,包括與FBSS相關的單側或雙側疼痛、沒有接受過脊柱手術難治性腰痛和下肢疼痛、CRPS I型和II型、糖尿病神經(jīng)病變和頑固性慢性神經(jīng)性疼痛(病因包括手術后、截肢后、退行性疾病和血管疾病等相關的疼痛)。
其他國家獲批的適應癥
在歐洲,難治性心絞痛和周圍血管疾病相關的疼痛被批準為SCS的適應癥。在一項大型隨機對照試驗中,將SCS與冠狀動脈搭橋手術用于治療難治性心絞痛進行了比較。兩組患者的癥狀緩解程度相當。
使用SCS治療嚴重肢體缺血相關的疼痛具有良好的臨床效果?;仡櫺院颓罢靶躁犃醒芯勘砻?,當SCS與常規(guī)藥物治療聯(lián)合使用時,疼痛緩解和傷口愈合優(yōu)于單獨藥物治療,隨后的RCT研究也進一步證實了SCS的療效。
患者選擇和療效的預測因素
患者的選擇是SCS長期預后的關鍵?;颊邞且陨窠?jīng)病理性疼痛為主,且適當?shù)谋J刂委?通常是藥物、注射和物理治療)失敗。需要對未治療或治療不足的精神疾病和物質濫用的患者進行心理評估,因為多達65%的慢性疼痛障礙患者存在抑郁、焦慮、物質濫用或創(chuàng)傷后應激障礙。研究數(shù)據(jù)表明,物質濫用、未經(jīng)治療的抑郁癥與SCS不良結果相關。
一期測試手術是有必要的,以幫助臨床醫(yī)生確定是否需要永久植入。一般認為疼痛評分下降超過50%,則表明測試成功。然而,由于嘗試不同波形刺激的時間有限,有時很難很好地了解試驗是否成功,尤其是在無感覺異常刺激模式下。因此,鎮(zhèn)痛藥的減少、睡眠質量的改善和功能的增強等因素也是重要的考慮因素。
手術禁忌癥包括出血、未受控制的糖尿病(HbA1C > 10)、持續(xù)吸煙或飲酒、感染和認知障礙。術前充分溝通以及患者期望值的設定至關重要,完全擺脫疼痛是不太可能的,SCS主要用于緩解疼痛和改善功能。
SCS技術的進步
①背根神經(jīng)節(jié)電刺激
背根神經(jīng)節(jié) (dorsal root ganglion, DRG) 是感覺傳導的初級神經(jīng)元,在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展以及感覺異常的產(chǎn)生中起到關鍵作用。背根神經(jīng)節(jié)電刺激在國外已有超過 10 年的臨床應用,隨著國產(chǎn)背根神經(jīng)節(jié)刺激系統(tǒng)的獲批上市,受到了國內(nèi)臨床專家的廣泛關注,相信將有更多的患者從中獲益。
由于DRG周圍解剖位置的局限性,放置在其中的電極不易移位,可以保證電流覆蓋區(qū)域和電刺激強度的穩(wěn)定性。SCS優(yōu)先刺激Aβ纖維,而背根神經(jīng)節(jié)電刺激可同時刺激Aβ纖維、Aδ 纖維和C纖維。此外,包裹背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的腦脊液在局部形成一個薄凹槽,使得電流分散減少,限制了刺激信號向周圍組織傳遞,可以給疼痛部位帶來精準、穩(wěn)定的麻刺感,減少了非疼痛區(qū)域的異感。此時較小的電流便可帶來較好的鎮(zhèn)痛效果,節(jié)約了電池的電量。最后,背根神經(jīng)節(jié)電刺激能夠在腰背部和足部等形成穩(wěn)定的電流覆蓋,這是SCS難以達到的。
FDA在2016年2月批準使用背根神經(jīng)節(jié)電刺激,但適應證僅限于復雜性區(qū)域疼痛綜合征和周圍性灼痛等慢性神經(jīng)病理性疼痛。因植入T10以上的安全性和有效性尚未評估,故植入的解剖區(qū)域也僅限于T10以下,包括腰椎和骶椎。但在歐洲,批準使用背根神經(jīng)節(jié)電刺激無任何解剖學限制,適應證包括各種原因引起的慢性神經(jīng)病理性疼痛。
近年來背根神經(jīng)節(jié)電刺激已應用于多種疾病的治療中,包括復雜性區(qū)域疼痛綜合征、糖尿病周圍神經(jīng)病變、腹股溝區(qū)疼痛、術后疼痛、殘肢痛和幻肢痛、帶狀皰疹后神經(jīng)痛等。相關研究表明背根神經(jīng)節(jié)電刺激術感染風險較低,安全性較高。
②新的刺激波形
傳統(tǒng)的SCS療法采用低頻(
一項大型多中心隨機對照試驗表明,與傳統(tǒng)SCS相比,10kHz SCS治療慢性背痛和腿痛具有長期優(yōu)勢,有效率為76% vs 50%。另外在糖尿病痛性神經(jīng)病變方面,10kHz SCS表現(xiàn)出更好的療效。24個月的隨訪表明,10kHz SCS聯(lián)合藥物治療疼痛評分平均下降79.9%,90.1%的患者疼痛評分下降超過50%。針對10kHz SCS和傳統(tǒng)SCS隨機對照試驗的系統(tǒng)性綜述表明,10kHz SCS的平均疼痛緩解率為73.7%,傳統(tǒng)SCS的平均疼痛緩解率為47.5% (p
由于發(fā)現(xiàn)慢性神經(jīng)性疼痛路徑在解剖、病理生理學和臨床方面與持續(xù)性耳鳴綜合征有相似之處,因此展開了對脊髓進行了爆發(fā)式SCS刺激療法的試驗。De Ridder教授首次報道了爆發(fā)式SCS(Burst SCS),其波形主體為40 Hz的簇脈沖,每個簇脈沖由5個500 Hz的尖波脈沖構成,相較于傳統(tǒng)低頻 SCS,較少引起異常感覺。其機制與僅調(diào)節(jié)外側痛覺系統(tǒng)的低頻刺激不同,Burst刺激同時調(diào)節(jié)內(nèi)側和外側痛覺系統(tǒng),調(diào)控疼痛情緒傳導通路,有助于患者轉移對疼痛的注意力,達到更好的鎮(zhèn)痛效果。在SCS測試階段,患者先采用傳統(tǒng)SCS模式以感覺異常覆蓋的疼痛區(qū)域。隨后采用Burst模式,調(diào)整幅度以找到感覺異常閾值。然后幅度降低到感覺異常閾值的80%,并進一步調(diào)整以提高患者的舒適度。SUNBURST研究比較了Burst和傳統(tǒng)SCS,盡管兩者疼痛緩解程度相似,但患者更傾向于Burst刺激。
差分目標多路復用(DTM)使用多種電信號來調(diào)節(jié)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞。DTM刺激的頻率、脈沖寬度、電荷平衡和振幅各不相同。在腰腿痛患者中,DTM SCS的緩解率為80.1%,而傳統(tǒng)SCS的緩解率為51.2%,且緩解持續(xù)6個月和12個月。
SCS的未來發(fā)展
①閉環(huán)脊髓電刺激
目前已獲批上市的SCS均為開環(huán)系統(tǒng),即以固定的振幅、頻率和脈寬輸出刺激?,F(xiàn)有SCS的體位模式,可感知患者的不同體位并動態(tài)調(diào)整刺激大小,以提高患者的舒適度和療效。一種基于ECAP(誘發(fā)復合動作電位)技術的閉環(huán)SCS系統(tǒng),可以自動監(jiān)測患者機體對刺激的反應,并及時調(diào)整電刺激的強度,滿足不同患者需求,讓患者達到最舒適狀態(tài)。
②SCS新的適應癥
意識障礙
近年來,SCS治療意識障礙得到越來越多的應用。SCS通過手術放置刺激電極在頸髓C2-C4水平硬膜外正中部,電刺激通過上行性網(wǎng)狀結構激活系統(tǒng)及丘腦下部激活系統(tǒng)傳達到大腦皮層。
Kanno等人研究結果顯示,納入隨訪的201例持續(xù)植物狀態(tài)(PVS)患者中有109例(54%)獲得了良好的陽性結果。何江弘教授團隊的研究發(fā)現(xiàn)低頻刺激(如5Hz)或高頻刺激(如70 Hz)都能對慢性DOC患者腦電產(chǎn)生積極改變,其中5Hz和70Hz頻率可作為臨床刺激方案的優(yōu)先選擇。另外何江弘教授團隊回顧性分析了121名因意識障礙科接受SCS治療的DoC患者,研究指出SCS對意識障礙(DoC)改善的總體有效率為31.8%。微意識狀態(tài)(MCS)?組的有效率為64.5%,顯著高于植物狀態(tài)(VS/UWS )組(19.0%)。此外療效隨著年齡的增長而逐漸下降,與性別無關。腦外傷患者?(45.2%)?的效果明顯好于其他的患者。在31例慢性意識障礙(pDOC)患者接受為期2周的短時程脊髓刺激治療后,術后3個月的隨訪發(fā)現(xiàn)CRS-R評分顯著升高,MCS患者從治療中獲益最大。
截癱后康復
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院Grégoire Courtine等人,在硬膜外電刺激(EES)幫助脊髓損傷患者恢復行走能力方面,取得了具有劃時代意義的研究結果。2018年,利用電刺激靶向激活脊髓神經(jīng)元的原理,團隊讓三名長期截癱患者重新獲得了行走的能力。2022年,團隊結合人工智能軟件,個性化的調(diào)控植入在患者軀干和腿部肌肉對應脊髓區(qū)域的電極。使三名完全癱瘓(ASIA A級)的脊髓損傷患者,僅僅在接受治療后的幾個小時,就恢復了獨立運動能力,能夠站立、行走、騎自行車、游泳和控制軀干運動。2023年,團隊將大腦運動皮層的信號通過收集和轉換裝置輸入到EES的刺激程序中,實現(xiàn)了大腦直接控制脊髓的中樞(腰膨大)和下肢的自主運動,使得脊髓損傷患者的行走方式更接近于自然的活動。控制信息輸入到EES的程序中,來達到讓大腦皮層的信息直接轉化到腰髓中樞,產(chǎn)生自主運動,更好的促進脊髓損傷患者自主行走的日常活動。
另外脊髓電刺激在體位性低血壓、步態(tài)障礙等方面也取得了良好的效果,但尚需進一步的臨床研究。
參考文獻
參考文獻:
[1] Ali R, Schwalb JM. History and Future of Spinal Cord Stimulation [published online ahead of print, 2023 Sep 8].?Neurosurgery. 2023;10.1227/neu.0000000000002654.
[2] Chapman KB, Sayed D, Lamer T, et al. Best Practices for Dorsal Root Ganglion Stimulation for Chronic Pain: Guidelines from the American Society of Pain and Neuroscience.?J Pain Res. 2023;16:839-879.
[3] Lorach H, Galvez A, Spagnolo V, et al. Walking naturally after spinal cord injury using a brain-spine interface.?Nature. 2023;618(7963):126-133.