學(xué)術(shù)前沿丨趙虎林：運(yùn)動皮層電刺激（MCS）在神經(jīng)病理性疼痛中的應(yīng)用
來自：學(xué)術(shù)前沿 日期：2023-11-14 10:25fMRI證實(shí)，大腦內(nèi)多個皮質(zhì)結(jié)構(gòu)參與疼痛的調(diào)控，包括前扣帶回皮質(zhì)、丘腦、島葉、額葉皮質(zhì)、前運(yùn)動皮質(zhì)及初級運(yùn)動皮層（M1）。在健康受試者或部分慢性疼痛人群中，一定強(qiáng)度和時長的運(yùn)動鍛煉或針對性的運(yùn)動療法，已被廣泛驗(yàn)證可以有效提高疼痛閾值并改善疼痛癥狀。盡管對于皮層結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)痛覺方面的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，我們還所知甚少，但醫(yī)學(xué)研究人員和臨床專家，在初級運(yùn)動皮層和緩解疼痛方面已經(jīng)取得了可喜的成果，例如運(yùn)動皮層電刺激（MCS）、重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（rTMS）、經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)等。
2022年12月23日，德國海德堡大學(xué)Rohini Kuner團(tuán)隊(duì)發(fā)表于《Science》的研究[1]，首次揭示了初級運(yùn)動皮層在疼痛調(diào)節(jié)中的神經(jīng)環(huán)路和機(jī)制。研究表明，初級運(yùn)動皮層第5層神經(jīng)元投射到未定帶區(qū)和導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)的環(huán)路編碼疼痛的感覺超敏信息，而初級運(yùn)動皮層第6層神經(jīng)元投射到中背側(cè)丘腦、伏隔核的三級神經(jīng)環(huán)路編碼疼痛的負(fù)性情緒信息。激活初級運(yùn)動皮層的第5層神經(jīng)元后可發(fā)揮明顯鎮(zhèn)痛作用，激活第6層神經(jīng)元可調(diào)控疼痛的負(fù)性情緒。該研究的發(fā)現(xiàn)，為神經(jīng)調(diào)控療法控制疼痛的臨床實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ)，并為改進(jìn)這一療法提供了新的見解。
運(yùn)動皮層電刺激（MCS）在神經(jīng)病理性疼痛中的應(yīng)用已有超過30年的歷史。1991年，Tsubokawa等人首次報(bào)道應(yīng)用MCS治療中樞性疼痛12例，取得了較好的療效[2]。Tsubokawa等人嘗試以MCS治療疼痛，主要是基于動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，切斷三叉神經(jīng)后會出現(xiàn)三叉神經(jīng)脊束核尾側(cè)亞核的神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)，刺激運(yùn)動-感覺皮質(zhì)能夠抑制這種興奮性，且刺激運(yùn)動皮質(zhì)比刺激感覺皮質(zhì)所產(chǎn)生的抑制作用更強(qiáng)。同樣，刺激脊髓丘腦束后，丘腦神經(jīng)元的興奮性也會增強(qiáng)，刺激運(yùn)動皮質(zhì)也能使其得到抑制，且比刺激感覺皮質(zhì)的抑制作用更強(qiáng)。2010年，有學(xué)者對2名脊髓電刺激無效后改用MCS治療有效的上肢神經(jīng)病理性疼痛的患者，利用原有已植入的脊髓刺激電極作為記錄電極，發(fā)現(xiàn)MCS電極刺激運(yùn)動皮質(zhì)時，能夠在脊髓記錄到下行的特異性波形[3]。這表明MCS的鎮(zhèn)痛作用不在于直接刺激錐體束，而主要是電刺激在皮質(zhì)下橫行纖維或中間神經(jīng)元傳導(dǎo)而產(chǎn)生的下行抑制。
隨后MCS在多種難治性神經(jīng)病理性疼痛中得到應(yīng)用，包括中風(fēng)后中樞性疼痛、三叉神經(jīng)性疼痛、臂叢神經(jīng)撕脫傷和幻肢疼痛等。通過刺激與患者特定疼痛區(qū)域相對應(yīng)的運(yùn)動皮層區(qū)域來實(shí)現(xiàn)疼痛緩解。其刺激強(qiáng)度低于運(yùn)動動作電位的閾值，可以通過硬膜下刺激和/或硬膜外刺激。
一、MCS的臨床療效
2020年的一項(xiàng)研究指出，目前已有文獻(xiàn)報(bào)道的MCS例數(shù)為700，可以推測還有大量未公開報(bào)道的MCS病例。由于缺乏大型隨機(jī)對照研究，不同的病例研究報(bào)告MCS的療效存在差異。MCS治療中樞性疼痛和三叉神經(jīng)源性疼痛的相關(guān)研究更為常見。
Sindou等人回顧分析了127例MCS手術(shù)[4]，發(fā)現(xiàn)MCS治療的腦卒中后疼痛和三叉神經(jīng)源性疼痛病人中，2/3的卒中后疼痛患者在1年隨訪后獲得了50%的疼痛緩解，三叉神經(jīng)源性疼痛患者的緩解率相似。多數(shù)患者經(jīng)長期隨訪，緩解持續(xù)1-6年(平均2年)。
2021年一項(xiàng)系統(tǒng)回顧108例使用MCS治療面部疼痛的患者[5]，平均隨訪42個月，有效率為71%，面部疼痛的病因包括卒中后疼痛、三叉神經(jīng)痛、特發(fā)性面部疼痛等。
MCS不僅可緩解疼痛，還可能改善患者的運(yùn)動功能。2011年的一項(xiàng)研究中，10名患者在植入MCS后運(yùn)動功能得到改善。主要的益處既不是嚴(yán)格的運(yùn)動改善，也不是痙攣性或高張力性的改善，而是可能通過改善共濟(jì)失調(diào)/本體感覺和/或局灶性肌張力障礙來改善運(yùn)動的靈巧性和速度。
二、MCS療效的預(yù)測因素
對于MCS療效的預(yù)測因素目前尚無定論，但一些研究提供的見解可供臨床參考。
2017年歐洲專家共識指出[6]：皮質(zhì)脊髓束的完整性被認(rèn)為是充分鎮(zhèn)痛的必要條件。運(yùn)動無力的患者疼痛減輕更少(疼痛強(qiáng)度評分降低15%)，而無運(yùn)動障礙或輕度運(yùn)動障礙的患者疼痛減輕明顯更好(疼痛強(qiáng)度評分降低73%)。
Lefaucheur等人[7]對59例在MCS前接受rTMS治療的患者進(jìn)行了一項(xiàng)研究。研究發(fā)現(xiàn)rTMS治療有效的患者中有79%對MCS反應(yīng)良好。這種相關(guān)性已在多項(xiàng)研究中得到證實(shí)，它似乎預(yù)測了MCS的短期和長期療效，直接影響和改善了生活質(zhì)量。然而，在經(jīng)rTMS未見改善的患者中，約有30%的患者通過MCS得到改善，因此該方法的陰性預(yù)測值較低，
Yamamoto等人的研究[8]，發(fā)現(xiàn)對氯胺酮有積極反應(yīng)的患者和對嗎啡有消極反應(yīng)的患者將受益于MCS。
2021年Hamani等人的研究發(fā)現(xiàn)[9]：在沒有開啟刺激的情況下，7名（39%）患者在電極植入后1周即有顯著的鎮(zhèn)痛效果。這7名患者開啟刺激后，術(shù)后6個月隨訪疼痛評分下降達(dá)到62.1%，幾乎所有患者的疼痛評分下降都大于2分。研究者稱該現(xiàn)象為“置入效應(yīng)”，即置入電極但不開啟刺激也能有效的患者，其遠(yuǎn)期有效率幾乎為100%。
三、MCS電極定位和植入方式
MCS刺激電極一般選擇植入在疼痛對側(cè)的運(yùn)動皮質(zhì) ，術(shù)中關(guān)鍵問題是如何準(zhǔn)確定位運(yùn)動皮質(zhì)[10]。一般結(jié)合使用以下幾種常用方法，綜合判斷進(jìn)行定位 ：①立體定向框架定位。②正中神經(jīng)體感誘發(fā)電位N20記錄，在中央溝N20波會發(fā)生位相逆轉(zhuǎn)。③功能MRI定位。④術(shù)中神經(jīng)影像導(dǎo)航。⑤術(shù)中直接電刺激運(yùn)動皮質(zhì)。一般認(rèn)為最后一種方法更準(zhǔn)確且實(shí)用，全麻術(shù)中喚醒，不使用肌松劑，直接電刺激皮質(zhì)，誘發(fā)對側(cè)肢體肌肉收縮，根據(jù)肌電圖監(jiān)測或肉眼觀察結(jié)果，從而準(zhǔn)確判定肢體對應(yīng)運(yùn)動皮質(zhì)的位置。術(shù)中也可將電極直接與刺激發(fā)生器連接，進(jìn)行試驗(yàn)性電刺激。這樣既可判斷電極位置，同時也可測定引起對側(cè)肢體肌肉痙攣或抽搐的刺激閾值，作為術(shù)后慢性電刺激治療參數(shù)調(diào)試的依據(jù)，治療所用刺激幅度一般不宜超過術(shù)中抽搐閾值的2/3，以免造成病人癲癇發(fā)作。
通常根據(jù)“皮質(zhì)小人”[11]，即軀體、頭面部在中央前回的投影關(guān)系，選擇不同的電極埋置部位和方式。然而并不是所有患者的在“皮質(zhì)小人”上投影關(guān)系，都如教科書一般保持一致。一般情況下上肢或頭面部疼痛，對應(yīng)的是對側(cè)中央前回的外側(cè)凸面部分，電極一般埋置在硬膜外即可。下肢疼痛的電極應(yīng)放在對側(cè)中央前回靠近中線的對應(yīng)區(qū)域，且電極多數(shù)需要深入到縱裂內(nèi)才能保持與運(yùn)動皮質(zhì)接觸良好，所以電極最好埋置到硬膜下。雙側(cè)肢體疼痛，需要在雙側(cè)中央前回埋置電極。至于電極埋置方向，通常與中央前回的方向一致，也有學(xué)者把電極與中央前回交叉跨越放置，似乎都取得了不錯療效。一般采取同期植入刺激電極和脈沖發(fā)生器；也可分期手術(shù)，一期植入刺激電極先行測試電刺激1-2周，評估有效后再二期手術(shù)植入脈沖發(fā)生器。
四、刺激參數(shù)的調(diào)整
關(guān)于參數(shù)調(diào)整目前尚無相關(guān)共識推薦，不同的研究使用的參數(shù)存在差異，不同患者的有效刺激參數(shù)也不相同。
2015年Slotty等人的研究[12]，提出了一種基于運(yùn)動閾值（MT）調(diào)整刺激幅度的方法。MT定義為目標(biāo)肌肉發(fā)生收縮時的最低電流(或電壓)，MT很可能與癲癇發(fā)作閾值相似，因此應(yīng)該避免高于MT的電流（或電壓）。研究發(fā)現(xiàn)MT隨患者的體位和活動水平的變化很大，本研究的MT在日常生活常用的直立坐姿狀態(tài)下測量得出。研究指出雖然2Hz比50Hz更易測量MT，并且2Hz刺激不太可能導(dǎo)致癲癇發(fā)作，但由于不同頻率下運(yùn)動閾值不相同，而常規(guī)刺激采用50Hz，因此MT的測量也應(yīng)在50Hz下進(jìn)行。另外，MCS刺激參數(shù)的調(diào)整，患者的疼痛一般不是立即起效，平均起效時間為2.9天。研究者推薦以下編程算法：頻率設(shè)置為50Hz，選擇脈寬和電極配置，導(dǎo)致疼痛區(qū)域的運(yùn)動收縮?；颊邞?yīng)坐直，并在測試過程中激活目標(biāo)的肌肉。首次電流（或電壓）應(yīng)設(shè)置為MT的60%，疼痛水平應(yīng)監(jiān)測至少一周。如果報(bào)告疼痛減輕，參數(shù)應(yīng)保持不變，直到疼痛水平達(dá)到平臺期(這可能需要數(shù)月)，然后再進(jìn)行更精細(xì)的調(diào)整。
另外有研究者報(bào)告采用周期模式（開15分鐘關(guān)15分鐘）[13]，緩解疼痛的療效保持不變。采用周期模式可節(jié)省電量，延長電池使用壽命，且不易產(chǎn)生刺激耐受。
2020年，Nussel等人的研究采用運(yùn)動皮層Burst刺激模式治療丘腦痛[14]，患者在運(yùn)動皮層常規(guī)刺激3個月有效的情況下，換用Burst刺激模式疼痛評分進(jìn)一步下降，且隨訪5年療效穩(wěn)定。
MCS主要適用于腦卒中后疼痛和去傳入性疼痛等神經(jīng)病理性疼痛 ，具有可逆、可調(diào)節(jié)、創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)。相對于各種破壞性止痛手術(shù)而言，MCS具有獨(dú)特優(yōu)勢，在臨床上正逐漸得到更廣泛應(yīng)用。
?醫(yī)生介紹?
- 趙虎林 -
中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心
神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)部功能神經(jīng)外科副主任
參考文獻(xiàn)
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