Muguras smadzeņu stimulācija

Muguras smadzeņu stimulators tiek pielietots hronisku sāpju ārstēšanā iedarbojoties uz muguras smadzenēm ar pulsējošu elektrisku signālu. Muguras smadzeņu stimulācija (MSS) tās vienkāršākajā formā sastāv no stimulējošiem elektrodiem, kas tiek implantēti epidurālā telpā un elektrisko pulsa ģeneratoru, kas tiek implantēts zemādā vēdera lejas daļā vai gluteālajā rajonā, kā arī to savienojošie vadi un ģeneratora tālvadības kontrole.

Vēsture
Sāpju elektroterapija ar neirostimulāciju sākumu attiecina uz 1965 gadu, kad Mekzack et Wall [1] publicēja perifēro teoriju par nervu sāpju kontroles mehānismu muguras smadzeņu mugurējos ragos. Pamatojoties uz šīs teorijas Shealy et al. [2] 1971. gadā implantēja pirmo muguras smadzeņu stimulatora (MSS) ierīci uz muguras smadzeņu dorsālās virsmas, lai ārstētu hroniskas sāpes. Shimogi et al.[3] bija pirmaisziņojums par epidurālās muguras smadzeņu stimulācijas analgizējošo efektu.
Kopš tā laika neirostimulācijas ārstēšanas metode ir piedzīvojusi tehnisku pilnveidošanos un plašu klīnisku pielietojumu[4].

Mūsdienu sāpju ārstēšanas neirostimulācijas metodes pielieto klīniskā praksē:

perifēro nervu stimulācijā
muguras smadzeņu stimulācijā
dziļā smadzeņu stimulācijā
motorās garozas stimulācijā

Darbības mehānisms
Muguras smadzeņu stimulācijas neirofizioloģiskais darbības mehānisms vēl nav pilnīgi izpētīts. Linderoth et al. [5,6] atzīmē, ka analgēzijas mehānisms pie MSS pielietošanas neiropātisko sāpju gadījumā var būt ļoti atšķirīgs no analgēzijas dēļ ekstrimitāšu ishēmijas. Pie neiropātiskām sāpēm eksperimentāli apstiprināts, ka MSS lokāli notiek mugurējo ragu neiroķīmiskās izmaiņas, supresējot neironu hiperekscibilitāti. Ir vairākos pētījumos apstiprināts GABA līmeņa pieaugums, seratonīna atbrīvošanās un , iespējams, dažu kairinošo aminoskābju, ieskaitot glutamīnu un asparātu līmeņa supresija. Pie ishēmiskām sāpēm šķiet, ka analgēzija rodas dēļ skābekļa apgādes pieprasījuma atjaunošanās [4]. Šis efekts var būt par starpnieku simpātiskās sistēmas inhibīcijai, tātad vazodilatācijai un citiem faktoriem.
Ir arī ļoti iespējams, ka notiek abu augstākminēto mehānismu kombinācija [7].

Tehniskie pamatprincipi

Iekārta
MSS, tās vienkāršākajā veidā, sastāv no pulsa ģeneratora ar vadības pulti, implantējamiem stimulācijas elektrodiem un savienojošiem vadiem, kas pārvada signālu no ģeneratora uz elektrodiem [7].

Ģenerators
Ģenerators tiek implantēts zem ādas, var būt komplektā ar pulsa ģeneratora moduli ar bateriju vai tikai kā radiofrekvences (RF) uztvērējs. To sauc par implantējamo pulsa ģeneratoru (IPG) , kam ir sava baterija, ko var uzlādēt bez vadiem no ārpuses. Tāpēc nav vajadzības veikt ķirurģisku manipulāciju tā apmaiņai.
RF uztvērējs tiek vadīts no ārpuses ar transmiteru saņemot strāvu un pulsu. Ārējais transmiters satur bateriju, ko ir vieglie apmainīt.
Pacients ir arī nodrošināts ar tālvadības pulti, lai ieslēgtu un izslēgtu stimulatoru. Atkarībā no ierīces un ķirurga norādījumiem var tikt mainīti stimulācijas programmēšanas parametri. Ķirurgam ir programmēšanas ierīce, kas var tikt lietota modificējot stimulācijas uzstādījumus uz RF ģeneratora plašā diapazonā [7].

Elektrodi
Elektrodi sastāv no vienas vai vairākām sarindotām metāla plāksnītēm ar kopēju izvadu, kas var būt perkutāna katetera, vai airveida plāksnes veidā. Elektrodi var būt kā biopolāri tā multipolāri.
Perkutānos elektrodus rekomendē implantēt lokālā anestēzijā ar minimālu sedāciju.
Tas optimizē elektrodu novietošanu un samazina nejaušu neirālu traumu.
Airveida elektrodus novieto uz muguras smadzenēm veicot ķirurģisku griezienu ar sekojošu laminotomiju vai laminektomiju vispārējā anestēzijā[4]. Šādi novietoti elektrodi mazāk padodas dislokācijai.

Implantācijas un metodes
MSS operācija ietver rūpīgu

elektroda novietošanu epidurālā telpā;
pārbaudes periodu ( 5 – 7 dienas);
Ja pārbaudes laikā atsāpināšana ir apmierinoša,
Elektrodu pozicionēšana un imobilizācija pie interspinālām saitēm;
Pulsa ģeneratora implantācija subkutāni;
Savienojošo vadu tunelēšana un saslēgšana;
Sistēmas programmēšana attiecīgam modelim;
Nepieciešamā pēcoperācijas aprūpe[7].

Stimulācijas līmeņa izvēle
Reprezentējošais muguras smadzeņu mugurējā staba dermotoma līmenis ir daudz augstāks par atbilstošo skriemeļa līmeni. Piemēram, raksturīgā vieta ischiādiskām sāpēm (dermatoma līmenis L5/S1) ir ap T10 nervu saknītēm [7].

MSS operācija

Preoperativa izvērtēšana un sagatavošana:

Pirmsoperācijas sagatavošanu vajag veikt ambulatori pirms uzņemšanas stacionārā
Pacientu ir jāizmeklē atbilstoši, lai varētu fiziski pārciest operāciju, anestēziju vai sedāciju
Biežāk sastopamās baktērijas, kas inficē MSS sistēmas ir Staphylococcus aureus. Pacientiem ir jāveic skrīningu uz miticilīn-rezistentu Staphylococcus aureus (MRSA) pirms MSS implantācijas. Uztriepe ir jāņem no deguna, ciršņa un kājstarpes ne vēlāk kā 1 mēnesi pirms plānotās implantācijas datuma. Pacientam, kurš ir MRSA nēsātājs, jāveic antibiotiķu terapiju infekcijas likvidēšanai.
Plānoto IPG lokalizāciju pirms operācijas jāsaskaņo ar pacientu
Ņemot vērā, ka MSS sistēmas infekcija ir nozīmīga problēma, tad 30 min. pirms operācijas jāizdara vienreizēja intravenoza antibiotiķu ievadīšana.

Operācijas zāles iekārtojums:

Standarta operācijas zāles un pēc-anestēzijas aprīkojums
Operācijas zālei un ķirurģiskiem materiāliem jābūt piemērotiem implantācijas darbam
Rentgenstaru caurlaidīgs operācijas galds
Mobilais rentgenstaru pastiprinātājs

Pēc-anestēzijas aprūpe un ārstēšanas nodaļā:

MSS programmēšanu parasti nevajadzētu sākt pirms pacients nav pie pilnas apziņas. To labāk veikt, kad pacients ir nodaļā un akūtās postoperatīvās sāpes ir norimušas
Pēcoperācijas periodā ir pacientu neiroloģiski rūpīgi jānovēro dēļ iespējamām varbūtējām komplikācijām, kā muguras smadzeņu kompresija, nervu saknīšu vai muguras smadzeņu ievainojums, asiņošana un infekcija.

Pēc-izrakstīšanās no stacionāra aprūpe:

Pacientam tiek izsniegta rokasgrāmata, kā vadīt sāpju terapiju
Pacientam jāsaņem atkārtota konsultācija no speciālista, kas piedalījies MSS implantācijā un programmēšanā
Pacientam nepieciešams nepārtraukts atbalsts pēcoperācijas periodā no implanta komandas fiziskai un psiholoģiskai rehabilitācijai, medikamentu korekcijai un MSS sistēmas reprogramēšanai (skat. pielikumu)
Komplikāciju gadījumā, kas saistīts ar MSS vai citu patoloģiju nekavējoši jākontaktējas ar vertebrologu un neiroķirurgu, lai veiktu nepieciešamo radioloģisko izmeklējumu un sekojošu ārstēšanu
MSS ir ilglaicīga ārstēšana hroniskiem stāvokļiem. Pacientiem, kuriem nav uzlādējama iekārta nepieciešams veikt IPG atkārtotu ievietošanu

Elektrodu implantācija
MSS ir efektīva, ja sāpju apvidus pārklājas ar parestēziju. Elektroda izvēle ir atkarīga no tā, kāda to pozīcija dos labāko parestēzijas pārklājumu sāpju apvidum.
Pašlaik ir pieejami multipolāri elektrodi līdz pat 16 elektrodiem, ko stimulē viena sistēma. Pacientam var tikt novietoti divas oktrodes (8 elektrodi), kurus var novietot paralēli vienam pret otru, vai divās atšķirīgās vertikālās pozīcijās, tā pārsedzot divas atšķirīgus pārklājumus bilaterāli vai līdz pat četriem – vertikāli[7].
Elektrodi var tikt implantēti perkutāni caur epidurālu adatu, vai arī ķirurģiski, veicot laminektomiju un fiksējot elektrodu pie cietā smadzeņu apvalka.
Kuru implantācijas metodi izvēlēties, nosaka individuāli katram pacientam atsevišķi.
Parasti elektrodus īslaicīgi savieno ar ārējo stimulējošo ierīci uz izmēģinājuma laiku, pirms IPG implantācijas un savienošanas ar to.

Ģeneratora implantācija
IPG un RF iekārtas parasti implantē apakšējā abdominālā apvidū vai gluteusa augšējā mugurējā kvadrantā.Lēmumspar IPG vai RF pilnu implantāciju ir atkarīgs no sekojošiem apsvērumiem. Ja pacienta sāpju raksturs prasa lietot daudzus elektrodus ar augstu enerģiju uzstādījumu, tad izmanto RF iekārtu. IPG baterijas darbības ilgums (2 – 8 gadi) atkarīgs no izmantojamās strāvas, bet tā nepārsniegs vairākus gadus.

Programmēšana
Programmēšana ietver stimulējošo elektrodu configurācijas izvēli, amplitūdas regulēšanu, elektriskā pulsa plašumu un frekvenci. Apmlitūda norāda uz stimulācijas intensitāti. To iestāda diapazonā no 0 – 10 V atkarībā no elektroda veida, ko lieto un nerva stimulācijas tipa. Zemāku voltāžu izvēlas perifēriem nerviem airu veida elektrodiem. Ideālā gadījumā parestēziju jāsajūt starp 2 un 4 V. Pulsa diapazons parasti variē starp 100 – 400. Pulsa viļņa frekvence parasti ir starp 20 un 120 Hz.
Tā ir individuāla izvēle: daži pacienti izvēlas zemu frekvenci [7].
Stimulatora programmu var mainīt pacienta ārstēšanas vai novērošanas laikā.

Pacienta izvēle
Kritēriji:

ir stimulācijai piemērota diagnoze
neefektīva konservatīva terapija
ir izslēgtas svarīgas psiholoģiskas problēmas
operācijas pārbaudes testi demonstrē sāpju zudumu.

Pārbaudes periodā vairāk 5 – 7 dienu laikā jāizvērtē arī psihiatrisko stāvokli, lai novērtētu stimulācijas efektivitāti. Šī protokola daļa ir svarīga, dēļ iekārtas izmaksām un, ka procedūrai ir invazīvs raksturs. Pārbaudes periodu var uzskatīt par pozitīvu, ja pacientam tiek samazinātas sāpes vairāk kā par 50% [4].

Piesardzības pasākumi
Operācijas laikā vajag izvairīties no monopolāras koagulācijas izmantošanas. Ja tā tomēr ir nepieciešama, tad references plāksni vajag novietot tā, lai MSS komponeneti ir ārpusē no diatermijas elektriskā lauka.
Pastāv MR un MSS iekārtas mijiedarbība. Magnētiskais lauks var izraisīt elektrodu dislokāciju ar ārstēšanas efekta zudumu un/vai nervu bojājumu. Implanējamo komponentu sakaršana var dot diskomfortu, audu bojājumu vai iekārtas disfunkciju. Turklāt, elektrodi var izmainīt izmeklējamās vietas attēla kvalitāti. Kā alternatīva izmeklēšanas metode var būt DT vai mielogrāfija. Gadījumā, ja jāveic MR, tad jāizņem MSS.
Sirds stimulatora klātbūtne ir relatīva MSS kontrindikācija. Ja ir iepējama nesaderība, tad jāpārprogrammē kardiostimulātoru.
Pacients ir jābrīdina, ka lidostās (un citās drošības pārbaudēs) konstatēs MSS klātbūtni.
Īsviļņu diatermija, mikroviļņu diatermija un ārstnieciskā ultraskaņas diatermija ir bīstama pacientiem ar MSS.

Indikācijas MSS
Visbiežāk MSS pielieto pie operētas muguras sindroma (OMS) ASV un pie perifērām ishēmiskām sāpēm Eiropā.
OMS klasificē kā jauktu sāpju sindromu – neiropātisku un noceceptivu, ir persistējošas un atgriezeniskas sāpes cervikālā, torakālā, bet galvenokārt muguras lejas daļā un/vai izstarojumu kājās pēc veiktas muguras operācijas.
Vairāki pētījumi apliecina MSS efektivitāti pie OMS, īpaši ar hronisku vienas puses nerva saknītes radikulopātiskām (ishiadicus) sāpēm, ja iepriekšējā konservatīvā ārstēšana ir bijusi neefektīva [ 8, 9, 10, 11, 12].
Ārstēšana ar MSS ir indicēta arī pie „ņeārstējamām” apakšējo ekstremitāšu sāpēm [13].
Ar MSS, modulējot simpātiskās nervu sistēmas funkciju un pieaugot norepinefrīnam var atbrīvoties no „neārstējamas” stenokardijas sāpēm [14], un samazinās stenokardijas lēkmju iespējamība.
MSS tiek lietota pacientiem ar biežām migrēnām. Šai gadījumā elektrodus implantē bilaterāli subokcipitālā rajonā[15].

MSS komplikācijas
MSS tiek lietota vairākiem tūkstošu pacientiem visā pasaulē.
MSS operāciju komplikācijas pēdējo 7 gadu laikā pēc literatūras datiem [4] konstatētas 19,5%. Tika novērotas infekcija ar epidurālu abscesu, hematomas (subkutānas vai epidurālas). Likvoreja un pēc lumbālpunkcijas cefalģiju visbiežāk novēro lietojot perkutāno implantācijas metodi. Šai gadījumā šo metodi ir jāatmet. Vēl ir gadījumi ar diskomfortu pulsa ģeneratora implant;acijas vietā, seroma un pārejoša parapleģija. Kā ierīces radītās komplikācijas ir elektrodu migrācija, šķidruma iekļūšana elektrodu konektoros, elektrodu lūzumi un atvienošanās, kā arī pulsa ģeneratoru rotācija.[4].

Izmaksu efektivitāte
Muguras smadzeņu izmaksu efektivitāte ārstējot hroniskas muguras sāpes tika izvērtētas 2002. gadā Kumar et al.[16]. Viņi pārbaudīja 104 pacientus ar OMS. No 104 pacientiem 60 bija implantēts muguras smadzeņu stimulators. Abas grupas monitorēja 5 gadu laikā. Stimulācijas grupa gadā izmaksāja$29,000 , bet otra grupa -$38,000. Stimulācijas grupā 15% atgriezās darbā, otrā grupā – 0%. Lielākās izmaksas ne-stimulēšanas grupā bija medikamenti, slimnīcu apmeklējumi, vizuālās diagnostikas izmeklējumi un ārstu vizītes. Līdzīgi pētījumi, kuri pierāda ilgtermiņā MSS izmaksu efektivitāti uzrādija arī citi autori[ 4, 17].

Pacienta informēšana
Pacientu saprotami jāinformē mutiski un rakstiski par MSS riskiem un ierobežojumiem
Pacientam jāzin par MSS efektivitāti un indik;acijām viņa gadījumā
Pacientu jāinformē par varbūtējām MSS operācijas komplikācijām un rezultātu
Detalizēta informācija par MSS procedūru iekaitot opreācijas zāli.
Pacientam ir jāsaprot, ka MSS nodrošina tikai daļu no multidisciplinārsas simptomu ārstēšanas.
Pacientam jāsaprot, ka bez esošas MSS var būt vēl atkārtotas operācijas
Ja MSS iekārta ir ieslēgta, pacients nedrīkst braukt, rāpties, vai strādāt ar bīstamām mašīnām un iekārtām, būt uzmanīgam ar aktivitātes izvēli, gadījumā, ka neparedzēti apstākļi var būt par cēloni MSS distrakcijai vai kādam citam efektam

Literatūra

1.	Melzack, R., and Wall, P.D. (1965). Pain mechanisms: a new theory. Science, 150:971–979.
2.	Shealy, C.N., Mortimer, J.T., and Resnick, J. Electrical inhibition of pain by stimulation of the dorsal columns: Preliminary reports. J. Int. Anesth. Res. Soc, 46:489–491, 1967.
3.	Shimoji K, Higashi H, Kano T, Asai S, Morioka T. Electrical management of intractable pain. (1971) Masui (The Japanese journal of anesthesiology), 20: 444–447.
4.	Dilorenzo, D. J.; and Bronzino, J. D. (2008). Neuroengineering. CRC Press. Chapter 7.
5.	Linderoth, B. and Foreman, R. (1999) “Physiology of spinal cord stimulation: review and update”. Neuromodulation, 3, 150–164.
6.	Oakley, J. and Prager, J. (2002). “Spinal cord stimulation: mechanism of action”. Spine, 27, 2574–2583.
7.	Kunnumpurath S., Srinivasagopalan, R., Vadivelu, N. (2009). Spinal cord stimulation: Principles of past, present and future practice: A review. Journal of Clinical Monitoring and Computing, 23, 333-339.
8.	Kumar, K., Taylor. R.S., Jacques, L., et al. (2008). “The effects of spinal cord stimulation in neuropathic pain are sustained: a 24-month follow-up of the prospective randomized controlled multicenter trial of the effectiveness of spinal cord stimulation”. Neurosurgery. 63(4), 762–770.
9.	North, R.B., Kidd, D.H., and Piantadosi, S. (1995). “Spinal cord stimulation versus reoperation for failed back surgery syndrome: a prospective, randomized study design”. Acta Neurochir. Suppl.,64, 106–108.
10.	Barolat, G., Oakley, J., Law, J., et al. (2001). “Epidural spinal cord stimulation with a multiple electrode paddle lead is effective in treating low back pain”. Neuromodulation, 2, 59–66
11.	Turner, J.A., Loeser, J.D., and Bell, K.G. (1995). “Spinal cord stimulation for chronic low back pain: a systematic literature synthesis”. Neurosurgery, 37(6), 1088–1095.
12.	North, R. and Wetzel, T. (2002). “Spinal cord stimulation for chronic pain of spinal origin”. Spine, 22, 2584–2591.
13.	Amann, W., Berg, P., Gersbach, P., Gamain, J., Raphael, J.H., Ubbink, D.T. (2003). “Spinal cord stimulation in the treatment of nonreconstructable stable critical leg ischaemia: results of the European Peripheral Vascular Disease Outcome Study (SCSEPOS) “. Eur J Vasc Endovasc Surg. 26, 280–286.
14.	Taylor, R.S., De Vries, J., Buchser, E., et al. (2009). “Spinal cord stimulation in the treatment of refractory angina: systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials”. BMC Cardiovasc Disord, 9(13).
15.	Matharu MS, Bartsch T, Ward N, Frackowiak RS, Weiner R, Goadsby PJ (2004). “Central neuromodulation in chronic migraine patients with suboccipital stimulators: a PET study”. Brain 127 (Pt 1): 220–30.
16.	Kumar, K., Malik, S., and Demeria, D. (2002). “Treatment of chronic pain with spinal cord stimulation versus alternative therapies: cost-effectiveness analysis”. Neurosurgery, 51(1), 106–115.
17.	Bell, G. and North, R. (1997). “Cost-effectiveness analysis of spinal cord stimulation in treatment of failed back surgery syndrome”. J. Pain Symptom Manage., 13 (5), 285–296.
18.	Fuentes, R., Petersson, P., Siesser, W. B., Caron, M. G., & Nicolelis, M. A. L. (2009). Spinal Cord Stimulation Restores Locomotion in Animal Models of Parkinson’s Disease. Science, 323(5921), 1578-1582.
19.	Nam, Y., Brown, E.A., Ross, J.D., et al. (2009) “A retrofitted neural recording system with a novel stimulation IC to monitor early neural responses from a stimulating electrode”. J Neurosci Methods. 178(1), 99–102.

MSS ražotāju firmas

Pasaulē ir trīs lielākās firmas, kuras izgatavo muguras smadzeņu stimulatora ierīces:
- Advanced Bionics-Boston Scientific
- Medtronic
- Advanced Neuromodulation Systems (ANS) Inc (St.Jude Medical)