临床脊髓电刺激治疗疼痛电生理基础

临床脊髓电刺激治疗疼痛电生理基础『脊髓电刺激(SCS)』作为难治性神经病理性疼痛的关键神经调控技术，其疗效已获广泛证实。虽然SCS相关电学非常复杂，临床医生也不需要成为电子工程师，但是对临床医师来说，掌握脊髓电刺激SCS相关设备的基础理论，如电流、电压、电阻对脊柱邻近组织的影响是非常必要的。

SCS通过置入硬膜外腔的『白金触点』发挥作用，白金触点贴附在圆柱形电极上，与提供电刺激及可编程的脉冲发生器连接。脉冲发生器产生电压，电压产生电流，通过电流刺激脊髓背柱和神经根内的神经元，阻止疼痛向中枢传导。SCS刺激过程中，患者会产生麻木感或麻刺感。麻木或麻刺感完全覆盖患者原有疼痛区域是SCS成功的前提。脊髓电刺激电极目前SCS电极主要分为两类：经皮穿刺电极和外科电极（片状）。经皮穿刺电极是一种可弯曲的圆柱形导管，其远端均衡分布着圆柱形白金触点。经皮电极按白金触点的长度、宽度、距离、数量分类，目前最常用的电极有8个触点，电极触点由白金合金组成(白金和铱)，长宽不一，多个触点有利于电极发生移位后的调控。经皮电极可产生360°的电场，并可刺激硬膜外腔周围组织(如黄韧带)产生疼痛感。外科电极其远端为扁平状，触点朝向单侧，其产生的电刺激为朝向脊髓的单向刺激。有证据表明，单向刺激可消除经皮电刺激刺激脊髓周围组织所产生的不适感。外科电极的形状不适合穿刺置入，需要外科医师行椎板切除手术后置入。电生理基础欧姆定理描述了电压、电流和电阻之间的关系。在电场中，电压是电子所受到的推力，电流是电子通过的数量，电阻是物质对电子通过的阻力。在人体，电阻取决于电极周围组织。电阻越大所需电压越大，电池所耗能量为电压和电流的乘积，因此，我们可以理解为电阻越大，脉冲发生器使用的寿命越短。1.感知阈值『感知阈值』是脉冲发生器发出的电刺激被患者感知的最小幅度。其影响因素有电阻和电流的弥散。电阻增加，如周围组织瘢痕化，感知阈值上升。对于电压依赖型刺激系统而言，这时需要提高电压才能维持同等电流的刺激；对于电流依赖型刺激系统理论上不需要调整。如果电极和目标刺激靶点距离增加，如脑脊液增加，这时所需能能量会增加，感知阈值则上升。2.纤维化机体置入外来物体后会在其周围形成纤维化。电极周围的纤维化通常是不均衡的。有证据表明，置入3个月后电阻上升26%，而且不同电极电阻变化存在差异。因此，需要针对不同电极分别调整刺激模式，以达到最佳刺激效果。如果刺激不能很好地覆盖，则可以调控电流刺激方向和脉冲间隔。

3.硬膜外腔各个节段的硬膜外腔大小不一，黄韧带厚薄同样不均。在脊柱内硬膜囊和黄韧带间距不等，硬膜囊和黄韧带间距上胸段为3-4mm，下胸段逐渐增加。成年人中，L2段硬膜囊和黄韧带前后间距最大为5-6mm，C3-C7的硬膜囊和黄韧带间距逐渐减小。下胸段硬膜外腔大，电极距离硬膜囊较远，因此，下胸段电阻大于颈段。颈段硬膜外腔较小，电阻也较小，脉冲发生器所耗能量比胸段也小，因此，其电池使用寿命较长。目前，临床均是通过正位和侧位X线定位电极位置，该方法可较好确定头尾和左右的位置，但不能准确判断电极和脊髓腹背侧的理想位置。事实上有学者认为，在下胸段使用外科电极更合理，因为下胸段外科电极可以直视下置入硬膜囊背侧。长期看，由于纤维化的形成，不同节段电阻可逐渐接近。在慢性疼痛患者，电极和脊髓间距是感知阈值和所需能量的决定因素。4.脑脊液感知阈值受脑脊液厚度的影响，『脑脊液』是良好的导体，会弥散刺激电流，导致神经根的刺激而有不适感。具体个人不同节段脑脊液厚度不同，感知阈值也就不同。通常T3-6脑脊液最厚，因为该节段脊髓直径最小，因此感知阈值在上胸段最大，上颈段最小。5.置入时间电阻在置入后『4-5d』最小，其原因是在置入电极周围组织水肿形成，几周后随着局部纤维化形成，电阻可逐渐增加。6.其他因素男性下胸段电阻比女性高21%，目前没有合理的解释，可能的原因是女性硬膜外脂肪比男性少。年龄、脊柱手术史、触点数量和电极类型不影响电阻。正极和负极SCS电极有多个触点，选择不同触点为正极或负极，或关闭，可达到个体化程控目的。理想的电极触点由无毒性、无排斥性反应和腐蚀性的金属构成，它必须能长时间维持其形态和适合外科置入，并有良好的导电性能。『白金材料』符合这一要求。电刺激过程中，电流从正极到负极。负极为工作电极，负极周围神经组织的去极化可产生动作电位。多数情况下，负极周围神经产生麻木感或麻刺感。正极是对抗电极，其周围神经超极化，对去极化不产生反应。

理解机体电流传导特性和通常电路的不同有利于临床工作，脉冲器内的电流由金属和半导体发出，然而，机体中的电流在正负极间的生理介质中产生，参与其中的主要有钠离子、钾离子、氯离子和细胞外的去极化分子