Neuromodulace a bolest – nové možnosti

Souhrn

Neuromodulace je proces, ve kterém několik tříd neurotransmiterů v nervovém systému reguluje různé populace neuronů. Neuromodulace v neurochirurgii je proces, při kterém umělá zařízení ovlivňují nervový systém. V práci jsou popsány základní způsoby neuromodulačních metod pro léčení chronické bolesti. Jedná se o periferní podkožní stimulace (PSFS), periferní nervové stimulace (PNS), stimulace míšní (SCS), stimulace okcipitálního nervu (ONS) a stimulace motorické mozkové kůry (MCS). Historie, patofyziologie, indikace a jednotlivé výsledky jsou podrobně uvedeny. V práci uvádíme budoucí možnosti neuromodulace vycházející z posledních poznatků vědy a výzkumu.

Klíčová slova:

léčba – chronická bolest – neuromodulace – neurostimulace – DTM

ÚVOD

Historie neurochirurgie je spjata s léčbou bolesti od jejího prvopočátku. Prvotní nadšení v chirurgii bolesti, které vládlo v padesátých letech 20. století a přetrvávalo až do let sedmdesátých, postupně odeznělo. Za všechny jmenujme alespoň Kuncovy práce o spinálním trigeminálním traktu a jeho významu v chirurgické léčbě bolesti (7) a monografii Šourkovu (21). Prvním skutečně rekonstrukčním výkonem v léčbě bolesti se stala mikrovaskulární dekomprese (5). Následně začaly do neurochirurgie pronikat neuromodulace, které lze vzhledem k jejich působení zařadit nejen mezi minimálně invazivní, ale z moderního pohledu i rekonstrukční výkony. Svým působením nejen blokují patologický signál vedoucí informaci o bolesti, ale zároveň rozsáhlým působením na centrální nervový systém v pozitivním smyslu vedou k rekonstrukci vazeb narušených chronickou bolestí. Na začátku rozvoje neuromodulačních metod stála neurochirurgická klinika Ústřední vojenské nemocnice, a to již v sedmdesátých letech 20. století (1, 14). První stimulaci ve světě provedl Shealy v roce 1968, šlo o stimulaci zadních provazců (19).

Cílem autorů je předložit výčet neuromodulačních metod, které se v současné době v léčbě chronické bolesti používají v takovém rozsahu, že jsou schopny anatomicky pokrýt bolest v kterémkoliv místě lidského těla. Zároveň autoři předkládají poslední závěry vědy a výzkumu, které ovlivňují nejen pohled na neuromodulační techniky z hlediska pochopení fungování těchto technik, ale i odkrývají další možnosti zefektivnění těchto technik v budoucnosti.

PATOFYZIOLOGICKÉ PRINCIPY NEUROMODULACE OBECNĚ

První, kdo se pokusili osvětlit, jak na sebe různé podněty působí, byli kanadský psycholog Melzack a britský fyziolog Wall v roce 1965, kdy vytvořili vrátkovou teorii (9). Zjednodušeně se dá vysvětlit tak, že pokud jsou vrátka uzavřena impulzy z tlustých myelinizovaných vláken, pak pomalá informace o chronické bolesti vedená tenkými nemyelinizovanými vlákny neprojde. Tato teorie však již v moderním pojetí nemůže obstát, bez ní by však další výzkum nemohl pokračovat. Přesto umožňuje pochopení, proč chirurgické přerušení dráhy na jakékoliv úrovni, včetně ablace senzitivního kortexu, vede v různě dlouhém horizontu nikoliv ke snížení, ale ke zvýšení intenzity bolesti (4). Tudíž chirurgické ablační metody na jakékoliv úrovni nejsou vhodné. Pokud chceme v nervovém systému jakoukoliv informaci přerušit, musíme naopak vytvořit novou, která zpětně původní informaci ovlivní, nikoliv zruší.

Obecný princip funkce neuromodulace lez rozdělit do tří skupin, a to jsou tvorba informace, interference informace a modulace informace. Informace o bolesti je vedená z receptorů nemyelinizovanými vlákny typu C a slabě myelinizovanými vlákny Aδ do zadních rohů míšních, Rexedovy zóny 1 a 2 v substantia gelatinosa (Rolandi). Dále informace pokračuje skrze tractus spinothalamicus ventralis a lateralis do talamu (ventrobazální části) a následně do kůry mozkové. Důležitým je tractus parabrachialis vedoucí informaci do hypotalamu a amygdaly (představují afektivně-emoční složku bolesti). Výjimkou je bolest viscerální, vlákna této bolesti probíhají i zadními provazci.

Z pochopení patofyziologie plyne několik závěrů pro provedení neuromodulačních metod, a to: že pro stimulační techniky je naopak vhodná bolest neuropatická (tj. bolest na podkladě léze dráhy bolesti na všech úrovních) a bolest cévní. Dále, že stimulace na všech úrovních nezpůsobuje interferenci informace o bolesti, ale interferenci s informací senzitivní a tvorbu nového vzruchu, který až ovlivněním na následných úrovních zvýší filtraci informace o bolesti, nikoliv její úplnou blokaci (víceúrovňová vrátková teorie). Zároveň, že stimulace změní psychické vnímání bolesti, která není dána pouze snížením bolesti, ale následnou přímou stimulací oblastí ovlivňujících afektivně-emoční složku a efekt stimulace je ovlivňován i elektrochemickými procesy mozku a v konečném důsledku uvolňuje přirozené enkefaliny. Stimulace mozkové kůry není přímým blokem oblasti vnímání, ale stejně jako předchozí metody je stimulační a modulační, umožní hyperpolarizaci, tedy k lokální inhibici postsynaptických membrán přes GABAB receptory, tedy je i patofyziologickými principy stejná jako ostatní neuromodulace a platí i pro magnetickou stimulaci.

ANATOMICKÉ ROZDĚLENÍ INDIKACÍ NEUROMODULACE

Jak již bylo uvedeno, základním principem pro neuromodulaci je potlačit bolest neuropatickou a cévní. Z indikačního pohledu je důležité i rozdělení neuromodulace podle uložení bolesti, tak abychom pokryli všechna místa prvotního bolestivého stimulu. Nejenže v současné době je to již proveditelné, ale v některých oblastech se stimulační techniky i překrývají a je možný výběr techniky dle zkušeností operatéra. Současná technologie umožňuje i spojení více neuromodulačních procedur za použití jediného generátoru pulzů, tak jak je tomu například u low back pain. Zde je možné kombinovat míšní stimulaci a stimulaci subkutánní.

Pro dolní končetiny jednoznačně dominuje míšní stimulace (SCS). Nejenže je standardním postupem, a tudíž nejlépe zvládnutelná, pro pacienty s minimem komplikací, ale také i při punkční technice je schopná stimulovat oblast dolních končetin až po hýždě s 90% pokrytím. Stejně je tomu u ischemické choroby dolních končetin, kam lokalizací bolesti toto onemocnění patří. Sakrální stimulace je dominující pro bolest pánve a perinea, ale lze ji nahradit i SCS, PNS či PSFS. Pro oblast sakroiliakálního skloubení (SI) a oblast dolní bederní páteře (LBP) je rozhodující, zda je oblast postižena samostatně. Pak je nejlepší alternativou kombinace míšní stimulace v kombinaci se subkutánní stimulací do oblasti lokalizace maxima bolesti. Jestliže je pak bolest dolní bederní páteře spojena s bolestí v dolních končetinách, je nutný větší rozsah pokrytí a na prvním místě ve výběru metody je stimulace míšní za pomoci 16kontaktní ploché elektrody otevřenou technikou. Nově pak technika DTM SCS (multiplexovaný diferenciální cíl stimulace zadních provazců) za pomoci dvou perkutánních elektrod.

Pokud je bolest přesně lokalizována na břišní stěnu, pak je na prvním místě subkutánní stimulace, ale pokud je pole bolesti širší s maximem v určitém bodu, je vhodná kombinace míšní stimulace a stimulace subkutánní nebo nově opět DTM SCS.

Pokud je bolest lokalizována na oblast hrudního koše a jedná se o pásovitou lokalizaci bolesti, připadá v úvahu vysoká míšní stimulace, pokud jde o bolest lokalizovanou například po hrudním poranění, je vhodnější subkutánní stimulace. U ischemické choroby srdeční, která patří lokalizací k bolesti hrudního koše, avšak často s propagací do končetiny, je na prvním místě míšní stimulace, ale jsou situace, kdy je vhodná i subkutánní stimulace.

Oblast plexu může být řešena přímou stimulací plexu jako alternativy PNS či krční míšní stimulací.

V oblasti ruky je důležitá příčina bolesti, u komplexního regionálního bolestivého syndromu (KRBS) typu I. Pokud se nejedná o lokalizaci čistě v distribuci jednoho nervu a vyskytují se vegetativní projevy na celé horní končetině, je indikována míšní stimulace, případně u nás neprováděná stimulace vegetativních ganglií. Pokud se jedná o neuropatickou bolest na pokladě poranění jednoho nervu – ať již úrazem, pooperačně, zánětem, či úžinovým syndromem – a není možné primárně chirurgické řešení, pak je na prvním místě periferní nervová stimulace.

Pro dorzální část krku je spíše doménou subkutánní stimulace (PSFS), ventrální plocha patří převážně kortikální stimulaci v kraniální části a subkutánní stimulaci v kaudální části. Horní část krční oblasti, zátylek v distribuci nervus occipitalis major a hemicranium či cranium patří do oblasti okcipitální stimulace (ONS), s tím je spojená zkušebně i transkutánní elektrická nervová stimulace (TENS).

Obličejová část v distribuci všech tří větví nervus trigeminus s přesahem na kraniální ventrální plochu krku patří stimulaci kortikální (MCS). Zde je jako diagnostická a částečně i léčebná metoda indikována repetitivní transkraniální magnetická stimulace (rTMS).

JEDNOTLIVÉ STIMULAČNÍ TECHNIKY

Subkutánní stimulace (PSFS)

Nejčastější místem stimulace dle lokalizace je lumbosakrální oblast (přímo nad sakroiliakálním skloubením), dále v oblasti paravertebrálních spazmů bederních (rovnoběžné s processi spinosi v místě maximální bolesti), paravertebrálně podél celé páteře v místě maxima bolesti a v inguinální oblasti v podkoží rovnoběžně s ligamentum inguinale. Používá se i na hrudním koši šikmo rovnoběžně s průběhem žeber v místě maxima vnímání bolesti a nad sternem rovnoběžně se sternální kostí a v břišní dutině (rozhodující je zde vektor bolesti, ale laterálně převažuje šikmé uložení a ventrálně podélné).

Indikovaná je pro chronickou sakroiliakální blokádu a bolest, chronické paravertebrální spazmy a bolest dolních zad (low back pain), pooperační bolest páteře (failed back surgery syndrome) – převážně v kombinaci s míšní stimulací (SCS), neuropatickou bolest po traumatech či chirurgických invazích v hrudní a břišní dutině, neuralgickou bolest, v dané lokalizaci převážně postherpetickou neuralgii a ischemickou chorobu srdeční v případech, že není indikována míšní stimulace (SCS) (obr. 1).

Při hodnocení efektu této stimulace vycházíme z největší studie zahrnující 111 pacientů po čistě subkutánní stimulaci s low back pain, failed back surgery pain, neck pain, postherpetickou neuralgií a hrudní bolestí, která stanovila průměrnou efektivitu na více než 50% redukci bolesti (z 8,2 na 4,0 VAS) (18). Jedná se však o studii, kde není spojován efekt míšní a subkutánní stimulace.

Periferní nervová stimulace (PNS)

Nejčastější místem stimulace dle lokalizace jsou periferní nervy horní končetiny, vzácně i dolní končetina a brachiální plexus, v neposlední řadě stimulace interkostálního nervu.

Indikovaná je pro komplexní regionální bolestivý syndrom (KRBS): u postižení v distribuci jednoho nervu, tj. KRBS II, je efektivnější periferní nervová stimulace (PNS) oproti krční míšní stimulaci. U KRBS I je metodou volby pro svou úspěšnost míšní stimulace, dále pro neuropatie nervu po různých traumatech – ať již přirozených, či postchirurgických, případně poškození nervu injekcí. Výjimečně je metodou volby v případě úžinových syndromů, pokud selže chirurgická léčba, častěji pro interkostální posttraumatické léze či postherpetickou neuralgii.

U chronické neuropatické bolesti došlo ke snížení bolesti po stimulaci u 58 % pacientů, a to minimálně o 4 body při hodnocení VAS (20). Jiná studie udává podobný výsledek u 61 % pacientů s více než 50% snížením VAS (11).

Míšní stimulace (SCS)

Podle místa stimulace jsou nejčastěji indikovány bolesti dolní končetiny, dolní část bederní oblasti (vhodnější otevřená stimulace plochou elektrodou), bolesti pánve, pokud není indikována sakrální stimulace (SNS), oblast bolesti při ischemické chorobě srdeční (zde více než protibolestivě působí efekt zlepšení prokrvení srdečního svalu) – a tím je uložení elektrody přesně dané bez určení směru vystřelování bolesti – a oblast horní končetiny (krční míšní stimulace), pokud není indikována periferní nervová stimulace (PNS) (obr. 2).

Indikována je především pro failed back surgery syndrom (FBSS), dále je indikována pro neuropatickou bolest převážně na dolních končetinách, pro fantomovou bolest převážně na dolních končetinách, ale krční míšní stimulace je možná i na končetinách horních, výjimečně na bolesti dolních zad (low back pain). Zde je vhodnější subkutánní stimulace (PSFS) nebo, pokud zvažujeme míšní stimulaci, je vhodná otevřená s plochou elektrodou ve výši Th8. Indikace je i pro anginu pectoris, indikovaná je hrudní míšní stimulace, ve výjimečných případech, kdy není proveditelná, je na místě subkutánní stimulace (PSFS). Pro ischemickou chorobu dolních končetin, kde je účinná a vhodná, ale zatím běžně v praxi v České republice neprovádíme. V neposlední řadě je indikace i pro komplexní regionální bolestivý syndrom KRBS, a to převážně typ I pro mononeuropatii je vhodnější periferní stimulace (PNS) (obr. 3).

Hodnocení

Z prospektivně randomizované multicentrické studie lze konstatovat, že po 24 měsících sledování je míšní stimulace efektivnější než konvenční léčba. Přínos stimulace se snížením bolesti uvádělo 81 % nemocných (6).

Stimulace motorické mozkové kůry (MCS)

Kortikální stimulace je indikována pro bolest v oblasti obličeje, dále pak pro bolest způsobenou lézí v oblasti míšní nebo přímo v mozku, hlavně k ovlivnění bolesti způsobenou lézí na úrovni talamických jader, nebo na jiných úrovních dráhy bolesti v mozku. Také na bolest způsobenou lézí periferního nervu a na bolest způsobenou lézí v oblasti brachiálního plexu. Je rozhodující, zda je postižení distálně nebo proximálně od ganglia dorzálního míšního kořene.

Podle typu bolesti je pak kortikální stimulace indikována u neuralgie nervus trigeminus, což je záchvatovitá bolest se spouštěcí zónou a proměnnými přestávkami mezi záchvaty. Nejtypičtější je neuralgie trigeminu, dále pak neuropatická bolest (periferní neurogenní bolest) při poškození v oblasti periferního nervového systému a centrální bolest, která je někdy zařazována i jako neuropatická bolest v širším smyslu – centrální neurogenní bolest (obr. 4).

Hodnocení

Analýza literárních článků MCS prokázala pozitivní účinek na refrakterní bolest a celkové procentuální zlepšení bylo 35,2 % u bolesti po mrtvici a 46,5 % u směru ropatické bolesti trigeminu. Neexistují žádné statistické rozdíly mezi talamickou a netalamickou bolestí po mrtvici. Zlepšení bolesti po avulzi plexu (29,8 %) a po fantomové bolesti (34,1 %) bylo podobné. Nejvyšší míra zlepšení byla pozorována u postradikulární plexopatie (65,1 %) (10).

Stimulace okcipitálního nervu (ONS)

Podle místa uložení bolesti je indikována pro cervikokraniální přechod, okcipitální oblast crania v distribuci nervus occipitalis major (nejefektivnější), hemicranium a uranium.

Dle indikačních skupin je okcipitální stimulace určena pro chronickou migrénu, syndrom nakupených bolestí hlavy (cluster headache) a jeho podskupiny, pro bolesti hlavy cervikogenního původu a pro neuralgie okcipitálního nervu.

Okcipitální stimulace má jako jedna z mála stimulací možnost výběru vhodných kandidátů ještě před zavedení systému. Tím odpadá nutnost dvoudobého výkonu se zkouškovým obdobím a je možné neuromodulační systém implantovat v jedné době. Možnosti výběru nemocných je možné provést za pomoci TENS.

Hodnocení

Efektivita léčby je dle zahraničních autorů hodnocena dle jednotlivých diagnostických skupin (2, 8, 13, 18, 22). U cluster headache je 40–90% snížení intenzity dle VAS, u chronické migrény 35–45%, u okcipitální neuralgie 70–97% (ta je považována za nejefektivnější)

NOVINKY

Na prvním místě je vhodné zmínit hledání cest jak zintenzivnit stimulaci a snížit spotřebu baterie a tím se vyhnout nutnosti dobíjecích systémů. Jednou z možností jak lépe stimulovat při nízké spotřebě je nahradit elektrickou stimulaci jiným stimulačním zdrojem. Perspektiva se zdá být v oblasti stimulace světelné. Tak je nyní testována stimulace buněk vnitřního ucha, kdy můžeme nejen měnit vlnovou délku, ale i směr laserového paprsku a tím ovlivňovat různě vzdálená zakončení (15).

Mnohem bližší je však vývoj pochopení změn při chronické bolesti na genové úrovni. Tyto poznatky nám pak umožní lépe cílit neuromodulační techniky. Chronická aktivace glie při bolesti vede ke snížení regulace transportérů excitatorních aminokyselin, což vede ke snížení glutamátového výdeje a snížení excitačního neuronálního synaptického přenosu. Aktivovaná glie pak produkuje patologickou bolest zesílením dráždivosti bolest projikujících neuronů (12). Zadní provazce míšní byly především považovány jako informační kanál pro viscerální bolest, jejíž buňky vycházejí z neuronů v X. Rexedově míšní zóně (23). Informace spojované s vedením chronické bolesti vstupují do zóny I, IV a V. Právě zóna I pak vydává vlákna do zadních provazců míšních, které jsou neuromodulací ovlivnitelné. Zadní provazce nejsou primárně dráhou bolesti, ale právě vlákna I. neuronů končící převážně v retikulární formaci informaci o bolesti vedou. Pro dolní část těla tyto vlákna vedou ve fasciculus gracilit (3). Právě zóna I. a její glie je uložena povrchově a přístupná ovlivnění stimulací.

Do teď používanou praxí je stimulace zadních provazců a v nich informace o bolesti vedoucích vláken. Nové stimulátory však umožňují na různých kontaktech ve stejnou dobu mít různé polarity, ale také i frekvenci a šířku vlny. Tím je možné nejen stimulovat jiné oblasti jinou charakteristickou vlny, ale také vzhledem k deformaci elektrického pole i v různých hloubkách. Je tedy možné proximálně stimulovat vlákna zadních provazců frekvencí 50 Hz a ovlivnit charakteristiku vzruchu, který vedou, ale zároveň i distálněji stimulovat glii odpovídajících nervových spojení. Tato glie pak při frekvenci 300 Hz vytváří synaptickou depresi. Sníží tím informační bolestivý tok vedoucí zadními provazci (17). Původně se předpokládalo, že by to samo o sobě vedlo ke snížení bolesti. Efektivní je však až kombinace gliové stimulace se stimulací zadních provazců. Je zde ale mnohem složitější nastavení, protože musíme najít přesně odpovídající gliovou skupinu k oblasti odpovídajících vláken v zadních provazcích. Proto existuje protokol sedmidenního testování po jednotlivých krocích kombinace nízkofrekvenční a vysokofrekvenční stimulace. V konečném důsledku to pak vede nejen ke snížení amplitudy stimulační vlny, ale k rozšíření stimulované oblasti při nízké šířce vlny. Výsledkem je pak možnost pokrytí i bolesti dolní části zad jako doplněk ke snížení bolesti kořenové. Tato nová technologie je nazývána DTM SCS. Dá se předpokládat, že dlouhodobá stimulace glie v konečném důsledku může vést i k její stabilizaci a vrácení stavu před vznikem chronické bolesti. Tento závěr je však pouhým předpokladem vycházejícím ze studií genových změn glie při chronické bolesti a zatím nebyl dokázán. V budoucnosti by to znamenalo implantaci stimulátoru na přechodnou dobu. V současné době, pokud implantujeme stimulátor, předpokládáme jeho použití při možnosti výměny zdroje na celý život.

ZÁVĚR

Na závěr je vhodné připomenout, že zde více než jinde je potřebná nejen multioborová spolupráce uvnitř medicíny, ale i spolupráce s vědci jiných oborů a inženýry zabývajícími se nejen elektrotechnikou, ale i mechanikou a biokompatibilními materiály. Neuromodulace představují moderní reverzibilní operační techniku bez vedlejších přidaných fenoménů, které má farmakoterapie. V neposlední řadě je však nutné si uvědomit, že se jedná o velmi finančně náročnou techniku, která je určena pro pacienty po vyčerpání veškeré standardní terapie.

KVÍZ

1. Neuromodulace je chirurgická terapie léčby:

a) bolesti
b) polyneuropatie
c) demyelinizace

2. Vrátková teorie byla formulována Melzackem a Wallem v roce:

a) 1987
b) 1965
c) 1956

3. Pro provedení neuromodulačních metod je vhodnábolest:

a) neuropatická
b) viscerální
c) akutní

4. Neuromodulace:

a) zvyšuje filtraci informací o bolesti
b) zabraňuje přenosu signálu o bolesti
c) ovlivňuje zdrojový lokus bolesti

5. Periferní nervová stimulace (PNS) je nejčastěji indikována u:

a) KRBS
b) PNP
c) ischemické bolesti

6. Míšní stimulace (SCS) je:

a) implantace elektrody do epidurálního prostoru
v páteřním kanálu
b) implantace elektrody k perifernímu nervu
c) implantace elektrody na kortex

7. Míšní stimulace (SCS) je především indikována u:

a) FBSS
b) výhřezu bederní ploténky
c) stenózy paterní kanálu

8. TENS je neinvazivní metoda simulace efektu:

a) ONS
b) SCS
c) MCS

9. DTM je:

a) metoda umožňující deformací elektrického pole ovlivnění vláken v různých hloubkách
b) kortikální stimulace
c) nový druh elektrody

10. Neuromodulace je vhodná:

a) u pacientů s vyčerpanou konzervativní terapií
b) levná metoda vhodná pro všechny pacienty
c) léčebná modalita vhodná u polyneuropatie

Podpořeno projektem MO 1012.

Konflikt zájmů: žádný.

adresa pro korespondenci:
plk. gšt. MUDr. Václav Masopust, Ph.D., MBA, LL.M, DBA
Neurochirurgická a neuroonkologická klinika 1. LF UK a ÚVN
U vojenské nemocnice 1200, 162 00 Praha 6
e-mail: masopust@uvn.cz

Prakt. Lék. 2023; 103(1): 35–40