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丁超
孙莉 教授
中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院麻醉科, 北京 100021
Chao Ding and Li Sun
Department Of Anesthesiology, Cancer Institute & Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100021, China

ABSTRACT

Electroanalgesia is a safe, effective and non-pharmacological technique used for pain management. The mechanism of electroanalgesia is believed to be a combination of interrupting the transfer of pain signals from the peripheral nervous system to the brain and the release of endocrine analgesics. The clinical applications  of transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS), spinal cord stimulation (SCS) and transcutaneous spinal electroanalgesia (TSE) are reviewed.
　Key words: Analgesia；Transcutaneous electrical nerve stimulation；Spinal cord stimulation；Transcutaneous spinal electroanalgesia
　Corresponding author: Chao Ding, MD; E-mail:sanf@sohu.com

　　电刺激镇痛(electroanalgesia)作为一种现代物理镇痛技术应用于临床已有60多年的历史^[1,2]，它主要通过影响外周和中枢神经系统的疼痛信号向大脑的传入，并引起内源性镇痛物质的释放来缓解疼痛,已逐渐被证明是一种非药物性的、安全、有效的镇痛措施^[3,4]。目前常用的方法有经皮神经电刺激（transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS）、脊髓电刺激（spinal cord stimulation, SCS）和新出现的经皮脊髓电刺激镇痛（transcutaneous spinal electroanalgesia, TSE）^[5-9]。随着设备的不断改进，成功率和长期疗效也不断提高。现就其镇痛机理和临床应用的进展进行综述。

　　一、经皮神经电刺激疗法（TENS）
　　TENS称为电波神经冲击法或经皮电刺激神经法，也有人称之为周围神经粗纤维电刺激疗法，是通过皮肤将特定的低频脉冲电流输入人体以治疗疼痛的电疗方法。从20世纪70年代兴起，止痛效果较好，在临床上（尤其在美国）得到了广泛的应用。
　　1．物理特性
　　TENS疗法与传统的神经刺激疗法的区别在于：传统的电刺激主要是刺激运动纤维；而TENS则是为刺激感觉纤维而设计的。TENS仪器频率多在2～160Hz之间，属低频范围。脉冲宽度多在9～350μs之间。如果脉冲太宽，传递疼痛的纤维便会被激活，而且极板下离子化增加。TENS目前常用有以下几种波形：
　　（1）单相方波脉冲；
　　（2）对称的双相方波脉冲；
　　（3）不对称的双相脉冲；
　　（4）被单相方波调制的中或高频脉冲。
　　2．TENS镇痛的机制
　　目前公认的有两种学说：一是Melzack & Wall提出的闸门控制学说(gate control theory)^[3]，其要点是，在脊髓背角内的胶质(SG)细胞有一种类似闸门的神经机制，它能减弱或增强来自外周上传到中枢的神经冲动。TENS可引起粗纤维的兴奋，激活SG细胞，从而抑制了同节段细纤维传入的伤害感受信号对脊髓背角投射神经元(T细胞)的兴奋作用。粗纤维的感觉传入如触觉和震动觉“关闭”细纤维传入信息，即抑制细纤维的伤害性信息传入，这种“关闭”的结果在临床上产生镇痛。二是中枢释放内源性镇痛物质。大量的研究表明，TENS可使中枢释放多种镇痛物质，其中以内源性阿片肽起着重要的作用。韩济生实验室的研究证实^[4]，不论是电针，或是在穴位皮肤进行电刺激，低频(2Hz)电刺激使中枢释放内啡肽和脑啡肽，而高频(100Hz)刺激则引起强啡肽释放增加，当2Hz和100Hz交替刺激时，三种阿片肽同时释放，从而引起全身性的镇痛作用。5-羟色胺、去甲肾上腺素等多种神经递质都被证实参与了TENS的镇痛。总之，外周的穴位刺激可引发中枢神经系统内一系列具有镇痛作用的神经递质的释放，从而产生即时的镇痛效应。深入的研究表明，外周刺激还可以引起相应神经递质的基因表达增加，进一步导致中枢脑啡肽、胆囊收缩素和P物质活动的改变。这可能是反复刺激产生的累加效应。TENS镇痛的机制可能还包括促进了局部血液循环，经TENS治疗后局部皮温上升1～2.5℃。


　　研究表明, 中枢神经系统对不同频率的穴位体表电刺激有不同的反应。例如，
　　(1)在啮齿类动物和人的脊髓水平均可证实, 2 Hz电刺激可以动员内源性脑啡肽(enkephalin)作用于μ和δ阿片受体,而100 Hz电刺激可促进体内释放强啡肽(dynorphin), 与κ阿片受体结合;
　　(2) 损毁大鼠下丘脑的弓状核可以去除2 Hz 电刺激的镇痛效应,而100 Hz 电刺激的镇痛效应随脑桥臂旁核的损毁而消失; (3)研究电针后不同脑区c-fos基因表达的变化结果表明, 2Hz和100 Hz 电刺激各有其特异性的激活脑区模式。这些结果提示,中枢神经系统可能具有对不同频率的穴位体表电刺激作出特异性反应的能力。这些特异性反应可能代表了不同针灸手法和不同电刺激参数产生不同治疗效果的可能机制。

　　二、脊髓电刺激疗法（SCS）
　　脊髓电刺激疗法是将电极植入脊柱椎管内（图1），以脉冲电流刺激脊髓神经治疗疾病的方法^[4－6]。早在1943年Martin对脊髓痛以直流电的效果进行了观察。Shealy等人发现对猫的脊髓后索给以50Hz的方波电刺激后，疼痛刺激被抑制，1967年开始临床应用，治疗6名病人，全部病人的疼痛得到缓解或消失。当时他们是在全麻下切除椎板，将电极植入蛛网膜下腔。1971年以后，日本学者下地恒毅首先将电极改进为植入硬膜外间隙，取得了同样的止痛效果，降低了严重并发症的发生率。随着设备的不断改进、成功率和长期疗效也不断提高，但该方法有创伤性，病人不易接受，故其应用范围受到限制，目前一般把它作为各种顽固性、难治性或其它方法无效的疼痛症的最后一道保守治疗方法。
　　1． 物理特性
　　与TENS相似，波型主要有单相方波、不对称双相方波等。频率一般在10～120Hz之间（早期的蛛网膜下腔刺激的频率可达100～500Hz，现已不用），波宽为0.1～1.0ms。
　　2．镇痛机制
　　脊髓电刺激疗法的作用机制推测是通过体外电流的干扰一方面阻断疼痛的传导，另一方面激活内在的疼痛控制系统，达到长时间甚至是永久性的镇痛^[5－7]。其确切作用机制尚不清楚，研究进展有以下方面：
　　⑴节段性地关闭脊髓灰质第五层细胞，阻断脊髓丘脑束：人们研究了背柱刺激对麻醉状态下猴子脊髓丘脑束细胞的影响，提出SCS能节段性的关闭脊髓灰质第五层细胞。用SCS刺激中胸段或颈段脊髓背部白质时，在脊髓丘脑细胞监测到SCS的抑制效应，这种效应可持续150ms，刺激同侧背柱可产生最佳的抑制效应。背柱破坏可以使损伤部位以下的SCS的抑制效应消失，而损伤侧柱则对结果无影响，这说明抑制效应是通过脊髓丘脑束起作用。
　　⑵改变脊髓以上中枢的功能：刺激背柱或脊髓可以产生脊髓以上的功能改变，从而影响了痛觉传导或痛觉调节。通过置入到双侧背柱的损伤部位的电极刺激头端的背柱核，在大鼠甩尾试验和福尔马林试验都发现了抗伤害作用，这种背柱刺激的逆行性激活又可被切断电刺激脊髓的尾端所阻断，说明脊髓以上机制参与了SCS的痛觉调节作用。
　　⑶调节交感神经系统的传出功能：由于脊髓刺激后可以出现血管扩张，因此SCS有可能影响了交感神经系统传出神经元的功能。这些血管扩张作用可能继发于SCS的疼痛缓解作用，或因为激发了细小的传入纤维的逆行性作用，也可能直接激活了脊髓的控制交感传出中枢，SCS使血管活性物质（如血管活性肽VIP、P物质或降钙素基因相关肽CGRP）释放可能也与其血管扩张作用有关。


　　⑷神经调节物质的释放：SCS缓解疼痛的时间常常超过刺激本身的作用时间，可能和其引起某些神经调节物质释放从而延长了疼痛缓解时间有关，这些物质包括包括肾上腺素、5-HT、内啡肽等等。最近又有报道，丙氨酸和GABA也在SCS中起着重要的作用。

　　根据以上的研究，学者们将SCS的镇痛机制简单归纳为以下几个方面：① 刺激脊髓后索产生的逆行性冲动和顺行性痛觉冲动发生冲突；② 脊髓后索的逆行性冲动激活了脊髓后角的闸门控制系统，使疼痛冲动不能上传；③ 刺激脊髓后索的上行冲动在丘脑、皮层产生干扰作用；④ 高级中枢下行抑制通路的激活；⑤ 内源性镇痛物质的参与。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　三、经皮脊髓电刺激镇痛（TSE）


　　1．物理特性
　　研究显示较高频率的电刺激可以使人体容抗减少，治疗电流量增加，不适感减小。TSE应用低频或中频（100Hz-50kHz）电脉冲以规则的间隔经皮进行电刺激（图2）^[8,9]。一般TSE应用的频率范围是2k-20kHz。经典的TSE脉冲是对称的双相方波（biphasic square），持续4μs或更少，足够短以至于不能在外周神经产生动作电位，此时峰-峰电压低于150v（如图3）；应用更短的脉冲，如设定为0.5μs，则可在到达感觉阈值之前使电压达到 500v或更高。TSE干扰性刺激器所应用的频率，相比持久的TENS脉冲而言，电信号可以更有效的穿透皮肤和深层组织并达到脊髓的深度。TSE毫无例外也会产生阻抗，应用极短周期的脉冲在组织内产生的阻抗是 150欧姆或更少，而经典的TENS机器产生500欧姆的阻抗，可见TSE应用的短周期脉冲使人体产生的阻抗较TENS机器减少了2/3以上。
　　2．镇痛机制
　　TSE是在现有的电诱导性缓解疼痛的方法基础上发展而来的，通过作用于中枢神经系统和阻断疼痛信号传入大脑来缓解疼痛，其理论机制不但包括了经皮神经电刺激疗法和脊髓电刺激疗法的理论，而且应用高变化率的电场，也产生额外的效果。
　　高变化率的电场具有非致热性脉动式射频的特点，在中枢和外周神经系统均产生直接的作用。在电生理学研究中人们发现，TSE对微管系统的行为产生影响，一定配体的释放率和（或）多种配体闸门受体的反应性均发生变化。电信号也影响与动作电位传导有关的离子的活动性，甚至直接作用于某些细胞结构，如电压门控（中枢或外周神经系统）通道。近年来许多研究者发现了应用电场与细胞结构之间的偶联关系^[9－11]，如liu等观察到震荡电场对 Na-K-ATP酶上Na⁺泵和k⁺泵脉冲编码模式的激活产生直接影响。Kotnik等探究了细胞内不同频率外部电流的放大程度，显示细胞膜可放大细胞表面应用的交流电场。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　四、电刺激镇痛的临床应用
　　电刺激镇痛主要用于顽固性慢性疼痛，包括腰背痛、四肢痛、头痛、偏头痛、灼性神经痛、幻肢痛、关节痛、肢体缺血性疾病、疱疹后神经痛、周围神经损伤、三叉神经痛、产痛、癌痛、血栓性脉管炎、脊髓损伤、反射性交感性营养不良、脑血管意外等^[9－11]。较少用于急性疼痛。也可用来治疗心绞痛以及改善外周血液循环、缓解术后痛、治疗神经原性膀胱、多发性硬化等。
　　疼痛治疗的原则为简单而有效，即所谓的KISS（Keep it simple and sweet）原则。电刺激镇痛作为一种治疗疼痛的物理方法，具有明确的镇痛效应，几乎适用于各种类型的疼痛，且与其它方法相比，具有安全、使用方便、副作用小等突出特点，临床应用价值较高。但鉴于疼痛的病理生理机制复杂，病人的个体差异较大，以及不同频率的镇痛机制还存在许多疑问，电刺激镇痛还有待进一步深入研究。

参 考 文 献
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