运动障碍和神经调节

文摘

运动障碍是神经疾病影响速度,流畅,质量和方便运动。脑深部电刺激(DBS)是用于治疗晚期帕金森疾病,特发性震颤、肌张力障碍。可能的目标站点DBS包括丘脑腹侧中间核、苍白球内肌和丘脑核。高频DBS导致一种功能性刺激的传入神经阻滞的调制结构和大脑皮层的活动。这有对运动的效率产生深远的影响。DBS的适应症使用包括需要改善功能,减少药物依赖性,避免烧蚀神经外科。适当的病人选择是成功的关键。植入技术是简要描述。通过遥测编程刺激参数执行。星展银行的不良影响进行了讨论。 The future should see the development of “closed-loop” systems. Its use has promoted interdisciplinary team work and provided an improved understanding of the complex neurocircuitry associated with these disorders. DBS is a highly effective, safe, and reversible surgical treatment for advanced Parkinson’s disease, tremor, and dystonia. It is a useful therapeutic option in carefully selected patients that significantly improves motor symptoms, functional status, and quality of life.

1。介绍

运动障碍是神经系统的条件,影响速度,流畅,质量和方便运动。可能有过度的运动或缺乏自愿和自动动作,无关的弱点或痉挛状态1]。运动障碍可以有一个对健康和生活质量产生深远的影响。运动是产生和协调由几个相互作用的大脑结构,如运动皮层、小脑和基底神经节(BG) [2]。电机系统是中枢神经系统的一部分,参与自愿和非自愿的动作。它由锥体和锥体束外的系统。锥体束外的系统是运动系统的一部分,导致无意识的条件反射和运动,和调制的运动(即。、协调)。BG由一组相互关联的脑深部核,即尾状核和壳核、苍白球的孔(GP),黑质(SN)和丘脑核(STN) [2]。这些核(通过连接与丘脑和大脑皮层)影响运动和肌肉张力的无意识的组件。中断此类复杂电路的BG导致运动障碍,如帕金森病(PD)、特发性震颤(ET)和肌张力障碍2]。小脑有助于协调、精密和准确的时间运动。小脑的结构和功能之间的联系和基底神经节似乎在肌张力障碍患者3]。在某些类型的肌张力障碍,小脑功能障碍(如补偿活动)可能发挥主要作用的病理障碍(3]。临床、生化、病理和影像学研究表明小脑的功能异常等(4]。

运动障碍可以分为运动机能亢进(的动作),运动困难(不自然的动作),和异常的不自主运动1]。也有运动的幅度降低(或运动功能减退),但条款运动徐缓(移动缓慢)和运动不能使用(运动的损失)以及(1]。运动障碍可以发展严重或随着时间的推移。例如,急性精神障碍中遇到运动障碍包括那些与帕金森病有关,急性药物反应(羟色胺综合征,急性肌张力障碍、精神抑制药恶性综合征、恶性高热),急性加重慢性运动障碍(状态dystonicus) hemiballism, stiff-person综合症(5]。

2012年是现代DBS的诞生25周年。介绍了DBS Benabid和他的同事在1987年(6]。这是最初创建治疗震颤的丘脑腹侧中间核(VIM) [7]。自那时以来,星展已成为一个高度有效且安全的手术治疗严重等,先进的帕金森病和肌张力障碍(8]。其技术比立体定向微创手术和可调并可逆。星展银行广泛与压控设备管理、当前的变量(9,10]。高频DBS导致一种功能性刺激的传入神经阻滞的调制结构和大脑皮层的活动。这有对运动的效率产生深远的影响。

最新的,成千上万的病人经历了植入DBS电极,主要用于治疗帕金森病,严重等,主要(特发性)肌张力障碍11]。星展银行的新用途包括癫痫和精神疾病,如抑郁症,强迫症,妥瑞氏综合征(12]。运动皮层刺激用于棘手的神经性疼痛(包括中央卒中后疼痛)。DBS对帕金森病的作用等,和肌张力障碍是一个行之有效的治疗方案,目前批准使用在北美,欧洲,澳大利亚和新西兰等国。

这叙述论文的目的是探讨在运动障碍的治疗中使用DBS审查迹象的使用和它的作用机理。植入DBS技术及其可能的不利影响。未来技术进步阐明病理生理学运动障碍和需要改进的研究设计进行了讨论。

2。方法

本文是基于一个广泛搜索的文献(PubMed、Embase)与主题没有严格的包含或排除标准在搜索策略。

3所示。脑深部电刺激的迹象

DBS的适应症使用包括需要改善功能,减少药物依赖性,避免烧蚀神经外科。星展银行出现了成为一个高效、安全、和可逆的治疗帕金森病,ET,肌张力障碍。DBS的可能目标站点包括腹侧中间(VIM)核丘脑,谷歌价格指数,STN (8]。星展银行,尤其是在STN,基本上杜绝了烧蚀手术。

3.1。帕金森病

帕金森病是一种慢性进行性神经退行性运动障碍影响锥体束外的运动系统。它涉及SN的多巴胺能神经元的变性。SN致密部多巴胺能神经元的损失预测尾状核和壳核被认为是其神经病理学(标志2]。条件下典型的临床特征包括动作迟缓,刚度和静止震颤。类的一个证据的有效性DBS对帕金森病(11,13,14]。据估计,超过10%的帕金森症患者可能受益于DBS治疗(2]。

星展银行应该留给levodopa-responsive帕金森症患者levodopa-related并发症,与药物不能充分控制15]。这三个目前公认的主要目标用于DBS先进治疗特发性帕金森病耐火材料,药物治疗是VIM丘脑,谷歌价格指数,STN (8]。丘脑DBS主要是减轻地震的结果。STN和GPi DBS缓解广泛的帕金森症状(8]。STN的整体临床结果和GPi DBS运动障碍和运动控制的波动是相似的(16]。

STN DBS后减少多巴胺能治疗可能有助于减少视觉幻觉和冲动控制异常(17]。使用恒流双边DBS STN的帕金森病导致显著改善运动功能和日常波动对左旋多巴(10]。迄今为止的证据表明,星展银行通常是精选PD患者的安全从认知的角度来看。然而,有一个明确的手术后的认知能力下降的风险,似乎更每当STN DBS使用(18]。

发生显著改善晚期帕金森症患者(特别是那些有严重运动波动)当GPi DBS处理(7]。这些包括改善步态和姿势,减少运动困难,减少的数量和严重性开/关(波动8]。然而,小学和各种类型的次级肌张力障碍可以非常有效地治疗GPi DBS [8]。

3.2。震动

这些震动包括帕金森震颤,ETs,小脑震动,震动的多发性硬化症和直立性震颤。

对左旋多巴治疗帕金森震颤总是小于刚性运动徐缓或(19]。DBS VIM丘脑仍然是一个有效的目标治疗某些患者震颤帕金森病主要耐火材料药物治疗(20.]。对侧肢体震颤与丘脑DBS最改善症状。刺激的频率是决定临床疗效的关键因素21,22]。刺激开始减少地震大约50赫兹的频率和到达高原~200赫兹。在植入后的五年多,丘脑DBS已被证明有利于地震控制(20.,23]。严重帕金森震颤、有前景的结果最近获得的使用DBS后丘脑下的地区(包括尾带incerta) (24]。

等是最常见的运动障碍影响了5.5%的年龄在65岁或以上(25]。星展银行有深远的好处等(26]。DBS治疗等的主要排除标准包括认知和改变一个未经处理的存在或禁用精神疾病(2]。丘脑刺激治疗的有效性至关重要的头和语音震颤仍未经证实的(8]。

星展银行是一个新兴的治疗禁用小脑震动不同的目的(多发性硬化、中风、创伤、海绵状血管瘤、肿瘤、退行性疾病)(8]。DBS VIM丘脑减少地震的69%的多发性硬化症患者(27]。更好地控制在创伤后的地震发生在双脑深部刺激器会被放置在更大的区域的腹侧丘脑(8,28]。双边丘脑刺激了有益作用在难治性病例报告直立性震颤(29日,30.]。

3.3。肌张力障碍

肌张力障碍是最常见的类型的帕金森症和地震后运动障碍。可能是小学(特发性)或中学到一个已知结构损伤大脑的(例如,脑瘫围产期缺氧、感染、中风、创伤,药物,和威尔逊氏病)或与复杂区域疼痛综合征(2]。BG和小脑电路之间的相互作用中起着重要作用的病理生理学(2]。它展示持续、不受控制,往往痛苦的肌肉收缩造成重复动作和姿势异常2]。肌张力障碍分为焦(影响身体的一个地区),节段(两个或两个以上的邻近地区),或广义(包括腿,或一条腿和躯干,加上至少一个身体的其他区域)(2]。局灶性肌张力障碍包括颈肌张力障碍(痉挛性斜颈),睑痉挛,动眼神经危象,oromandibular肌张力障碍,痉挛性发声困难或喉肌张力障碍,焦的手肌张力障碍(8]。

谷歌价格指数显示,异常放电活动在肌张力障碍,因此通常DBS的目标(例如,为原发性肌张力障碍和颈肌张力障碍orspasmodic斜颈)(2]。最优频率和振幅刺激设置所需DBS在肌张力障碍高于GPi DBS和STN DBS在帕金森症患者。GPi DBS对肌张力障碍的治疗效果可能需要数月时间才能发生(31日]。

积极的DBS对肌张力障碍尺度的影响,生活质量,减少和痛苦已在很多研究[2,32,33]。在初级普遍肌张力障碍,大多数研究表明改进运动成绩上的60 - 70% (34]。长期可持续性的这些好处已经证明(35]。在迟发的肌张力障碍(从精神安定剂,胃复安,和普鲁氯嗪),从星展银行在矛盾的症状有明显改善36]。

而最大的有益影响震颤和刚度达到几分钟后,极大改善运动不能的延迟几分钟至几小时,改善肌张力障碍逐渐发展几周(22,37- - - - - -40]。

4所示。脑深部电刺激机制

有三个原因可以解释DBS的运作。第一个解释是,高频DBS沉默刺激神经元。第二个是高频刺激调节神经元网络活动和神经传递8]。第三,高频刺激诱发长期突触变化(塑性)。

最近的证据表明,DBS的行动更复杂的机制比纯目标地区的功能失活(8]。调制中的网络活动的最终效果BG可以被视为收购cortico-BG-thalamocortical的活跃元素或结构复杂的电路(8,41- - - - - -43]。例如,减少基底神经节的异常增强同步输出是一个重要的机制DBS在帕金森病的治疗效果。

其他可能的高频DBS行动机制包括当地同时激活的神经元抑制周围的纤维,因此导致增加突触输出(43和激活的传入轴突终端(例如,皮质的输入的高频刺激STN或伏隔核)(22,44,45]。这可能是治疗强迫症和抑郁症的好处(22,46]。

星展银行可能调节特定神经元释放特定的神经递质,从而影响大脑中的这些系统(8]。体积tissue-activated研究的使用,其他功能成像,微电极多点录音,局部场电位,脑电图,magnetoencephalographic研究将促进理解的刺激影响本地和远程神经网络(6]。

5。植入技术

适当的病人选择是成功的关键。候选病人DBS的选择应该有严格的纳入和排除标准。例如,DBS在帕金森病病人选择标准如下:(1)医学耐火棘手的帕金森病的诊断,主要全面肌张力障碍,或等,症状显著干扰病人的生活质量和功能,(2)完整的认知,(3)没有一个治疗精神疾病或者使之失效,(4)现实的期望,(5)能力和意愿参与定期跟踪访问,和(6)没有并发症的禁忌症DBS [18,47]。

DBS技术使用连续高频刺激特定的大脑区域(图1)。它包括微电极的植入目标在大脑深处,是连接到一个刺激器;刺激器就发出电脉冲以不同的长处和频率(8]。冲动去的植入电极脉冲发生器(类似于心脏起搏器)telemetrically可编程。美敦力公司DBS设备(明尼阿波利斯Inc .)是目前使用最广泛的系统功能手术在世界各地。有三个独立的组件使用的设备包括电极、扩展电线连接颅内电极与编程脉冲发生器(IPG)的(图2)[48]。系统程序和评估临床使用手持遥测设备。

尽管关于外科技术细节可能不同,所有与详细的图像结合立体定向技术指导。趋实体性是一种微创手术,利用一个三维坐标系统来准确定位目标大脑的深层区域。电极植入目标大脑区域通过这个立体定向手术与电生理记录在细胞或通路水平(2]。

立体定向头架放在病人在手术室在局部麻醉下。计算机断层扫描(CT)扫描,或者更常见的是,磁共振成像(MRI)扫描获得;这个标识前连合、后连合和midcommissural点(8]。根据这些结构的位置,得到了确认x,y,z目标坐标用于计划电极位置(8]。规划软件决定了目标坐标;找到一个入口点,允许通过电极通过大脑没有遍历心室或破坏血管结构8]。

手术通常在病人清醒,进行药物治疗,在局部麻醉下,因为这使得可靠的微电极记录(MER)获得;它允许评估术中刺激和可能造成的不利影响电流扩散相邻结构(49]。全身麻醉期间一般禁忌MER,因为它降低了神经活动,抑制临床症状(震颤和刚度)和干扰临床效益的评价49]。在病人无法忍受“清醒”过程中,氯胺酮是一种安全有效的替代其他药物用于全身麻醉的诱导,微电极记录保存的可行性[49]。

头皮切口和毛刺洞放置在头骨在预定的入口点。直径1.3毫米的电极集成四个1.5毫米长度的联系,连接到一个脉冲发生器,使用。微电极记录验证正确的电极放置在脑深部核。测试刺激是通过一个临时的外部刺激。口头反馈收到“清醒”病人关于不必要的副作用(如感觉异常或视觉现象)。适当的位置是证实了术中透视和术后MRI或CT扫描。

一旦试验刺激被认为是成功的,一个永久的脉冲发生器(类似于起搏器)放在subclavicular空间。刺激参数(频率、振幅和脉冲宽度)可能会有所不同。通过遥测编程这些参数执行。一些可能需要耗时的访问之前,达到最好的治疗效果。

两国领导植入可以执行在一个单一的手术或分阶段过程由2 - 4周。脉冲发电机可以放置在一个subclavicular位置在同一天或上演的过程导致植入后(10]。成功的结果是与病人选择、电极的位置准确手术目标,和最佳的编程的患者(48]。

在什么阶段后运动障碍的诊断应该植入发生?这仍是有争议的。然而,一个在帕金森病8年的跟踪研究表明,STN DBS可认为是安全的从认知的角度来看,但似乎并没有修改认知进化沿着病程(50]。这些观察的基础上,它可能是适当的执行手术比目前表示。

6。的不利影响

6.1。手术不良反应

副作用指出包括相关手术,硬件,刺激本身。手术并发症主要包括颅内出血(少于2%在大多数中心)和感染(在大约4%的情况下)2,51]。术中或术后出血是最可怕的并发症的星展银行(52]。颅内血管的出血可能发生由于撕裂在微电极记录或植入。手术在GPi有比这更大的出血风险STN (52]。如果发生感染,清除的硬件通常是必需的。出血和感染可导致癫痫发作(53]。执行再植术后感染清除。

6.2。硬件的并发症

硬件的并发症(device-related问题发生在4.5%的病人)(54对连接器包括以下:侵蚀;电极断裂或故障;电极迁移;导致骨折;感染;皮肤流失;电池失败;设备故障;核磁共振安全问题(53]。皮下的部分硬件的侵蚀发生在患者身体质量指数很低。在每个临床检查和记录电极阻抗应该访问(15,55]。

6.3。Stimulation-Related不利影响

所有的病人经历一些stimulation-related DBS编程期间不良反应。刺激信号振幅大于那些需要实现症状控制会影响邻近结构造成不利影响;这些是可逆的振幅调整(52]。为了避免这种情况,刺激应设置在振幅不引起难以忍受的不利影响。轴向的运动障碍,恶化症状(冷冻、平衡和步态障碍),语音干扰,不随意肌收缩,感觉异常,和复视常见stimulation-related和瞬态的副作用53]。

STN DBS可以在一些病人恶化演讲和步态,要求刺激参数调整。其他不良反应观察STN DBS后包括神经精神问题,认知退化,眼睑打开失用症,体重增加,电极刺激诱发的运动困难,以及不断恶化的运动不能(56,57]。STN DBS后的神经精神症状的帕金森症患者通常是暂时的,轻微的如果适当管理58]。

GPi DBS,副作用包括感觉异常,肌肉收缩,视觉闪烁,日益恶化的运动不能,构音障碍,体重增加,眼睑打开失用症,混乱,和认知能力下降57]。最近的一项研究报告说,抑郁症恶化与STN DBS但改善GPi DBS [59]。

星展银行不修改帕金森疾病的潜在的病理过程。年后,患者可以出现禁用levodopa-resistant症状,例如步态障碍和认知障碍(2]。电极刺激诱发的运动障碍通常是通过减少剂量的多巴胺能药物。控制症状药物不良反应较少,DBS的编程可以并发地执行与左旋多巴的剂量的变化(52]。

在星展等,最常见的电极刺激诱发的副作用是感觉异常,其次是构音障碍和疼痛;这些是可逆一旦刺激关闭。步态或平衡可能恶化DBS后药物耐火材料等(60]。

6.4。认知效果

DBS的副作用可能包括调制的影响,认知、人格和行为,或可能的变化(2]。一些数据表明,植入“本身”,而不是刺激是执行功能的下降的主要原因(10]。DBS一般安全时精选PD患者从认知角度看全球认知的措施(18]。然而,有一个明确的手术后的认知能力下降的风险,似乎更大使用每当STN DBS,尽管数据与其他目标是有限的(18]。只有一个大的随机、双盲试验主要集中在电机功效STN DBS对GPi DBS的问题(59]。手术后的下降在语言流畅最持续报道认知副作用的患者接受丘脑下的星展银行(18,59]。长期认知效果的演示从外科手术或刺激是很困难的。仍然是具有挑战性的区分这些疾病的自然进程和其他混杂变量(如药物治疗、大脑血管病变,PD进展,和并发退行性病理学)。短期明确的变化很可能是由于手术本身和电刺激(18]。的因素(如年龄、PD持续时间、疾病表型和左旋多巴反应),预测手术后的认知衰退仍不满意(18]。

7所示。未来

无线瞬时神经递质浓度系统(绞车)开发促进理解涉及的神经(61年,62年]。绞车系统提供实时神经递质监测揭示潜在neuromodulatory DBS行动机制63年]。这个设备可以监测多种化学物质的释放(多巴胺、5 -羟色胺、组织胺和腺苷)在使用electroanalytical DBS技术快速扫描环绕在碳纤维微电极循环伏安法,和固定电位电流滴定法(64年)在酶联生物传感器(8]。

未来的发展应该看到“闭环”DBS系统;这些将提供反馈大脑电活动直接刺激和神经影像形式。计算分析或电生理模型可以用来提高星展(65年]。星展银行将取决于多个电极的使用与这些“闭环”系统,包括macrorecordings和刺激2]。它甚至允许有效和安全编程的性能通过远程访问,比如通过电话或者互联网2]。通过把神经网络编码,闭环设备(66年“随需应变”[]可以提供刺激11]。

闭环DBS目前正在为难治性癫痫的临床试验(65年]。正在进行的临床试验与星展银行正在调查其使用在多发性硬化症震颤,在情绪障碍,在痛苦和丛集性头痛,高血压,肥胖,在记忆障碍,攻击性,在药物成瘾,和其他中枢神经系统疾病;这将增强的迹象在未来使用。

大脑功能成像的发展提供“新”目标,越来越多的疾病(7]。新的DBS成像技术提供术前模拟手术,包括神经纤维束(弥散张量成像),体积和影像的组织激活特定的电极(65年]。DBS计算分析技术包括数学模型的同步异常电活动,这会引起癫痫、运动障碍,许多情绪障碍。

新的编程选项,例如交叉(67年)和恒流装置(10现在市场上。恒流刺激提供更准确的控制电场的传播比压控设备,作为异质性的调整可以在组织阻抗(10,68年]。未来的试验应该比较与压控恒流刺激。新电极的开发与改进的方向变化的刺激应该援助进度。DBS技术在未来将由多次接触电极和感应能力。

找到正确的解剖区域刺激以获得最好的结果仍然是一个挑战。最近的一个实验目标是pedunculopontine核(PPN)可能适合患者步态冻结或姿势不稳定步态困难(69年- - - - - -71年]。centremedian / parafascicular丘脑复杂的已被建议作为一个成功的目标控制的地震(71年]。

纤维束,而不是核可能是正确的选择目标(不仅在帕金森病,但也在刺激丘脑等)。Optogenetic研究表明STN刺激和刺激的传入大脑皮层区域会形成DBS的主要作用机理(11,41]。

8。结论

运动障碍包括急性和慢性疾病的特点是无意识的动作或失去控制或自愿活动的效率5]。在运动障碍,星展银行是一个高效、安全、和可逆的先进手术治疗帕金森病,震颤,肌张力障碍。它的使用促进了跨学科临床团队合作和提供了一个改进的理解复杂的神经回路与这些疾病有关。DBS后改进的结果,需要细化的病人选择标准(71年]。星展银行是一个有用的精心挑选的患者的治疗选择,极大地提高了运动症状,功能状态和生活质量(72年]。星展银行仍然是一个昂贵的资源,其未来的临床应用将继续提高许多管理和伦理问题。进一步的证据,尤其是前瞻性研究和随机对照试验的形式,需要更好的建立运动障碍的病理生理学和它的作用。

信息披露

作者报告没有财务披露,给予支持,或利益冲突。作者仅负责内容和论文的写作。

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