脊髓电刺激疗法是将电极植入脊柱椎管内，以脉冲 电流刺激脊髓神经治疗疾病的方法。早在1943年Martin对脊髓痛以直流电的效果进行了观察，1965年Melzack和Wall提出闸门控制学说以 后，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。SCS在早期曾称为刺激镇痛疗法(stimulation-produced analgesia )。70年代末以来尤其是近10年以来，随着设备的不断改进、成功率和长期疗效不断提高，该方法逐渐在西方国家推广。全国人口不足1千万的比利时，在 1983年至1992年的十年间，共植入了700套SCS系统。截止到1994年，在欧洲治疗周围血管梗阻性疾病（PVD）的患者就超过了7000例。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。

一、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。

二、生理作用和治疗作用
（一）镇痛
1. 镇痛机制：SCS和TENS都是根据闸门控制学说而发展起来的，二者的镇痛机理相似。但对SCS的研究明显比TENS少。早期的研究证明SCS治疗后P物 质（CCK、VIP、神经紧张素等）含量明显变化，而最近数年的的研究显示GABA能神经元高度参与了SCS的镇痛机制。
SCS所刺激的神经元（纤维）--脊神经背根、脊髓后角神经元、脊髓丘脑束与SCS的镇痛作用有关。Chandler认为SCS的止痛机制是降低了脊髓丘 脑束中与细传入纤维相关联的神经元的活动，而SCS引起的感觉异常是因为激活了脊髓丘脑束中与粗传入纤维相关联的神经元。Hunter等观察到SCS能促 进背角初级神经元和Ⅰa神经元的逆行性活动（antidromic activation），缩短运动神经元的潜伏期，增加动作电位的产生机率。Meyerson等所做的小鼠单神经病试验发现，SCS刺激10~20min 后，反射弧中感受器和传入神经的阈值明显升高，并持续到停止SCS刺激后30~60min。
一般认为，SCS的镇痛机制有几个方面：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。
2. 临床应用：主要用于顽固性慢性疼痛，很少用于急性疼痛。
（1）急性疼痛：由于急性疼痛可以用药物、手术、TENS等方法控制，很少需用SCS治疗。但日本有人在全身麻醉手术中和术后以SCS止痛，效果很好。他 们采用经皮穿刺导管电极，频率12~50Hz、波宽1ms、电流强度2~8V，持续刺激到术后17hr，结果术后第一天21%的患者不需用镇痛药物，其余 患者的镇痛药用量明显减少。术中应用SCS的另一个好处是能轻度降低血压和减慢心率。
（2）慢性难治性疼痛（chronic intractable pain）：是SCS的最大的适应证。
①腰背痛：这是SCS治疗最多的病症，其中又以腰椎手术失败综合征（failed back surgery syndrom , FBSS , 主要是腰椎间盘突出症术后疼痛）为主。比利时曾对1983~1992年全国SCS治疗的所有疾病统计，其中腰背痛占61.4%。另2项回顾性研究表明腰背痛占SCS治疗的疼痛性疾病的45%左右（Lazorthes Y等，1995）。
SCS对慢性难治性腰背痛的早期效果令人鼓舞，但长期效果还不够理想。在早期疗效方面，1994年美国Johns Hopkins大学的一项研究很有代表性。他们采用前瞻性随机对照的方法，将曾手术失败的慢性腰痛病人（FBSS）分为SCS治疗组与再手术组，观察期半 年，如效果差则相互改换治疗方法。结果SCS组需要改换手术的人数大大少于再手术组需改换SCS治疗的人数，说明SCS的短期疗效好于手术。LeDoux 报告SCS治疗腰痛1个月后有效率（疼痛减轻50%以上）在90%以上，1年后降低为76%。Hieu PD等人给77例曾经手术治疗无效的顽固性腰痛患者予以SCS治疗，平均随访42月后，疗效好占63.6%、一般占22%、差和失败占14.4%。综合各 种报道，一般认为长期治疗（2年以上，最长达20年）的有效率在50~70%之间。
②其它疼痛：许多研究表明，SCS对疱疹后神经痛、幻痛、周围神经损伤、三叉神经痛、癌痛、血栓性脉管炎、脊髓损伤、反射性交感性营养不良等痛症均有不同 程度的镇痛效果。Shimoji K观察了SCS对454例痛症的早期治疗（1年内）效果，11.5%的患者完全止痛，71.1%的患者部分止痛（疼痛减轻30%~100%），1.3%的 患者疼痛加重。11.5%的患者完全不需镇痛药物，57.9%的患者需要的镇痛药物用量减少。效果最好的病种是癌痛和灼性神经痛，其次是糖尿病神经病变的 疼痛，效果较差的是疱疹后神经痛、血栓性脉管炎和肋间神经痛综合征（需要指出的是，SCS很少用于癌性疼痛和急性疼痛）。幻痛和慢性脊髓损伤性疼痛的疗效 最差，Cioni B治疗了25例，早期有效率为40.9%，3年后只有6人（18.2%）疼痛能减轻50%以上。North RG报道320例各种疼痛患者中，171人能坚持治疗7年以上，平均随访7.1年时的有效率为52%。1995年Lazorthes等总结了过去20年他 们治疗的692例各种疼痛的疗效，治疗1个月的有效率为86%，长期治疗（2~20年，平均10年）有效率降为54%，由于设备和方法的改进，1984年 以来治疗的病例长期疗效为60~68%。

（二）治疗心绞痛
70年代初期以来，治疗心绞痛一直是SCS的研究重点，每年均有不少文献报道。短期疗效很好，有效率常常可达100%，患者胸痛发作次数、疼痛程度、硝酸 甘油的摄入量、心电图ST段降低程度明显减轻，运动试验的运动耐量和运动终点时间增加，心功能提高，生活质量改善。长期治疗的效果也令人满意。下表的数据 很有代表性：

表3-11-1 SCS治疗心绞痛的疗效
每日发作次数 每日硝酸甘油摄入片数 运动耐量时间（秒） 运动终点时间（秒） ECG上ST段降低(mV) 静息冠脉血流量( ml/min/100 g) 血流储备（%） 血流不均匀性（%）
治疗前 3.7±1.7 2.8±2.2 358±165 215±115 0.17 115±29 146±43 20.1±3.8
治疗6周后 1.4±1.0 1.1±1.2 493±225 349±213 0.09 127±31 122±39 17.4±2.6
P ＜0.01 0.01 ＜0.01 0.02 0.04 0.31 0.04 0.04
（引自 Hautvast RW, et al. Am J of Cardiology, 1996; 77: 462-467）
SCS治疗心绞痛具有明显的社会经济利益，丹麦曾经做了一项调查，以SCS治疗可为严重心绞痛患者每人每年节约56 489丹麦开朗的支出，其中包括节省住院医疗费用和家庭照料开支。
SCS能降低冠心病患者的死亡率和疾病恶化率。Jessurun观察了57例难治性心绞痛患者（曾行PTCA术、冠状动脉旁路手术）以SCS治疗后，需要 外科介入或改变治疗方案的病情恶化发生率下降了33~83%，年病死率为6.5%（随访4年），与稳定型心绞痛病人的病死率相似。
在SCS的应用初期，人们认为SCS既能镇痛，就可能掩盖心肌缺血包括急性心肌梗塞的危险症状。但目前的研究证明SCS是安全有效的，不会掩盖和增加心肌 缺血的危险性。Mannheimei C观察到SCS能使诱发心绞痛时的心率升高（即心脏能耐受的运动负荷增加）、心电图改善，但一旦出现心绞痛，其心电图表现和心肌乳酸盐代谢物水平均与无 SCS刺激时出现心绞痛的表现一样。Andersen对50例SCS治疗的患者进行长期跟踪，5年内有10人发生急性心肌梗塞，其中9人有典型的胸痛症 状，说明SCS没有掩盖心肌梗塞的表现。Sanderson则对23例患者随访4~5年，其中2人出现心肌梗塞，3人死亡，但均不是猝死，对该组患者而 言，病死率是较低的。
SCS治疗心绞痛的机理，与三个方面有关：一是直接镇痛作用；二是增加心肌血液灌注；三是与β受体阻滞剂的作用相似，能降低心肌耗氧量。不过也有些研究者 没有发现心肌灌注增加或耗氧量降低。如表3-11-1，SCS治疗后心肌总血液灌注（冠脉血流量）没有明显增加，但心肌血流变得均匀些，即其不均匀性 （heterogeneity）减轻，使缺血的心肌组织的血流灌注相对增加。

（三）改善外周血液循环
早在70年代初动物试验证明SCS刺激后肢体动脉血流量增加，1976年Cook首先用SCS治疗下肢血管阻塞性缺血溃疡，但效果不佳。1981年 Niglio取得了成功，患者的溃疡愈合、疼痛消失。以后不断有人报道，对严重的硬皮病、糖尿病、血栓性脉管炎、雷偌氏综合症等所致的肢体缺血溃疡，虽然 其它保守治疗方法和交感神经切除无效，甚至重建外科方法也不能奏效的，SCS治疗仍能取得较好效果。
Mingoli A等人治疗了76例用药物和手术均无效的下肢动脉梗阻性疾病，全部患者均有跛行、疼痛、足部坏死，平均随访26个月后，75%的患者疼痛得到控制，32例 （42%）肢体保存，39%的坏死面积小于3cm2的患者伤口完全愈合，44例（58%）截肢。作者认为溃疡面积小于3cm2的患者疗效好，适宜SCS治 疗。
Horsch S 和Claeys L报道177例药物和手术均无效的患者，SCS治疗前已有63例出现下肢干性坏疽（Fontaine's Ⅳ期）。平均观察3年后，110例（62.1%）疼痛减轻75%以上，肢体保存；11例（6.2%）疼痛减轻50~75%，肢体保存；56例 （31.7%）无效而截肢。4年后肢体保存率仍有66%。虽然治疗时踝动脉收缩压无变化，但未截肢者的足背皮肤氧张力（TcPO2）明显升高，说明SCS 能改善肢体微循环。开始治疗的头3个月内能使TcPO2升高50%以上，提示疗效好。他们进一步研究，将86例Fontaine's Ⅳ期患者随机分为SCS治疗组和前列腺素E1（PGE1）治疗组，治疗12个月后，SCS组的溃疡愈合率、恢复到Fontaine's Ⅱ期的病人数均比PGE1组高。治疗前TcPO2＜10mmHg者预后差，治疗后TcPO2升高26±8.6mmHg者，溃疡或截趾伤口能愈合。
1991~1994年荷兰17所大型医院协作研究，共观察了120例非常严重的、手术失败的已不能再重建血管功能的患者，SCS治疗1年后，41%的患者肢体保存，35%的患者截肢，24%的患者死亡。该项研究认为对病情太重的患者，SCS没有明显的治疗价值。
Rickman认为对无溃疡的轻症病人，有效率在65%以上，而对已有溃疡的患者有效率只有38%。
SCS治疗周围血管病的好处是：①缓解疼痛，改善患肢活动能力，提高生活质量；②改善患肢血液循环，提高肢体存活率；③降低医疗费用。也有人报道虽然SCS能明显减轻疼痛，但并不能降低截肢率。
SCS也能增加脑血流。有人用家兔做成一侧颈动脉、大脑中动脉和椎动脉模型后，以SCS刺激同侧C1、2脊髓，可见同侧大脑半球血流量增加27%，后颅窝 血流量增加32%。治疗10例脑供血不足的病人，临床症状明显改善，SPECT检查发现病灶周围血流量显著增加，但MRI检查无形态学变化。
Visocchi M以SCS（t 0.2ms，f 80Hz）对1例脑梗塞患者治疗7天后，患者的运动功能改善、痉挛减轻，EMG进步，TCD检查梗塞侧大脑中动脉血流增加130%，对侧也增加43%。动物试验21只新西兰家兔用SCS刺激（t 0.21ms，f 80Hz，方波，电极植入C2脊髓）后，52.4%的动物脑血流量增加，38.1%的动物脑血流量无改变，9.5%的动物脑血流量减少，而3只刺激颈交感干（CST）的家兔脑血流量均减少。

（四）治疗神经原性膀胱
脊髓损伤和多发性硬化病人的神经原性膀胱，是临床医生常遇到且非常棘手的难题。70年代开始采用SCS治疗。对脊髓损伤后的神经原性膀胱，一般刺激脊髓圆 锥或骶神经根。因男性的括约肌张力高，有时还需行膀胱颈或括约肌切开术。电极的放置，除了可置于脊髓表面（硬膜外腔）外，还可用特制的双极电极插入脊髓深 部即中央灰质区，深约2.5mm。Nashold治疗14例，随访3~10年，10例效果较好，其后再报告27例中16例可每日排空膀胱。SCS除了能使 膀胱收缩排尿外，还有降低膀胱感染率、增加膀胱容量、使男性病人恢复阴茎勃起、减轻瘫痪肢体痉挛和骨质疏松、恢复损伤平面以下的出汗和立毛肌反射活动等作 用。
对多发性硬化病人的神经原性膀胱，一般用胸段脊髓SCS治疗，效果令人满意。Abbate报告77.5%的病人主观症状改善，Illis报道75%的患者膀胱功能改善。

（五）其它治疗作用
Davis R报道SCS治疗多发性硬化有明显效果，越早治疗效果就越好。Visocchi M认为SCS能唤醒处于休眠的神经原（sleeping neurons），因此能治疗中枢神经系统疾病。
Kuwata T用SCS治疗15例植物人（大部分昏迷时间超过3个月），4例清醒，4例未醒但临床症状有所改善，7例无效。动物试验显示，SCS刺激时脑电波频率增加2Hz，神经递质ACh增加了2.2倍。
总之，SCS对顽固性心绞痛和周围血管病的治疗结果是最令人兴奋的，其镇痛效果往往是"戏剧性"的难以置信和其它方法难以达到的（Stanton-Kicks M，1997）。SCS治疗的成本较高（在美国目前平均每人每年需3660美元），但仍低于其它疗法，并且因为其它方法难以奏效，所以SCS具有应用价值。

三、设备和治疗方法
（一）设备
分为全植入式和半植入式，前者是指电极、导线和刺激器/接收器都埋在机体内，置于体外的控制器发射脉冲射频信号控制皮下刺激器，使其发出刺激电流。后者是 指只有电极植入体内，刺激器携带在身上，两者以导线相连，故导线一半在体内，一半在体外。现在的控制器、刺激器采用集成电路，体积很小，但功能齐全，大多 数是多通道、程控化的。最著名的刺激器是Medtronic-QUAD系统和ITREL-Ⅱ系统。与其它低频电流多是恒流型不同，SCS系统一般为恒压 型。
早期的电极体积大，需要行椎板切开术才能植入。经过不断改进，目前的电极已多种多样，如导管电极（catheter electrode）、双极电极（biopolar electrode）、三极电极（tripolar electrode）等。由于双通道的三极或四极电极的强度输出范围宽（感觉阈与运动阈相差大）、不易移位、可输出更大的电流、更易控制皮肤的异常感觉，其应用越来越多。
电极的形状细长，一般用铂-铱合金作电极材料，外面涂以环氧树脂绝缘材料，多股铂-铱合金丝绕制成电极导线，导线直径在80 ~ 250微米之间，尖端裸露2.5 ~ 5.0mm即为电极。导线亦可用不锈钢钢丝绕制，长度22.5cm左右。双极电极两个电极的极性可以交替变换。

（二）治疗方法
1. 电极的放置：单极法只将刺激电极（阴极）植入椎管内，另一电极置于体表。双极法、多极法需将所有电极均植入椎管内。以前是采用手术方法（有时需切除椎板， 扩大椎管），现在可以用经皮穿刺法将电极送入椎管。病人俯卧或侧卧位，局麻下将Touhy针或粗的18号硬膜外穿刺针刺入到硬膜外腔，再将电极顺着穿刺针 往椎管内送，在X光透视下或利用诱发电位、电刺激（被刺激的脊神经所支配的肌肉应出现颤抖）来确定电极的精确位置。为了防止电极移位，可将电极的下端或导 线缝合在筋膜上。接收器埋于右肋下或右前腹壁皮下，电极导线经皮下隧道与之相连。1992年North RB等发明了一种电脑控制系统，能比熟练的操作者使用常规设备更快、更准确地将电极定位并确定最合适的治疗参数。
电极植入的位置、电极排列方式对疗效影响很大。电极一般植入与疼痛范围相对应的脊髓节段或上升数个节段。如下肢疼痛，电极应植入在T12~L3，对心绞痛 电极应置于T1~2脊髓中线或左侧，对上肢疼痛，电极置于C4~5，头面部疼痛和颅内疼痛，电极置于C1~2，也可考虑刺激延髓或丘脑。单侧疼痛，电极放 在同侧；双侧疼痛，如植入2个以上的电极，可将电极两侧并列放置，如只植入一个电极，则放在脊髓正中。大电极、单极法、电极置于脊髓侧方时，对脊神经背根 纤维的刺激最强；小电极、多个电极上下排列放置、电极紧贴脊髓时对背角神经纤维的刺激最强。三极或四极电极多水平横向放置。疼痛范围广，应选择刺激背角神 经纤维；若疼痛很局限，刺激相应的脊神经背根就可以。
2. 参数的选择：与TENS相似。文献报道对疼痛和周围血管疾病大多选用波宽0.1~0.2ms，频率80~100Hz，强度2~8V；对神经原性膀胱，频率 应降低到10~50Hz，波宽增加到0.2~0.5ms。de Jongste等人将SCS的治疗剂量分为感觉阈、设置量、运动阈。感觉阈是指病人刚刚出现异常感觉时的电流量；运动阈是指引发新的疼痛时的电流量；设置 量也就是我们所需要的治疗强度，在电极部位和相应的皮节区有舒适的异常感觉，并能掩盖原来的疼痛，其强度一般为运动阈的三分之二。
每日可治疗多次，每次几十分钟至数小时。病人随身携带控制器/刺激器，可随时治疗。
3. 病人筛选治疗（试验治疗）：在正式植入永久性电极之前，一般要对病人进行1~3周的筛选治疗。常常用导管电极或单极电极（如Itrel、Xtrel电 极），调节合适的参数治疗，如病人不能接受或效果很差（疼痛减轻不到25%等），则放弃SCS治疗。反之，则植入正式的电极。只有这样，才能减少治疗失败 和并发症的发生率、降低病人的医疗负担。经筛选治疗，约10~20%的病人不适合SCS治疗。Rainow NG等建议在SCS治疗前应对病人进行详细的各种评估和问卷调查（包括身体的、心理的），即进行初步筛选，符合入选标准的患者，筛选治疗时间可缩短到 1~3天，以降低感染等并发症。
4. 参数调整和病人随诊：在电极植入术后的头1个月内，椎管内的阻抗变化最大，所需的电流强度也随之变化很大（Andersen C曾作过检测，变化范围在+406%~－34%之间），2个月后阻抗基本稳定。因此，术后1个月内应多次随访病人，适当调整治疗参数，以后随访间期逐渐延 长。

四、影响疗效的因素和副反应
（一）影响疗效的因素
有人报道女性患者的疗效好于男性，上肢和躯干疼痛的疗效好于下肢疼痛。伴有精神性（心理性）疼痛、未接受心理治疗者的效果差。对下肢动脉阻塞性疾病，血压正常者的疗效（疼痛减轻、肢体保存率）显著高于高血压者。Burchiel KJ等研究了40例腰腿痛患者对SCS治疗的反应，得出以下回归方程：
VAS（%）=112.57－1.98×D－1.68×Age＋35.54×MPQe
其中VAS--治疗前后目测类比法评定的疼痛减轻程度
D--明尼苏达多相个性调查量表中的D项（抑郁症量表）得分
Age--年龄
MPQe--McGill疼痛问卷得分
比利时Gent大学医院疼痛诊所已经制订了一份包含24个项目的问卷（主要为心理学调查），可用于初步筛选病人。
（二）副反应和并发症
关于SCS治疗的副反应，各家报道不一，其发生率最高达40%，但绝大多数很轻，为电极和电流刺激引起的不适感，病人能忍受。
并发症的发生率在10%以下，但一旦出现就会导致治疗失败。最常见的并发症是电极移位，其次是局部感染。曾有人报道在77例SCS治疗患者中，发生软脊膜炎和脑脊液漏各1例。脊神经后根长期刺激后可出现神经炎。此外还可出现电极破裂、受刺激组织纤维化等。
SCS对心脏起搏器有干扰。Romano M观察了10例安装了心脏起搏器的心绞痛患者接受SCS治疗的情况。其中1人持续出现干扰，其它患者的干扰与SCS的频率、电压有关，一般SCS的波宽与 电流强度乘积＞2.0mVs时会干扰起搏器。多道程控型或双极起搏器抗干扰强。
SCS可影响MRI对电极周围扫描的图像质量。

五、适应证与禁忌证
（一）适应证
其它方法治疗无效的、不能或不宜手术治疗的顽固性心绞痛、腰背痛、四肢痛、肢体缺血性疾病、脊髓损伤、脑血管意外等。
（二）禁忌证
植入部位皮肤有感染者、带有心脏起搏器者。