Rivisitazione della SCS: stimolazione o blocco di conduzione? - Pathos

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SCS tradizionale, SCS ad alta frequenza, Burst-SCS

La SCS prevede l'impianto di elettrodi nello spazio peridurale e fu attuata per la prima volta nel 1967 da Shealy et al. .5 previa laminectomia toracica ed impianto di piastre di platino suturate sulla dura madre. Nella seconda metà degli anni ‘60 quest'intervento fu impiegato negli USA così largamente che il suo uso indiscriminato portò a risultati insoddisfacenti ed al calo d'interesse per la metodica .10, .11 fino ai primi anni ‘70 quando fu proposto l'inserimento percutaneo di elettrodi temporanei per testare i pazienti prima dell’impianto definitivo .12, .13. In seguito, la tecnica percutanea, prima usata solo per il test, fu adottata anche per l'impianto definitivo .14, .15. Proposta in un primo tempo solo a scopo antalgico, la SCS fu poi riconosciuta capace d’interferire con diverse funzioni autonomiche ed usata per controllare la ritenzione urinaria nei paraplegici .16, l'incontinenza vescicale, le arteriopatie periferiche .17, .18, l’angina pectoris .19, il fenomeno di Raynaud nella sclerodermia .20, .21 e infine per prevenire i danni da vasospasmo cerebrale.

Di fatto, quel che si sa per certo è che la SCS esercita un effetto antalgico in alcuni tipi di dolore neuropatico e non nel dolore nocicettivo, un effetto autonomico-vasodilatatorio utile nel trattamento delle arteriopatie periferiche e dell’angina pectoris e, in virtù del suo effetto simpaticolitico, un importante contrasto patogenetico della CRPS-1.

Di seguito si riassumeranno le ipotesi formulate per spiegare i meccanismi di azione della SCS, vale a dire la teoria dell’attivazione delle grandi afferenze mieliniche, la teoria del blocco di conduzione e la teoria del blocco di attivazione della glia.

Sebbene quasi per tradizione religiosa si continui a parlarne anche a questo proposito, la teoria del gate control secondo la quale l’attivazione delle fibre Aβ eccita un neurone inibitorio che blocca le fibre C è implicata nel meccanismo di azione della SCS solo per quel che riguarda le fibre Aβ che scorrono parallele al corno dorsale del midollo spinale e attivano l’interneurone inibitorio della sostanza gelatinosa: in realtà si tratta di un effetto antalgico alquanto modesto che riguarda soltanto il dolore nocicettivo condotto dalle fbre C che è quasi irrilevante nel caso della SCS e non riguarda il più importante controllo del dolore neuropatico da neuropatia assonale.

Indipendentemente dalla teoria del gate control, la teoria dell’attivazione delle grandi afferenze mieliniche resta comunque la più condivisa fra quelle proposte. Secondo questa teoria, si ha che l’attivazione delle fibre A dei cordoni posteriori del midollo spinale evoca impulsi ortodromici che, raggiunti i nuclei dei fascicoli gracile e cuneato, attivano i centri sopraspinali da cui originano le vie inibitorie discendenti nel funicolo dorsolaterale (FDL) ed impulsi antidromici che percorrono le collaterali dirette agli strati superficiali del corno dorsale del midollo spinale (Figura 1). Per entrambe le vie, le fibre A attivano interneuroni inibitori del corno dorsale del midollo spinale. In particolare, le vie discendenti nel FDL attivano i recettori 5-HT inibitori del secondo neurone spiegando l’effetto antalgico nel dolore da neuropatia assonale e le collaterali dirette agli strati superficiali del corno dorsale del midollo spinale attivano, come si è detto, gli interneuroni inibitori della sostanza gelatinosa e, quel che è più rilevante, i GABA-B recettori nel secondo neurone contribuendo all’effetto antalgico nel dolore da neuropatia assonale, e i GABA-B recettori nel neurone di origine del simpatico spiegando l’effetto simpaticolitico.

Figura 1 - Meccanismo di azione della SCS in base alla teoria dell’attivazione delle grandi afferenze mieliniche. L'elettrodo posto dietro le colonne dorsali (DC) ne attiva le fibre ortodromicamente aumentando gli impulsi che raggiungo i nuclei dei fascicoli gracile e cuneato e quindi l’attività della via discendente nel funicolo dorsolaterale (DLF) e antidromicamente attivando le collaterali che raggiungono le lamine basali del corno dorsale del midollo spinale collegandosi ai recettori inibitori GABA-B del secondo neurone e del neurone di origine del simpatico.

In un’epoca in cui l’effetto antalgico della SCS era unanimamente considerato secondario all’attivazione delle grandi afferenze mieliniche, Larson et al. .22, .23 rimisero in discussione la teoria. In particolare, questi Autori segnalarono l'efficacia antalgica dell'elettrostimolazione della metà anteriore del midollo (Figura 2), ipotizzando che responsabile del pain relief da SCS non fosse l’attivazione dei cordoni posteriori ma il blocco di conduzione delle vie spinotalamiche. Sulla stessa linea di pensiero, impiantati elettrodi nello spazio subaracnoideo a livello C1-C2, Hoppenstein .24, .25 ottenne il pain relief con una corrente di intensità 30 volte inferiore quando gli elettrodi erano collocati di fronte al fascio spinotalamico laterale rispetto a quando erano collocati posteriormente ed osservò che nel primo caso il pain relief era controlaterale alla sede stimolata.

Figura 2 - Elettrostimolazione della metà anteriore del midollo

A conferma delle osservazioni di Larson e di Hoppenstein, ho personalmente osservato che spesso durante l’esecuzione della Cordotomia Cervicale Percutanea il paziente riferisce la temporanea scomparsa del dolore controlaterale appena l'elettrodo è penetrato nel fascio spinotalamico laterale durante la stimolazione sensitiva a 75 Hz, ancor prima della lesione. In quegli stessi anni, Campbell e Taub .26 e Ignelzi e Nyquist .27 formalizzarono l’ipotesi che l’elettrostimolazione, più che aggiungere impulsi al nervo vi riducesse il numero di impulsi, determinando un blocco di conduzione.

A sostegno dell’ipotesi del blocco di conduzione, Campbell .28 osservò che aumentando l'intensità della stimolazione elettrica di un nervo periferico, si ha prima l'elevazione della soglia di eccitazione per gli stimoli tattili e poi per quelli nocicettivi, fino alla totale anestesia della cute. Sulla base di queste osservazioni, Campbell escluse che la neurostimolazione attivi le fibre di grosso calibro e ritenne più probabile che essa determini il blocco di conduzione in tutte le fibre nervose afferenti. Inoltre, per il maggior rapporto superficie/volume, le fibre di piccolo calibro sarebbero bloccate con una frequenza di stimolazione inferiore a quella necessaria per le fibre di calibro maggiore. Campbell definì questo fenomeno blocco di conduzione correlato alla frequenza di stimolazione e, in accordo con Adelman e Fitzhugh .29, lo ritenne dovuto all'accumulo di ioni K attorno all'assone ed alla conseguente riduzione della conduttanza dei canali del Na. In pratica, la corrente che stimola il nervo entrerebbe in collisione con lo stimolo elettrico che percorre ortodromicamente le fibre nervose, bloccandolo (teoria della corrente di collisione). Infine, Campbell osservò che per curare il dolore lombosacrale, gli elettrodi possono essere collocati dietro la cauda equina anzichè dietro il midollo. Dalla prima posizione è improbabile che essi attivino i cordoni posteriori ed è verosimile che essi blocchino la conduzione delle fibre nocicettive del primo neurone prima dell’ingresso nel midollo. In realtà, così espressa la teoria del blocco di conduzione spiega l’effetto antalgico dell’elettrostimolazione dei nervi periferici e della stimolazione del quadrante anterolaterale del midollo spinale o della cauda equina ma non di quella dei cordoni posteriori.

Teoria del blocco dell’attivazione della glia

Infine, alcuni anni fa è stato ipotizzato fra i meccanismi di azione della SCS anche il coinvolgimento della glia. Impiegata con frequenze fra 4-60 Hz, la SCS bloccherebbe l’attivazione della glia nel midollo spinale .30, .31 e quindi l’attivazione patologica del secondo neurone da parte delle fibre Aβ responsabile del dolore da neuropatia assomale .32. Anche in questo caso (a meno di non ipotizzare l’azione di qualche interneurone inibitorio) non si tratterebbe di stimolazione ma di inibizione.

Rispetto a quanto quasi fideisticamente si accettava fino a circa 15 anni fa, oggi la SCS dev’essere riesaminata alla luce delle nuove acquisizioni tecnologiche: la SCS ad alta frequenza e la Burst SCS che hanno in comune le caratteristiche di agire senza produrre le parestesie, di essere efficaci sul dolore lombare (spesso non chiaramente definito ma verosimilmente nocicettivo) e di essere di più semplice attuazione non richiedendo la collaborazione del paziente per la ricerca delle parestesie e quindi potendo essere effettuate in anestesia generale.

Figura  3 – Posizionamento degli elettrodi nella SCS ad alta frequenza

Tecnicamente, per il controllo del dolore lombosacrale e dell’arto inferiore si deve posizionare un doppio elettrodo ottopolare fra la VIII e la XI vertebra toracica con il primo contatto di un elettrodo a livello della limitante superiore del corpo della VIII vertebra toracica e l’ultimo contatto del secondo elettrodo a livello della limitante inferiore del corpo della XI vertebra toracica (Figura 3) e per il controllo del dolore cervicobrachiali e dell’arto superiore un doppio elettrodo ottopolare fra la C2 e C7 in corrispondenza della linea mediana, con minor rischio di perdita di efficacia per sposizionamento degli elettrodi e senza le fastidiose variazioni di intensità delle parestesie con i cambiamenti di posizione .33.  

Resta il problema di capire se con queste nuove tecniche si esercita una “stimolazione” ed una “inibizione indiretta” o si fa qualcosa di completamente diverso ed è sconcertante che anziché mettere a punto nuove tecnologie per raggiungere un obbiettivo, ci si debba porre il problema di capire quali meccanismi esse utilizzano per raggiungere lo scopo!

Per cominciare, non è chiaro se la SCS ad alta frequenza e la Burst SCS siano la stessa cosa, anche se secondo DeRidder et al. .34, entrambe agiscono “modulando” (termine non esplicativo che può significare riduzione diretta dell’attività delle fibre afferenti nocicettive o aumento dell’attività delle fibre che attivano i circuiti inibitori) le vie mediali del dolore e sarebbero equivalenti: di fatto, quel che le accomuna è che non evocano le parestesie perché la bassa intensità della corrente erogata (Tabella 1) non è sufficiente per attivare le afferenze Aβ dei cordoni posteriori.

Per la maggior parte degli osservatori la SCS ad alta frequenza è più efficace della SCS convenzionale .35, .36, .37: inoltre, frequenti segnalazioni riguardano il fatto che, contrariamente alla SCS tradizionale, quella ad alta frequenza controlla il dolore lombare .38, .39, 40, .41, .42, .43, .44, .45, .46.

La Burst SCS (segnalata per la prima volta da DeRidder e Coll. .47) consiste in pacchetti di 5 impulsi con una frequenza di 500 Hz e un PW di 1000 μsec che vengono inviati 40 volte al secondo cioè con intervalli che mimano la naturale tendenza alle scariche del SNC e produrrebbero l’effetto antalgico “sincronizzandosi” con esse .48, .49.

Frequenza (Hz) PW (μsecondi) Intensità (mA)

SCS tradizionale 50-100 50-500 3-8

SCS ad alta frequenza 10000 30 1-6

Burst SCS 500

(intra burst frequency) 40

(inter burst frequency) 1000 2-3

Tabella 1 – Confronto fra i parametri della stimolazione nella SCS tradizionale, nella SCS ad alta frequenza e nella Burst SCS. Notare che l’intensità di corrente nella SCS ad alta frequenza è la metà di quella della SCS tradizionale

Purtroppo, dall’esame della copiosissima letteratura sull’argomento, non è chiaro con quale meccanismo agiscono queste nuove tecniche e la sconfortante impressione che se ne ricava è che la cosa interessi poco (…funzionano e questo basta!). Quel poco che si può trovare nella letteratura sui meccanismi di azione, è l’osservazione che la Burst SCS agirebbe riducendo la scarica degli WDR-n nel CDMS .50, che la SCS ad alta frequenza e la Burst SCS agiscono modulando le vie mediali del dolore .51, .52 e che l’intensità della corrente erogata per attuare la SCS ad alta frequenza è inferiore a quella necessaria per produrre l’attivazione delle grandi afferenze mieliniche e quindi evocare le parestesie ma sufficiente a indurre il blocco di conduzione nelle piccole fibre C a livello segmentale (forse nel tratto di Lissauer) cui sarebbe dovuto l’effetto antalgico .53.

Figura  4 – Meccanismo di azione della SCS in base alla teoria del blocco di conduzione nelle fibre A e C. Gli elettrodi determinano il blocco di conduzione nel SAM (controllo del dolore neuropatico), del neurone di origine del simpatico (effetto simpaticolitico) e del tratto di Lissauer (controllo del dolore nocicicettivo segmentale)

Per la SCS ad alta frequenza e la Burst-SCS sembra assolutamente necessario ipotizzare un meccanismo di azione diverso da quello dell’attivazione delle fibre Aβ e l’attenzione non può che rivolgersi al meccanismo del blocco di conduzione non delle fibre Aβ ma delle fibre C nelle vie centrali (Figura 4), vale a dire nel sistema ascendente multisinaptico (SAM). In sintesi, si può ritenere che, in assenza dell’attivazione delle fibre Aβ che salgono nei cordoni posteriori e quindi dell’attivazione del meccanismo inibitorio che scende nel FDL, l’effetto antalgico della SCS ad alta frequenza sia dovuto per quanto riguarda il dolore da neuropatia assonale al blocco di conduzione nel SAM, per quanto riguarda il dolore nocicettivo al blocco di conduzione nel tratto di Lissauer (con effetto segmentale) e per quanto riguarda il blocco simpatico al blocco dell’attivazione dei neuroni di origine delle fibre simpatiche (con effetto segmentale).

Sulla base delle considerazioni precedenti, sembra davvero che vada messo in discussione il termine “stimolazione” che è apparentemente intuitivo quando si applica la corrente elettrica su un nervo periferico ma al tempo stesso fuorviante perchè ben diverso è se, con l’applicazione della corrente elettrica esogena, si aumenta l’attività elettrica nel nervo (cioè se ne “aumena la conduzione” e quindi lo si “stimola”) o si riduce quell’attività (cioè si “blocca la conduzione”). D’altra parte, sostituire il termine “stimolazione del nervo” con “blocco della conduzione nel nervo” implica l’accettazione di un meccanismo di azione ben definito e, considerando per la SCS l’interruzione funzionale delle afferenze, avvicina concettualmente quest’ultima alle tecniche neurolesive con la prerogativa di agire selettivamente sul SAM e quindi di essere efficace nel dolore da neuropatia assonale e forse anche il quello da deafferentezionebbe, sul tratto di Lissauer e quindi di essere efficace nel dolore nocicettivo lombare, e sulle cellule di origine del simpatico e quindi esercitando un effetto simpaticolitico diretto.