自主神经系统(autonomic nervous system,ANS)由2个主要的互相拮抗的子系统组成,二者又相互合作以达到动态平衡:交感神经分支参与调节能量动员,副交感神经分支参与营养和恢复
[1-2]。许多病理状况和疾病与自主神经失调有关。神经病理性疼痛通常由外周或中枢神经系统的损伤或炎症引起,其中交感神经系统起重要作用。这种交感神经介导的疼痛,也被称为交感维持性疼痛(sympathetic maintenance pain,SMP),与复杂区域疼痛综合征(complex regional pain syndrome,CRPS)相关
[3],可能是带状疱疹后神经痛(postherpetic neuralgia,PHN)、纤维肌痛综合征、幻肢痛、外伤性神经病变和丛神经病变及其他与α-肾上腺素能致敏相关疾病的共同特征
[4]。SMP被归类为神经病理性疼痛的一个亚类,由外周敏化机制介导。交感神经可与初级疼痛神经元末梢和胞体形成突触连接,这些激活可能增强了对神经性疼痛的感知,也被称为神经-感觉耦合
[5]。因此,使用药物或局部交感神经节阻滞可能通过调节交感神经活动影响神经病理性疼痛患者的疼痛过程
[6-7]。交感神经活动与心率变异性(heart rate variability,HRV)密切相关。HRV是心血管反应性的部分表征,是正常节律连续窦性心动周期的微小持续变化
[6]。HRV主要反映神经体液系统对窦房结功能的调节。心动周期的差异反映ANS的活动及其平衡与协调的关系,是定量评估ANS状态的重要工具和方法。HRV分析已被认为是一种敏感且无创的评估心脏和自主神经活动的方法
[7-8]。
既往研究
[9-10]表明,ANS的变化可以影响中枢处理及疼痛的主观体验,特别是在慢性疼痛状态的个体表现出HRV下降的情况下。这表明副交感神经功能障碍可能使个体面临更大的健康风险,并降低机体对威胁的适应性反应能力。研究
[9-11]发现,成年颞下颌关节疾病、颈部疼痛、扭伤、腰痛和纤维肌痛综合征患者疼痛状态及HRV的异质性会被同时反映。与对照组相比,成年肌肉骨骼疼痛患者的交感神经调节增强、副交感神经调节减弱、HRV降低。上述证据表明HRV分析可以客观量化患者慢性神经性疼痛的程度和特征。上述疾病状态与HRV存在关联,常被认为是神经受损所致。具体来说,迷走神经功能受损,会直接削弱副交感神经的张力
[11-12]。
带状疱疹由水痘-带状疱疹病毒再激活引起,通常表现为皮肤上伴疼痛的水疱。带状疱疹的年发病率约为3.4/1 000,大于50岁人群的发病率增加,约为11/1 000
[13]。PHN是带状疱疹最常见的慢性并发症,发生在皮疹发病后1~3个月
[13-14]。PHN仍然是一个严重的公共卫生问题,会导致患者生活质量下降,增加家庭和社会的负担。目前研究
[14-16]认为PHN的发病机制和临床表现可能与ANS的改变有关。
PHN的发病机制复杂,传统药物治疗缓解疼痛的疗效有限,还可能导致各种药物相关并发症。脊髓电刺激(spinal cord stimulation,SCS)是一种微创治疗方法,可用于缓解疼痛
[17]。SCS可产生不同频率的电脉冲并传递到脊髓,引起疼痛区域的感觉异常,阻断疼痛信号转导
[18]。绝大多数患者对SCS治疗反应良好,作为药物治疗的替代方法,SCS可有效治疗各种类型的神经病理性疼痛,疼痛数字分级评分法(Numerical Rating Scale,NRS)评分显著降低,镇痛药物用量减少
[19]。目前SCS对PHN患者ANS的作用机制尚不清楚。当神经病理性疼痛的发病机制与ANS功能障碍密切相关时,有必要评估SCS抗交感的治疗效果。对此效果的评估,不宜依赖于疼痛状态、局部温度或外周血流量等传统指标,而应借助如HRV这类能反映自主神经活动的客观生理指标。然而,关于ANS在PHN患者中的反馈性能,目前还缺乏明确的证据。本研究旨在探究SCS对PHN患者ANS的影响及疼痛结局与自主神经活动的相关性。
1 对象与方法
1.1 伦理声明
本研究已获得中南大学湘雅三医院伦理委员会批准(审批号:Speedup SU23918),所有患者参与研究前均签署知情同意书。
1.2 对象
回顾性纳入2023年11月至2024年3月在中南大学湘雅三医院疼痛科接受SCS治疗的PHN患者。纳入标准:1)PHN的诊断明确;2)常规药物治疗失败或不耐受;3)疼痛严重影响生活质量;4)年龄为18~80岁。排除标准:1)神经系统肿瘤;2)有心脏病史或有严重心律失常;3)习惯性吸烟、饮酒或饮用刺激性饮料(如茶、咖啡);4)无法纠正的凝血功能障碍;5)活动性全身性感染或穿刺部位感染;6)严重的认知功能障碍或精神疾病;7)患者拒绝或无法配合术后管理;8)药物滥用或成瘾未控制。
共招募35例PHN患者进行评估,其中3例患者由于中途退出试验、2例患者由于携带心脏起搏器、2例患者由于数据质量差被排除在外,最终28例患者完成全部测试(
图1)。
1.3 研究方案
所有患者均按照治疗方案接受SCS置入。手术全程在C臂透视的协助下进行,SCS置入装置包括1个可置入的可充电脊髓刺激器、1个可置入的脊髓刺激电极(穿刺电极、桨状电极)、1个可置入的脊髓刺激延伸引线和1个脊髓刺激可编程充电器(RaiseOn SCS301A S/N 301A1700010,常州瑞神安医疗器械有限公司)。患者在进行测试前12 h内避免饮酒、吸烟和摄入咖啡因,测试前仰卧位安静休息10 min以避免情绪或活动影响;若患者未平静,则延长时间。根据HRV测试仪器(SA-3000P ANS台式监测仪,北京鸿泰盛健康科技有限公司)指示,协助患者将ANS测量仪的导线正确固定在双手腕和左踝关节上,并嘱咐患者闭上眼睛,放松,保持安静。每次测试在 5 min内完成,并输出测量参数。分别于SCS置入前、置入后1 d进行测试,在此期间以5 min为间隔记录HRV,根据HRV仪器说明书导出SCS手术前后的HRV数据。
1.4 数据收集
收集患者基本信息、人口统计学特征等。于术前和术后收集患者数据,如HRV指标、血流动力学参数[包括心率(heart rate,HR)、血压(blood pressure,BP)]。治疗期间无不良反应报告。采用4种量表评价SCS置入前后的疼痛程度和情绪状态。计算各HRV指标的相关性以发现ANS活动之间的内部关系。
1.4.1 HRV指标
根据国际标准,HRV变量包括时域和频域变量。时域HRV变量包括正常至正常(心搏)间隔的标准差(standard deviation of normal-to-normal intervals,SDNN)、差值的均方根(root mean square of successive differences,RMSSD)、差值的标准差(standard deviation of successive differences,SDSD)及相邻R-R间期差值>50 ms的个数所占百分比(percentage of adjacent normal-to-normal intervals that differ by more than 50 milliseconds,PNN50)。功率谱分析确定的频域HRV变量包括低频(0.04~0.15 Hz)段功率(low-frequency power,LF;与交感神经活动有关)、高频(0.15~0.4 Hz)段功率(high-frequency power,HF)[主要被认为是迷走神经(副交感神经系统)调节的标志]、LF/HF比值(反映交感迷走神经平衡)、极低频(≤0.04 Hz)段功率(very low frequency,VLF)、5 min内所有频率总功率(total power,TP)。所有数据均使用Vital Scan分析软件下载。HRV指标的具体定义见
表1。由1名独立研究人员收集所有患者的HRV指标。使用Prism GraphPad软件进行数据分析。得到5 min片段的数据后,在汇总统计前删除可疑片段。本研究中呈现的所有数值均为5 min记录片段的平均值。选择8个指标来评估HRV状态,包括SDNN、RMSSD、SDSD、PNN50、LF、HF、LF/HF和TP。
1.4.2 疼痛与情绪量表
1)疼痛强度评估。采用NRS
[20]评估患者的疼痛强度。NRS是一种常用的一维疼痛评估工具,要求患者在0到10之间选择1个数字来描述其疼痛程度,其中0表示“无痛”,10表示“能够想象到的最剧烈疼痛”。该量表操作简便,易于理解,在临床和研究中应用广泛。
2)神经病理性疼痛筛查。采用神经病理性疼痛4项量表(Douleur Neuropathique 4 Questions,DN4)的自填版本(IDN-4)
[21]评估患者是否存在神经病理性疼痛特征。该量表已被欧洲神经病学学会和欧洲疼痛联盟联合指南推荐用于神经病理性疼痛的筛查,包含7个症状描述的条目和3个临床检查的条目,总分为10,得分越高提示神经病理性疼痛的可能性越大。
3)多维疼痛特征评估。采用简式麦吉尔疼痛问卷(Short-Form McGill Pain Questionnaire,SF-MPQ)
[22]评估疼痛的多维体验。该量表包含15个疼痛描述词(11个感觉类,4个情感类),每个描述词按0~3分进行强度评级(0=无,1=轻度,2=中度,3=重度)。SF-MPQ可同时评估疼痛的感觉、情感维度及总体强度,适用于需要获取疼痛定性信息但标准版麦吉尔疼痛问卷耗时过长的场景。
4)抑郁症状评估。采用患者健康问卷(Patient Health Questionnaire-9,PHQ-9)
[23]评估患者的抑郁症状严重程度。PHQ-9在全球范围内广泛使用,包含9个条目,每个条目对应DSM-5中抑郁症的诊断标准,评估患者过去2周内受各症状困扰的频率,采用0~3分4级评分(0=完全不会,3=几乎每天),总分为0~27。5、10、15、20分别代表轻度、中度、中重度、重度抑郁。
1.5 统计学处理
使用Prism Graphpad 5.0.0版统计学软件进行统计与分析。采用Kolmogorov-Smirnov检验确认所有变量是否符合正态分布,符合正态分布的计量数据以均数±标准差表示,使用配对t检验进行组间比较。使用配对t检验和卡方分析比较SCS于on-off状态下患者特征和结局指标。以同一患者治疗前后2次采集的同一指标为对子,进行配对假设t检验,分析SCS治疗对患者NRS评分及HRV相关指标的影响。使用单因素线性回归分析确定HRV变化与疼痛结果之间的关联及HRV各指标之间的联系,以术前NRS评分等为自变量,术后SDNN、RMSSD、PNN50、LF、HF、LF/HF、TP为探索性协因变量。在每次回归分析中对因变量进行对数变换用于方差稳定。使用相关分析确定HRV时域、频域指标之间的联系。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结 果
2.1 人口统计学资料
最终纳入28例患者,年龄为(66.33±9.52)岁,其中男性17例,女性11例。患者的疼痛区涉及头颈部、胸腹部和四肢,SCS的置入涉及颈椎、胸椎和腰椎节段,基本信息见
表2。
2.2 SCS治疗前后患者HRV指标
经SCS治疗后,SDNN、RMSSD、SDSD、PNN50、LF、HF、TP显著增加,LF/HF值无变化。具体而言,SDNN从(27.40±19.39) ms增加至(71.84±44.95) ms(
P<0.001,
图2A);RMSSD从(16.68± 7.48) ms增加至(31.35±11.13) ms (
P<0.001,
图2B);SDSD从(18.47±8.95) ms增加至(38.93±29.52) ms(
P=0.003 4,
图2C);PNN50从(1.62%±2.82%)增加到(5.24%±4.45%)(
P<0.001,
图2D);LF从(82.55±64.88) ms
2增加至(260.41±238.33) ms
2(
P=0.0308,
图2E);HF从(78.79±81.23) ms
2增加至(149.60±174.54) ms
2(
P=0.0276,
图2F);LF/HF从5.06±6.98下降至3.13±2.57,差异无统计学意义(
P=0.163 7,
图2G);TP从(586.20±449.81) ms
2增加至(2 434.00±3 779.00) ms
2(
P=0.039 8,
图2H)。
2.3 PHN患者疼痛及情绪综合评分
经SCS治疗后,患者的NRS评分[(6.80±1.05) vs (3.50±1.35)]、IDN-4评分[(7.75±1.14) vs (3.35±0.25)]、SF-MPQ评分[(33.82±6.86) vs (19.39±6.40)]及PHQ-9评分[(17.59±4.61) vs (10.67±4.36)]均显著降低(均
P<0.001,
图3)。
2.4 不同节段SCS置入患者的HRV分析
不同节段SCS置入存在差异,胸椎T
8以下节段置入SCS后患者的SDNN[(40.94±13.90) ms vs (26.91±11.40) ms,
P=0.0313]、LF[(224.2±12.06) ms
2 vs (180.4±7.178) ms
2,
P<0.001]、HF[(140.4±11.25) ms
2 vs (111.1±16.75) ms
2,
P<0.001]相比T
8以上节段置入者显著降低,RMSSD、SDSD、PNN50、LF/HF值、TP的差异均无统计学意义(均
P>0.05,
图4)。
2.5 HRV指标的相关性
图
5A、
5B为置入前后2类指标的相关性;
图5C显示了队列中每位患者手术前后各项HRV指标的变化量。相关性分析结果表明,NRS评分与SDNN具有较强的相关性(
P<0.05,如
图5A中橙色气泡所示),证明了视知觉与内在交感系统活动的相互作用。时域指标之间的相关性集中在SDSD、RMSSD和PNN50之间(
P<0.05,如
图5A中橙色气泡所示),而频域指标之间的相关性低(如蓝色气泡所示)。
3 讨 论
PHN是疼痛医学中发病率不断上升的复杂疾病之一,缺乏长期有效的治疗方案。SCS置入可能为缓解PHN的重要方法。PHN的临床特点和发病机制与ANS密切相关,但ANS功能复杂,涉及多器官、多系统,缺乏统一、稳定、可靠的反馈证据。本研究使用心率分析仪收集并分析了参与者在接受SCS置入前、后2种状态下的5 min静息HRV信号。疱疹累及的脊髓节段对副交感神经驱动无影响[颈段(C)约40%,胸段(T)约33.3%,腰段(L)约26.7%]。本研究为自主神经活动是PHN患者慢性神经性疼痛的潜在生物标志物提供了证据。本研究的发现与先前的研究
[24-26]结果一致,即HRV指标的改变与各种疼痛综合征有关,如肠易激综合征、慢性腰痛和纤维肌痛。既往研究
[24-26]已经发现了与各种疼痛机制相关的总体HRV和副交感神经张力降低的类似现象,证实了HRV指标作为PHN神经性疼痛的潜在生物标志物的应用价值。心脏周期的生理学和由此产生的HRV指标对许多条件都很敏感,包括年龄、性别和自主神经影响
[27]。患者报告的NRS仍然是神经调节领域最重要的结果测量。这些指标对评估SCS的临床疗效起关键作用,但疼痛量表仅能提供对感觉的基本评估。此外,评分不完全可靠,可能受到许多主观因素和疼痛诊断特异性的影响
[28-29]。为对慢性疼痛患者进行整体评估,还应使用各种客观有效的工具,如神经生理测量工具、红外热成像工具或皮肤血流量监测工具。机器测量与人类观察相结合可以更有效地指导治疗。本研究证明了HRV作为客观指标的潜在价值。
自引入SCS作为PHN的治疗选择以来,研究者一直在探索SCS缓解疼痛的机制。多个脊柱节段结构可能在这些机制中发挥重要作用
[30-32]。SCS对疼痛缓解和心血管反应影响的潜在机制尚不清楚。已有研究
[33-34]表明,靶向SCS可能与恢复心血管内在调节的适应性可塑性有关,并且调节心血管功能及疼痛调节功能的外周和中枢系统都与孤束核(nucleus of the solitary tract,NTS)相互作用
[35-37]。NTS被认为是迷走神经介导的伤害感受效应的初始整合器。除迷走神经的输入外,NTS还接收来自上游和下游伤害性通路的信息
[38-39],使疼痛阈值和自主神经流出机制共享。在某些病理条件下,驱动心血管系统的较高交感神经活动与纤维肌痛症患者较高的疼痛程度相关。这表明在这类人群中存在自主神经失调
[40]。因此,SCS可通过影响ANS,更具体地说,可通过影响副交感神经活动来改变心血管循环指标。本研究结果同样显示出了SCS交感神经阻滞方面的临床疗效,所有患者都严格遵守治疗方案,未出现不良反应及其他并发症。
HRV分析可作为ANS功能的无创客观临床指标。HRV被广泛用作疼痛患者治疗结果的指标
[41]。据报道
[42],与健康对照相比,患应激或疼痛障碍的患者的HRV时域指标下降,频域指标升高。疼痛治疗后,患者与年龄匹配的健康对照者HRV指数的差异缩小。本研究未纳入健康对照,因此无法直接研究HRV改善与患者健康状况之间的关系。HRV指数的改善与疼痛减轻、疾病严重程度降低和生活质量改善相关。在这种情况下,接受疼痛治疗伴随HRV改善的患者,健康状况也有所改善
[43]。
有研究
[34]总结了神经调节对ANS功能影响的可能机制。通过刺激电极附近脊柱节段近端的初级传入纤维对躯体自主神经反射进行电刺激可能导致脊髓中间神经元的兴奋,这些神经元由交感神经节前和节后神经元组成的自主神经传出通路激活。躯体自主神经反射被定义为由躯体组织刺激引起的反射,表现为ANS活性的改变。本研究结果显示,SCS-T
8节段以上和T
8节段以下在基线人口统计学和PHN相关临床情况方面具有统计学上的同质性,但在部分HRV指标上存在差异。在部分时域参数上,SCS置入T
8节段以上组略有优势。两者在频域的差异较大,这可能与频率变化幅度有关。通过HRV测量,本研究发现疱疹涉及的脊髓节段水平也可能是ANS的独立影响因素。
本研究结果显示,与置入前相比,患者的NRS评分显著降低,证明了PHN患者接受SCS置入治疗的有效性。电极置入后,时域参数SDNN增加,提示心率变异性和复杂性增加,ANS调节能力增强,适应环境能力增强,抗压能力增强,患者以心脏迷走神经调节为主,预后较好。置入后PNN50、RMSSD、SDSD的升高表明交感神经张力降低,可提高心室颤动阈值,属于有利因素,可产生更有利的健康结局。频域分析可能比时域分析更能准确评估交感迷走神经平衡的变化。LF是交感神经和副交感神经同时调节的指标,与外周血管温度调节、肾素-血管紧张素系统活性、心脏泵血功能等诸多因素有关。置入后该指数的增加表明低频范围功率增加,患者慢性压力降低,疲劳程度降低。HF反映副交感神经活动,反映迷走神经张力的变化。置入后的增加表明高频功率增加,副交感神经活动增强,疲劳减轻。LF/HF代表交感/副交感平衡指数或交感神经调节指数。置入后的降低说明LF的升高小于HF,治疗对迷走神经的影响大于交感神经。
在长时间记录(24 h)过程中,时域和频域各变量高度相关:TP与SDNN、HRV三角指数、NN区间三角插值(triangular interpolation of the NN interval histogram,TINN)具有近似相关性,可表征自主神经的功能状态;HF、RMSSD、SDSD、PNN50、差指数和对数指数能反映心脏迷走神经活动。Liao等
[44]发现频域HRV指数的瞬时变化具有时间依赖性,本研究结果与该结果相似。据此,本研究将患者的主观感觉评分与客观HRV指标联系起来。两者在电极打开状态下存在较强的相关性,且变化趋势一致,有利于患者疼痛的缓解和身体的恢复。基于HRV指标的发现,可以揭示和反映SCS对PHN患者ANS的影响机制,也反映了HRV指标的客观应用价值。
从因果关系而言,时域或频域可由经典傅里叶变换进行互相转换,一个域内信号的性质决定了另一个域内信号的性质特点。时域及频域之间的转换关系不能仅由一个公式阐明,相关结论的临床应用也极为少见,既往疼痛疾病研究中未明确提及二者的线性回归关系。在本研究的5 min持续时间记录中,计算手术前后的差值得到变化值(简称为“Δ”),结果发现ΔHF与ΔRMSD、SDSD、PNN50显著相关。ΔLF与ΔRMSSD、SDSD、PNN50之间的关系及LF/HF与TP之间的关系在以往的研究中反映较少。本研究结果表明,治疗改善了时域和频域指标,二者相互促进,而非对抗。随着时域指标变化幅度的增大,频域指标的变化幅度也随之增大,同时将傅里叶公式转换为有临床价值的相关关系,有待后续研究进一步探究。上述发现表明,迷走神经主导整合后,进一步改善与自主神经功能障碍相关的神经性或慢性疼痛患者的交感迷走神经失衡。
本研究样本几乎涵盖了所有疾病部位和涉及的脊柱节段,通过HRV间接反映了PHN患者的疾病严重程度,通过分析HRV确定了治疗后疼痛状态与自主神经功能之间的关联,并观察到疼痛改善与SCS显著相关。此外,研究
[45-46]表明,疼痛强度与疼痛障碍患者的交感神经过度活跃有关,调节交感神经溢出或整合交感迷走神经失衡可以改善疼痛。
本研究尚存在局限性。首先,样本量不足,对于评估混杂因素或中介因素对SCS与HRV指标关系的影响存在局限。其次,由于伦理原因,患者未被指示省略使用镇痛药,可能影响本研究结果的潜在影响因素是药物使用和不同节段刺激SCS。最后,按照目前的设计,只有在SCS置入后的一段时间内,即几天内,根据SCS的实验操作情况,才能分析疼痛强度和HRV指标的变化。
综上所述,本研究验证了SCS治疗的有效性和安全性,阐述了SCS对PHN患者自主神经活动的影响以及疼痛结局与自主神经活动的关系,为临床治疗提供了参考。
湖南省自然科学基金(310245445062┫。This work was supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)
湖南省自然科学基金(China ┣310245445062)