Jämförelse mellan konstant ström och konstant spänningsstimulering vid subthalamisk djup hjärnstimulering för Parkinsons sjukdom

Djup hjärnstimulering (DBS) är en etablerad terapi för neurologiska och psykiatriska störningar, och är en av de hittills viktigaste terapierna inom funktionell neurokirurgi. Klass I bevis visar att subthalamisk nucleus stimulation (STN) för Parkinsons sjukdom (PD) är effektivare än den bästa medicinska behandlingen (1,2). Globus pallidus internus-stimulering för primär dystoni har en förbättringsgrad på upp till 70%(4) och anses vara den huvudsakliga kirurgiska behandlingen för denna patologi. Symtomförbättring av essentiell tremor är väl dokumenterad. Smärta, epilepsi, psykiatriska störningar som Tourettes syndrom, tvångssyndrom och depression är lovande tillämpningar av DBS. Fetma, minnesförbättring, aggressivitet, drogberoende, minimalt medvetandetillstånd och högt blodtryck är områden för fortsatta undersökningar som potentiella tillämpningar av DBS.

De kliniska effekterna av DBS är resultatet av leverans av elektrisk laddning till hjärnvävnad. Hur denna elektriska laddning levereras beror på elektroniken hos implanterbara pulsgeneratorer (IPG). IPG:er applicerar pulser av elektrisk stimulering där spänningen eller strömmen ökar från noll till ett maximalt värde under en tidsperiod (ordning på tiotals mikrosekunder) och sedan återgår till noll.

Det finns två typer av IPG:er, som skiljer sig åt om spänning eller elektrisk ström styrs (3).

1. Konstant - spänning IPG:er: i denna typ av IPG finns kontroll över den maximala spänningen som är associerad med varje puls. Den maximala strömmen kommer att variera beroende på impedansen. En specifik spänning är programmerad. Mängden elektrisk ström som levereras med en konstant spänning beror på impedansen hos vävnaden och elektroderna. Spänningen kommer alltså inte att indikera hur mycket elektrisk ström som ges; motståndet avgör denna parameter.
2. Konstantström IPG:er: ger en specifik elektrisk ström och kommer automatiskt att justera spänningen beroende på impedansen. Styrkan på stimuleringen kommer att förbli densamma oavsett förändringar i impedansen. Skillnaden i impedanser på varje elektrod och intersubjektvariabiliteten i impedanser kommer inte att förändra den elektriska strömmen genom att modifiera spänningen.

Fram till ganska nyligen har endast konstantspännings-IPG:er varit tillgängliga för användning. En nyare generation av IPG:er har funnits i mer än ett år som kan ge antingen konstant spänning eller konstant ström enligt läkarens och patientens önskemål. Det finns ännu inga bevis för att den ena metoden prioriteras framför den andra.

STUDIENS VIKTIGHET Efter DBS-elektrodimplantation kan impedanserna inom samma patient variera kraftigt. Kirurgisk implantation förändrar vävnadsimpedansen och är vanligtvis högre direkt efter operationen. I detta fall kommer patienten att behöva högre elektriska strömmar. Efter att den initiala vävnadsreaktionen avtagit, kommer minskningen av impedansen att generera en ökning av laddningstätheten. Av denna anledning är det vanligt att vänta minst 2 veckor efter elektrodimplantation innan du programmerar IPG.

Dessutom kan olika kontakter på samma DBS-ledning ha mycket varierande impedanser. Effekter eller biverkningar associerade med stimulering av en elektrodkontakt kan ofta inte appliceras på en annan kontakt på samma DBS-avledning i samma patient eftersom impedanserna kan skilja sig åt.

Omfattningen av impedanser som kan mätas beror på valet av spänning. Hos vissa patienter kan spänningen som används terapeutiskt inte vara tillräcklig för att tillåta ett korrekt mått på impedanserna, vilket orsakar förvirring angående IPG:ns strukturella och elektriska integritet.

För alla ovan nämnda faktorer kommer de kliniska resultaten hos patienter med konstantspännings-IPG att bero på operatörens erfarenhet av att hantera de olika aspekterna relaterade till vävnads- och elektrodimpedanser för att uppnå den önskade strömmen. De elektroniska egenskaperna hos IPG:er med konstant ström gör att systemet kan göra spänningsjusteringar för att bibehålla den önskade strömmen och den efterföljande kliniska effekten. Detta har varit den teoretiska bakgrunden för utvecklingen av konstantströms IPG:er; huruvida denna teori är sann eller inte i praktiken är ämnet för denna studie.