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Efecto de la postura en la estimulación medular en pacientes con síndromes de dolor crónico. Análisis del gasto de energía dependiendo de la postura del paciente
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Efecto de la postura en la estimulación medular en pacientes con síndromes de dolor crónico. Análisis del gasto de energía dependiendo de la postura del paciente D. Abejón1, M. Camacho1, J. Pérez-Cajaraville3, R. Ortego2, C. del Pozo1, J. del Saz1 Unidad de Dolor. 2Servicio de Anestesiología y Reanimación. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda. Madrid. 3Unidad de Dolor. Clínica Universitaria de Navarra. Pamplona. 1
Resumen INTRODUCCIÓN: Los pacientes con dolor crónico tratados con estimulación medular pueden referir cambios en la percepción de las parestesias, especialmente con los cambios posturales. Estos cambios afectan a la gran mayoría de pacientes con implantes medulares, obligándoles a hacer uso de su programador de paciente para no sufrir parestesias dolorosas e incluso a su desconexión con la consiguiente pérdida del alivio del dolor. OBJETIVO: El objetivo del presente trabajo fue comprobar cómo se relacionan los cambios posturales con la carga por impulso de los generadores de estimulación medular. MATERIAL Y MÉTODOS: Se realizó un estudio observacional descriptivo en 70 pacientes tratados con estimulación medular en las siguientes posturas: decúbito, bipedestación, sedestación y deambulación. Con los pacientes en bipedestación se analizaron umbrales de percepción, doloroso y terapéutico, así como el rango terapéutico. El estudio se hizo en la totalidad de los pacientes y, posteriormente, se analizaron por separado los diferentes grupos según la localización anatómica del estimulador (cervical, torácico, sacro, occipital o subcutáneo). RESULTADOS: El análisis del rango terapéutico reflejó una diferencia estadística, en el grupo global, entre las posiciones de decúbito y bipedestación y entre las posiciones de decúbito y deambulación. A nivel torácico se apreciaron diferencias entre todas las posiciones excepto entre bipedestación y deambulación y entre la de sedestación y decúbito. A nivel cervical, no se apreciaron diferencias estadísticamente significativas. En el análisis de la carga por impulso se apreció una diferencia estadísticamente significativa con respecto a la posición de decúbito: la carga necesaria para obtener una estimulación satisfactoria fue menor. Al comparar los electrodos implantados a nivel cervical y torácico se reflejó diferencia (p = 0,04) entre bipedestación y sedestación, sin diferencias en decúbito ni en deambulación.
Correspondencia: David Abejón Unidad de Dolor. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda. C/ Joaquín Rodrigo, 2. 28222 Madrid E-mail: [email protected] Aceptado para su publicación en mayo de 2009.
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DISCUSIÓN: En la actualidad, los sistemas no están diseñados para adaptarse a los cambios en la distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas, por lo que quizá sería necesario introducir alguna mejora al respecto. Palabras clave: Dolor crónico. Tratamiento. Estimulación medular. Postura. Energía.
Effect of posture on spinal cord stimulation in patients with chronic pain syndromes: analysis of energy requirements in different patient postures Summary BACKGROUND AND OBJECTIVE: Patients being treated with spinal cord stimulation for chronic pain complain of variable paresthesias, particularly in relation to changes in posture. Such changes affect the great majority of patients with implantable pulse generators, requiring them to use the external programmer for avoidance of painful paresthesias or even to disconnect the generator, leading to loss of pain relief. The aim of this study was to determine the relationship between the pulse charge needed for stimulation and the patient’s different postures. MATERIAL AND METHODS: Observational study of 70 patients treated with spinal cord stimulation in the following postures and situations: decubitus position, standing, seated, and walking. With the patients standing, we analyzed the thresholds of perception, pain, and pain relief, as well as the therapeutic range. Studies were performed in all patients. Later, data were analyzed by anatomical positioning of the stimulator (cervical, thoracic, sacral, occipital, or subcutaneous). RESULTS: In the analysis of the therapeutic range in the overall group we identified statistically significant differences between decubitus and standing positions and between decubitus position and walking. At the level of the thoracic spine differences were identified between all positions except between standing and walking and between seated and decubitus positions. At the level of the cervical spine, no significant differences were detected. Analysis of the pulse charge showed a 30
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significant difference in the decubitus position, in which less charge was needed to achieve satisfactory stimulation. When electrodes implanted at the cervical and thoracic levels were compared, differences were found between standing and seated positions (P=.04) but none between decubitus position or walking and the other positions. CONCLUSION: Stimulation systems are not currently designed to adapt to changes in distance between the electrodes and nerve fibers. Improvements are required in this respect. Key words: Chronic pain. Treatment. Spinal cord stimulation. Posture. Energy.
Introducción La estimulación eléctrica medular constituye, por definición, la aplicación de un circuito eléctrico. Estos sistemas están encaminados a la creación de un campo eléctrico en los niveles medulares en proximidad a las estructuras que conducen las señales dolorosas. Si este campo alcanza una intensidad suficiente (umbral de estimulación), los impulsos eléctricos “capturan” las células nerviosas de las raíces posteriores y las fibras de los cordones posteriores, provocando una inhibición en las fibras del tracto espinotalámico lateral y un incremento en la actividad de las vías descendentes1. Por otra parte, es frecuente que, con el paso del tiempo, los pacientes que portan un sistema de estimulación medular refieran cambios en la percepción de las parestesias (que indican la efectividad del estímulo en cuanto a su calidad y área de percepción), que requieren ajustes en la programación. Esto se ha visto especialmente relacionado con los cambios posturales y, más específicamente, con el paso de la posición de bipedestación a la postura en decúbito2-6. Estos cambios en la percepción de la parestesia afectan a una gran mayoría de pacientes con implantes medulares a cualquier nivel. Muchos de estos pacientes necesitan utilizar su programador de paciente sólo o en gran medida por este motivo. Existen pacientes con una habilidad limitada en el uso de equipos electrónicos, por lo que prefieren utilizar únicamente el imán para activar o desactivar la estimulación. Otros pacientes nunca utilizan el sistema cuando se tumban en la cama, aunque admitan que pierden el alivio proporcionado por el estimulador, o bien evitan conscientemente tumbarse en determinadas ocasiones (por ejemplo, en el sofá ante el televisor) por miedo a percibir una estimulación dolorosa. Los factores más 31
importantes para lograr una estimulación eficaz parecen ser la proximidad a las estructuras que se desean estimular y la distancia entre los polos activos7. Otros factores que influyen en la buena estimulación son la diferente excitabilidad de las distintas estructuras nerviosas, la orientación del electrodo y el patrón de estimulación8,9. A pesar de los avances que se han realizado en este campo10,11, las premisas para un buen resultado de la técnica continúan siendo las mismas que en los inicios de esta terapia; una buena selección del paciente, una buena técnica quirúrgica y, por último, un buen manejo de los parámetros eléctricos en el momento de la programación12. El objetivo principal del presente análisis fue comprobar cómo se relacionan los cambios posturales con la carga por pulso (E) necesaria para alcanzar un nivel de estimulación en los pacientes3, evaluándose para ello cuatro 4 posiciones diferentes. Se analizó también la diferencia en la carga por impulso que se producía al cambiar de postura. Material y métodos Se emplearon las siguientes definiciones de trabajo: Carga por impulso (E): carga total de electricidad contenida en un impulso de estimulación, que resulta del producto de la amplitud, medida en mA, por la duración del impulso, medida en μs. E se define como el producto del umbral terapéutico (Ut) por la anchura del pulso (Pw). Umbral de percepción (Up): intensidad mínima (expresada en mA) a la que el paciente comienza a sentir la parestesia. Umbral doloroso (Ud): intensidad mínima (expresada en mA) a la que el paciente refiere una estimulación dolorosa. Umbral terapéutico (Ut): intensidad (expresada en mA) con la que el paciente está confortable y que se considera eficaz para el tratamiento del mismo. Rango terapéutico (RT): que constituye la diferencia entre el Up y el Ud y determina los márgenes de utilización del sistema. Se realizó un estudio observacional descriptivo con los pacientes portadores de un implante de neuroestimulador de cordones posteriores. Se realizó durante sus visitas rutinarias de seguimiento, sin variar su tratamiento ni someterles a maniobras inusuales que pudieran exigir el cumplimiento de protocolos o normas especiales para la elaboración de estudios clínicos. El estudio se llevó a cabo en 70 pacientes con dolor crónico, a los que se había implantado un sistema de neuroestimulación entre enero de 2000 y marzo 293
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de 2006. Todos los pacientes habían superado con éxito la fase de prueba y eran portadores de un generador definitivo. Para incluir a los pacientes en el estudio la cobertura de la zona dolorosa debía ser como mínimo del 80%. De los 70 generadores implantados 46 sistemas eran duales, con dos electrodos de 4 polos cada uno [Quatrode 3143, Advanced Neuromodulation Systems (ANS), Plano, Texas, EEUU] y los 24 sistemas restantes estaban dotados de un solo electrodo, distribuidos de la forma siguiente: 3 electrodos de 8 polos (Octrode 3186, ANS, Plano, Texas, EEUU), 4 electrodos quirúrgicos (Lamitrode 3283, ANS, Plano, Texas, EEUU), 10 electrodos tetrapolares (Quatrode 3143, ANS, Plano, Texas, EEUU) y 7 electrodos tetrapolares (Medtronic 3487 A, Pisces Quad, Medtronic Inc, Minneapolis, EEUU). En estos últimos siete sistemas, los valores de estimulación, expresados originalmente en voltios, fueron convertidos a miliamperios en base a la impedancia medida, con el fin de igualarlos a los de los 63 restantes, que son regulados por corriente. Se realizó un análisis en cada uno de los pacientes para la determinación de los distintos umbrales de estimulación (Up, Ud y Ut), así como la impedancia eléctrica. Todas estas mediciones se hicieron en base al programa de estimulación (polaridad, frecuencia y anchura del impulso) preferido y utilizado habitualmente por el paciente (Tabla 1). Las mediciones se llevaron a cabo en las siguientes posturas: decúbito (DEC), bipedestación (BIPE), sedestación (SED) y deambulación (DEAM), por este orden. Entre cada cambio postural se mantuvo al paciente en sedestación con el sistema apagado durante 5 minutos. El tiempo exacto para poder determinar si el sistema no se altera al cambiar de postura no está determinado en ningún estudio. La elección de 5 minutos fue aleatoria mediante acuerdo de los expertos participantes. En base a los datos resultantes se halló el RT en cada paciente y postura, según la fórmula RT = Ud/Up – 16. Asimismo se determinó la carga total del impulso en cada caso, multiplicando el valor de amplitud en mA por el de la anchura de impulso en μs. El estudio se hizo en la totalidad de los pacientes y, posteriormente, se analizaron por separado los diferentes grupos. Los pacientes se agruparon dependiendo de dónde se hubiesen implantado los electrodos –a nivel cervical, torácico, sacro, occipital o subcutáneo. Posteriormente se desestimaron para los cálculos los casos en los que se utilizó la estimulación sacra, occipital y subcutánea por el escaso número de pacientes en estos grupos, que no permitiría obtener conclusiones estadísticamente significativas. 294
TABLA 1
Parámetros y polaridad de los electrodos expresado en medias y desviación típica Parámetro Anchura de pulso (μs) Frecuencia (Hz) Umbral percepción (mA) Umbral doloroso (mA) Umbral terapéutico (mA) Impedancia (Ω) Polaridad (cátodos) Cobertura (%)
Mediana
Desviación típica
286 50 3,8 6 4,9 300 1,5 100
56,64 15,03 2,75 3,71 3,21 528,81 1,06 7,24
μs: microsegundos. Hz: herzios. mA: miliamperios.
Estudio estadístico Se aplicó el test Shapiro-Wilk para confirmar la hipótesis de distribución normal o no normal de los datos. Para el análisis estadístico, se aplicaron las pruebas de la t de Student y el test no paramétrico de Mann-Whitney en las comparaciones de dos grupos. Se empleó el análisis de varianza (ANOVA) de Friedman para múltiples comparaciones, mientras que se aplicaron la t de Student y la suma de rangos de Wilcoxon para las comparaciones de muestras emparejadas. Los resultados son expresados como mediana ± desviación estándar con el intervalo de confianza del 95%. La comparación entre variables categóricas se evaluó mediante el test de la χ2. Valores de la p ⱕ 0,05 se consideraron estadísticamente significativos. Para realizar el estudio estadístico se empleó el programa SPSS v.10.0 (SPSS Inc. IL, EEUU). Resultados El estudio se realizó en 70 pacientes (47 mujeres y 23 varones), con una edad promedio de 55,8 (24-85) años. El tiempo medio de inserción del implante fue de 18,3 (2-74) meses, llevando menos de 6 meses implantado el sistema 27 pacientes y más de 6 meses 43 pacientes. Los datos sobre la localización anatómica del implante y los distintos diagnósticos en incluyen en las Tablas 2 y 3. El análisis del RT reflejó una diferencia estadística, en el grupo global, de la postura de decúbito con respecto a bipedestación (p = 0,03) y en deambulación (p = 0,02) (Figura 1). A nivel torácico se advirtieron diferencias entre todas las posiciones (p < 0,05) excepto entre BIPE y DEAMB y entre SEDEST y DECUB. A nivel cervical, no se apreciaron diferencias estadísticamente significativas. En el análisis de la energía, tanto a nivel cervical como a nivel torácico (Tabla 4), 32
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D. ABEJÓN ET AL– Efecto de la postura en la estimulación medular en pacientes con síndromes de dolor crónico. Análisis del gasto de energía dependiendo de la postura del paciente TABLA 2
Diagnóstico de dolor crónico de los pacientes incluidos. Se expresa el número de pacientes (n) y el porcentaje que representan sobre el global Patología Neuropatía FBSS SDRC EVP N. Arnold Dolor Perianal Total
n 11 35 11 6 3 4 70
Porcentaje (%) 15,7 50 15,7 8,5 4,2 5,7 100
FBSS: Síndrome postlaminectomía. SDRC: Síndrome de dolor regional complejo. EVP: Enfermedad vascular periférica. N: Neuralgia. Fig. 1. Rango terapéutico en el grupo global y diferencias entre las distintas posiciones. *p = 0,03 entre bipedestación y decúbito; **p = 0,02 entre decúbito y deambulación.
TABLA 3
Localización de los electrodos estimuladores Localización Tórax Cervical Sacro Occipital Subcutáneo Total
n 48 14 4 3 1 70
Porcentaje (%) 68,5 20 5,7 4,2 1,4 100
se apreció una diferencia estadísticamente significativa con respecto a la posición DECUB, siendo en ambos casos menor la carga por impulso necesaria para provocar una estimulación correcta (p < 0,001), como también sucedió al analizar el grupo de forma global (Figura 2). El análisis al comparar los electrodos implantados a nivel cervical y torácico reflejó una diferencia (p = 0,04) entre BIPE y en SEDES sin diferencias en DECUB ni DEAMB (p = 0,27).
TABLA 4
Carga por pulso en relación con la postura a nivel cervical y torácico
Bipedestación Sedestación Decúbito Deambulación
Nivel cervical
Nivel torácico
n
Carga
n
14 14 14 14
1.333 (1111) 1.192 (1055) 936 (966) 1.389 (1054)
48 48 48 48
Carga 1.665 2.051 1.480 1.602
(2077) (2060) (1731) (2083)
n: número de pacientes. Datos como mediana (desviación típica).
Discusión En el análisis de las posturas del cuerpo con respecto a la carga por impulso los resultados son similares a los que obtuvieron otros autores4,5. El decúbito supino y la región cervical requieren menos energía (Figura 3) por la proximidad de los electrodos a las estructuras medulares que se estimulan. En el presente trabajo existen limitaciones: aunque se analiza la postura de los pacientes cuando caminan, lo cual no se ha realizado en estudios previos, no se ha estudiado la carga por pulso cuando el paciente está en decúbito prono, postura en la que se realiza la técnica del implante y en la que los profesionales se basan a la hora de localizar la parestesia más adecuada en el quirófano. 33
Fig. 2. Diferencias en el grupo global de la carga por pulso en relación a la posición del paciente. *p < 0,001 frente al resto de posiciones.
El hecho de no poder analizar, por el escaso número de pacientes, las variaciones que se provocan en otras localizaciones también limita el estudio. Sin embargo, de nuestro estudio parece deducirse (aunque no se ha incluido el análisis estadístico por el escaso número de pacien295
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1 2 3 4 5
= = = = =
Sistema SCS Epidural Dura M. Blanca M. Gris
Fig. 3. Posiciones de estudio adoptadas por los pacientes. 1. Posición decúbito. 2. Posición sedestación. 3. Posición de bipedestación. 4. Posición caminando. Se aprecia la diferencia en la localización de los electrodos al cambiar la postura del paciente.
tes) que cuando los electrodos están localizados a nivel sacro12, realizando una estimulación radicular, las necesidades también son menores que a nivel torácico, cuando se intenta estimular las fibras que inervan la zona lumbar. Parece lógico pensar que, cuando se realiza estimulación radicular, las necesidades sean menores, como han demostrado otros autores13. Las razones que se esgrimen para justificar este fenómeno son básicamente tres. La primera es que los umbrales necesarios para la estimulación radicular son alrededor de la mitad de los necesarios para realizar la estimulación de los cordones posteriores. En segundo lugar la orientación de las fibras con respecto a los electrodos también influiría, ya que las fibras de las raíces son curvas mientras que las fibras de los cordones son rectas. Por último el hecho de que las fibras de las raíces cruzan una interfase de dos compartimentos, uno de baja conductividad y otro de alta conductividad14 jugaría un papel. Las estructuras medulares se han comparado con un sistema conductor heterogéneo compuesto por varios compartimentos de diferente conductividad (Figura 4). Los elementos que mejor conducen la electricidad en el compartimiento medular son, en este orden, el líquido cefalorraquídeo (LCR), las fibras longitudinales y la materia gris. Esto parece que está en relación con la distancia que existe entre los polos del electrodo (principalmente el cátodo) en el espacio epidural y los elementos medulares que se desean estimular, lo que se denomina anchura del canal de LCR, determinada por la distancia entre la piamadre y la duramadre15,16 así como la anchura del espacio medular y su relación con el LCR7, el tipo de electrodo empleado17 y la posible fibrosis alrededor de los electrodos. Como se ha demostrado en nuestro estudio, los cambios de posición pueden hacer necesario variar el 296
R5 R4 R3 R2
R1
Fig. 4. Diferentes estructuras del circuito eléctrico de la estimulación medular: 1: generador/electrodos; 2: Espacio epidural; 3: Duramadre; 4: LCR; 5: materia blanca; 6: materia gris.
flujo de corriente que alcanza los cordones posteriores por un aumento en la percepción, tanto a nivel cervical como torácico, en decúbito supino. Esto parece ser debido a los cambios que se provocan en el espacio medular: principalmente por la variación en las estructuras estimuladas, al pasar de realizar una estimulación en los cordones posteriores a producir una estimulación radicular o segmentaria14 y al posible acercamiento de los electrodos a las estructuras nerviosas, como sugieren estudios de imagen. En voluntarios sanos se ha demostrado que la médula se posiciona en la zona posterior del canal cuando el paciente está en decúbito supino frente a otras posturas, con la correspondiente variación de los umbrales necesarios para estimular18,19. Para mantener constante o casi constante el campo eléctrico y evitar las consecuencias que pueden tener los cambios posturales, se debe variar la amplitud con cada cambio de postura. Con el fin de contrarrestar los cambios fisiológicos de impedancia se comenzó a trabajar con sistemas de corriente constante frente a los clásicos sistemas voltaje-dependientes20, pero su fun34
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ción sería más bien contrarrestar estas variaciones a más largo plazo. La impedancia fisiológica de los tejidos alrededor del electrodo parece importante en la distribución final de la corriente de estimulación en las estructuras nerviosas. Se supone que los electrodos epidurales están encapsulados –y casi completamente fijados– alrededor de las 3 semanas del implante21, impidiendo de esta forma la movilización del electrodo en el espacio epidural y, teóricamente, estableciendo unos valores estables de la impedancia. En este sentido, la estabilidad de los electrodos placa es mayor. En nuestro estudio, todos los casos analizados tenían un tiempo desde la implantación mayor de un mes con el fin de evitar este posible sesgo, aunque en un estudio anterior no encontramos una relación estadísticamente significativa entre los valores de la impedancia con respecto a los cambios posturales22. A pesar de los avances que se han realizado en el campo de la neuroestimulación, tanto a nivel de equipamiento, con sistemas con capacidades energéticas y posibilidades paramétricas superiores a los existentes, como a nivel de indicaciones de la terapia, los resultados que se obtienen son semejantes si no idénticos a los obtenidos por otros autores4,5. Este estudio alienta nuevas vías de investigación en el diseño de estimuladores capaces de detectar el umbral terapéutico del paciente para poder adaptarse ante cambios en su vida cotidiana (movimiento, cambios posturales, etc.) con capacidad de retroalimentación, como sucede en otros sistemas de estimulación eléctrica, como los marcapasos cardiacos. Bien es cierto que en el caso de la estimulación nerviosa no se dispone de un registro electrofisiológico que oriente al generador sobre los cambios de estimulación a realizar, como es el caso del electrograma intracavitario en los marcapasos. No obstante, estos sistemas fueron dotados hace décadas de sensores de actividad (piezosensores y acelerómetros) que servían para evaluar el nivel de ejercicio físico del paciente y adaptar la frecuencia cardiaca estimulada a cada situación. De igual manera, en el caso de los estimuladores medulares podrían ser dotados de algún tipo de sensor de posición que pudiera ser procesado por el circuito del generador para variar la intensidad de la estimulación. Basándonos precisamente en ese tipo de sensores, proponemos un “embrión de proyecto” consistente en un sensor contenido en la carcasa del generador. Este sensor (Figura 5), consistiría en un diminuto poliedro hueco con un elemento móvil (una bola) en su interior. Cada una de las esquinas del poliedro estaría dotada de un electrodo, de forma que se pudiese identificar en cuál de las seis esquinas se encuentra la bola en un momento dado. Estas esquinas indicarían, al menos, cinco posturas: paciente incorporado (sedestación, 35
Fig. 5.
bipedestación o deambulación), decúbito supino y decúbito prono, así como decúbitos laterales izquierdo y derecho. Podemos concluir, de acuerdo con los estudios previos y con nuestros resultados, que, a nivel cervical y en la posición de decúbito los requerimientos de corriente por impulso son menores. Esto parece apuntar a que el factor que más podría influir en la modificación de la percepción en relación con la postura sería la disminución de distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas (menor distancia a nivel cervical y en decúbito). En la actualidad, los sistemas no están diseñados para adaptarse a los cambios en la distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas. BIBLIOGRAFÍA 1. Bradley K. The technology: the anatomy of a spinal cord and nerve root stimulator: the lead and the power source. Pain Med. 2006; 7(S1):27-34. 2. Holsheirmer J. Principle. of neurostimulation. En: Electrical stimulation and the relief of pain. Pain research and clinical management, Vol 15. Simpson BA, editor. Ed: Elsevier Science 2003, Reino Unido, pp: 17-36. 3. North RB, Ewend MG, Lawton MT, Piantadosi S. Spinal cord stimulation for chronic, intratable pain: superiority of multichannel devices. Pain. 1991;44(2):119-30. 4. Cameron T, Aló KM. Effects of posture on stimulation parameters in spinal cord stimulation. Neuromodulation. 1998;1:177-83. 5. Olin JC, Kidd DH, North RB. Postural changes in spinal cord stimulation perceptual thresholds. Neuromodulation. 1998;1(4):171-5. 6. Abejón D, Feler C. Is impedance a parameter to be taken into account in spinal cord stimulation? Pain Phys. 2007;10(4):533-40. 7. Barolat G. Epidural spinal cord stimulation: Anatomical and electrical properties of the intraspinal structures relevant to spinal cord stimulation and clinical correlations. Neuromodulation. 1998:2;63-71.
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Efecto de la postura en la estimulación medular en pacientes con síndromes de dolor crónico. Análisis del gasto de energía dependiendo de la postura del paciente D. Abejón1, M. Camacho1, J. Pérez-Cajaraville3, R. Ortego2, C. del Pozo1, J. del Saz1 Unidad de Dolor. 2Servicio de Anestesiología y Reanimación. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda. Madrid. 3Unidad de Dolor. Clínica Universitaria de Navarra. Pamplona. 1
Resumen INTRODUCCIÓN: Los pacientes con dolor crónico tratados con estimulación medular pueden referir cambios en la percepción de las parestesias, especialmente con los cambios posturales. Estos cambios afectan a la gran mayoría de pacientes con implantes medulares, obligándoles a hacer uso de su programador de paciente para no sufrir parestesias dolorosas e incluso a su desconexión con la consiguiente pérdida del alivio del dolor. OBJETIVO: El objetivo del presente trabajo fue comprobar cómo se relacionan los cambios posturales con la carga por impulso de los generadores de estimulación medular. MATERIAL Y MÉTODOS: Se realizó un estudio observacional descriptivo en 70 pacientes tratados con estimulación medular en las siguientes posturas: decúbito, bipedestación, sedestación y deambulación. Con los pacientes en bipedestación se analizaron umbrales de percepción, doloroso y terapéutico, así como el rango terapéutico. El estudio se hizo en la totalidad de los pacientes y, posteriormente, se analizaron por separado los diferentes grupos según la localización anatómica del estimulador (cervical, torácico, sacro, occipital o subcutáneo). RESULTADOS: El análisis del rango terapéutico reflejó una diferencia estadística, en el grupo global, entre las posiciones de decúbito y bipedestación y entre las posiciones de decúbito y deambulación. A nivel torácico se apreciaron diferencias entre todas las posiciones excepto entre bipedestación y deambulación y entre la de sedestación y decúbito. A nivel cervical, no se apreciaron diferencias estadísticamente significativas. En el análisis de la carga por impulso se apreció una diferencia estadísticamente significativa con respecto a la posición de decúbito: la carga necesaria para obtener una estimulación satisfactoria fue menor. Al comparar los electrodos implantados a nivel cervical y torácico se reflejó diferencia (p = 0,04) entre bipedestación y sedestación, sin diferencias en decúbito ni en deambulación.
Correspondencia: David Abejón Unidad de Dolor. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda. C/ Joaquín Rodrigo, 2. 28222 Madrid E-mail: [email protected] Aceptado para su publicación en mayo de 2009.
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DISCUSIÓN: En la actualidad, los sistemas no están diseñados para adaptarse a los cambios en la distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas, por lo que quizá sería necesario introducir alguna mejora al respecto. Palabras clave: Dolor crónico. Tratamiento. Estimulación medular. Postura. Energía.
Effect of posture on spinal cord stimulation in patients with chronic pain syndromes: analysis of energy requirements in different patient postures Summary BACKGROUND AND OBJECTIVE: Patients being treated with spinal cord stimulation for chronic pain complain of variable paresthesias, particularly in relation to changes in posture. Such changes affect the great majority of patients with implantable pulse generators, requiring them to use the external programmer for avoidance of painful paresthesias or even to disconnect the generator, leading to loss of pain relief. The aim of this study was to determine the relationship between the pulse charge needed for stimulation and the patient’s different postures. MATERIAL AND METHODS: Observational study of 70 patients treated with spinal cord stimulation in the following postures and situations: decubitus position, standing, seated, and walking. With the patients standing, we analyzed the thresholds of perception, pain, and pain relief, as well as the therapeutic range. Studies were performed in all patients. Later, data were analyzed by anatomical positioning of the stimulator (cervical, thoracic, sacral, occipital, or subcutaneous). RESULTS: In the analysis of the therapeutic range in the overall group we identified statistically significant differences between decubitus and standing positions and between decubitus position and walking. At the level of the thoracic spine differences were identified between all positions except between standing and walking and between seated and decubitus positions. At the level of the cervical spine, no significant differences were detected. Analysis of the pulse charge showed a 30
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significant difference in the decubitus position, in which less charge was needed to achieve satisfactory stimulation. When electrodes implanted at the cervical and thoracic levels were compared, differences were found between standing and seated positions (P=.04) but none between decubitus position or walking and the other positions. CONCLUSION: Stimulation systems are not currently designed to adapt to changes in distance between the electrodes and nerve fibers. Improvements are required in this respect. Key words: Chronic pain. Treatment. Spinal cord stimulation. Posture. Energy.
Introducción La estimulación eléctrica medular constituye, por definición, la aplicación de un circuito eléctrico. Estos sistemas están encaminados a la creación de un campo eléctrico en los niveles medulares en proximidad a las estructuras que conducen las señales dolorosas. Si este campo alcanza una intensidad suficiente (umbral de estimulación), los impulsos eléctricos “capturan” las células nerviosas de las raíces posteriores y las fibras de los cordones posteriores, provocando una inhibición en las fibras del tracto espinotalámico lateral y un incremento en la actividad de las vías descendentes1. Por otra parte, es frecuente que, con el paso del tiempo, los pacientes que portan un sistema de estimulación medular refieran cambios en la percepción de las parestesias (que indican la efectividad del estímulo en cuanto a su calidad y área de percepción), que requieren ajustes en la programación. Esto se ha visto especialmente relacionado con los cambios posturales y, más específicamente, con el paso de la posición de bipedestación a la postura en decúbito2-6. Estos cambios en la percepción de la parestesia afectan a una gran mayoría de pacientes con implantes medulares a cualquier nivel. Muchos de estos pacientes necesitan utilizar su programador de paciente sólo o en gran medida por este motivo. Existen pacientes con una habilidad limitada en el uso de equipos electrónicos, por lo que prefieren utilizar únicamente el imán para activar o desactivar la estimulación. Otros pacientes nunca utilizan el sistema cuando se tumban en la cama, aunque admitan que pierden el alivio proporcionado por el estimulador, o bien evitan conscientemente tumbarse en determinadas ocasiones (por ejemplo, en el sofá ante el televisor) por miedo a percibir una estimulación dolorosa. Los factores más 31
importantes para lograr una estimulación eficaz parecen ser la proximidad a las estructuras que se desean estimular y la distancia entre los polos activos7. Otros factores que influyen en la buena estimulación son la diferente excitabilidad de las distintas estructuras nerviosas, la orientación del electrodo y el patrón de estimulación8,9. A pesar de los avances que se han realizado en este campo10,11, las premisas para un buen resultado de la técnica continúan siendo las mismas que en los inicios de esta terapia; una buena selección del paciente, una buena técnica quirúrgica y, por último, un buen manejo de los parámetros eléctricos en el momento de la programación12. El objetivo principal del presente análisis fue comprobar cómo se relacionan los cambios posturales con la carga por pulso (E) necesaria para alcanzar un nivel de estimulación en los pacientes3, evaluándose para ello cuatro 4 posiciones diferentes. Se analizó también la diferencia en la carga por impulso que se producía al cambiar de postura. Material y métodos Se emplearon las siguientes definiciones de trabajo: Carga por impulso (E): carga total de electricidad contenida en un impulso de estimulación, que resulta del producto de la amplitud, medida en mA, por la duración del impulso, medida en μs. E se define como el producto del umbral terapéutico (Ut) por la anchura del pulso (Pw). Umbral de percepción (Up): intensidad mínima (expresada en mA) a la que el paciente comienza a sentir la parestesia. Umbral doloroso (Ud): intensidad mínima (expresada en mA) a la que el paciente refiere una estimulación dolorosa. Umbral terapéutico (Ut): intensidad (expresada en mA) con la que el paciente está confortable y que se considera eficaz para el tratamiento del mismo. Rango terapéutico (RT): que constituye la diferencia entre el Up y el Ud y determina los márgenes de utilización del sistema. Se realizó un estudio observacional descriptivo con los pacientes portadores de un implante de neuroestimulador de cordones posteriores. Se realizó durante sus visitas rutinarias de seguimiento, sin variar su tratamiento ni someterles a maniobras inusuales que pudieran exigir el cumplimiento de protocolos o normas especiales para la elaboración de estudios clínicos. El estudio se llevó a cabo en 70 pacientes con dolor crónico, a los que se había implantado un sistema de neuroestimulación entre enero de 2000 y marzo 293
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de 2006. Todos los pacientes habían superado con éxito la fase de prueba y eran portadores de un generador definitivo. Para incluir a los pacientes en el estudio la cobertura de la zona dolorosa debía ser como mínimo del 80%. De los 70 generadores implantados 46 sistemas eran duales, con dos electrodos de 4 polos cada uno [Quatrode 3143, Advanced Neuromodulation Systems (ANS), Plano, Texas, EEUU] y los 24 sistemas restantes estaban dotados de un solo electrodo, distribuidos de la forma siguiente: 3 electrodos de 8 polos (Octrode 3186, ANS, Plano, Texas, EEUU), 4 electrodos quirúrgicos (Lamitrode 3283, ANS, Plano, Texas, EEUU), 10 electrodos tetrapolares (Quatrode 3143, ANS, Plano, Texas, EEUU) y 7 electrodos tetrapolares (Medtronic 3487 A, Pisces Quad, Medtronic Inc, Minneapolis, EEUU). En estos últimos siete sistemas, los valores de estimulación, expresados originalmente en voltios, fueron convertidos a miliamperios en base a la impedancia medida, con el fin de igualarlos a los de los 63 restantes, que son regulados por corriente. Se realizó un análisis en cada uno de los pacientes para la determinación de los distintos umbrales de estimulación (Up, Ud y Ut), así como la impedancia eléctrica. Todas estas mediciones se hicieron en base al programa de estimulación (polaridad, frecuencia y anchura del impulso) preferido y utilizado habitualmente por el paciente (Tabla 1). Las mediciones se llevaron a cabo en las siguientes posturas: decúbito (DEC), bipedestación (BIPE), sedestación (SED) y deambulación (DEAM), por este orden. Entre cada cambio postural se mantuvo al paciente en sedestación con el sistema apagado durante 5 minutos. El tiempo exacto para poder determinar si el sistema no se altera al cambiar de postura no está determinado en ningún estudio. La elección de 5 minutos fue aleatoria mediante acuerdo de los expertos participantes. En base a los datos resultantes se halló el RT en cada paciente y postura, según la fórmula RT = Ud/Up – 16. Asimismo se determinó la carga total del impulso en cada caso, multiplicando el valor de amplitud en mA por el de la anchura de impulso en μs. El estudio se hizo en la totalidad de los pacientes y, posteriormente, se analizaron por separado los diferentes grupos. Los pacientes se agruparon dependiendo de dónde se hubiesen implantado los electrodos –a nivel cervical, torácico, sacro, occipital o subcutáneo. Posteriormente se desestimaron para los cálculos los casos en los que se utilizó la estimulación sacra, occipital y subcutánea por el escaso número de pacientes en estos grupos, que no permitiría obtener conclusiones estadísticamente significativas. 294
TABLA 1
Parámetros y polaridad de los electrodos expresado en medias y desviación típica Parámetro Anchura de pulso (μs) Frecuencia (Hz) Umbral percepción (mA) Umbral doloroso (mA) Umbral terapéutico (mA) Impedancia (Ω) Polaridad (cátodos) Cobertura (%)
Mediana
Desviación típica
286 50 3,8 6 4,9 300 1,5 100
56,64 15,03 2,75 3,71 3,21 528,81 1,06 7,24
μs: microsegundos. Hz: herzios. mA: miliamperios.
Estudio estadístico Se aplicó el test Shapiro-Wilk para confirmar la hipótesis de distribución normal o no normal de los datos. Para el análisis estadístico, se aplicaron las pruebas de la t de Student y el test no paramétrico de Mann-Whitney en las comparaciones de dos grupos. Se empleó el análisis de varianza (ANOVA) de Friedman para múltiples comparaciones, mientras que se aplicaron la t de Student y la suma de rangos de Wilcoxon para las comparaciones de muestras emparejadas. Los resultados son expresados como mediana ± desviación estándar con el intervalo de confianza del 95%. La comparación entre variables categóricas se evaluó mediante el test de la χ2. Valores de la p ⱕ 0,05 se consideraron estadísticamente significativos. Para realizar el estudio estadístico se empleó el programa SPSS v.10.0 (SPSS Inc. IL, EEUU). Resultados El estudio se realizó en 70 pacientes (47 mujeres y 23 varones), con una edad promedio de 55,8 (24-85) años. El tiempo medio de inserción del implante fue de 18,3 (2-74) meses, llevando menos de 6 meses implantado el sistema 27 pacientes y más de 6 meses 43 pacientes. Los datos sobre la localización anatómica del implante y los distintos diagnósticos en incluyen en las Tablas 2 y 3. El análisis del RT reflejó una diferencia estadística, en el grupo global, de la postura de decúbito con respecto a bipedestación (p = 0,03) y en deambulación (p = 0,02) (Figura 1). A nivel torácico se advirtieron diferencias entre todas las posiciones (p < 0,05) excepto entre BIPE y DEAMB y entre SEDEST y DECUB. A nivel cervical, no se apreciaron diferencias estadísticamente significativas. En el análisis de la energía, tanto a nivel cervical como a nivel torácico (Tabla 4), 32
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D. ABEJÓN ET AL– Efecto de la postura en la estimulación medular en pacientes con síndromes de dolor crónico. Análisis del gasto de energía dependiendo de la postura del paciente TABLA 2
Diagnóstico de dolor crónico de los pacientes incluidos. Se expresa el número de pacientes (n) y el porcentaje que representan sobre el global Patología Neuropatía FBSS SDRC EVP N. Arnold Dolor Perianal Total
n 11 35 11 6 3 4 70
Porcentaje (%) 15,7 50 15,7 8,5 4,2 5,7 100
FBSS: Síndrome postlaminectomía. SDRC: Síndrome de dolor regional complejo. EVP: Enfermedad vascular periférica. N: Neuralgia. Fig. 1. Rango terapéutico en el grupo global y diferencias entre las distintas posiciones. *p = 0,03 entre bipedestación y decúbito; **p = 0,02 entre decúbito y deambulación.
TABLA 3
Localización de los electrodos estimuladores Localización Tórax Cervical Sacro Occipital Subcutáneo Total
n 48 14 4 3 1 70
Porcentaje (%) 68,5 20 5,7 4,2 1,4 100
se apreció una diferencia estadísticamente significativa con respecto a la posición DECUB, siendo en ambos casos menor la carga por impulso necesaria para provocar una estimulación correcta (p < 0,001), como también sucedió al analizar el grupo de forma global (Figura 2). El análisis al comparar los electrodos implantados a nivel cervical y torácico reflejó una diferencia (p = 0,04) entre BIPE y en SEDES sin diferencias en DECUB ni DEAMB (p = 0,27).
TABLA 4
Carga por pulso en relación con la postura a nivel cervical y torácico
Bipedestación Sedestación Decúbito Deambulación
Nivel cervical
Nivel torácico
n
Carga
n
14 14 14 14
1.333 (1111) 1.192 (1055) 936 (966) 1.389 (1054)
48 48 48 48
Carga 1.665 2.051 1.480 1.602
(2077) (2060) (1731) (2083)
n: número de pacientes. Datos como mediana (desviación típica).
Discusión En el análisis de las posturas del cuerpo con respecto a la carga por impulso los resultados son similares a los que obtuvieron otros autores4,5. El decúbito supino y la región cervical requieren menos energía (Figura 3) por la proximidad de los electrodos a las estructuras medulares que se estimulan. En el presente trabajo existen limitaciones: aunque se analiza la postura de los pacientes cuando caminan, lo cual no se ha realizado en estudios previos, no se ha estudiado la carga por pulso cuando el paciente está en decúbito prono, postura en la que se realiza la técnica del implante y en la que los profesionales se basan a la hora de localizar la parestesia más adecuada en el quirófano. 33
Fig. 2. Diferencias en el grupo global de la carga por pulso en relación a la posición del paciente. *p < 0,001 frente al resto de posiciones.
El hecho de no poder analizar, por el escaso número de pacientes, las variaciones que se provocan en otras localizaciones también limita el estudio. Sin embargo, de nuestro estudio parece deducirse (aunque no se ha incluido el análisis estadístico por el escaso número de pacien295
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1 2 3 4 5
= = = = =
Sistema SCS Epidural Dura M. Blanca M. Gris
Fig. 3. Posiciones de estudio adoptadas por los pacientes. 1. Posición decúbito. 2. Posición sedestación. 3. Posición de bipedestación. 4. Posición caminando. Se aprecia la diferencia en la localización de los electrodos al cambiar la postura del paciente.
tes) que cuando los electrodos están localizados a nivel sacro12, realizando una estimulación radicular, las necesidades también son menores que a nivel torácico, cuando se intenta estimular las fibras que inervan la zona lumbar. Parece lógico pensar que, cuando se realiza estimulación radicular, las necesidades sean menores, como han demostrado otros autores13. Las razones que se esgrimen para justificar este fenómeno son básicamente tres. La primera es que los umbrales necesarios para la estimulación radicular son alrededor de la mitad de los necesarios para realizar la estimulación de los cordones posteriores. En segundo lugar la orientación de las fibras con respecto a los electrodos también influiría, ya que las fibras de las raíces son curvas mientras que las fibras de los cordones son rectas. Por último el hecho de que las fibras de las raíces cruzan una interfase de dos compartimentos, uno de baja conductividad y otro de alta conductividad14 jugaría un papel. Las estructuras medulares se han comparado con un sistema conductor heterogéneo compuesto por varios compartimentos de diferente conductividad (Figura 4). Los elementos que mejor conducen la electricidad en el compartimiento medular son, en este orden, el líquido cefalorraquídeo (LCR), las fibras longitudinales y la materia gris. Esto parece que está en relación con la distancia que existe entre los polos del electrodo (principalmente el cátodo) en el espacio epidural y los elementos medulares que se desean estimular, lo que se denomina anchura del canal de LCR, determinada por la distancia entre la piamadre y la duramadre15,16 así como la anchura del espacio medular y su relación con el LCR7, el tipo de electrodo empleado17 y la posible fibrosis alrededor de los electrodos. Como se ha demostrado en nuestro estudio, los cambios de posición pueden hacer necesario variar el 296
R5 R4 R3 R2
R1
Fig. 4. Diferentes estructuras del circuito eléctrico de la estimulación medular: 1: generador/electrodos; 2: Espacio epidural; 3: Duramadre; 4: LCR; 5: materia blanca; 6: materia gris.
flujo de corriente que alcanza los cordones posteriores por un aumento en la percepción, tanto a nivel cervical como torácico, en decúbito supino. Esto parece ser debido a los cambios que se provocan en el espacio medular: principalmente por la variación en las estructuras estimuladas, al pasar de realizar una estimulación en los cordones posteriores a producir una estimulación radicular o segmentaria14 y al posible acercamiento de los electrodos a las estructuras nerviosas, como sugieren estudios de imagen. En voluntarios sanos se ha demostrado que la médula se posiciona en la zona posterior del canal cuando el paciente está en decúbito supino frente a otras posturas, con la correspondiente variación de los umbrales necesarios para estimular18,19. Para mantener constante o casi constante el campo eléctrico y evitar las consecuencias que pueden tener los cambios posturales, se debe variar la amplitud con cada cambio de postura. Con el fin de contrarrestar los cambios fisiológicos de impedancia se comenzó a trabajar con sistemas de corriente constante frente a los clásicos sistemas voltaje-dependientes20, pero su fun34
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ción sería más bien contrarrestar estas variaciones a más largo plazo. La impedancia fisiológica de los tejidos alrededor del electrodo parece importante en la distribución final de la corriente de estimulación en las estructuras nerviosas. Se supone que los electrodos epidurales están encapsulados –y casi completamente fijados– alrededor de las 3 semanas del implante21, impidiendo de esta forma la movilización del electrodo en el espacio epidural y, teóricamente, estableciendo unos valores estables de la impedancia. En este sentido, la estabilidad de los electrodos placa es mayor. En nuestro estudio, todos los casos analizados tenían un tiempo desde la implantación mayor de un mes con el fin de evitar este posible sesgo, aunque en un estudio anterior no encontramos una relación estadísticamente significativa entre los valores de la impedancia con respecto a los cambios posturales22. A pesar de los avances que se han realizado en el campo de la neuroestimulación, tanto a nivel de equipamiento, con sistemas con capacidades energéticas y posibilidades paramétricas superiores a los existentes, como a nivel de indicaciones de la terapia, los resultados que se obtienen son semejantes si no idénticos a los obtenidos por otros autores4,5. Este estudio alienta nuevas vías de investigación en el diseño de estimuladores capaces de detectar el umbral terapéutico del paciente para poder adaptarse ante cambios en su vida cotidiana (movimiento, cambios posturales, etc.) con capacidad de retroalimentación, como sucede en otros sistemas de estimulación eléctrica, como los marcapasos cardiacos. Bien es cierto que en el caso de la estimulación nerviosa no se dispone de un registro electrofisiológico que oriente al generador sobre los cambios de estimulación a realizar, como es el caso del electrograma intracavitario en los marcapasos. No obstante, estos sistemas fueron dotados hace décadas de sensores de actividad (piezosensores y acelerómetros) que servían para evaluar el nivel de ejercicio físico del paciente y adaptar la frecuencia cardiaca estimulada a cada situación. De igual manera, en el caso de los estimuladores medulares podrían ser dotados de algún tipo de sensor de posición que pudiera ser procesado por el circuito del generador para variar la intensidad de la estimulación. Basándonos precisamente en ese tipo de sensores, proponemos un “embrión de proyecto” consistente en un sensor contenido en la carcasa del generador. Este sensor (Figura 5), consistiría en un diminuto poliedro hueco con un elemento móvil (una bola) en su interior. Cada una de las esquinas del poliedro estaría dotada de un electrodo, de forma que se pudiese identificar en cuál de las seis esquinas se encuentra la bola en un momento dado. Estas esquinas indicarían, al menos, cinco posturas: paciente incorporado (sedestación, 35
Fig. 5.
bipedestación o deambulación), decúbito supino y decúbito prono, así como decúbitos laterales izquierdo y derecho. Podemos concluir, de acuerdo con los estudios previos y con nuestros resultados, que, a nivel cervical y en la posición de decúbito los requerimientos de corriente por impulso son menores. Esto parece apuntar a que el factor que más podría influir en la modificación de la percepción en relación con la postura sería la disminución de distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas (menor distancia a nivel cervical y en decúbito). En la actualidad, los sistemas no están diseñados para adaptarse a los cambios en la distancia entre los electrodos y las fibras nerviosas. BIBLIOGRAFÍA 1. Bradley K. The technology: the anatomy of a spinal cord and nerve root stimulator: the lead and the power source. Pain Med. 2006; 7(S1):27-34. 2. Holsheirmer J. Principle. of neurostimulation. En: Electrical stimulation and the relief of pain. Pain research and clinical management, Vol 15. Simpson BA, editor. Ed: Elsevier Science 2003, Reino Unido, pp: 17-36. 3. North RB, Ewend MG, Lawton MT, Piantadosi S. Spinal cord stimulation for chronic, intratable pain: superiority of multichannel devices. Pain. 1991;44(2):119-30. 4. Cameron T, Aló KM. Effects of posture on stimulation parameters in spinal cord stimulation. Neuromodulation. 1998;1:177-83. 5. Olin JC, Kidd DH, North RB. Postural changes in spinal cord stimulation perceptual thresholds. Neuromodulation. 1998;1(4):171-5. 6. Abejón D, Feler C. Is impedance a parameter to be taken into account in spinal cord stimulation? Pain Phys. 2007;10(4):533-40. 7. Barolat G. Epidural spinal cord stimulation: Anatomical and electrical properties of the intraspinal structures relevant to spinal cord stimulation and clinical correlations. Neuromodulation. 1998:2;63-71.
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