DBS 7-7-27 Department of Stereotactic and Functional Neurosurgery, Kaizuka Hospital, 7-7-27, Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka, Japan E-mail: yamiyagi@digital.med.kyushu-u.ac.jp (deep brain stimulation) (movement disorder) (stereotactic neurosurgery) (basal ganglia) (neuromodulation) JL 0002/15/5402 0114 C 2015 SICE 1. (DBS) 2000 Web site DBS http://www.kaizukahosp.or.jp/movie DBS 2. (PD) 1-3 2.1 1 65 1% 85 4-5% 60 PD 1 PD (substantia nigra pars compacta, SNc) 20% 1950 SNc 1A D1 D2 GPi (globus pallidus externus, GPe) (STN) (globus pallidus internus, GPi) (substantia nigra pars reticulata, SNr) PD SNc GPi 1A GPi GPi STN STN GPi GPi GPi PD PD 1) STN 114 54 2 2015 2
2 1 A Vitek 2002 D1 D2 PD B Karas 2013 C Schaltenbrand STN Ni, AC PC Voa/Vop/Vim Cpip β PD DBS 2) (M1) β γ β M1 γ β STN STN β β STN β GPe GPi SNr β M1 β M1 β 3) M1 γ β γ 1B, β GPi STN 1C 130 Hz (DBS) GPi β 130 Hz STN β 130 Hz β γ PD STN-DBS 2.2 2 PD PD PD PD Holmes Guillain-Mollaret Holmes MRI 4) Holmes 2-5 Hz central pattern generator, CPG 2A 5) 54 2 2015 2 115
3 2 A 5 Manto 2008 Guillain-Mollaret B Schaltenbrand Vim Voa Vop STN AC PC Zi IC, Guillain-Mollaret CPG PD Holmes Vim 6) Vim Vim Vim Vim 2-3 mm Vop Vc Vop Vim ( 2B) Vim 2.3 3 PD GPi PD GPi 1) GPi GPi GPi 8-16 Hz 1-3 Hz 7), 8) GPi 116 54 2 2015 2
図 4 脳 深 部 刺 激 装 置 (Deep brain stimulation, DBS) の概要 先端が脳深部の標的神経核に挿入され頭蓋骨に固定されたリード 前胸部皮 下に留置された植込み型刺激装置 両者を皮下でつなぐ延長ケーブルより構 成される 刺激装置には充電式と非充電式があり 非充電式は数年に一回の 電池交換が必要である 右の MRI 上は冠状断 下は矢状断 ではリード 先端は STN に留置されている 図 3 ジストニアの回路モデル A 図 2A の説明をもとに 白矢印は促通性投射 黒矢印は抑制性投射 矢印の太さは発火頻度の増減を示す 破線は異常な発火パターン 同期発火 激で巧緻性を回復することが多い 3. 不随意運動に対する外科治療 複数の矢印は受容野の不明瞭化を表わす Vitek 2002, Hendrix 2012 より改変 B Schaltenbrand アトラスの冠状断で示したリードの位置 GPi, 淡蒼球内節 GPe 淡蒼球外節 Putamen 被殻 II 視索 Cpip 内包後脚 Rt/Voa/Voi/Doe/Doi 視床亜核 STN 視床下核 SNr 黒質緻密部 H2 フォレル H 野 Zi 不確帯 3.1 歴史 PD では薬物療法よりも古くから手術療法が試みられて きた 不随意運動の手術としては 古くから基底核の出力 部である GPi や中継核である視床を破壊し 不随意運動を 9) の関係が不明瞭になっている 線条体からの病的発火パ 惹起する異常シグナルの遮断が行なわれていた 破壊方法 ターンが GPi の受容野を変えるのか GPi からの病的発 としてオイル注入による破壊 冷凍凝固 後には高周波温 火パターンが視床の受容野を変えるのかはわかっていない 熱凝固が確立された 異常シグナル伝達を遮断するという しかしこの受容野の不明瞭化により 本来目的とする筋運 意味で非常に有効な手段であったが 破壊に伴う合併症は 動と同時にその拮抗筋や他部位の筋運動をも引き起こしジ 不可逆的で 効果は減弱しやすく 微調整は困難で 特に ストニアとなっていると考えられ 図 4A GPi の凝固あ 進行性の PD では術後の再発が多かった 1990 年代後半か るいは刺激が回路全体で体部位と受容野の関係を修復する らは脳深部刺激療法 (DBS) が急速に普及した 元来 術 ように働くと考えられる また線条体は 2 つのコンパート 中に破壊する前に正しい位置かどうかを生理学的に調べる メント マトリクスとストリオソーム で構成される ス 試験刺激 として行なわれていた経験が 植込み型慢性刺 トリオソームから黒質緻密部へ抑制性投射があり ストリ 激装置への応用に発展したものである 対象神経核に電極 オソーム経路 直接路 間接路とともに基底核の出力を調 を植込み 体内の刺激発生装置から電流を送りこむ 刺激 整しており 3 者のアンバランスによりジストニアが生じ を止めれば症状は再発するが 破壊に伴う合併症がなく調 るという説もある10), 11) 節性にすぐれている 全身性 分節性ジストニアの場合は GPi 刺激 図 3B 3.2 脳深部刺激療法 で 早い不随意運動が急速に改善するが 姿勢異常は日 局所麻酔の定位脳手術で脳深部に 4 極からなるリードを 週単位かけて徐々に改善する したがって 前者は異常な 植え込み 全身麻酔で頚部に延長ケーブルを通して前胸部 シグナルの遮断であり 後者は神経可塑性による回路の再 に刺激装置を植え込む 図 4 リードには電極間距離が 構築と考えられる 上肢遠位部に見られる職業性ジストニ 0.5 mm タイプと 1.5 mm タイプがあり 標的部位によって アなどでは 視床 Voa/Vop 核 図 2B の凝固または刺 使い分けられる 図 5A 電池内蔵の刺激装置は通常 5 6 計測と制御 第 54 巻 第 2 号 2015 年 2 月号 117
5 A (Medtronic ) 4 1.3 mm 1.5 mm 0.5 mm (model 3389) 1.5 mm (model 3387) B 1 3.3 STN (1) MRI (2) (3) (4) (1) MRI 3D 3 (AC) (PC) STN AC-PC 12 mm 3mm 4mm 1C (2) 4-6 mm 0-1 mm STN STN 4-5 mm (3) STN 2.0 volt 5.0 volt (60 µsec, 130 pps) (4) 4 4 5A (5) 4 5B 60 µsec 130 pps 1.0 volt PD DBS STN (6) DBS PD PD DBS DBS DBS 118 54 2 2015 2
12) 4. PD PD DBS PD DBS DBS 5. 2012 3 2 4 B A A B 6 DBS MRI DBS (multiple independent current control, Boston Scientific) (directional DBS, Sapiens) 13) (Neural circuit disorder) DBS ( 6) 2014 10 28 1 J.L. Vitek: Pathophysiology of dystonia, A neural model, Mov Disord 17 3, S49/S62 (2002) 2 P.J. Karas, C.B. Mikkel et al.: Deep brain stimulation : a mechanistic and clinical update, Neurosurg Focus, 35 5, 1/16 (2013) 3 C. de Hemptinne, E.S. Ryapolova-Webba et al.: Exaggerated phase amplitude coupling in the primary motor cortex in Parkinson disease, Proc Natl Acad Sci USA, 110 2, 4780/4785 (2013) 4 Y. Miyagi, F. Shima et al.: Posteroventral pallidotomy for midbrain tremor after a pontine hemorrhage, J Neurosurg, 91, 885/888 (1999) 5 M. Manto: Tremorgenesis: a new conceptual scheme using reciprocally innervated circuit of neurons, J Translational Medicine, 71, 1/6 (2008) 6 Y. Miyagi, F. Shima et al.: Tremor induced by toluene misuse successfully treated by a Vim thalamotomy, JNeurol Neurosurg Psychiatry, 66, 794/796 (1999) 7 X. Liu et al.: Different mechanisms may generate sustained hypertonic and rhythmic bursting muscle activity in idiopathic dystonia, Exp Neurol, 198, 204/213 (2006) 8 J.K. Tang et al.: Neuronal firing rates and patterns in the globus pallidus internus of patientswith cervical dystonia 54 2 2015 2 119
differ from those with Parkinson s disease, J Neurophysiol, 98, 720/729 (2007) 9 F. Lenz et al.: Microelectrode studies of basal ganglia and VA, VL and VP thalamus in patients with dystonia: dystonia-related activity and sensory reorganization, In Basal Ganglia and Thalamus in Health and Movement Disorders. 225/237, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York (2001) 10 J.R. Crittenden and A.M. Graybiel: Basal ganglia disorders associated with imbalances in the striatal striosome and matrix compartments, Front Neuroanat, 5, 1/25 (2011) 11 C.M. Hendrix and J.L. Vitek: Toward a network model of dystonia, Ann NY Acad Sci, 1265, 46/55 (2012) 12 K. Samura, Y. Miyagi Y et al.: Short circuit in deep brain stimulation, J Neurosurg, 117 5, 955/961 (2012) 13 M. Hariz: Deep brain stimulation: new techniques, Parkinsonism Relat Disord, 20 S1, S192/S196 (2014) 1989 96 96 99 2000 04 06 10 13 120 54 2 2015 2