脊髄くも膜下麻酔
人間の脊椎は24個の椎骨からなり、体軸の力学的安定性を確保している。これらは靭帯で連結され、それぞれが椎体、脊髄(図では➀)とその膜を囲む椎弓、2つの横突起、後方(背側)の棘突起からなる。脊髄神経は椎骨と椎骨の間から出ており、身体を分節的に支配し、運動機能と知覚を可能にし、また自律神経系の線維も含んでいる。
中枢神経系の一部として、脊髄は髄膜に囲まれている。内側から外側に向かって、脊髄に直接接している軟膜、くも膜、そして 外側の境界として硬膜である。軟膜とくも膜の間には脳脊髄液腔(くも膜下腔)があり、脳脊髄液が循環している。
脊髄くも膜下麻酔の際、このくも膜下腔は細い中空針(脊椎針)で穿刺される。針は皮膚、椎骨の棘突起間の靭帯(棘上靱帯(英語版)、棘間靱帯(英語版)、黄靱帯(英語版))を貫通して、さらに硬膜外腔(図の➂)(脂肪組織と血管で満たされ、髄膜の外側にある)を経て、硬膜とくも膜を貫通し、その先端がくも膜下腔(図の➁)で静止する。局所麻酔薬はこの腔内に注入され(髄腔内投与(英語版))、脊髄神経の前根と後根に作用し、神経インパルスを伝達する機能を一時的に停止させる。
ヒトの発育過程において、脊柱は脊髄よりも早く成長するため、脊髄は(成人の場合)第1/第2腰椎の脊髄円錐のレベルで終わるが、関連する脊髄神経は足側(尾側)に移動し続け、脊柱管から出てくる。それによって馬尾が形成される。このような状況により、脊髄を損傷することなく中位腰椎のレベルで穿刺することができる。
一過性神経症状(Transent Neurological Symptoms: TNS)とは、脊髄くも膜下麻酔後に脚に放散する左右対称の臀部痛のことで、通常、麻酔後数時間以内に始まり、数日以内にまた収まる。これは局所麻酔薬の毒性によるもので、患者の約1%にみられる。しかし、リドカインを使用した場合、その割合は有意に高くなる。
まれに起こる馬尾症候群(0.02-0.16/10,000)の原因も、局所麻酔薬の神経毒性による。下肢の脱力、排尿・排便障害、生殖器の感覚障害が臨床徴候である。この障害はしばしば永続的である。
腰部髄液腔の最初の穿刺は、1891年にキールの ハインリヒ・クインケ(英語版)が行ったが、これは髄液の診断サンプリングのためであった。彼は、この目的のために先端を斜めにカットした穿刺針(クインケ針)を開発した。
1898年8月24日、同じくキールで、外科医アウグスト・ビーア(英語版)と助手のアウグスト・ヒルデブラント(1868~1954)が、コカインを注射する相互実験で脊髄くも膜下麻酔に成功した。 コカインを注射した結果、「脛に鉄のハンマーで強い打撃」や「睾丸を強く押したり引っ張ったり」しても、痛みを感じなくなった。その後、両者とも吐き気と嘔吐を伴う激しい後頭部痛を発症した。
米国のジェームズ・レナード・コーニング(James Leonard Corning)(英語版)は、ビーアらの発表の13年前の1885年にすでに同様の実験を行っており、脊髄に近い組織にコカインを注射し、脚と生殖器のしびれが観察された。この過程で脊髄くも膜下麻酔が達成されたのか、それとも薬剤がその手前の靭帯組織投与されたのかは議論の余地がある(後年、コーニングが行ったのは脊髄くも膜下麻酔ではなく、硬膜外麻酔であったことが示された)。1898年に動物実験で脊髄くも膜下麻酔を研究したことをビーアは1899年に発表した。しかし、ビーアの助手であったヒルデブラントは同年にビーアの元を去り、その後はビーアの脊髄くも膜下麻酔における功績を否定するような発表を繰り返した。ビーアが最初の発表の際にコーニングの業績を引用、記載しなかったこともあり、脊髄くも膜下麻酔に最初に成功したのはビーアとコーニングのどちらであるかに関して、論争となった。
「麻酔範囲の決定要因」の節で述べたようにデルマトームを参考に、麻酔範囲の判定を行う。高比重液の場合、くも膜下腔に局所麻酔薬を注入してからの麻酔領域の広がりは分単位で変化するため、麻酔効果判定を頻回に行う必要がある。高比重液を使用すれば、患者の体位によって麻酔領域の広がりを調節できる(中・高位麻酔、サドルブロック、左右どちらかの片効き麻酔)。しかし、麻酔領域が脊髄高位に波及しすぎると、呼吸困難が生じる。胸髄レベルの麻酔で同部位からの神経支配を受ける肋間筋の筋力低下が起こる。さらに麻酔領域が高位の頚髄レベルに及ぶと、第4頚神経の分枝である横隔神経が麻痺し、横隔神経に支配される横隔膜までが麻痺する可能性がある。実際は、横隔神経は強大な運動神経であるため、脊髄くも膜下麻酔に用いられるような少量の局所麻酔薬では、横隔膜運動が停止するほどの麻痺は稀であるとされる。脊髄くも膜下麻酔に合併する呼吸停止は低血圧に伴う延髄呼吸中枢への血流低下が主因とされる。上肢の筋肉の運動支配は大半が頚神経なので、上肢に麻酔効果が及べば、肩から下位は既に麻酔効果が及んでいる(皮膚分節を参照)。麻酔薬によるブロックは細い神経線維から順に効果が現れることが知られており、交感神経、温覚、痛覚、触覚、圧覚、運動神経という順にブロックされていく。痛覚の判定を行うピンプリックテスト、温覚の判定を行うコールドサインテスト、運動神経の判定を行うBromageスケールが有名である。必要なレベルの麻酔効果が得られなかった場合は再びくも膜下腔を穿刺し麻酔薬を追加するか、他の麻酔方法(多くは全身麻酔)に切り替える。