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脊髓損傷(SCI)是一種復(fù)雜的疾病，既可由創(chuàng)傷性事件引起，如機(jī)動車事故或跌倒，也可由非創(chuàng)傷性原因引起，如血管疾病、感染、腫瘤或退行性疾病。SCI影響所有年齡段人群，但對年輕人的影響尤為嚴(yán)重。SCI通常導(dǎo)致運動、感覺和自主神經(jīng)功能的不可逆轉(zhuǎn)的喪失，此外，由于生活方式和獨立能力的突然和劇烈變化，SCI引起了嚴(yán)重的的心理問題，包括抑郁和焦慮。

傳統(tǒng)的SCI康復(fù)管理主要側(cè)重于減少繼發(fā)性并發(fā)癥，如壓力損傷、尿路感染、腸功能障礙和痙攣。此外，它旨在通過增強(qiáng)活動能力、力量、感覺和協(xié)調(diào)來優(yōu)化殘余功能。盡管這些方法提供了重要的好處，但它們往往不足以恢復(fù)或補償實質(zhì)性的功能損傷。近年來，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)為SCI的治療帶來了新的可能性。特別是脊髓電刺激(SCS)已成為一種有希望促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)恢復(fù)的方法。通過促進(jìn)神經(jīng)可塑性和重新激活殘留的神經(jīng)通路，SCS已經(jīng)證明了實現(xiàn)功能改善的潛力，這曾經(jīng)被認(rèn)為是不可能實現(xiàn)的。越來越多的證據(jù)表明，慢性SCI患者可以通過SCS獲得有意義的神經(jīng)和功能改善，為功能恢復(fù)和改善生活質(zhì)量提供了新的希望。

外傷性SCI的病理生理進(jìn)展可大致分為初級和次級階段。這些過程導(dǎo)致SCI的廣泛且不可逆的損傷，最終損害功能恢復(fù)。

初級階段在損傷后立即開始，是機(jī)械力(如壓迫、挫傷或撕裂傷)的直接結(jié)果。這些力導(dǎo)致脊髓組織、血管和血脊髓屏障(BSCB)的機(jī)械損傷。BSCB的破壞導(dǎo)致血管通透性增加，使有害物質(zhì)滲入脊髓。這一階段的特征是出血、缺血和直接神經(jīng)元死亡，它們共同啟動一系列生化和細(xì)胞反應(yīng)。

第二階段在初始損傷后數(shù)分鐘至數(shù)小時開始，并持續(xù)數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月。它的特點是一系列有害的過程，包括炎癥、氧化應(yīng)激和興奮性毒性，這些過程會擴(kuò)大損傷，加劇初始損傷。炎癥反應(yīng)引起組織腫脹，導(dǎo)致附近結(jié)構(gòu)受壓和進(jìn)一步缺血。鞘內(nèi)壓力升高可損害腦脊液(CSF)流動，加重?fù)p傷。激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在病變部位周圍增殖，形成膠質(zhì)瘢痕。雖然最初具有保護(hù)作用，但這種疤痕最終會抑制軸突再生，對神經(jīng)修復(fù)產(chǎn)生物理和生化障礙。隨著時間的推移，損傷部位的壞死組織被充滿液體的囊性腔所取代，形成物理間隙，阻礙神經(jīng)重新連接。這些空洞是旨在恢復(fù)連通性的治療干預(yù)的主要挑戰(zhàn)。脊髓空洞的形成和進(jìn)行性神經(jīng)退行性變進(jìn)一步阻礙了功能恢復(fù)。

SCS是一種很有前途的治療方法，通過硬膜外或經(jīng)皮提供電流刺激脊髓。在關(guān)于運動完全性脊髓損傷患者自主運動恢復(fù)的早期報道后，SCS因其促進(jìn)神經(jīng)恢復(fù)的潛力而受到了極大的關(guān)注，許多關(guān)于硬膜外和tSCS的研究都證明了它在SCI后神經(jīng)恢復(fù)中的有效性。

SCS刺激大致可分為閉環(huán)刺激和開環(huán)刺激。開環(huán)系統(tǒng)提供恒定或循環(huán)的刺激，但不考慮實時的感覺或運動反饋。而閉環(huán)系統(tǒng)根據(jù)實時數(shù)據(jù)(如步態(tài)周期或大腦活動)動態(tài)調(diào)整刺激參數(shù)，以實現(xiàn)更有針對性和更有效的神經(jīng)調(diào)節(jié)。

不同的SCS研究采用不同的技術(shù)策略，包括不同的電刺激部位、電極設(shè)計、刺激參數(shù)和時間模式。盡管SCS的作用至關(guān)重要，但其實際機(jī)制以及技術(shù)變量與生理機(jī)制之間的關(guān)系尚未完全了解。

1、單突觸反射激活的增強(qiáng)

主流理論認(rèn)為，SCS激活大到中等傳入纖維，從而增強(qiáng)感覺傳入和運動神經(jīng)元之間的神經(jīng)間連接。Ia纖維傳遞有關(guān)肌肉長度、速度和力量發(fā)展的信息，這些信息對于估計肢體位置和其他運動動力學(xué)至關(guān)重要。根據(jù)經(jīng)典電纜理論，大直徑有髓軸突對電流刺激具有顯著易激性。SCS可增強(qiáng)控制主動肌的運動神經(jīng)元的單突觸反射激活，并促進(jìn)運動池內(nèi)的中間神經(jīng)元回路活動，這兩者對SCI后的運動功能恢復(fù)至關(guān)重要。

大量研究支持這一機(jī)制。例如，本體感覺傳入喪失的動物模型無法恢復(fù)后肢運動控制能力，并表現(xiàn)出下行神經(jīng)回路的異常適應(yīng)性重組。在SCI動物模型中，本體感覺消融會導(dǎo)致感覺運動功能改善的倒退。

2、脊髓網(wǎng)絡(luò)的重組

研究表明，即使脊髓在完全橫斷后與大腦斷開連接，其神經(jīng)回路仍能獨立處理體感信息并調(diào)整運動輸出。復(fù)雜的脊髓固有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接不同神經(jīng)元集群、脊髓節(jié)段和半側(cè)脊髓，促進(jìn)有效的信號整合與運動協(xié)調(diào)。

脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無需大腦直接輸入或感覺反饋即可生成節(jié)律性運動。脊髓電刺激（SCS）結(jié)合物理訓(xùn)練，可通過重組損傷部位周圍的脊髓固有回路，激活中樞模式發(fā)生器（central pattern generators, CPGs）——這些負(fù)責(zé)節(jié)律性輸出的神經(jīng)回路。研究已定位候選CPG神經(jīng)元于腰段脊髓的中夾管附近及中間內(nèi)側(cè)區(qū)，表明其與運動節(jié)律的密切關(guān)聯(lián)。SCS可通過間接募集和調(diào)控這些回路，重組脊髓固有通路以增強(qiáng)節(jié)律活動及后肢協(xié)調(diào)性。腰段脊髓的CPGs驅(qū)動屈肌與伸肌的交替激活，這對SCS促進(jìn)行走功能恢復(fù)至關(guān)重要。

3、增強(qiáng)對脊髓上輸入信號的響應(yīng)

脊髓電刺激（SCS）通過增強(qiáng)運動神經(jīng)元對下行脊髓上輸入信號（包括皮質(zhì)脊髓束、網(wǎng)狀脊髓束和紅核脊髓束）的興奮性，促進(jìn)自主運動控制的恢復(fù)。這些通路在感覺預(yù)測、實時運動調(diào)整及運動記憶形成中起關(guān)鍵作用。即使脊髓嚴(yán)重?fù)p傷（包括臨床完全性損傷），脊髓內(nèi)仍可能存在部分解剖連續(xù)性。持續(xù)SCS可能通過提高運動神經(jīng)元對殘余脊髓上輸入信號的去極化敏感性，介導(dǎo)皮質(zhì)脊髓可塑性，從而改善肌肉協(xié)調(diào)能力并修正運動誤差。

多項研究驗證了這一假說。例如，Guiho等人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)皮脊髓電刺激（tSCS）可增強(qiáng)猴類脊髓上誘發(fā)反應(yīng)；Parhizi等人則報道，聯(lián)合應(yīng)用頸段與腰段tSCS能顯著激活人類皮質(zhì)脊髓通路。上述作用機(jī)制總結(jié)如圖1所示。

圖1

1、eSCS設(shè)置和參數(shù)

硬膜外脊髓電刺激（eSCS）技術(shù)最初主要用于疼痛管理，近年來逐漸成為脊髓損傷（SCI）患者神經(jīng)功能恢復(fù)的研究熱點。該技術(shù)通過植入電極向脊髓特定區(qū)域傳遞電刺激，激活脊髓固有神經(jīng)回路，從而促進(jìn)運動、感覺及自主神經(jīng)功能的恢復(fù)。目前臨床實踐中，多電極陣列通常植入于腰骶段脊髓（L1-S1節(jié)段），而片狀電極的精準(zhǔn)定位需覆蓋腰段脊髓背根入髓區(qū)（dorsal root entry zones）以增強(qiáng)刺激效能。由于不同脊髓節(jié)段負(fù)責(zé)調(diào)控特定身體功能，術(shù)前需通過神經(jīng)電生理評估、影像學(xué)定位及個體化刺激參數(shù)設(shè)計等系統(tǒng)化方案優(yōu)化電極定位，這對治療效果至關(guān)重要。

2、eSCS候選者評估與刺激參數(shù)優(yōu)化

eSCS（硬膜外脊髓電刺激）的候選者需接受全面的術(shù)前綜合評估，包括脊髓磁共振成像（MRI）。MRI通過構(gòu)建脊髓神經(jīng)解剖三維重建模型，可顯著提升電極定位精度（空間誤差

一旦電極被植入，就會根據(jù)患者的反應(yīng)和患者的特定康復(fù)目標(biāo)調(diào)整和定制刺激參數(shù)。通常，較高的節(jié)段針對意志控制和心血管功能，較低的節(jié)段側(cè)重于泌尿生殖功能。Minassian等人已經(jīng)證明，不同頻率的刺激可以影響下肢肌肉的激活模式，在仰臥的個體中，5-15 Hz的刺激會引發(fā)下肢伸展，25-50 Hz的刺激會引發(fā)下肢交替的屈伸。不同研究的刺激參數(shù)差異很大，頻率范圍為0.2至400 Hz，脈沖寬度在150至1000μs之間，振幅范圍為0.1至40 V或0.1至15 mA。

許多將eSCS與基于活動的治療相結(jié)合的研究已經(jīng)顯示出顯著的改善。表1總結(jié)了主要的eSCS研究。

表1

大多數(shù)研究是在運動完全性SCI中進(jìn)行的，目的是改善下肢的運動功能。例如，運動完全截癱患者接受了80次以活動為基礎(chǔ)的訓(xùn)練，每次持續(xù)60分鐘，再加上eSCS，證明了在最小幫助下站立長達(dá)5分鐘的能力。除了這些直接的改善之外，Luz等人報告說，高強(qiáng)度的特定任務(wù)訓(xùn)練，包括每周四到五次兩小時的訓(xùn)練，在五個月的重量支持的地面訓(xùn)練中，促進(jìn)了實質(zhì)性的神經(jīng)學(xué)獲益。值得注意的是，所有參與者的運動得分都有所提高，有些人甚至在沒有刺激的情況下也實現(xiàn)了對癱瘓肌肉的自主控制。

雖然有力的證據(jù)支持eSCS可促進(jìn)下肢恢復(fù)，但eSCS在改善上肢功能方面的證據(jù)仍然有限。頸椎SCI模型的臨床前研究顯示出積極的效果，但臨床證據(jù)仍然局限于病例報告。例如，兩名患有運動完全性SCI(AIS B)的患者在C5至T1水平植入了16觸點電極。刺激參數(shù)包括頻率為2 ~ 40hz，幅度為0.1 ~ 10ma，脈寬為210μs。兩名參與者都表現(xiàn)出了顯著的功能增益，上肢運動得分提高了16至23分。使用脊髓獨立性測量(SCIM)進(jìn)行的功能評估證實了這些改善，表明日?；顒拥莫毩⑿缘玫皆鰪?qiáng)。

eSCS的治療益處超出了運動恢復(fù)。研究表明，escs對自主神經(jīng)功能有積極影響，包括腸道和膀胱調(diào)節(jié)、痙攣減少、呼吸功能和心血管穩(wěn)定性。Boakye等人報道，eSCS可能是改善生活質(zhì)量的一個有希望的選擇。然而，優(yōu)化運動控制刺激可能會對膀胱功能產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，Beck等人證明，以運動為重點的刺激參數(shù)可能會損害膀胱結(jié)果，這表明需要量身定制的方案。

SCS已成為促進(jìn)SCI神經(jīng)恢復(fù)的突破性治療方式。通過靶向殘留的神經(jīng)通路和增強(qiáng)神經(jīng)可塑性，SCS為面臨SCI破壞性后果的個人提供了新的希望。SCS的侵入性方法和非侵入性替代方法都顯示出在促進(jìn)運動恢復(fù)、改善自主神經(jīng)功能和提高生活質(zhì)量方面的顯著潛力。盡管取得了令人鼓舞的進(jìn)展，但將SCS轉(zhuǎn)化為常規(guī)臨床實踐仍然存在挑戰(zhàn)。患者反應(yīng)的變異性，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的刺激方案，以及圍繞功能增益的可持續(xù)性的問題突出了進(jìn)一步研究的必要性。此外，小規(guī)模探索性研究對于了解SCS的潛力非常重要，但大型RCT對于確定其在不同患者人群中的療效、安全性和普遍性至關(guān)重要。

SCS代表了SCI康復(fù)的重大范式轉(zhuǎn)變，提供了恢復(fù)以前認(rèn)為無法實現(xiàn)的感覺運動和自主神經(jīng)功能的潛力。雖然通往廣泛臨床應(yīng)用的道路充滿挑戰(zhàn)，但正在進(jìn)行的研究和技術(shù)進(jìn)步可能會釋放SCS的全部潛力。隨著該領(lǐng)域的不斷發(fā)展，SCS已經(jīng)準(zhǔn)備好改變?nèi)藗兊纳?，為SCI患者提供獨立、功能和改善生活質(zhì)量的新希望。