磁刺激在脊髓損傷康復(fù)中的應(yīng)用

孟志勇，霍 速，岳月紅，劉 霖(綜述)，宋為群(審校)

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，北京 100053)

磁刺激在脊髓損傷康復(fù)中的應(yīng)用

孟志勇△，霍 速，岳月紅，劉 霖(綜述)，宋為群※(審校)

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，北京 100053)

脊髓損傷具有發(fā)病率、致殘率高的特點，存活者留有不同部位或不同程度的功能障礙，如呼吸功能障礙、運動功能障礙、排尿功能障礙、直腸功能障礙等，這些都會嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量，給患者家庭和社會帶來沉重的負(fù)擔(dān)。近期，新的治療方法(如磁刺激)已經(jīng)應(yīng)用到脊髓損傷患者的康復(fù)治療中。動物實驗和臨床研究的結(jié)果都表明磁刺激效果明顯，因此這一治療方法有廣闊的發(fā)展前景。

磁刺激;脊髓損傷;康復(fù)治療

經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)技術(shù)自1985年被 Barker等［1］發(fā)明以來，逐漸被廣泛應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域。TMS除可用于刺激大腦皮質(zhì)外，還可以刺激脊髓和外周神經(jīng)。當(dāng)刺激頭顱以外的部位時，更恰當(dāng)?shù)拿麘?yīng)為“功能性磁刺激”［2］。目前，磁刺激已被發(fā)現(xiàn)是治療脊髓損傷的有效手段，對脊髓損傷后呼吸、運動和膀胱直腸功能障礙、痙攣等都有不同程度的治療作用。

1 呼吸功能障礙

呼吸功能障礙是脊髓損傷后嚴(yán)重威脅患者生命的并發(fā)癥之一，對呼吸功能障礙治療的研究一直被相關(guān)學(xué)者放在首要位置。磁刺激對呼吸功能障礙的治療作用已在動物實驗上得到證實。有學(xué)者用犬建立了脊髓完全損傷模型，利用圓形線圈對犬進(jìn)行磁刺激，線圈中心置于犬的C6節(jié)段，刺激頻率20 Hz，觀察其對呼吸功能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)開始刺激后15 min至2 h，犬的潮氣量和呼吸道壓高于插管下自主呼吸時的潮氣量和呼吸道壓，認(rèn)為其作用機制可能與磁刺激使肌肉收縮誘導(dǎo)肌球蛋白異構(gòu)體發(fā)生遷移有關(guān)［3］。磁刺激的強度較高，可能使廢用的呼吸肌纖維發(fā)生輕度損傷，而這恰恰可能促進(jìn)肌纖維增生或構(gòu)型重建。Lin等［4］在研究中發(fā)現(xiàn)磁刺激線圈的放置位置與犬的呼吸功能改善有關(guān)，線圈放置在頸椎前部進(jìn)行刺激比放置在頸椎后部產(chǎn)生的吸氣壓和吸氣容量大。

在臨床方面，呼吸功能障礙主要的康復(fù)治療方法有電刺激和磁刺激兩種。前者有膈肌電刺激和肋間肌電刺激法等，這些方法雖取得了一定的療效，為患者盡早脫離呼吸機提供了幫助，但是手術(shù)相對復(fù)雜且費用較高，還有損傷膈神經(jīng)和肋間神經(jīng)的危險，所以在臨床上使用受限。近年來相對安全、無創(chuàng)的磁刺激技術(shù)越來越多地引起了國內(nèi)外研究者的關(guān)注，并被積極應(yīng)用到脊髓損傷后的呼吸功能障礙的康復(fù)治療中。脊髓損傷后呼吸功能障礙的表現(xiàn)與損傷部位有關(guān)。Castriotta等［5］研究發(fā)現(xiàn)，頸髓損傷患者吸氣容量、呼氣壓和呼氣流速都明顯下降，可見其既有吸氣功能異常也有呼氣功能異常。胸段脊髓損傷患者則可能僅有呼氣功能障礙。在臨床研究中也發(fā)現(xiàn)了磁刺激對呼吸功能的影響與刺激線圈放置的部位有關(guān)。Lin 等［6］發(fā)現(xiàn)刺激 C3～7、T1～6節(jié)段主要促進(jìn)患者吸氣容量的增加，刺激T6～L2節(jié)段則主要促進(jìn)患者呼氣容量的增加。其中，刺激C6～7產(chǎn)生的吸氣容量最高，刺激 T9～10產(chǎn)生的呼氣容量最高。Lin等［6］選取8例頸髓損傷患者，用圓形線圈置于T10～11棘突進(jìn)行連續(xù)4周的磁刺激，患者經(jīng)刺激后最大呼氣壓、補呼氣量都明顯增加。其機制可能是刺激到了T7～L2脊神經(jīng)，興奮了大部分呼氣肌，從而使患者呼氣功能得到明顯改善。此外，磁刺激線圈的大小不同對呼吸肌功能的影響也不同。Hsiao等［7］用直徑分別為9.2、13.7和20 cm的圓形、螺旋形線圈對脊髓損傷患者進(jìn)行磁刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)直徑20 cm的螺旋形線圈可使患者產(chǎn)生最大的呼氣壓和呼氣流速。

在今后的呼吸功能障礙的康復(fù)治療方面，磁刺激必將扮演重要的角色。從動物實驗和臨床實驗中可見，磁刺激對改善呼吸功能有明顯作用，但具體作用機制還不清楚，有待進(jìn)一步研究。

2 運動功能障礙

運動功能障礙是脊髓損傷后最常見的并發(fā)癥，短期內(nèi)雖不致命，但嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量，這也是脊髓損傷后康復(fù)治療的研究熱點。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)對運動功能的影響與刺激頻率有關(guān)。有學(xué)者證明高頻(10 Hz)rTMS可以改善脊髓損傷大鼠的運動功能［8］。張新等［9］將蝶形線圈磁場中心置于大鼠前囟上方，每日定時行閾上強度刺激，頻率0.5 Hz，每日500個脈沖，連續(xù)刺激4周，得到陽性結(jié)果。上述實驗得出不同結(jié)論的原因可能與不同研究者研究的動物脊髓損傷的時期不同或采用的實驗儀器、實驗方法等不同有關(guān)。一般認(rèn)為高頻可以提高大腦皮質(zhì)興奮性，低頻可以降低大腦皮質(zhì)興奮性。究竟哪一種參數(shù)對脊髓損傷后運動功能障礙的變化改善更有效果，還有待進(jìn)一步深入研究。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，rTMS對運動功能的影響與脊髓損傷部位有關(guān)［10-11］。Poirrier 等［8］建立了高位(T4～5)和低位(T10～11)大鼠不完全性胸髓損傷模型，應(yīng)用頻率為10 Hz的蝶形線圈對大鼠頭部進(jìn)行磁刺激，持續(xù)8周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁刺激組高位胸髓損傷大鼠運動功能評分高于低位胸髓損傷大鼠，而rTMS組低位胸髓損傷大鼠運動功能評分高于高位胸髓損傷大鼠。

在臨床研究方面，Lundell等［12］發(fā)現(xiàn)磁刺激作用于完全性脊髓損傷的患者可在其脛骨前肌引出運動誘發(fā)電位，甚至在部分患者身上引出踝關(guān)節(jié)背屈，這提示即便已被診斷為完全性脊髓損傷的患者，其皮質(zhì)脊髓束仍可能存在部分連續(xù)。Ziemann［13］研究發(fā)現(xiàn)，rTMS可調(diào)節(jié)皮質(zhì)脊髓束的功能。Roy等［14］研究發(fā)現(xiàn)，刺激脊髓損傷患者運動區(qū)皮質(zhì)，以此增加對殘存皮質(zhì)脊髓束的驅(qū)動能力，可能有助于患者運動功能的恢復(fù)。Smith等［15］對21例不完全性脊髓損傷患者進(jìn)行磁刺激，刺激后患者的神經(jīng)功能評分較刺激前明顯提高。Belci等［16］研究了磁刺激對4例不完全性脊髓損傷患者的影響，發(fā)現(xiàn)刺激患者枕葉皮質(zhì)對其運動功能無明顯改善，而刺激運動皮質(zhì)則改善了患者的運動功能，這可能與運動皮質(zhì)對患者的皮質(zhì)脊髓束影響更大有關(guān)。潘鈺等［17］觀察rTMS對不完全性脊髓損傷患者運動功能的影響，22例按照美國脊髓損傷學(xué)會分級標(biāo)準(zhǔn)評價為C級的T5～12節(jié)段脊髓損傷患者隨機分為rTMS組和對照組，12例rTMS組患者于Cz點(按照腦電國際10-20系統(tǒng)定位該點)給予磁刺激，并接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練;10例對照組患者僅進(jìn)行常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練。比較治療前后美國脊髓損傷學(xué)會運動評分發(fā)現(xiàn)rTMS組美國脊髓損傷學(xué)會運動評分明顯高于對照組，表明rTMS可促進(jìn)不完全性脊髓損傷患者的運動功能改善，提高步行功能。Cortes等［18］發(fā)現(xiàn)應(yīng)用80%運動閾值的TMS可以增加脊髓的興奮性。有學(xué)者應(yīng)用頻率為5 Hz的rTMS對頸髓損傷患者進(jìn)行連續(xù)5 d的治療，發(fā)現(xiàn)患者的上肢運動功能有所改善［19］。白金柱等［20］對 30例不完全性T10～12脊髓損傷患者進(jìn)行TMS同步踏車訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)訓(xùn)練后患者美國脊髓損傷學(xué)會運動評分、脊髓損傷步行指數(shù)Ⅱ均顯著提高。以上研究提示脊髓損傷后存在自發(fā)可塑性和經(jīng)干預(yù)后可塑性，脊髓的可塑性是脊髓損傷恢復(fù)的重要機制之一［21-24］。rTMS可使大腦皮質(zhì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，改變皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的動作電位，影響皮質(zhì)脊髓束，從而使脊髓產(chǎn)生長時程的可塑性變化［25-26］。

從上述實驗可以看出，磁刺激改善運動功能的機制主要是基于脊髓的可塑性，不同刺激頻率和刺激強度的磁刺激對運動功能的改善程度不同，究竟哪一種參數(shù)能最大限度地改善運動功能還有待深入研究。

3 排尿功能障礙

排尿功能障礙也是影響患者生存質(zhì)量和預(yù)后的脊髓損傷后的常見并發(fā)癥。曾凡碩等［27］成功利用成熟雄性比格犬建立了脊髓損傷后痙攣性膀胱模型，造模后發(fā)現(xiàn)各只犬最大膀胱容量減少、膀胱順應(yīng)性降低。周謀望等［28］研究發(fā)現(xiàn)，電刺激SD大鼠L6、S1脊神經(jīng)后根某些小束時膀胱內(nèi)壓或尿道灌注壓上升。目前臨床上常采用間歇性清潔導(dǎo)尿?qū)ε拍蚬δ苷系K患者進(jìn)行對癥處理，或者在患者肛門或陰道內(nèi)放置電極進(jìn)行電刺激來改善排尿功能。也有學(xué)者采用視覺反饋排尿訓(xùn)練來改善患者排尿功能［29］，最近學(xué)者們又發(fā)現(xiàn)磁刺激技術(shù)也有助于排尿功能障礙的改善。Fujishiro等［30］觀察了磁刺激骶神經(jīng)根對11例脊髓完全性損傷合并逼尿肌反射亢進(jìn)的患者的影響，刺激頻率設(shè)置為15 Hz，每分鐘刺激5 s，共30 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者經(jīng)磁刺激后逼尿肌壓力下降，逼尿肌收縮減少，其可能機制是刺激到了分布在尿道括約肌和盆底肌群的骶神經(jīng)分支，持續(xù)抑制了逼尿肌過度反射。Yamanishi等［31］對磁刺激和電刺激抑制逼尿肌過度活躍的治療效果進(jìn)行了對比研究，32例患者隨機分入兩組(磁刺激組15例，電刺激組17例)，磁刺激和電刺激的頻率均為10 Hz，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有患者膀胱最大充盈容量均增加，磁刺激組增加的程度大于電刺激組，其中磁刺激組有3例患者逼尿肌過度活躍消失，而電刺激組卻沒有，推測在抑制逼尿肌過度活躍方面，磁刺激可能比電刺激更有效。Bycroft等［32］對7例脊髓完全性損傷的男性患者進(jìn)行骶神經(jīng)根磁刺激，刺激過程中利用尿流動力學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，刺激進(jìn)行時都不能顯著增加膀胱內(nèi)壓，部分逼尿肌亢進(jìn)的患者在停止刺激后出現(xiàn)膀胱收縮，這說明磁刺激雖然可抑制逼尿肌收縮，但不是直接通過刺激運動神經(jīng)通路發(fā)揮作用。潘鈺等［33］觀察骶神經(jīng)根磁刺激對脊髓損傷患者逼尿肌反射亢進(jìn)的治療作用，采用頻率15 Hz、40%～60%最大輸出強度的磁刺激對患者雙側(cè)骶3神經(jīng)孔進(jìn)行連續(xù)10 d的治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者24 h平均排尿次數(shù)減少，平均單次排尿量明顯增加，生活質(zhì)量提高。其機制可能是磁刺激抑制了逼尿肌反射，增加了膀胱測壓容積，從而改善了尿頻癥狀。

從以上實驗可以看出，目前對排尿功能障礙的磁刺激治療的靶部位主要是在骶神經(jīng)，是否有其他更適宜的靶部位有待進(jìn)一步進(jìn)行比較性研究。

4 直腸功能障礙

脊髓損傷患者進(jìn)入慢性期后常合并有直腸功能障礙，表現(xiàn)為排便時間延長、結(jié)腸排空延遲、便秘、腹脹等。李建軍等［34］研究發(fā)現(xiàn)完全性脊髓損傷患者自主收縮肛門控制大便的能力喪失。傳統(tǒng)的骶神經(jīng)根電刺激可促進(jìn)脊髓損傷患者結(jié)腸和直腸的收縮，這需要外科手術(shù)和植入電極，而磁刺激則無直接侵入性。Morren等［35］對正常對照者、便失禁患者和脊髓損傷患者分別進(jìn)行頻率為5 Hz的磁刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組患者肛門壓均明顯增加、直腸容積減少、直腸壓也明顯增加，這提示磁刺激可刺激直腸，有助于直腸排空。Lin等［36］觀察了磁刺激對脊髓損傷患者直腸功能的影響，分別用圓形線圈經(jīng)腹部和經(jīng)腰骶部對患者進(jìn)行磁刺激，結(jié)果顯示兩種方法均能使患者的直腸壓力增高，其中4例患者經(jīng)治療后結(jié)腸排空時間明顯縮短。另一項研究則顯示，間斷磁刺激可使直腸壓下降，抑制直腸的收縮。Shafik［37］將100～150 mL 生理鹽水以15 mL/s的速度注入患者直腸誘發(fā)直腸過度反射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)生理鹽水刺激時直腸壓明顯增加，患者不自主排出生理鹽水，而將磁刺激線圈置于患者背部L4～5節(jié)段進(jìn)行間斷磁刺激時卻無生理鹽水排出。

從上述實驗可見，磁刺激對直腸功能障礙是否有改善作用尚不能完全確定，其負(fù)面影響不容忽視，有待于進(jìn)一步進(jìn)行大樣本臨床實驗予以證實。

5 其他功能障礙

脊髓損傷幾周后可能出現(xiàn)痙攣，導(dǎo)致關(guān)節(jié)活動障礙。Krause等［38］對15例脊髓損傷合并痙攣患者進(jìn)行磁刺激治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)刺激后1 d內(nèi)患者痙攣明顯改善，且單側(cè)磁刺激可對兩側(cè)肢體的痙攣產(chǎn)生改善作用，這可能與脊髓神經(jīng)纖維交叉有關(guān)。Krause等［39］在另一項研究中發(fā)現(xiàn)，磁刺激對痙攣的改善作用與刺激強度明顯相關(guān)，與刺激頻率無顯著相關(guān)性。Kumru等［40］研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用頻率為 20 Hz、強度為90%運動閾值的rTMS作用于不完全性脊髓損傷患者的運動皮質(zhì)，可以顯著改善患者下肢的痙攣狀態(tài)。脊髓損傷患者另一常見癥狀是胃排空延遲，這可能干擾到口服藥物的治療效果，有必要加以干預(yù)。Lin等［41］首先在一項動物實驗中觀察到，選用不同刺激參數(shù)的磁刺激對胃腸功能障礙的大鼠進(jìn)行干預(yù)，分別在大鼠頸椎和腰椎進(jìn)行刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁刺激能夠改善大鼠胃和小腸的排空時間，其中腰椎刺激改善更為明顯。在臨床研究中，Lin等［42］應(yīng)用磁刺激對4例頸髓損傷患者出現(xiàn)的胃排空延遲進(jìn)行干預(yù)，刺激部位為T9棘突，強度60%，頻率20 Hz，刺激時間2 s，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁刺激可使患者半胃排空時間縮短。脊髓損傷后導(dǎo)致的功能障礙多種多樣，可以進(jìn)一步科學(xué)地設(shè)計實驗用磁刺激進(jìn)行試探性治療，從而總結(jié)經(jīng)驗以早日應(yīng)用于臨床。

6 小結(jié)

目前，關(guān)于磁刺激對脊髓損傷后運動、呼吸、膀胱直腸、痙攣等功能障礙治療的最佳參數(shù)和刺激部位等尚無定論，關(guān)于磁刺激對脊髓損傷各方面功能障礙的治療作用的機制也尚未明確，有待進(jìn)一步研究。可以肯定的是磁刺激作為一種安全、無痛、無創(chuàng)的康復(fù)治療方法，在脊髓損傷的康復(fù)治療中有良好的應(yīng)用前景。

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Application of Magnetic Stimulation in the Rehabilitation of Spinal Cord Injury

MENG Zhi-yong，HUO Su，YUE Yue-hong，LIU Lin，SONG Wei-qun.(Department of Rehabilitation，Xuanwu Hospital，Capital Medical University，Beijing100053，China)

Spinal cord injury is a disease featured with high incidence and morbidity，survivors are left with different parts or different degrees of functional disorders，such as respiratory dysfunction，dyskinesia，urinary dysfunction and rectal dysfunction etc.，which destroy their quality of life and bring heavy burden to their family and the whole society.Recently，new technology such as magnetic stimulation has been used in the rehabilitation of spinal cord injury patients.The animal experiments and clinical researches have shown that the effect of magnetic stimulation is obvious，which indicates promising prospect of the treatment.

Magnetic stimulation;Spinal cord injury;Rehabilitation treatment

R493;R744

A

1006-2084(2012)13-1964-04

國家自然科學(xué)基金(30770714，81171024);北京市自然科學(xué)基金(7052030);首都醫(yī)學(xué)發(fā)展科研基金(2007-2068)

2012-01-04

2012-03-08 編輯：伊姍