對(duì)側(cè)控制型功能性電刺激在腦卒中偏癱康復(fù)中應(yīng)用與研究

陳沫，董璐潔，劉雅麗

腦卒中是目前危害人類健康的重要疾病之一，已成為僅次于心血管疾病排名第二死亡原因的疾病，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率、高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等特點(diǎn)[1]。偏癱是腦卒中后常見的并發(fā)癥。上肢功能障礙主要表現(xiàn)為屈肌痙攣、手指伸展無力，手掌不易打開和操縱物體困難。下肢功能障礙主要表現(xiàn)為伸肌痙攣、踝背伸無力、足下垂、行走低效或不安全，嚴(yán)重影響了患者日常生活活動(dòng)能力。因此，促進(jìn)腦卒中后患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)有著十分重要的意義。神經(jīng)肌肉電刺激(neuromuscular electrical stimulation, NMES)是指通過預(yù)先設(shè)定的程序，利用低頻脈沖電流刺激周圍的神經(jīng)或者肌肉，誘發(fā)肌肉節(jié)律性收縮，從而改善或恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。NMES是一種側(cè)重于引起肌肉收縮訓(xùn)練的物理治療方法。功能性性電刺激(functional electrical stimulation, FES)是其中一種常用的作用于神經(jīng)肌肉的電刺激，其目的主要是通過預(yù)定的電脈沖序列，從而誘發(fā)肌肉運(yùn)動(dòng)，來完成規(guī)定的任務(wù)。FES能明顯改善腦卒中后患者的運(yùn)動(dòng)功能，已成為偏癱的主要治療方法之一[2]。腦卒中偏癱康復(fù)強(qiáng)調(diào)患者積極主動(dòng)參與各項(xiàng)活動(dòng)[3]。對(duì)側(cè)控制型功能性電刺激(Contralaterally Controlled Functional Electric Stimulation,CCFES)是一種創(chuàng)新的功能性電刺激療法，加強(qiáng)了患者的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)意識(shí)，主要通過采集健側(cè)手運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌電信號(hào)，產(chǎn)生一定的電流強(qiáng)度，來控制刺激患側(cè)手時(shí)所需要的電刺激強(qiáng)度，刺激患側(cè)相同部位做類似運(yùn)動(dòng)。CCFES主要由Knutson[4]于2007年提出，通過采集來自健側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制信號(hào)，反饋的引導(dǎo)FES裝置，從而調(diào)節(jié)對(duì)患側(cè)肢體的電刺激強(qiáng)度，刺激患側(cè)肢體相同部位，使其產(chǎn)生與健側(cè)肢體類似運(yùn)動(dòng)。本文旨在對(duì)CCFES的裝置、原理、優(yōu)勢以及在腦卒中偏癱康復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景展望進(jìn)行綜述。

1 CCFES原理及治療方法

CCFES由刺激器、表面電極和感應(yīng)裝置三部分組成[5]。刺激部位一般是腕背伸肌群、踝背伸肌群、肘伸肌群?？筛鶕?jù)不同的部位，一般是前臂、手或腿，選擇合適大小的表面電極；感應(yīng)裝置主要用于收集健側(cè)的肌電信號(hào)，有研究顯示穿戴式傳感器更有利于運(yùn)動(dòng)意愿信號(hào)的采集[6]。治療時(shí)，患者同時(shí)進(jìn)行雙側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)健側(cè)的感應(yīng)裝置肌電信號(hào)傳入時(shí)，CCFES治療儀可以根據(jù)健側(cè)收縮的不同強(qiáng)度，給予患側(cè)相應(yīng)強(qiáng)度的電刺激，從而讓患側(cè)產(chǎn)生與健側(cè)類似的動(dòng)作。因此，CCFES治療時(shí)，患側(cè)的刺激強(qiáng)度與健側(cè)肢體的活動(dòng)強(qiáng)度是成正比的，即當(dāng)健側(cè)肢體活動(dòng)強(qiáng)度越大，給予患側(cè)肢體的電流刺激強(qiáng)度也越大，患側(cè)肢體的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)幅度也就越大，且完全由健側(cè)肢體控制。

2 CCFES的作用機(jī)制

CCFES增加了健側(cè)肢體上的感應(yīng)裝置，用于采集健側(cè)肢體主動(dòng)活動(dòng)的肌電信號(hào)，更加強(qiáng)調(diào)患者的自主運(yùn)動(dòng)意識(shí)。其可能的機(jī)制如下：

2.1 意向性運(yùn)動(dòng) CCFES治療時(shí)，要求患者主動(dòng)收縮雙側(cè)肢體，讓大腦控制患側(cè)肢體。利用意向性運(yùn)動(dòng)的原則, 讓患者集中注意力于運(yùn)動(dòng)的肢體，盡自己最大的努力試著移動(dòng)患側(cè)，同時(shí)去配合健側(cè)的移動(dòng)。這樣患者的運(yùn)動(dòng)意向(中樞神經(jīng)活動(dòng))和刺激的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)(周圍神經(jīng)活動(dòng)) 最大程度的同步化，充分調(diào)動(dòng)了患者的主觀能動(dòng)性。這種成比例控制的同步化能促進(jìn)突觸重塑和神經(jīng)重組，從而改善患側(cè)肢體的中樞控制[7-9]。

2.2 雙側(cè)同步運(yùn)動(dòng) 正常機(jī)體的大腦兩側(cè)半球通過交互性半球間抑制，維持大腦半球興奮與抑制的相互平衡。腦卒中會(huì)造成大腦興奮性的改變，表現(xiàn)為受損半球?qū)ξ词軗p半球興奮性的抑制減弱，解除抑制的未受損半球經(jīng)胼胝體對(duì)受損半球發(fā)揮較強(qiáng)的抑制作用，導(dǎo)致患側(cè)大腦半球抑制，而健側(cè)大腦半球過度興奮。這種興奮與抑制平衡的破壞嚴(yán)重影響了腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能[10]。CCFES通過健側(cè)肢體控制電刺激強(qiáng)度，刺激患側(cè)相同部位，使雙側(cè)同時(shí)產(chǎn)生相似的動(dòng)作。這種雙側(cè)同步運(yùn)動(dòng)可改善雙側(cè)的皮層活性，興奮患側(cè)半球，增強(qiáng)半球間去抑制，促進(jìn)半球間興奮與抑制平衡的正?；痆11]。這種去抑制也有可能促進(jìn)了病變區(qū)域殘留神經(jīng)元組建新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[12]。同時(shí)雙側(cè)共同運(yùn)動(dòng)能募集和活化同側(cè)皮質(zhì)脊髓束[13]，通過共享健側(cè)半球指揮正常的運(yùn)動(dòng)，從而使大腦重組，改善運(yùn)動(dòng)功能。

2.3 運(yùn)動(dòng)想象機(jī)制 CCFES治療時(shí)，患者被提示患側(cè)模仿健側(cè)動(dòng)作，去嘗試活動(dòng)患側(cè)肢體和健側(cè)保持一致，產(chǎn)生較強(qiáng)的恢復(fù)患側(cè)運(yùn)動(dòng)控制的知覺，通過幻想提高了患側(cè)的存在意識(shí)。病人假想患側(cè)和健側(cè)一起做相同地運(yùn)動(dòng)，類似于運(yùn)動(dòng)想象、運(yùn)動(dòng)觀察、鏡像療法機(jī)制。Page等[14]研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)想象能夠激活雙側(cè)的額葉前區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)、同側(cè)頂葉后區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、及尾狀核等部位。說明腦卒中患者可以通過運(yùn)動(dòng)想象部分活化損傷的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。CCFES將觀察、運(yùn)動(dòng)想象和模仿有機(jī)結(jié)合起來，可能與激活支配患側(cè)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)腦功能重組和運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)有關(guān)[15-16]。

2.4 目標(biāo)導(dǎo)向性任務(wù)訓(xùn)練 CCFES通過健側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)來控制患側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)。因此，患者自己控制了患側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)范圍、速度、休息時(shí)間、持續(xù)時(shí)間，提高了患者的注意力，有利于練習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向的功能性任務(wù)或者較為精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。通過健側(cè)手指控制CCFES裝置，促使患側(cè)手腕伸展，主動(dòng)控制完成抓握動(dòng)作。完成后再由健側(cè)手指控制裝置，促使患側(cè)手腕伸展，放下物體，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。下肢可以以電腦游戲?yàn)槟繕?biāo)任務(wù)，健側(cè)信號(hào)傳入CCFES裝置，帶動(dòng)患側(cè)共同運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)的(自我啟動(dòng)的)、重復(fù)性地、目標(biāo)導(dǎo)向性的、需要技巧的任務(wù)訓(xùn)練對(duì)于激發(fā)腦卒中后大腦皮質(zhì)的功能重組和促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)非常重要[17-18]。

3 CCFES在偏癱康復(fù)中的應(yīng)用

3.1 CCFES對(duì)手功能的影響 手功能障礙是造成腦卒中患者殘疾的主要原因之一。Knutson等[2]對(duì)3例慢性期腦卒中患者(>6月)進(jìn)行為期6周的CCFES治療，治療策略包括每天2h重復(fù)練習(xí)手部開放(每小時(shí)包括15min訓(xùn)練+5min休息，3個(gè)循環(huán))的家庭訓(xùn)練，加上每周2次執(zhí)行功能性任務(wù)(練習(xí)手指運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)15min+刺激患手執(zhí)行功能性任務(wù)75min)的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練。結(jié)果顯示其中2名患者的手指主動(dòng)伸展活動(dòng)度從基線到治療結(jié)束時(shí)提高，1個(gè)月時(shí)明顯提高。3名患者的手指等長收縮力矩、手指的運(yùn)動(dòng)控制及BBT得分從基線到治療結(jié)束時(shí)改善，1個(gè)月時(shí)改善明顯。但是3個(gè)月時(shí)改善效果減弱。為了研究CCFES的持續(xù)治療效果，Knutson等[19]又對(duì)3例慢性期腦卒中患者(>6個(gè)月)進(jìn)行為期12周的CCFES治療，治療方法同前。結(jié)果顯示3名患者BBT和上肢Fugl-Meyer評(píng)分明顯提高，1個(gè)月和3個(gè)月均持續(xù)升高。這些結(jié)果提示CCFES對(duì)偏癱后手功能的恢復(fù)有積極的影響，且治療時(shí)間越長，效果更好。為了比較CCFES和NMES治療亞急性(≤6個(gè)月)腦卒中患者手功能損害后的效果，Knutson等[20]又進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究，將21名患者隨機(jī)分成CCFES治療組和普通NMES治療組，兩組均接受為期6周的治療，治療方法同前。結(jié)果顯示治療結(jié)束時(shí)、治療后1個(gè)月及3個(gè)月，兩組各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均有改善，且經(jīng)過CCFES治療的患者各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均優(yōu)于經(jīng)過NMES治療的患者。暗示了CCFES的治療效果可能優(yōu)于NMES的治療效果。張文通[21]、沈瑩[22]研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，認(rèn)為CCFES能明顯提高早期腦卒中患者上肢功能，較NMES效果更佳。為了觀察CCFES治療慢性(>6月)腦卒中患者手功能損害的效果，Knutson[23]等將80名患者隨機(jī)分成CCFES組和NMES組，均接受12周的治療，結(jié)果顯示CCFES對(duì)提高患側(cè)手功能靈活度優(yōu)于NMES組。這些研究結(jié)果也暗示了CCFES療法的關(guān)鍵部分(配對(duì)的運(yùn)動(dòng)想象和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，雙側(cè)同步運(yùn)動(dòng)，想象療法，目標(biāo)靶向任務(wù)訓(xùn)練)有助于偏癱的治療。但是，目前有關(guān)于CCFES的研究相對(duì)較少，需要更大的樣本含量和更有力的研究證據(jù)支持這一結(jié)論。

3.2 CCFES對(duì)上肢功能的影響 許多腦卒中病人不僅有手功能障礙，也有伸肘困難。因此，上肢CCFES旨在改善患者手功能和伸肘功能障礙。相比于手CCFES，上肢CCFES增加了肘部伸肌群刺激，健側(cè)手臂多了個(gè)彎管感受器。其余均和手CCFES相同。Knutson等[24]對(duì)4例慢性期腦卒中患者(>6個(gè)月)進(jìn)行為期12周的CCFES治療。在訓(xùn)練過程中，患者被要求雙上肢佩戴支具來放松前臂，以防止肩疲勞和前臂不自主屈曲運(yùn)動(dòng)[25]。結(jié)果顯示4例患者的Fugl-Meyer評(píng)分、沃夫運(yùn)動(dòng)功能測試均有提高，手臂最大外展度數(shù)及同步肘外展和手指分離均有改善。提示CCFES能改善中重度偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙。將來可能需要更大的樣本含量，以及隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)與其他NMES治療效果作比較。

3.3 CCFES對(duì)踝功能的影響 腦卒中遺留有下肢功能障礙的偏癱患者不能行走的最主要原因可能是擺動(dòng)相踝不能背伸。因此，改善患者自主踝背伸能力非常重要。Knutson[26]對(duì)3例慢性腦卒中患者(>6個(gè)月)進(jìn)行為期6周的CCFES治療。治療策略包括每天家庭CCFES輔助下踝背伸1次，實(shí)驗(yàn)室每周兩次踝控制訓(xùn)練。結(jié)果顯示2位患者最大踝背伸角度增加了13°、17°，踝跟蹤(循跡)錯(cuò)誤降低57%，F(xiàn)ugl-Meyer評(píng)分增加4～5分。提示CCFES 對(duì)促進(jìn)踝功能損害的恢復(fù)有積極的作用。為了進(jìn)一步比較CCFES與NMES治療偏癱患者踝背伸的效果，26名慢性偏癱患者(≥6月)隨機(jī)分成CCFES治療組和NMES治療組，兩組均接受6周的治療，治療策略同前。結(jié)果顯示兩組均能一定程度上改善下肢運(yùn)動(dòng)功能損害，但是兩組治療效果沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[27]。Knutson[27]認(rèn)為其原因可能是：①正常人的雙下肢之間是反向協(xié)調(diào)[28-29]，而該項(xiàng)研究中CCFES是雙下肢同步作用。因此需要更多的CCFES應(yīng)用于反向協(xié)調(diào)的踝背屈訓(xùn)練，即健側(cè)做足跖屈動(dòng)作，患側(cè)產(chǎn)生足背曲動(dòng)作。②通過給NMES受試者在電刺激治療同時(shí)施加踝背屈訓(xùn)練，可能減少該組與CCFES組之間的差別。CCFES所倡導(dǎo)的成比例控制的運(yùn)動(dòng)意向，在NMES中可能通過增加同步運(yùn)動(dòng)達(dá)到相同目的，所不同的是刺激強(qiáng)度不由受試者自身控制。③急性或亞急性腦卒中患者比慢性腦卒中患者有更大的神經(jīng)可塑性潛力，因而會(huì)對(duì)該研究治療的效果感應(yīng)更好。張文通[21]把40例急性腦卒中患者(<1個(gè)月)隨機(jī)分成CCFES組和NMES組，結(jié)果表明兩組均對(duì)踝功能有改善作用，且CCFES組踝部的背伸主動(dòng)活動(dòng)度優(yōu)于NMES組。作者認(rèn)為兩個(gè)研究結(jié)果差異的可能原因是急性期腦卒中患者對(duì)CCFES治療的敏感性更高。進(jìn)一步深入針對(duì)急性、亞急性、慢性腦卒中患者的研究可能是將來的研究方向。

4 總結(jié)與前景展望

綜上所述，CCFES作為一種新的功能性電刺激療法，增加了健側(cè)肢體的感應(yīng)裝置，讓患側(cè)和健側(cè)同步運(yùn)動(dòng)，且由患者自己控制刺激強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，將患者的主動(dòng)意向與刺激運(yùn)動(dòng)反應(yīng)有機(jī)結(jié)合起來，強(qiáng)化了患者治療的注意力，更有利于進(jìn)行功能性任務(wù)訓(xùn)練。目前研究證據(jù)初步表明CCFES治療效果可能優(yōu)于傳統(tǒng)的神經(jīng)肌肉電刺激療法。此外，CCFES治療不要求患者有任何殘存的手或者踝的運(yùn)動(dòng)。而且設(shè)備簡便易攜帶、治療非常簡單，可以在其它臨床科室(如早期康復(fù))、家里自己操作，節(jié)省了治療師的時(shí)間。因此，CCFES在腦卒中偏癱康復(fù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)CCFES聯(lián)合手功能運(yùn)動(dòng)控制視頻游戲治療，能改善患者手的靈活度、上肢的運(yùn)動(dòng)功能，讓其更好的回歸社會(huì)工作[30]。今后可運(yùn)用CCFES進(jìn)行更加精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。在常規(guī)CCFES訓(xùn)練(可以注意力不集中)基礎(chǔ)上增加與多媒體VR交互的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)或游戲，以最大化地在CCFES介導(dǎo)的訓(xùn)練中增加認(rèn)知成分。CCFES運(yùn)用于踝功能訓(xùn)練時(shí)，雙側(cè)反向協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的CCFES也可能是未來的研究方向。也可以展開更多的刺激形式，背伸肌群聯(lián)合其他多組肌群接受刺激，更有效的促進(jìn)功能的恢復(fù)。同時(shí)，CCFES也可以聯(lián)合重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)、經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,TDCS)等治療方法，進(jìn)一步改善患者的運(yùn)動(dòng)功能。

但是，目前對(duì)CCFES 的研究尚處于初始階段，許多機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行大規(guī)模隨機(jī)對(duì)照臨床研究。關(guān)于CCFES對(duì)運(yùn)動(dòng)功能不同程度損害的治療效果，腦卒中后不同時(shí)期的干預(yù)效果、何時(shí)開始介入偏癱康復(fù)治療，每次治療的時(shí)間，以及治療需要持續(xù)多久都需要做進(jìn)一步的研究。更加深入的研究需要我們進(jìn)一步探索。

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