鏡像療法對腦卒中偏癱病人上肢功能恢復的研究進展

近年來,每年新增腦卒中病人200萬例[1]。而腦卒中的高致殘率使得病人生活依賴程度高,生活質(zhì)量顯著下降。其中上肢及手功能的丟失成為生活獨立性差的元兇。隨著鏡像療法在腦卒中上肢康復領域應用地不斷深入與鏡像工具的不斷創(chuàng)新,其治療效果受到廣泛好評,成為腦卒中后上肢功能恢復的新曙光。

1 鏡像治療的作用機制

1.1 神經(jīng)生理機制 20世紀90年代意大利著名神經(jīng)科學教授Rizzolatti的研究團隊采用單細胞記錄技術(shù),在恒河猴大腦皮層額葉第5區(qū)與頂下小葉(inferior parietal lobule, IPL)相繼發(fā)現(xiàn)鏡像神經(jīng)元[2]。在隨后的成像技術(shù)中功能性磁共振(FMRI)及腦電圖等客觀指標中也同樣發(fā)現(xiàn)人類大腦中的鏡像神經(jīng)元蹤跡。目前多數(shù)觀點是:鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)(mirror neuron system, MNS)主要位于人腦前運動皮質(zhì)(premotor cortex, PM)、額下回(inferior frontal gyrus, IFG)、IPL,而這也正是動作執(zhí)行和觀察的核心區(qū)域位置,在一項集合了125 個人類FMRI研究的Meta分析也肯定了這個結(jié)論[3]。莊衛(wèi)生等[4]將FMRI作為鏡像神經(jīng)元激活程度的檢測,使得試驗中鏡像神經(jīng)元激活情況可視化。在他的試驗中,FMRI檢查一般采取block-sign方案,并選擇與軀體運動相關的腦區(qū)如初級運動區(qū)(MI)、運動前區(qū)(PMC)、補充運動區(qū)(SMA)。動作療法在FMRI上的效果表現(xiàn)為MI、PMC及SMA等區(qū)域激活體積較治療前顯著增加,其中以支配手及上肢區(qū)為主的腦區(qū)激活體積增加尤為突出。Calmels等[5]發(fā)現(xiàn)在觀察動作和實際執(zhí)行動作過程中,兩者同步記錄的腦電圖顯示出相同被激活的腦區(qū)。

總而言之，在實施鏡像療法過程中能激活MNS包括頂額鏡像系統(tǒng)和邊緣鏡像系統(tǒng)[6],促進大腦重塑,使得病人功能得到提升。

1.2 視覺反饋 鏡像療法又被稱為鏡像反饋療法。腦卒中病人在執(zhí)行雙側(cè)對稱性活動時,在大腦發(fā)出健患側(cè)同步運動指令的同時可觀察到來自平面鏡中的正常運動,帶來中樞到外周的完整輸入傳出通路[7]。鏡像療法使得患側(cè)運動能力強化,患側(cè)肢體得到更多的使用,增加患側(cè)肢體存在感,減輕習得性廢用[8]。這一原理同樣可用于改善單側(cè)忽略[9]。最近國外學者對1例左側(cè)偏癱的腦卒中病人使用機器人聯(lián)合鏡像療法,病人在雙側(cè)執(zhí)行對稱性活動的治療后,FMRI成像顯示右側(cè)頂上小葉下部腦活動顯著增加,提示本體感覺增強的可能性[10]。

2 鏡像工具的演變

傳統(tǒng)的鏡像療法是依托于一面垂直立于桌面的平面鏡,最早應用于幻肢痛與腦卒中后偏癱[11]。主要利用視錯覺的原理,以健側(cè)肢體主動活動的平面鏡反射影替代患側(cè)肢體活動的視覺效果,最終達到恢復運動和減輕異常感覺的目的。鏡盒是鏡像治療的常規(guī)工具,Lin等[12]利用鏡盒與網(wǎng)格手套作為治療工具,實施鏡像治療時,雙側(cè)上肢同步進行功能性活動,明顯提升了試驗中43例病人的運動功能,同時有效減少了上肢運動時共同運動中肩外展的發(fā)生率。Michielsen等[13]在常規(guī)的垂直于桌面平面鏡的基礎上,在健側(cè)上方加一檔板以減少健側(cè)活動對患側(cè)的干擾,使得治療環(huán)境簡單化,其對40例病程3年以上的腦卒中后遺癥期病人進行試驗,其中鏡像組的FMRI顯示運動激活區(qū)域由初級運動皮層區(qū)向偏癱側(cè)轉(zhuǎn)變,但治療效應在停止試驗后未有延續(xù)。Kim等[14]則將平面鏡置于可折疊面板上,患手活動由折疊板遮蓋,且面板與健患手間距離可根據(jù)需求調(diào)節(jié)。Lee等[15]用電腦顯示屏、攝像頭及木盒,將數(shù)字成像技術(shù)融入鏡像工具,代替了傳統(tǒng)平面鏡裝置的鏡像工具,使得健手活動信號通過攝像頭捕捉投影于電腦顯示屏上,患手由桌面上的木盒遮擋,將光學成像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字成像,使得微小的運動信號都得以被捕捉從而轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X信號,且信號傳播實時準確度高。Beom等[16]在數(shù)字成像的基礎上,將虛擬現(xiàn)實游戲應用于鏡像治療,同時使用傳感器記錄健側(cè)活動,患側(cè)由外骨骼機器人提供輔助,外骨骼機器人糾正及補償計算機計算出的患側(cè)與健側(cè)用力的差異,使得健患側(cè)做到同步運動。Nam等[10]對1例56歲左側(cè)偏癱的腦卒中男性病人使用雙軸機器人結(jié)合鏡像療法,經(jīng)歷為期2周共10次,每次30 min的雙側(cè)活動后,FMRI顯示右側(cè)頂上小葉下部腦活動明顯增加,預示治療引發(fā)本體感覺增強。

鏡像工具演變經(jīng)歷了從最基礎的平面鏡、鏡盒、可折疊調(diào)節(jié)距離的鏡像折疊板、在不同平面鏡的基礎上健側(cè)加遮擋物等到虛擬數(shù)字成像技術(shù),最后到機器人輔助下的虛擬情景游戲,已經(jīng)發(fā)生了從光學成像到數(shù)字成像的重大轉(zhuǎn)變。從動作操作角度講,從最簡單的主觀人為干預的訓練方式過渡到人工智能參與的智能化輔助,從而最大限度地實現(xiàn)健患側(cè)同步活動,其中虛擬游戲的加入使得訓練變得趣味化,增加了病人的積極性與參與感,希望未來虛擬游戲能更豐富,適應更多病人對功能改善個性化的需求。以上的轉(zhuǎn)變展現(xiàn)了鏡像工具創(chuàng)新性,提升了鏡像療法與臨床工作的結(jié)合度。

3 鏡像聯(lián)合療法

近年來鏡像工具與其他療法聯(lián)合應用都產(chǎn)生了良好治療效應。Cacchio等[17]對腦卒中后早期及后遺癥期并發(fā)肩手綜合征病人使用鏡像療法,結(jié)果顯示鏡像組的休息狀態(tài)視覺模擬評分(R-VAS)、被動運動視覺模擬評分(P-VAS)均有明顯下降;而后Corbetta等[18]對1例卒中后繼發(fā)中樞性疼痛表現(xiàn)為左上肢灼痛,病程長達5年的病人進行了持續(xù)2周,每周5次,每次45 min的鏡像療法后,安靜休息VAS評分下降4.5分。常見的動作觀察聯(lián)合鏡像療法是指先觀察動態(tài)的上肢夠取、抓松的動作,后在鏡像工具的輔助下盡量模仿[19]。王春苑等[20]將鏡像療法結(jié)合動作觀察,對81位腦卒中病人進行隨機分組試驗,16周試驗結(jié)束后治療組病人較對照組Fugl-Meyer上肢部分功能評分(FMA)及改良Barthel 指數(shù)(MBI)均有大幅提升。曾明等[21]在鏡像聯(lián)合動作觀察的臨床研究中,觀察組較對照組體感誘發(fā)電位中的N9、N20的潛伏期縮短及波幅增大。侯紅等[22]利用鏡像療法結(jié)合運動想象治療腦卒中病人,6周后治療組包括偏癱上肢功能測試-香港版及MBI評分有大幅提升,表示治療后病人上肢運動功能及日常生活能力顯著提升。國內(nèi)也有學者將一般任務包括抓球、握球、持杯的導向活動,及活動分析法與鏡像療法聯(lián)合,同樣也對偏癱病人上肢運動功能及基礎的日常生活能力有較大改善作用[23-24]。美國作業(yè)治療師也將任務導向作業(yè)活動聯(lián)合鏡像療法應用于腦卒中病人,治療后所有病人上肢功能與作業(yè)表現(xiàn)均有改善[25]。

除了與康復技術(shù)聯(lián)合應用,物理因子與鏡像療法的聯(lián)合療法也是國內(nèi)外研究的熱門方向且行之有效。Kim等[14]在病人健患側(cè)均貼有表面電極接收器,當進行規(guī)定動作時,只要收集到的健側(cè)表面肌電信號超過設定的閾值即會給予患側(cè)5 s的電刺激,治療后試驗組的患側(cè)肌力、主動關節(jié)活動度及日常生活能力均有大幅提升,但患側(cè)痙攣狀況未有減輕。Lin等[12]改良了鏡像工具,采用網(wǎng)格手套給予功能性電刺激,尤其針對病人痙攣程度給予不同強度及時間量的功能性電刺激,結(jié)果顯示病人患側(cè)不僅運動能力、日常生活能力提升,而且痙攣程度也有減輕。姚淑英等[26]將肌電生物反饋與鏡像療法連用,對于BrunnstromⅠ期病人采用神經(jīng)肌肉電刺激模式,對于BrunnstromⅡ期及以上病人采取肌電觸發(fā)電刺激模式,在肌電生物反饋儀語音提示下,健側(cè)主動完成,患側(cè)在電刺激下完成,共同完成伸腕、伸指等動作,治療結(jié)束后,鏡像聯(lián)合肌電生物反饋組的Fugl-Meyer 運動功能評分、功能獨立性評分、患側(cè)腕關節(jié)背伸主動關節(jié)活動度、患側(cè)前臂伸肌群主要是伸腕、伸指肌群相關肌電積分較治療前及常規(guī)訓練組治療后均有顯著提升。但表面肌電信號較弱,容易受干擾,依賴后期信號處理,所以急需進行技術(shù)的革新。Kim等[27]對病程短于3個月的腦卒中病人進行高頻重復經(jīng)顱磁刺激聯(lián)合任務導向鏡像療法,發(fā)現(xiàn)病人訓練后捏、握等精細動作均有顯著改善。

與動作觀察、運動想象、任務導向、活動分析等鏡像聯(lián)合療法相比,功能性電刺激與肌電生物反饋更能實現(xiàn)雙側(cè)運動的同步性,增強現(xiàn)實感,同時降低了試驗的入選標準,對于遲緩期的腦卒中病人也同樣適用。而重復性經(jīng)顱刺激更具有中樞介導、特定功能區(qū)激活的優(yōu)勢,可針對性解決特定功能障礙。今后類似于肌電信號、FMRI、腦電圖、體感誘發(fā)電位等檢測方法需要更多地被應用于鏡像療法領域,從而實現(xiàn)對病人實際內(nèi)在變化的動態(tài)監(jiān)控、治療方案的實時調(diào)整。但大部分的研究表明鏡像療法對上肢遠端功能改善明顯,對減輕痙攣能力有限。

4 討論與展望

盡管鏡像療法應用已有23年久,但仍然有許多局限和未知等待著我們?nèi)ソ鉀Q與發(fā)現(xiàn)。從治療角度講,對于雙側(cè)癱的病人,無法使用現(xiàn)在的鏡像工具去幫助他們,或許將來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的再發(fā)展可以幫助我們降低病人入選標準。未來減重鏡像工具的設計和應用對腦卒中病人早期-軟癱期病人的康復進程推進可能有較大的影響,因為偏癱早期病人肌力較弱,并不能很好地完成指令動作。外國學者證實鏡像療法用于腦卒中后遺癥期，作為腦卒中病人家庭訓練也可以很好地提高偏癱病人上肢運動功能,但國內(nèi)僅有少數(shù)該方面研究[28-29]。目前鏡像療法局限于對腦卒中上肢功能促進的研究,未來是否可向偏癱病人下肢、軀干、口面部等進行延伸研究,或許對周圍神經(jīng)損傷病人也有臨床應用價值。因為有報道發(fā)現(xiàn)，在臂叢神經(jīng)受損病人康復過程中，應用鏡像療法結(jié)合肌電生物反饋改善了病人手功能。

標準化的操作流程尚未建立,不同操作者對指令動作有不同的分解方式,又或者經(jīng)驗淺的操作者不能很好地處理病人個別化的功能狀況。國外有報道顯示:鏡像聯(lián)合常規(guī)治療,其中鏡像療法所用時長需大于常規(guī)療法才能產(chǎn)生更好的治療效應,且長時長的鏡像療法不比短時長的鏡像療法獲得更佳的功能提升[30]。那么鏡像療法聯(lián)合常規(guī)療法或單獨應用鏡像療法中,如何配比治療時間、正常一次鏡像治療產(chǎn)生治療效應的最短時長、治療效應達頂峰的時長、何種特定的動作刺激對鏡像神經(jīng)元激活程度高亟待被發(fā)掘統(tǒng)一。

此外，雖然肌電生物反饋、重復經(jīng)顱磁刺激、虛擬現(xiàn)實技術(shù)聯(lián)合鏡像療法被反復驗證,能很好突破一般聯(lián)合療法的瓶頸,同時外骨骼機器人聯(lián)合鏡像療法能實現(xiàn)雙側(cè)同步化活動,將視覺輸入與本體感覺輸入同時進行,具有比一般單純鏡像更好的治療效應,但由于這些輔助工具相對價格較高,在臨床上大面積推廣可能尚有較大難度。因此,鏡像療法輔助工具的革新更是需要首先解決的問題,能否找到一種價格相對低廉、易于臨床大面積推廣的智能化鏡像輔助工具便是其中關鍵。

綜上所述,本文初步介紹了鏡像神經(jīng)元療法的理論及相關研究進展,以期獲得康復同道關注,從而更好地指導臨床康復工作。