磁刺激在脊髓損傷康復中的應用

孟志勇，霍 速，岳月紅，劉 霖(綜述)，宋為群(審校)

(首都醫科大學宣武醫院康復醫學科，北京 100053)

磁刺激在脊髓損傷康復中的應用

孟志勇△，霍 速，岳月紅，劉 霖(綜述)，宋為群※(審校)

(首都醫科大學宣武醫院康復醫學科，北京 100053)

脊髓損傷具有發病率、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，這些都會嚴重影響患者的生存質量，給患者家庭和社會帶來沉重的負擔。近期，新的治療方法(如磁刺激)已經應用到脊髓損傷患者的康復治療中。動物實驗和臨床研究的結果都表明磁刺激效果明顯，因此這一治療方法有廣闊的發展前景。

磁刺激;脊髓損傷;康復治療

經顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)技術自1985年被 Barker等［1］發明以來，逐漸被廣泛應用于康復領域。TMS除可用于刺激大腦皮質外，還可以刺激脊髓和外周神經。當刺激頭顱以外的部位時，更恰當的命名應為“功能性磁刺激”［2］。目前，磁刺激已被發現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重威脅患者生命的并發癥之一，對呼吸功能障礙治療的研究一直被相關學者放在首要位置。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。有學者用犬建立了脊髓完全損傷模型，利用圓形線圈對犬進行磁刺激，線圈中心置于犬的C6節段，刺激頻率20 Hz，觀察其對呼吸功能的影響，結果發現開始刺激后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，認為其作用機制可能與磁刺激使肌肉收縮誘導肌球蛋白異構體發生遷移有關［3］。磁刺激的強度較高，可能使廢用的呼吸肌纖維發生輕度損傷，而這恰恰可能促進肌纖維增生或構型重建。Lin等［4］在研究中發現磁刺激線圈的放置位置與犬的呼吸功能改善有關，線圈放置在頸椎前部進行刺激比放置在頸椎后部產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，但是手術相對復雜且費用較高，還有損傷膈神經和肋間神經的危險，所以在臨床上使用受限。近年來相對安全、無創的磁刺激技術越來越多地引起了國內外研究者的關注，并被積極應用到脊髓損傷后的呼吸功能障礙的康復治療中。脊髓損傷后呼吸功能障礙的表現與損傷部位有關。Castriotta等［5］研究發現，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。在臨床研究中也發現了磁刺激對呼吸功能的影響與刺激線圈放置的部位有關。Lin 等［6］發現刺激 C3～7、T1～6節段主要促進患者吸氣容量的增加，刺激T6～L2節段則主要促進患者呼氣容量的增加。其中，刺激C6～7產生的吸氣容量最高，刺激 T9～10產生的呼氣容量最高。Lin等［6］選取8例頸髓損傷患者，用圓形線圈置于T10～11棘突進行連續4周的磁刺激，患者經刺激后最大呼氣壓、補呼氣量都明顯增加。其機制可能是刺激到了T7～L2脊神經，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行磁刺激，結果發現直徑20 cm的螺旋形線圈可使患者產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癥，短期內雖不致命，但嚴重影響患者的生存質量，這也是脊髓損傷后康復治療的研究熱點。動物實驗研究發現，重復經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)對運動功能的影響與刺激頻率有關。有學者證明高頻(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，連續刺激4周，得到陽性結果。上述實驗得出不同結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。一般認為高頻可以提高大腦皮質興奮性，低頻可以降低大腦皮質興奮性。究竟哪一種參數對脊髓損傷后運動功能障礙的變化改善更有效果，還有待進一步深入研究。還有學者發現，rTMS對運動功能的影響與脊髓損傷部位有關［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，應用頻率為10 Hz的蝶形線圈對大鼠頭部進行磁刺激，持續8周，結果發現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］發現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電位，甚至在部分患者身上引出踝關節背屈，這提示即便已被診斷為完全性脊髓損傷的患者，其皮質脊髓束仍可能存在部分連續。Ziemann［13］研究發現，rTMS可調節皮質脊髓束的功能。Roy等［14］研究發現，刺激脊髓損傷患者運動區皮質，以此增加對殘存皮質脊髓束的驅動能力，可能有助于患者運動功能的恢復。Smith等［15］對21例不完全性脊髓損傷患者進行磁刺激，刺激后患者的神經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，發現刺激患者枕葉皮質對其運動功能無明顯改善，而刺激運動皮質則改善了患者的運動功能，這可能與運動皮質對患者的皮質脊髓束影響更大有關。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會分級標準評價為C級的T5～12節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系統定位該點)給予磁刺激，并接受常規康復訓練;10例對照組患者僅進行常規康復訓練。比較治療前后美國脊髓損傷學會運動評分發現rTMS組美國脊髓損傷學會運動評分明顯高于對照組，表明rTMS可促進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］發現應用80%運動閾值的TMS可以增加脊髓的興奮性。有學者應用頻率為5 Hz的rTMS對頸髓損傷患者進行連續5 d的治療，發現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脊髓損傷患者進行TMS同步踏車訓練，結果發現經訓練后患者美國脊髓損傷學會運動評分、脊髓損傷步行指數Ⅱ均顯著提高。以上研究提示脊髓損傷后存在自發可塑性和經干預后可塑性，脊髓的可塑性是脊髓損傷恢復的重要機制之一［21-24］。rTMS可使大腦皮質產生感應電流，改變皮質神經細胞的動作電位，影響皮質脊髓束，從而使脊髓產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量和預后的脊髓損傷后的常見并發癥。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，造模后發現各只犬最大膀胱容量減少、膀胱順應性降低。周謀望等［28］研究發現，電刺激SD大鼠L6、S1脊神經后根某些小束時膀胱內壓或尿道灌注壓上升。目前臨床上常采用間歇性清潔導尿對排尿功能障礙患者進行對癥處理，或者在患者肛門或陰道內放置電極進行電刺激來改善排尿功能。也有學者采用視覺反饋排尿訓練來改善患者排尿功能［29］，最近學者們又發現磁刺激技術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根對11例脊髓完全性損傷合并逼尿肌反射亢進的患者的影響，刺激頻率設置為15 Hz，每分鐘刺激5 s，共30 min，結果發現患者經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分支，持續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，結果發現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行骶神經根磁刺激，刺激過程中利用尿流動力學觀察發現，刺激進行時都不能顯著增加膀胱內壓，部分逼尿肌亢進的患者在停止刺激后出現膀胱收縮，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通路發揮作用。潘鈺等［33］觀察骶神經根磁刺激對脊髓損傷患者逼尿肌反射亢進的治療作用，采用頻率15 Hz、40%～60%最大輸出強度的磁刺激對患者雙側骶3神經孔進行連續10 d的治療，結果發現，患者24 h平均排尿次數減少，平均單次排尿量明顯增加，生活質量提高。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，是否有其他更適宜的靶部位有待進一步進行比較性研究。

4 直腸功能障礙

脊髓損傷患者進入慢性期后常合并有直腸功能障礙，表現為排便時間延長、結腸排空延遲、便秘、腹脹等。李建軍等［34］研究發現完全性脊髓損傷患者自主收縮肛門控制大便的能力喪失。傳統的骶神經根電刺激可促進脊髓損傷患者結腸和直腸的收縮，這需要外科手術和植入電極，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行頻率為5 Hz的磁刺激，結果發現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，分別用圓形線圈經腹部和經腰骶部對患者進行磁刺激，結果顯示兩種方法均能使患者的直腸壓力增高，其中4例患者經治療后結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直腸過度反射，結果發現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節段進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，其負面影響不容忽視，有待于進一步進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痙攣，導致關節活動障礙。Krause等［38］對15例脊髓損傷合并痙攣患者進行磁刺激治療，結果發現刺激后1 d內患者痙攣明顯改善，且單側磁刺激可對兩側肢體的痙攣產生改善作用，這可能與脊髓神經纖維交叉有關。Krause等［39］在另一項研究中發現，磁刺激對痙攣的改善作用與刺激強度明顯相關，與刺激頻率無顯著相關性。Kumru等［40］研究發現，應用頻率為 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，可以顯著改善患者下肢的痙攣狀態。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。Lin等［41］首先在一項動物實驗中觀察到，選用不同刺激參數的磁刺激對胃腸功能障礙的大鼠進行干預，分別在大鼠頸椎和腰椎進行刺激，結果發現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］應用磁刺激對4例頸髓損傷患者出現的胃排空延遲進行干預，刺激部位為T9棘突，強度60%，頻率20 Hz，刺激時間2 s，結果發現磁刺激可使患者半胃排空時間縮短。脊髓損傷后導致的功能障礙多種多樣，可以進一步科學地設計實驗用磁刺激進行試探性治療，從而總結經驗以早日應用于臨床。

6 小結

目前，關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和刺激部位等尚無定論，關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，有待進一步研究。可以肯定的是磁刺激作為一種安全、無痛、無創的康復治療方法，在脊髓損傷的康復治療中有良好的應用前景。

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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

國家自然科學基金(30770714，81171024);北京市自然科學基金(7052030);首都醫學發展科研基金(2007-2068)

2012-01-04

2012-03-08 編輯：伊姍