基于雙向平衡模型探究經顱直流電刺激對腦卒中上肢功能障礙的影響

崔敬葦,王春方,孫長城,張穎,劉斌

腦卒中是我國成年人致死、致殘的主要原因,嚴重危害著國民的健康[1],超過60%的卒中患者伴有持續性神經功能損傷[2]。卒中后高達85%的患者出現上肢功能障礙,且30%～60%的患者在發病半年后仍遺留不同程度的功能障礙,嚴重影響著患者的日常生活質量及社會參與程度[3]。因此,尋求促進上肢功能恢復的治療策略是目前卒中康復的首要目標。

神經可塑性是卒中后運動功能恢復的基礎[4]。經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)是一種相對安全且具有高耐受性的非侵入性腦刺激技術,可直接作用于運動皮質,提高神經可塑性,改善卒中患者的運動功能[5]。tDCS在臨床實踐中的經典刺激方案是半球間競爭模型,通過陽極上調患側半球的興奮性或陰極下調健側半球的興奮性促進腦卒中上肢功能恢復[6]。然而該模型過于簡單,并不適用于所有的卒中患者[7-8]。有小部分學者提出代償模型,認為健側半球可代償受損區域的功能[9]。2014年,Di Pino等[7]提出雙向平衡模型,認為應考慮結構保留完整度以確定半球間競爭或代償模型更占優勢。最新證據表明,上肢Fugl-Meyer(upper-extremity Fugl-Meyer,UEFM)評分為43分可作為結構保留完整度的參考值,以區分不同程度的上肢功能障礙患者[10]。因此本研究旨在以雙向平衡模型為理論基礎,探討tDCS對卒中后上肢功能的康復作用。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年6～12月間就診于天津市人民醫院的腦卒中上肢功能障礙患者40例。納入標準:符合第四次全國腦血管病學術會議的各類腦血管疾病診斷標準[11],經CT或MRI確診為缺血性腦卒中;年齡40～70歲,男女不限;卒中發病時間3個月～1年;認知功能良好,簡易精神狀態量表評分≥27分;伴有不同程度上肢運動功能障礙;簽署知情同意書。排除標準:顱內或眼眶有金屬植入物者、植入起搏器者;既往有癲癇發作史者;既往有顱腦手術史或腦外傷史者;伴隨神經肌肉或骨科疾病史者;依從性差、不能配合本次研究者。將患者按照隨機數字表法分為觀察組和對照組各20例,2組患者的性別、病程、年齡等一般資料比較差異無統計學意義。見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 2組均進行常規上肢康復治療。在此基礎上根據試驗設計采取不同的tDCS神經調控策略。①常規上肢康復治療:主要包括物理治療與作業治療。物理治療主要包括本體感覺神經肌肉促進技術、關節活動度訓練、上肢功率自行車訓練等,作業治療包括滾筒訓練、木釘板訓練及日常生活活動能力訓練等。常規上肢康復訓練每次約持續60min,1次/d,5d/周,連續4周。②tDCS治療:采用IS200型智能電刺激儀,根據國際腦電10-20腦電定位系統確定健側半球與患側半球的C3/C4點[初級運動皮質(primary motor cortex, M1區)] ,根據實驗設計不同,將電極片放置在不同位置:觀察組基于雙向平衡模型理論,UEFM≥43分采用陽極置于患側半球M1區,陰極置于對側眼眶;UEFM<43分采用陽極置于健側半球M1區,陰極置于對側眼眶。對照組基于半球間競爭模型理論,均采用陽極置于患側半球M1區,陰極置于對側眼眶。電極片大小為5cm×7cm,電流強度設定為1.8mA,每次刺激時間為20min,1次/d,5d/周,連續4周,共計20次治療。

1.3 評定標準 每位患者治療前、治療后進行腦卒中上肢功能量表的評定,包括UEFM、改良Ashworth痙攣評定量表(modified Ashworth scale,MAS)、改良Barthel指數評定量表(modified Barthel index,MBI)、動作活動記錄量表(motor activity log,MAL)。以上量表評估均由同一位康復治療師進行,且康復治療師對患者分組情況不知情。

1.3.1 UEFM UEFM量表旨在評估運動功能、感覺、平衡、活動范圍和關節疼痛方面,被認為是評估上肢功能障礙的金標準[12]。該量表包括33個項目,每個項目的評分范圍為0～2分,其中0=無法執行,1=部分執行,2=完全執行。上肢運動功能的總評分范圍為0～66分。分數越高,表示上肢功能損傷水平越低。

1.3.2 MAS MAS 量表主要分為0、Ⅰ、Ⅰ+、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共6個等級,其中0級表示肌張力未增加,Ⅳ級表示受累肢體僵硬,不能屈曲與伸展,得分越高,痙攣程度越重。該量表在屈肘肌、屈腕肌的肌痙攣評定時信度較高,在臨床實踐和研究中應用最廣泛[13]。

1.3.3 MBI MBI量表包括10個項目:進食、洗澡、梳洗、穿衣、大小便控制等,總分為100分,是一種有效且可靠的基本日常生活活動能力測量指標[14]。

1.3.4 MAL MAL量表是一種結構化訪談,通過與患者或監護人的訪談進行評估卒中后患者患側上肢在日常生活中使用頻率(amount of use,AOU)和運動質量(quality of movement,QOM)。該量表共包括30個項目,該項目評分標準為0～5等級分制,每項0～5分,并將AOU和QOM的總評分分別除以有執行的活動項目數量,計算出 AOU和QOM的平均值評分。數值越高,表明患側肢體在日常生活中使用的越熟練[15]。

1.4 統計學方法 所有統計學分析采用IBM SPSS 26.0進行,計數資料采用χ2檢驗,符合正態分布的計量資料組內治療前、后對比采用配對樣本t檢驗,組間對比采用獨立樣本t檢驗,不符合正態分布的采用非參數檢驗。MAS等級資料治療前后組間對比采用Mann-Whitney U秩和檢驗,組內對比分析采用Wilconxon秩和檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 上肢功能結果 治療前2組患者UEFM評分、MAS分級評分組間比較差異均無統計學意義,治療后2組患者UEFM評分均較治療前顯著提高(P<0.05),且觀察組更高于對照組(P<0.05)。治療后2組患者肱二頭肌、肱三頭肌肌張力程度顯著改善,觀察組改善優于觀照組(P<0.05)。見表2,3。

表2 2組治療前后UEFM評分比較 分,

表3 2組治療前后肱二頭肌/肱三頭肌MAS分級比較 例

2.2 日常生活活動能力結果 治療前2組患者MBI、MAL評分組間差異均無統計學意義,治療后2組患者MBI、MAL評分均較治療前顯著提高(P<0.05),觀察組MBI、MAL評分明顯高于對照組(P<0.05)。見表4,5。

表4 2組治療前后MBI評分比較 分,

3 討論

本研究結果表明,觀察組與對照組經過4周治療后MBI、UEFM、MAL評分均有所提高,且上肢肱二頭肌、肱三頭肌的MAS分級均有降低,但觀察組治療效果更加顯著,該研究結果提示:基于雙向平衡模型的治療方法可顯著改善腦卒中患者的上肢功能。

表5 2組患者治療前后MAL評分比較 分,

腦卒中是一種可引起神經功能缺損的腦血液循環障礙性疾病,是世界老年人群致殘的主要原因之一[16]。卒中后半球間抑制功能喪失,患側運動皮質興奮性降低,經胼胝體抑制對健側運動皮質抑制作用減弱,導致健側運動皮質的過度興奮,因此該理論認為健側運動皮質的激活是不利的,通過抑制健側運動皮質重新恢復大腦半球間興奮性的平衡有助于卒中后癱瘓肢體的恢復。tDCS具有雙向調節作用,陽極刺激會使皮質興奮性增加,而陰極刺激使其降低[17]。然而,研究發現健側半球的陰極tDCS刺激反而降低了中、重度卒中患者癱瘓上肢的運動功能[18-19]。相反,代償模型認為重度損傷的卒中患者可能依賴于幸存的健側運動皮質的可塑性,通過上調健側運動皮質可獲得較大的益處[20-21]。綜上所述,半球間競爭模型可能不適合重度卒中患者,而應提倡考慮結構損傷程度和殘存運動通路可用性的多維模型[7, 22]。雙向平衡模型由代償模型和半球間競爭模型2部分組成,該理論認為,代償模型更適合重度(結構儲備較低)卒中患者的恢復,而半球間競爭模型更適合輕、中度(結構儲備較高)卒中患者。因此,在臨床實踐中應區別不同患病程度的卒中患者,為其選擇個體化的治療方案。

目前,雖然tDCS在雙向平衡模型理論下的臨床應用較少,但有證據表明該理論有實施的可能性。研究表明健側運動區如背側運動前皮質(dorsal premotor cortex,PMD)和M1的激活具有潛在的支持作用可作為改善重度上肢功能障礙患者的刺激治療新靶點[23-24]。Mc Cambridge等[25]提出健側M1的陽極tDCS促進了健側和患側皮質運動的興奮性,有助于改善重度卒中患者的偏癱肢體協調性。另有學者提出陽極tDCS作用于健側PMD能顯著改善重度卒中患者的上肢功能,其主要結局指標UEFM評分改善優于假刺激組[26]。因此與本實驗結果有較好的一致性,進一步證實了基于雙向平衡模型的tDCS的神經調控策略對卒中患者上肢功能的療效。雖然陽極tDCS刺激健側半球的臨床應用較少,但有證據表明陽極tDCS刺激健側半球可誘導控制偏癱側的運動網絡的調制,提示激活健側半球可促進卒中后上肢運動功能的恢復[27]。同時也有重復經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)在該模型下的應用研究。例如,Sankarasubramanian等[28]研究發現抑制健側M1區可改善輕度卒中患者的上肢功能,興奮健側PMD區,改善重度卒中患者的上肢功能效果顯著。亦有研究證實低頻rTMS抑制健側半球促進皮質脊髓束(corticospinal tract,CST)完整性高的腦卒中患者的上肢運動功能,而高頻rTMS興奮健側半球可以改善CST完整性低的患者的上肢運動功能[29]。綜上所述,以上結果均表明提高健側半球的興奮性在重度卒中患者上肢功能的恢復中起重要作用。基于我們的研究結果顯示陽極tDCS刺激患側M1區恢復半球間平衡可促進輕度卒中患者上肢功能,陽極tDCS刺激健側M1區可改善重度卒中患者上肢功能,進一步證實了雙向平衡模型在腦卒中上肢功能康復的臨床療效。然而,健側半球的激活的作用除取決于結構儲備外,還可能取決于病變位置、卒中后所處的恢復期及損傷水平、患者的性別等因素[30],因此值得我們進一步研究健側半球在卒中恢復中的作用。

本研究尚存在一些不足,樣本量較少,療程較短且觀察時間較少,無法有效評判基于雙向平衡恢復模型的tDCS治療對上肢功能的遠期療效,且量表評分較為主觀,無法有效判斷促進卒中患者功能恢復的作用機制及大腦網絡重組模式,因此,在今后的研究中,有必要增加樣本量和隨訪期,并結合功能磁共振成像技術(functional magnetic resonance imaging,fMRI)或腦電圖(electroencephalogram,EEG)等神經電生理學技術提供更加客觀可靠的證據。目前應用雙向平衡模型的tDCS研究仍為小樣本量的探索性研究,對于其臨床有效性以及區分損傷嚴重程度的具體指標尚未有定論,根據卒中嚴重程度和卒中區域范圍應用個體化的tDCS刺激方案以最大限度地減少治療效果的個體差異,值得進一步研究。