脊髓损伤（Spinal Cord Injury, SCI）是一种高度致残性疾病，可以导致损伤部位以下感觉、运动、自主神经功能障碍，在发展中国家，54.81%的患者在SCI后出现截瘫[1]。我国的脊髓损伤发病率逐年提升，近年来年发病率已经达到每百万人66.5例[2]。脊髓损伤的主要分级方式为美国脊髓损伤协会残疾分级（American Spinal Injury Association Impairment Scale, AIS），根据脊髓损伤后残留的运动和感觉功能分为A-E级[3]。
A级：损伤节段以下运动和感觉功能完全丧失；
B级：损伤节段以下运动功能完全丧失，但保留部分感觉；
C级：损伤节段以下一半以上的重要肌肉肌力小于3级；
D级：存在运动功能损伤但未达到C级的患者则为D级；
E级：感觉和运动功能正常。
下肢是脊髓损伤后常见和重要的功能受损部位，其运动功能影响患者的站立、步行等生活自理能力，下肢功能的重建对患者的日常生活具有重大的意义。
治疗背景 1986年Barolat等[4]在使用脊髓电刺激（Spinal Cord Stimulation, SCS）治疗一名SCI后顽固性痉挛患者时发现，该患者在开启SCS后数秒可以恢复左侧股四头肌的随意运动，该运动能够对抗重力，并且在关闭SCS后立刻消失。在此之前，该患者下肢仅有左趾和左踝残留少许随意运动功能。这项病例报告揭开了应用SCS治疗脊髓损伤后运动功能障碍的序幕。后续的许多研究者都通过SCS在完全性运动功能损伤的患者中诱发了不同程度的下肢随意运动，但是都未能恢复患者的独立行走能力，限制了SCS进一步的实际应用[5,6]。 随着越来越多的临床和基础研究的开展，应用SCS治疗SCI后运动障碍的机制被进一步阐明。目前认为，SCS主用作用于脊髓背根的大直径本体感觉纤维[7]，针对不同节段背根的刺激能够诱发不同的肌群或关节活动[8,9]。对于人体下肢肌肉，SCS频率与肌肉收缩存在单调关系，在一定刺激频率范围内，屈肌收缩随频率增加而增强，伸肌收缩随频率增加而减弱[10]。此外，不同于功能电刺激直接激活运动神经，SCS通过感觉神经间接调控躯体运动，更加符合人体肌肉激活的生理过程，减少了直接激活引起的肌肉疲劳[11]。 治疗现状 基于上述机制的发现，SCS治疗的靶点和刺激参数更加具有针对性，取得了更好的治疗效果。Kandhari等[12]使用SCS配合康复训练，进行不同康复运动的时候采用不同的靶点和刺激参数，在术后8周使10例AIS A级的患者下肢肌肉力量评分和感觉评分显著提升，其中8例患者AIS分级改善至C级，2例患者改善至D级。 而随着SCS技术的发展，时空序列SCS被应用于SCI后下肢运动障碍患者的治疗。此项技术模拟正常人体行走时的下肢肌肉活动，在每个行走周期中的各个时段激活不同节段的脊髓后根，使得整个行走周期中下肢双侧屈伸肌肉依序激活，能够在SCS开启时恢复患者的行走能力[10]。Angeli等[13]采用相同频率的时空序列SCS配合康复训练治疗4例SCI患者，在19-52周后使2例AIS B级患者能够使用辅助设备在地面上行走，另外2例AIS A级患者能在重力支持下在跑步机上独立行走。 Wagner等[10]的研究则更进一步，将闭环脊髓电刺激引入下肢运动障碍的治疗，在SCS结合康复运动时对患者的全身运动学、腿部肌电图以及地面反作用力进行实时记录，并通过无线通信模块实时调节SCS的刺激参数。该研究中3例下肢功能严重或完全缺损的患者在5天的训练和参数调整后，即能够借助重力支持和辅助装置在地面上行走（图1），并且能在跑步机上行走1小时，期间步数超过1200步，距离达到1.0公里，没有出现肌肉疲劳或步态障碍。 图1 患者3在5天的训练和参数调整后能在SCS开启时在地面行走。该患者下肢肌肉肌力均为0级，因存在自发肛门收缩AIS分级为C级。上，未开启SCS；下，时空序列SCS。 在5个月的康复训练后，3例患者中的2例患者仅需双拐就能在地面行走，另外1例患者也可仅在重力支持下在地面行走（图2）。 图2 患者5个月康复训练后开启SCS时在地面行走。 此外，闭环SCS刺激在社区环境中可以通过穿戴式的加速度传感器调整刺激参数，使得患者能够在室外实现行走和骑特制的三轮车（图3）。 图3 患者在社区环境中开启SCS时的地面行走和骑三轮车。 由于SCS目前主要用于治疗慢性疼痛，上述研究使用的电极均为治疗疼痛的5-6-5桨状电极，该电极被设计用于刺激慢性疼痛的脊髓靶点，即脊髓背柱，而非脊髓背根。为了适应时空序列SCS对各个脊髓背根进行更加精准刺激的需要，Rowald等[8]根据人体的解剖和功能结构设计了靶点为脊髓背根的桨状电极（图4），并且结合闭环刺激和康复训练取得了更好的治疗效果。 图4新型桨状电极（上）与5-6-5桨状电极（下），新型桨状电极的横向电极排列增强了对骶神经支配的小腿三头肌的选择性。 该研究中3例AIS A-B级的患者在刺激第1天就能够在重力支持和平行杠内在跑步机上行走，1-3天后可以在重力支持和平行杠内在地面行走（图5）。 图5 AIS分级为A级和B级的患者在开启SCS后第1天和第1周的行走情况。上，第1天在跑步机上行走；下，第1周在地面行走。 经过5个月的康复训练，3例患者均恢复了完全负重能力，能在社区环境中独立站立，并且能够在助步器辅助下独立行走（图6）。 图6患者在社区环境中开启SCS时的地面行走。 应用限制 目前应用SCS治疗SCI后运动功能障碍在部分患者身上取得了良好的效果，但是也应当认识到，该治疗方式仍然存在一定的限制。目前的研究多为病例报告，SCS的治疗效果仍需在更大规模的人群中进行检验。非盲法研究、每个患者的个性化治疗方案以及更多的康复训练都可能导致研究的偏倚。此外，SCS治疗恢复运动功能的进一步机制尚未阐明。目前的研究提示了大脑与损伤节段下脊髓之间残留的神经通路的重要作用[8,9]，并且尚无研究证明SCS促进损伤脊髓的再生，因此脊髓损伤的严重程度可能限制了SCS的最终治疗效果。未来需要更大样本的临床研究和更多基础研究。 发展前景 除了下肢运动功能的恢复，SCS也被寄予了重建SCI后上肢功能和呼吸功能的厚望。Barra等[9]在一项针对上肢功能障碍的实验中，使用皮层监测结合颈髓时空序列SCS恢复了3只SCI的猴抓取物体的能力。Kandhari等[14]使用胸髓SCS治疗2例需要机械通气的AIS A级患者，增加了患者的潮气量并改善了通气模式。SCS在SCI后运动功能恢复方面有着广大的应用前景。此外，随着脑机接口的发展，脑电信号检测结合SCS的闭环系统可能为SCI患者的治疗带来更大的突破。 [1] GOLESTANI A, SHOBEIRI P, SADEGHI-NAINI M, 等. 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参考文献
