磁刺激在脊髓损伤康复中的应用

孟志勇，霍 速，岳月红，刘 霖(综述)，宋为群(审校)

(首都医科大学宣武医院康复医学科，北京 100053)

磁刺激在脊髓损伤康复中的应用

孟志勇△，霍 速，岳月红，刘 霖(综述)，宋为群※(审校)

(首都医科大学宣武医院康复医学科，北京 100053)

脊髓损伤具有发病率、致残率高的特点，存活者留有不同部位或不同程度的功能障碍，如呼吸功能障碍、运动功能障碍、排尿功能障碍、直肠功能障碍等，这些都会严重影响患者的生存质量，给患者家庭和社会带来沉重的负担。近期，新的治疗方法(如磁刺激)已经应用到脊髓损伤患者的康复治疗中。动物实验和临床研究的结果都表明磁刺激效果明显，因此这一治疗方法有广阔的发展前景。

磁刺激;脊髓损伤;康复治疗

经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)技术自1985年被 Barker等［1］发明以来，逐渐被广泛应用于康复领域。TMS除可用于刺激大脑皮质外，还可以刺激脊髓和外周神经。当刺激头颅以外的部位时，更恰当的命名应为“功能性磁刺激”［2］。目前，磁刺激已被发现是治疗脊髓损伤的有效手段，对脊髓损伤后呼吸、运动和膀胱直肠功能障碍、痉挛等都有不同程度的治疗作用。

1 呼吸功能障碍

呼吸功能障碍是脊髓损伤后严重威胁患者生命的并发症之一，对呼吸功能障碍治疗的研究一直被相关学者放在首要位置。磁刺激对呼吸功能障碍的治疗作用已在动物实验上得到证实。有学者用犬建立了脊髓完全损伤模型，利用圆形线圈对犬进行磁刺激，线圈中心置于犬的C6节段，刺激频率20 Hz，观察其对呼吸功能的影响，结果发现开始刺激后15 min至2 h，犬的潮气量和呼吸道压高于插管下自主呼吸时的潮气量和呼吸道压，认为其作用机制可能与磁刺激使肌肉收缩诱导肌球蛋白异构体发生迁移有关［3］。磁刺激的强度较高，可能使废用的呼吸肌纤维发生轻度损伤，而这恰恰可能促进肌纤维增生或构型重建。Lin等［4］在研究中发现磁刺激线圈的放置位置与犬的呼吸功能改善有关，线圈放置在颈椎前部进行刺激比放置在颈椎后部产生的吸气压和吸气容量大。

在临床方面，呼吸功能障碍主要的康复治疗方法有电刺激和磁刺激两种。前者有膈肌电刺激和肋间肌电刺激法等，这些方法虽取得了一定的疗效，为患者尽早脱离呼吸机提供了帮助，但是手术相对复杂且费用较高，还有损伤膈神经和肋间神经的危险，所以在临床上使用受限。近年来相对安全、无创的磁刺激技术越来越多地引起了国内外研究者的关注，并被积极应用到脊髓损伤后的呼吸功能障碍的康复治疗中。脊髓损伤后呼吸功能障碍的表现与损伤部位有关。Castriotta等［5］研究发现，颈髓损伤患者吸气容量、呼气压和呼气流速都明显下降，可见其既有吸气功能异常也有呼气功能异常。胸段脊髓损伤患者则可能仅有呼气功能障碍。在临床研究中也发现了磁刺激对呼吸功能的影响与刺激线圈放置的部位有关。Lin 等［6］发现刺激 C3～7、T1～6节段主要促进患者吸气容量的增加，刺激T6～L2节段则主要促进患者呼气容量的增加。其中，刺激C6～7产生的吸气容量最高，刺激 T9～10产生的呼气容量最高。Lin等［6］选取8例颈髓损伤患者，用圆形线圈置于T10～11棘突进行连续4周的磁刺激，患者经刺激后最大呼气压、补呼气量都明显增加。其机制可能是刺激到了T7～L2脊神经，兴奋了大部分呼气肌，从而使患者呼气功能得到明显改善。此外，磁刺激线圈的大小不同对呼吸肌功能的影响也不同。Hsiao等［7］用直径分别为9.2、13.7和20 cm的圆形、螺旋形线圈对脊髓损伤患者进行磁刺激，结果发现直径20 cm的螺旋形线圈可使患者产生最大的呼气压和呼气流速。

在今后的呼吸功能障碍的康复治疗方面，磁刺激必将扮演重要的角色。从动物实验和临床实验中可见，磁刺激对改善呼吸功能有明显作用，但具体作用机制还不清楚，有待进一步研究。

2 运动功能障碍

运动功能障碍是脊髓损伤后最常见的并发症，短期内虽不致命，但严重影响患者的生存质量，这也是脊髓损伤后康复治疗的研究热点。动物实验研究发现，重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)对运动功能的影响与刺激频率有关。有学者证明高频(10 Hz)rTMS可以改善脊髓损伤大鼠的运动功能［8］。张新等［9］将蝶形线圈磁场中心置于大鼠前囟上方，每日定时行阈上强度刺激，频率0.5 Hz，每日500个脉冲，连续刺激4周，得到阳性结果。上述实验得出不同结论的原因可能与不同研究者研究的动物脊髓损伤的时期不同或采用的实验仪器、实验方法等不同有关。一般认为高频可以提高大脑皮质兴奋性，低频可以降低大脑皮质兴奋性。究竟哪一种参数对脊髓损伤后运动功能障碍的变化改善更有效果，还有待进一步深入研究。还有学者发现，rTMS对运动功能的影响与脊髓损伤部位有关［10-11］。Poirrier 等［8］建立了高位(T4～5)和低位(T10～11)大鼠不完全性胸髓损伤模型，应用频率为10 Hz的蝶形线圈对大鼠头部进行磁刺激，持续8周，结果发现磁刺激组高位胸髓损伤大鼠运动功能评分高于低位胸髓损伤大鼠，而rTMS组低位胸髓损伤大鼠运动功能评分高于高位胸髓损伤大鼠。

在临床研究方面，Lundell等［12］发现磁刺激作用于完全性脊髓损伤的患者可在其胫骨前肌引出运动诱发电位，甚至在部分患者身上引出踝关节背屈，这提示即便已被诊断为完全性脊髓损伤的患者，其皮质脊髓束仍可能存在部分连续。Ziemann［13］研究发现，rTMS可调节皮质脊髓束的功能。Roy等［14］研究发现，刺激脊髓损伤患者运动区皮质，以此增加对残存皮质脊髓束的驱动能力，可能有助于患者运动功能的恢复。Smith等［15］对21例不完全性脊髓损伤患者进行磁刺激，刺激后患者的神经功能评分较刺激前明显提高。Belci等［16］研究了磁刺激对4例不完全性脊髓损伤患者的影响，发现刺激患者枕叶皮质对其运动功能无明显改善，而刺激运动皮质则改善了患者的运动功能，这可能与运动皮质对患者的皮质脊髓束影响更大有关。潘钰等［17］观察rTMS对不完全性脊髓损伤患者运动功能的影响，22例按照美国脊髓损伤学会分级标准评价为C级的T5～12节段脊髓损伤患者随机分为rTMS组和对照组，12例rTMS组患者于Cz点(按照脑电国际10-20系统定位该点)给予磁刺激，并接受常规康复训练;10例对照组患者仅进行常规康复训练。比较治疗前后美国脊髓损伤学会运动评分发现rTMS组美国脊髓损伤学会运动评分明显高于对照组，表明rTMS可促进不完全性脊髓损伤患者的运动功能改善，提高步行功能。Cortes等［18］发现应用80%运动阈值的TMS可以增加脊髓的兴奋性。有学者应用频率为5 Hz的rTMS对颈髓损伤患者进行连续5 d的治疗，发现患者的上肢运动功能有所改善［19］。白金柱等［20］对 30例不完全性T10～12脊髓损伤患者进行TMS同步踏车训练，结果发现经训练后患者美国脊髓损伤学会运动评分、脊髓损伤步行指数Ⅱ均显著提高。以上研究提示脊髓损伤后存在自发可塑性和经干预后可塑性，脊髓的可塑性是脊髓损伤恢复的重要机制之一［21-24］。rTMS可使大脑皮质产生感应电流，改变皮质神经细胞的动作电位，影响皮质脊髓束，从而使脊髓产生长时程的可塑性变化［25-26］。

从上述实验可以看出，磁刺激改善运动功能的机制主要是基于脊髓的可塑性，不同刺激频率和刺激强度的磁刺激对运动功能的改善程度不同，究竟哪一种参数能最大限度地改善运动功能还有待深入研究。

3 排尿功能障碍

排尿功能障碍也是影响患者生存质量和预后的脊髓损伤后的常见并发症。曾凡硕等［27］成功利用成熟雄性比格犬建立了脊髓损伤后痉挛性膀胱模型，造模后发现各只犬最大膀胱容量减少、膀胱顺应性降低。周谋望等［28］研究发现，电刺激SD大鼠L6、S1脊神经后根某些小束时膀胱内压或尿道灌注压上升。目前临床上常采用间歇性清洁导尿对排尿功能障碍患者进行对症处理，或者在患者肛门或阴道内放置电极进行电刺激来改善排尿功能。也有学者采用视觉反馈排尿训练来改善患者排尿功能［29］，最近学者们又发现磁刺激技术也有助于排尿功能障碍的改善。Fujishiro等［30］观察了磁刺激骶神经根对11例脊髓完全性损伤合并逼尿肌反射亢进的患者的影响，刺激频率设置为15 Hz，每分钟刺激5 s，共30 min，结果发现患者经磁刺激后逼尿肌压力下降，逼尿肌收缩减少，其可能机制是刺激到了分布在尿道括约肌和盆底肌群的骶神经分支，持续抑制了逼尿肌过度反射。Yamanishi等［31］对磁刺激和电刺激抑制逼尿肌过度活跃的治疗效果进行了对比研究，32例患者随机分入两组(磁刺激组15例，电刺激组17例)，磁刺激和电刺激的频率均为10 Hz，结果发现所有患者膀胱最大充盈容量均增加，磁刺激组增加的程度大于电刺激组，其中磁刺激组有3例患者逼尿肌过度活跃消失，而电刺激组却没有，推测在抑制逼尿肌过度活跃方面，磁刺激可能比电刺激更有效。Bycroft等［32］对7例脊髓完全性损伤的男性患者进行骶神经根磁刺激，刺激过程中利用尿流动力学观察发现，刺激进行时都不能显著增加膀胱内压，部分逼尿肌亢进的患者在停止刺激后出现膀胱收缩，这说明磁刺激虽然可抑制逼尿肌收缩，但不是直接通过刺激运动神经通路发挥作用。潘钰等［33］观察骶神经根磁刺激对脊髓损伤患者逼尿肌反射亢进的治疗作用，采用频率15 Hz、40%～60%最大输出强度的磁刺激对患者双侧骶3神经孔进行连续10 d的治疗，结果发现，患者24 h平均排尿次数减少，平均单次排尿量明显增加，生活质量提高。其机制可能是磁刺激抑制了逼尿肌反射，增加了膀胱测压容积，从而改善了尿频症状。

从以上实验可以看出，目前对排尿功能障碍的磁刺激治疗的靶部位主要是在骶神经，是否有其他更适宜的靶部位有待进一步进行比较性研究。

4 直肠功能障碍

脊髓损伤患者进入慢性期后常合并有直肠功能障碍，表现为排便时间延长、结肠排空延迟、便秘、腹胀等。李建军等［34］研究发现完全性脊髓损伤患者自主收缩肛门控制大便的能力丧失。传统的骶神经根电刺激可促进脊髓损伤患者结肠和直肠的收缩，这需要外科手术和植入电极，而磁刺激则无直接侵入性。Morren等［35］对正常对照者、便失禁患者和脊髓损伤患者分别进行频率为5 Hz的磁刺激，结果发现三组患者肛门压均明显增加、直肠容积减少、直肠压也明显增加，这提示磁刺激可刺激直肠，有助于直肠排空。Lin等［36］观察了磁刺激对脊髓损伤患者直肠功能的影响，分别用圆形线圈经腹部和经腰骶部对患者进行磁刺激，结果显示两种方法均能使患者的直肠压力增高，其中4例患者经治疗后结肠排空时间明显缩短。另一项研究则显示，间断磁刺激可使直肠压下降，抑制直肠的收缩。Shafik［37］将100～150 mL 生理盐水以15 mL/s的速度注入患者直肠诱发直肠过度反射，结果发现生理盐水刺激时直肠压明显增加，患者不自主排出生理盐水，而将磁刺激线圈置于患者背部L4～5节段进行间断磁刺激时却无生理盐水排出。

从上述实验可见，磁刺激对直肠功能障碍是否有改善作用尚不能完全确定，其负面影响不容忽视，有待于进一步进行大样本临床实验予以证实。

5 其他功能障碍

脊髓损伤几周后可能出现痉挛，导致关节活动障碍。Krause等［38］对15例脊髓损伤合并痉挛患者进行磁刺激治疗，结果发现刺激后1 d内患者痉挛明显改善，且单侧磁刺激可对两侧肢体的痉挛产生改善作用，这可能与脊髓神经纤维交叉有关。Krause等［39］在另一项研究中发现，磁刺激对痉挛的改善作用与刺激强度明显相关，与刺激频率无显著相关性。Kumru等［40］研究发现，应用频率为 20 Hz、强度为90%运动阈值的rTMS作用于不完全性脊髓损伤患者的运动皮质，可以显著改善患者下肢的痉挛状态。脊髓损伤患者另一常见症状是胃排空延迟，这可能干扰到口服药物的治疗效果，有必要加以干预。Lin等［41］首先在一项动物实验中观察到，选用不同刺激参数的磁刺激对胃肠功能障碍的大鼠进行干预，分别在大鼠颈椎和腰椎进行刺激，结果发现磁刺激能够改善大鼠胃和小肠的排空时间，其中腰椎刺激改善更为明显。在临床研究中，Lin等［42］应用磁刺激对4例颈髓损伤患者出现的胃排空延迟进行干预，刺激部位为T9棘突，强度60%，频率20 Hz，刺激时间2 s，结果发现磁刺激可使患者半胃排空时间缩短。脊髓损伤后导致的功能障碍多种多样，可以进一步科学地设计实验用磁刺激进行试探性治疗，从而总结经验以早日应用于临床。

6 小结

目前，关于磁刺激对脊髓损伤后运动、呼吸、膀胱直肠、痉挛等功能障碍治疗的最佳参数和刺激部位等尚无定论，关于磁刺激对脊髓损伤各方面功能障碍的治疗作用的机制也尚未明确，有待进一步研究。可以肯定的是磁刺激作为一种安全、无痛、无创的康复治疗方法，在脊髓损伤的康复治疗中有良好的应用前景。

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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

国家自然科学基金(30770714，81171024);北京市自然科学基金(7052030);首都医学发展科研基金(2007-2068)

2012-01-04

2012-03-08 编辑：伊姗